專利名稱：：進料噴嘴組件的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一個進料噴嘴組件，用來把一種氣體和液體輸入一個容器。具體地說是把水蒸汽和石油原料輸入催化裂化反應器。許多石油精煉廠和化工廠設備利用噴嘴把液態(tài)的和/或氣態(tài)原料分配給設備。在一些設備中，把原料分配給設備的噴嘴的性能對設備的生產能力來說極為重要。例如，催化裂化設備是把原油中發(fā)現(xiàn)的長鏈碳氫化合物分子裂化為較小的并且更具商業(yè)價值的產品，例如汽油范圍內的碳氫化合物和柴油。典型地，真空餾份通過進料噴嘴被輸入一個上流升降式反應器，在該處原料與還原的顆粒狀固體催化劑接觸。催化劑有助于所希望的特定裂化反應。為了獲得反應器的最佳性能，噴嘴必須以細微噴霧的形式分配原料，細微的噴霧具有均勻的覆蓋和很小的液滴。這種噴霧增加了原料液滴的面積，有利于原料液滴和催化劑微粒的接觸。然而，現(xiàn)有的噴嘴難于獲得理想的性能。一些噴嘴利用非常小的開口或復雜的頭部設計，從而很容易被原料中的各種雜質堵塞。在修理這種堵塞的過程中停機和更換花費都是非常不利的?，F(xiàn)有的噴嘴不能產生細小的液滴和/或理想的噴散型式。因此，具有這樣一種噴嘴是非常有利的，它能獲得細小液滴的精確分配，薄層噴霧，而不會產生堵塞。為此目的，用來把氣體例如水蒸汽，液體例如重油碳氫化合物輸入一個容器，例如催化裂化反應器的進料噴嘴組件包括(a)一個噴嘴體，它具有形成一個氣體管道的大體上為圓柱形的內管，和圍繞著內管的外管，其中內管的外表面和外管的內表面形成一個環(huán)形的液體管道，并且每個管都有一個入口端和一個相對的出口端；(b)一個第一噴嘴頭，固連在內管的出口端，第一噴嘴頭具有一個大體上為圓柱形的入口端連接到內管的出口端，并且還有一個相對的圓丘形的出口端，該圓丘形出口端至少具有一條通道；(c)一個第二噴嘴頭，它固連到外管的出口端并圍繞著第一噴嘴頭，第二噴嘴頭有一個大體上為圓柱形的入口端連接在外管的出口端，它還具有一個相對的圓丘形出口端，該出口端至少具有一個包含大體平行的壁的細長縫。第二噴嘴頭的圓丘形出口端延伸超過了第一噴嘴頭的圓丘形出口端。參照附圖，下面通過例子對本發(fā)明進行詳細的描述，其中圖1顯示本發(fā)明的進料噴嘴組件的縱向剖視圖，圖2以比圖1放大了的比例顯示了本發(fā)明的進料噴嘴組件上端的縱向剖視圖；圖3顯示了沿圖1III-III線的剖視圖；圖4A，4B、和4C顯示了第一(“水蒸汽”)噴嘴的圓丘形出口端的正視圖，沿著線IVB-IVB的剖視圖和沿著線IVC-IVC的剖視圖；圖5A，5B和5C顯示了第二(“原料”)噴嘴的圓丘形出口端的正視圖，沿著線VB-VB和沿著線VC-VC的剖視圖；圖6顯示了圖5A所示圓丘形出口端的一種替換形式的正視圖；圖7以不同的比例顯示了圖4B所示的第一噴嘴的圓丘形出口端的一種替換形式的剖視圖；圖8以不同的比例顯示了圖5B所示的第二噴嘴的圓丘形出口端的一種替換形式的剖視圖；圖9沒有按比例顯示了側面進料反應器的縱向局部剖視圖；圖10A和圖10B顯示了歐洲專利申請公告號423876的已知噴嘴；參照圖1，2和3，這些附圖顯示了本發(fā)明的一個實施例。進料噴嘴組件100用來把氣體，如水蒸汽，和液體，如重油碳氫化合物，輸入一個容器(未顯示)，例如一個催化裂化反應器。進料噴嘴組件包括一個噴嘴體101，該噴嘴體具有形成氣體管道106的大體上為圓柱形的內管105和圍繞著內管105的外管115，其中內管105的外表面和外管115的內表面形成一個環(huán)形液體管道116。