用于流化床反应器的流体注射喷嘴制造技术

用于循环流化床反应器的液体进料喷嘴组件，该喷嘴组件包括：(i)，节流阀主体预混合器(13)，其用以在喷嘴主体的上游将液体进料(22)与雾化蒸汽(23,24)结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物；(ii)管道(15)，所述管道(15)连接至文丘里管预混合器(13)，并且连接至排出喷嘴主体(29)，用以将由预混合器(13)产生的液体/蒸汽混合物流输送到喷嘴主体(29)；(iii)排出喷嘴(29)，该排出喷嘴(29)连接到流动管道(15)，用以剪切液体进料/蒸汽混合物，以产生尺寸减小的液体进料液滴；和(iv)在排出喷嘴的出口处的分散器，用以提供相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的液体进料的喷雾射流。所述喷嘴组件在使用诸如沥青砂的重油进料的流体焦化单元中是特别有用的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种有助于将流体注入到循环流化床反应器中的喷嘴组件。更具体地，本专利技术涉及一种有助于将诸如石油渣油和沥青的重油注入到流体焦化反应器中的喷嘴组件。相关申请的交叉引用本申请要求于2010年5月25日提交的美国临时专利申请No.61/348,013的优先权，其全部公开内容通过引用而并入本申请中。
技术介绍
循环流化床（CFB）反应器是公知的装置，其能够用来进行各种多相化学反应。在这种类型的反应器中，流体（气体或液体）以一定速度通过颗粒状固体材料，该速度高到足以使固体悬浮并使其表现像流体一样。借助于使注入通过在反应器基部处的分配器（格栅、喷头或其它装置）的气体诸如空气、蒸汽或反应物气体流化来维持流化。CFB反应器现在被用在许多工业应用中，在所述工业应用中有石油重油的催化裂解、烯烃聚合、煤气化、以及水和废物处理。一个主要的应用是在循环流化床燃烧器领域中，其中煤或另一高硫燃料在石灰石的存在下燃烧，以减少SOx的排放；由于在流化床中达到的相对较低的温度，所以氮氧化物的排放量也减小。另一种应用是在被称为炉体焦化的流化床焦化工艺及其变型FlexicokingTM中，两者都是由埃克松研究和工程公司（Exxon Research and Engineering Company）开发。流化床焦化是一种石油炼制过程，在所述石油炼制过程中，通过热分解（焦化）将通常是来自分馏的非可蒸馏残渣（渣油）的重质石油进料或重油转化成更轻、更有用的产品，所述热分解（焦化）在升高的反应温度下进行，该温度通常是约480°C至590°C，（约900°F至1100°F），并且在大多数情况下，是从500°C到550°C（约930°F至1020°F）。可以通过流体焦化工艺处理的重油包括常压重渣油、芳烃提取液、柏油以及来自下述地方的焦油砂、焦油坑和沥青湖的沥青及诸如在美国得克萨斯、秘鲁、伊朗、俄罗斯和波兰发现的类似沉积物，所述地方是指加拿大（阿萨巴斯卡（Athabasca），阿尔塔（Alta））、特立尼达岛（Trinidad）、南加利福尼亚（拉布雷亚（La Brea）（洛杉矶））、麦基特里克（McKittrick）（贝克斯菲尔德（Bakersfield），加利福尼亚）、卡平特里亚（Capinteria）（圣巴巴拉县（Santa Barbara County），加利福尼亚州）、湖贝穆德斯（Lake Bermudez）（委内瑞拉）。该工艺是在带有包含热焦炭颗粒的大反应器容器的一个单元中进行，所述大反应器容器在流化情形中维持在所需的反应温度下，并且在焦炭颗粒的平均运动方向向下穿过流化床的情况下，在容器底部注射蒸汽。重油进料被加热到可泵送的温度，典型地在350℃至400℃（约660°F至750°F）的范围内与雾化蒸汽混合，且被馈送通过在反应器中的几个连续的水平高度处布置的多个进料喷嘴。蒸汽被注入到在反应器的底部处的汽提塔部分，并且当焦炭颗粒从在上方的反应器的主要部分下降时，蒸汽向上通过在汽提塔中的焦炭颗粒。进料液体的一部分涂覆流化床中的焦炭颗粒，并随后分解成固体焦炭层和发展成气体或汽化液体的更轻的产品。反应器压力相对较低，以促进烃蒸气的汽化，通常在约120至400kPag（约17至58psig）的范围内，并且最通常地是从约200至350kPag（约29至51psig）。