改进型的重油催化裂化高效雾化喷嘴CS新型喷嘴研发和工业应用成功

2008-02-27 07:28:00

    

    前不久,用于重油催化裂化,同时被国家专利局正式受理结构、型式上发明和新型三专利申请的CS高效雾化喷嘴在我国已研发成功,并在工业应用上取得可喜效果。

    

    现在,我国的催化裂化在重油深加工中,已发展到掺炼一定比例的减压渣油直至大比例的所谓全减压渣油,甚至一些诸如焦化蜡油之类难于裂解的劣质油品,也作为FCC的原料。因此,催化裂化装置的原料雾化受到高度重视,国内专家认为这是搞好反应的关键,国外专家认为它是起到决定性的作用。性能良好的雾化进料喷嘴,能减少反应过程的生焦量和干气产量,提高轻质油或液化气的收率,防止反应系统、沉降器等设备内的结焦,保证全装置的长周期
运行。

    

    根据流体动力学的常识,只要提高喷嘴的流速或汽耗,则必然可获得良好的雾化效果。但高流速不但增加催化剂的破碎损耗(现在名声鹊起的催化剂显微诊断技术,不断确诊到高流速喷嘴破坏催化剂的现象),而且造成喷嘴自身的冲蚀,从而改变了压降,影响雾化效果,高汽耗就是高能耗。目前,在装置长周期运行尚未真正落到实处的情况下,所以,高流速喷嘴得到了较多的使用。

    

    CS喷嘴的研发伊始,就明确了以综合效益为目标函数的喷嘴优化理念,提出了“长周期、低汽耗、低流速、低压降、小粒径”五项性能要求,紧紧抓住合理处理雾化效果,即流速、能耗间的技术观点,跨越流体动力学范畴,孜孜探索、追求了长达二十年,在这期间,课题承担者先是研发出了与国外同期先进喷嘴相当的低流速专利喷嘴,从此,终止了我国落后的喉管式喷嘴的使用,其后,又研发出二次进汽多级雾化的又一专利喷嘴。在上述深厚的研发和成果使用实践中,又基于提升管混合段内流场模型最新研究成果,经筛定得出CS型喷嘴的数学关联式,以往,人们视该内流场为近似的活塞式流,实际上,在有喷射流股后,原流场的变化极大,且成为一个极其复杂的流场,不仅如此,在受限空间内,快速流化床与多股交叉扇形射流间相互撞击、混合而又切割产生了三维两相流场,此时的喷嘴射流本体,已远不是人们一般认为的温差射流、稠差射流和自由射流。

    

    研究所测参数表明,这种流场的形成和发展分为上游影响区段、主射流影响区段、二次流影响区段和混合发展区段等四个阶段。其间,并无理想的全面混合过程。以第二阶段为例,其间,并无理想的全面混合过程。主射流的浓度与提升管主流相互混合的密度,始终不能很好匹配,特别是在液雾区,仅二次流区域尚还有局部匹配之处。因此,仍需要有相当余量的催化剂参与循环,才能满足油雾与其充分混合的要求。

    

    研究中还发现,提升管壁的结焦原因,并非起因于对侧喷嘴的主射流,而是由于同侧喷嘴的二次流和沾有未及汽化液滴的湿催化剂在回归流至边壁处形成的,尤以经过液雾区时,更为严重。这就造成了目前在用喷嘴雾化不理想而不时在提升管管壁内产生结焦。固然,采用大幅提高喷射速度和汽耗、加速油雾汽化、减轻结焦现象能收到有限成效,但带来的是剂耗加剧、喷嘴磨损增加等不利
影响。

    

    针对上述出现的问题,结合对提升管内气固两相流动特性的分析,改进后的新型CS喷嘴具有以下特点:采取改善液雾区状况,阻隔液雾和部分沾液雾的湿催化剂与提升管边壁接触,喷嘴内不同方向多级蒸汽流股冲击雾化、喷射流复盖面积大而薄、增加喷嘴周边长度等措施,结合具体情况进行具体设计,所谓“量身定制”,不搞通用设计。使喷嘴具有雾化平均粒径小于60μm;长周期使用(三年)、低汽耗(蒸汽量5%左右)、抗结焦;提高轻油和液化气收率、操作弹性好和适应性强。

    改进型重油催化裂化高效雾化喷嘴——CS新型喷嘴,已在近十座石油、石化企业的催化裂化装置上得到了应用,均获得满意认可。

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