焦化（热裂解）反应的轻质烃产物蒸发，与流化的蒸汽混合，并向上通过流化床进入到焦炭颗粒的密相流化床上方的稀相区中。在焦化反应中形成的该汽化的烃类产物的混合物继续与蒸汽一起以约1至2米每秒（约3至6英尺每秒）的表面速度向上流动通过稀相，且夹带一些细小焦炭的固体颗粒。大部分所夹带的固体在一个或多个旋风分离器中通过离心力而与气相分离，并且利用重力通过旋风分离器料腿（digleg）返回到密相流化床。来自反应器的蒸汽和烃类蒸气的混合物随后从旋风分离器气体出口排出而进入位于反应部上方并通过隔板与其分开的高压间中的洗涤器部中。通过与在洗涤器部中的洗涤器棚上下落的液体接触，混合物骤冷。泵送循环回流使冷凝液体循环到外部冷却器并返回到洗涤器部的顶行，以向液体产品的最重馏分的冷凝和骤冷提供冷却。这种重质馏分通常通过馈送回流化床反应区而再循环来消灭。进料没有立即汽化的成分涂覆反应器中的焦炭颗粒，并随后分解成固体焦炭层和发展成气体或汽化液体的更轻产物。在使进料与流化床接触的过程中，一些焦炭颗粒可能会变得不均匀或被进料过重地涂覆，并且在与其它的焦炭颗粒碰撞期间可能会粘在一起。这些较重的焦炭颗粒可能不能被注入到汽提塔部的底部中的蒸汽有效地流化，使得它们随后从反应器部向下进入到汽提塔部中，在所述汽提塔部处，它们可能附着并且堆积在汽提塔部中的塔棚上，主要地是堆积在塔棚的最上排上。传统上，汽提塔部具有许多折流板，所述折流板通常根据它们的形状被称为“塔棚”，并且所述折流板的形式为在数个叠置的行或层中穿过汽提塔的主体纵向延伸的倒置的通道部。焦炭在其向下通过汽提塔期间经过这些塔棚，并且暴露于蒸汽，所述蒸汽从在塔棚下方的容器的底部处的喷头进入并在其沿汽提塔向上移动时重新分布。来自反应器的固体焦炭通过汽提塔并离开反应器容器到达燃烧器，所述固体焦炭主要由碳与较少量的氢、硫、氮和痕量的钒、镍、铁以及从进料获得的其它元素组成，其在燃烧器处与空气一起在流化床中燃烧，以将其温度从约480℃至700℃（约900°至1300°F）升高，在此之后，热焦炭颗粒被再循环到流化床反应区中，以提供用于焦化反应的热量并且用作焦炭形成的核。也由埃克松（Exxon）研究和工程公司开发的FlexicokingTM工艺事实上是包括反应器和燃烧器的单元中运行的流体焦化过程，如上所述，但还包括用于通过与空气/蒸汽混合物的反应来气化焦炭产品以便形成低热值的燃料气体的气化器，在该工艺的变型中，燃烧器通常被称为加热器。在这种情况下，加热器在贫氧环境下运行。含有所夹带的焦炭颗粒的气化器产物气体返回到加热器，以提供反应器热需求的一部分。从气化器发送至加热器的焦炭的返回流提供热需求的其余部分。离开加热器的热焦炭气体在被处理用于清理之前被用来产生高压蒸汽。焦炭产物被从反应器中连续地移除。鉴于Flexicoking工艺和流体焦化过程之间的相似性，除了在需要区分时，在本说明书中使用术语“流体焦化”来指代和理解流体焦化和Flexicoking。流体焦化单元的汽提部被设置在反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.25 US 61/348,013;2011.05.17 US 13/109,2961.一种循环流化床反应器，所述循环流化床反应器具有：反应器
壁，所述反应器壁具有围绕竖直轴线的圆形横截面；用于流化气体的
下部入口；以及进料注射喷嘴组件，所述进料注射喷嘴组件用于液态
重油进料和雾化蒸汽，所述进料注射喷嘴组件位于所述下部流化气体
入口上方且围绕所述反应器壁，每个所述喷嘴组件均穿过所述反应器
壁延伸到所述反应器中，并且排出喷嘴孔口位于所述反应器内且用于
所述液态重油进料的入口位于远离所述排出喷嘴孔口的端部处；每个
进料注射喷嘴组件均包括：
预混合器部，所述预混合器部用以将所述液态重油进料与所述雾
化蒸汽结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物，所述
预混合器部包括在流动管道中的节流阀收缩部和多个径向蒸汽输入端
口，所述节流阀收缩部限定喉部，所述多个径向蒸汽输入端口则绕所
述喉部设置；
流动管道部，所述流动管道部跟随所述预混合器部，并且所述流
动管道部连接到所述预混合器部，所述流动管道部从所述预混合器部
延伸到排出喷嘴，用以将由所述预混合器产生的所述液体/蒸汽混合物
流输送到所述排出喷嘴；
排出喷嘴，所述排出喷嘴具有收敛进入部，所述收敛进入部跟随
所述流动管道部，并且所述收敛进入部连接到所述流动管道部，用以
剪切所述液体进料/蒸汽混合物并且在所述排出喷嘴内产生具有减小尺
寸的液体进料液滴。
2.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，其中，所述喷嘴组
件具有包括连续的收敛区和发散区的流动管道部，用以减小来自所述
预混合器的所述液体进料/蒸汽混合物中的所述液体进料液滴的尺寸。
3.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，所述循环流化床反
应器包括在所述排出喷嘴的出口处的多叶形分散器，用以产生相对于

\t圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
4.根据权利要求3所述的循环流化床反应器，其中，所述分散器
具有主体和在所述主体中的多个叶片，所述主体包括圆形横截面的中
央流道，每个叶片的壁均限定一段中空圆锥，并且所述中空圆锥的轴
线与所述分散器的中心轴线对称地相交，以在所述分散器主体中限定
具有增加的横截面面积的增加的多叶形离开通道。
5.根据权利要求1所述的循环流化床反应器，其中，每个喷嘴组
件均包括：流动调节器，所述流动调节器具有减小的横截面流动面积，
所述流动调节器在所述流动管道中位于所述预混合器部和所述排出喷
嘴之间；以及在所述排出喷嘴的出口处的多叶形分散器，用以产生相
对于圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
6.一种流体焦化反应器，所述流体焦化反应器具有：反应器壁，
所述反应器壁具有围绕竖直轴线的圆形横截面：用于流化气体的下部
入口；以及进料注射喷嘴组件，所述进料注射喷嘴组件用于液态重油
进料和雾化蒸汽，所述进料注射喷嘴组件位于所述下部流化气体入口
上方且围绕所述反应器壁，每个所述喷嘴组件均穿过所述反应器壁延
伸到所述反应器中，并且排出喷嘴孔口位于所述反应器内且用于所述
液态重油进料的入口位于远离所述排出喷嘴的端部处；每个进料注射
喷嘴组件均包括：
预混合器部，所述预混合器部用以将所述液态重油进料与所述雾
化蒸汽结合，以形成包括液体进料液滴的液体进料/蒸汽混合物，所述
预混合器部包括在流动管道中的节流阀收缩部和多个径向蒸汽输入端
口，所述节流阀收缩部限定喉部，所述多个径向蒸汽输入端口则绕所
述喉部设置；
流动管道部，所述流动管道部跟随所述预混合器部，并且所述流
动管道部连接到所述预混合器部，所述流动管道部从所述预混合器部
延伸到出口喷嘴部，用以输送由所述预混合器产生的所述液体/蒸汽混

\t合物形成的流；
排出喷嘴，所述排出喷嘴具有收敛进入部，所述收敛进入部跟随
所述流动管道部，并且所述收敛进入部连接到所述流动管道部，用以
剪切所述液体进料/蒸汽混合物并且在所述排出喷嘴内产生具有减小尺
寸的液体进料液滴；以及
相对于圆柱形射流具有增加的表面面积。
7.根据权利要求6所述的流体焦化反应器，其中，喷嘴主体具有
包括连续的收敛区和发散区的流动管道部，用以减小来自所述预混合
器的所述液体进料/蒸汽混合物中的所述液体进料液滴的尺寸。
8.根据权利要求6所述的流体焦化反应器，其中，每个所述进料
注射喷嘴均包括在所述排出喷嘴的出口处的多叶形分散器，用以产生
相对于圆柱形射流具有增加的表面面积的相应成形的液体喷射羽流。
9.根据权利要求8所述的流体焦化反应器，其中，所述分散器包
括为所述射流提供平坦的扇形喷雾图案的扇形分散器。
10.根据权利要求8所述的流体焦化反应器，其中，所述分散器
具有主体和在所述主体中的多个叶片，所述主体包括圆形横截面的中
央流道，每个叶片的壁均限定一段中空圆锥，并且所述中空圆锥的轴
线与所述分...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·禅，布里安·A·可内皮尔，艾伯哈德·谬勒，詹妮弗·麦克米丽恩，乔娜森·泰勒，拉瑟那·P·达吾鲁里，
申请(专利权)人：埃克森美孚研究工程公司，
类型：
国别省市：