內管105有一個入口端120和一個相對的出口端130，并且外管115有一個入口端125和一個相對的出口端135。內管105的縱向中心線用參考標號136表示。進料噴嘴組件100還包括固連于內管105的出口端130上的第一噴嘴頭140。該噴嘴頭140有一個大體上為圓柱形的入口端141和一個相對的圓丘形出口端142，該入口端141連接在內管105的出口端130上。圓丘形出口端142至少有一條通道145。進料噴嘴組件100進一步包括固連于外管115的出口端135上的第二噴嘴頭150，該噴嘴頭圍繞第一噴嘴頭140設置。第二噴嘴頭150有一個大體為圓柱形的入口端151和一個相對的圓丘形出口端152，該入口端151連接在外管115的出口端135上，而圓丘形出口端152則至少具有一個包含大體平行的壁156的細長縫155(見圖2)。第二噴嘴頭150的圓丘形出口端152延伸超過第一噴嘴頭140的圓丘形出口端142。內管105和外管115通過定位柱310固連在一起?，F(xiàn)在參照圖4A，4B和4C，它們顯示了一些特殊的實施例，第一(“水蒸汽”)噴嘴頭140的圓丘形出口端142。第一噴嘴頭140有兩排通道145。圓丘形出口端142呈半球形或半橢圓形狀。一排通道145兩端與圓丘形出口端142之中心所形成的夾角宜在45°至120°范圍內，75°至105°的范圍更好?？梢岳斫猓敵隹诙?42是半球形時，該中心就是球心，當出口端是半橢圓形時該中心是橢圓體的中心?，F(xiàn)在參照圖5A，5B、和5C，它們顯示了一些特殊的實施例，即第二(“碳氫化合物進料”)噴嘴頭150的圓丘形出口端152。第二噴嘴頭150具有兩條平行的細長縫155。圓丘形出口端152呈半球形或半橢圓形。基本上是從第二噴嘴頭150的圓丘形出口端152的中心通過細長縫155長度方向的角度接近于從第一噴嘴頭140的圓丘形出口端142的中心通過排孔145的長度方向的角?？梢岳斫?，當出口端152是半球形時，該中心是球心，當出口端是半橢圓形時該中心是橢圓體的中心。這種進料噴嘴組件適用于重油碳氫化合物催化裂化的過程中。在此過程中，重油碳氫化合物被預熱，與水蒸汽混和，并被送入升降式催化裂化反應器。然后重油碳氫化合物與裂化催化劑接觸產生輕質烴和包覆有焦粉層的廢催化劑。將輕質烴從反應器中排出。覆蓋著薄焦粉層的一部分廢催化劑被送到還原反應器。至少廢催化劑上的一部分焦粉被燃燒掉，從而使催化劑還原。在根據(jù)本發(fā)明的進料噴嘴組件100正常工作中，水蒸汽通過基本上是圓柱形的內管105而重烴被送到外管115的入口端125，然后通過環(huán)形液體管道116。從通道145排出的水蒸汽進入碳氫化合物中，形成了一種從烴混合物中冒出的蒸汽泡的細的兩相混合物，第二噴嘴頭150的作用就是將水蒸汽和重油碳氫化合物的混合物送出進料噴嘴組件100。第二噴嘴頭150用來大體均勻地使水蒸汽和重油碳氫化合物霧化地進入催化裂化反應器(未圖示)。這樣就使水蒸汽和重油碳氫化合物的混合物被送入了催化裂化反應器。氣體管道106的出口端142上的通道145不會堵塞。由于重油原料繞氣體管道106的出口端142流動而形成冷熱轉換的功能，因此避免了因重油原料結焦而堵塞。這樣，通道142處的溫度足夠低，水蒸汽和重油接觸不會導致結焦和堵塞通道142。本發(fā)明的一個方面是把重油碳氫化合物送入升降式催化裂化反應器的一個噴嘴組件。噴嘴體101通常水平，垂直，或傾斜地安裝在升降式反應器中(未圖示)。其它形式的定位也是可以的。當垂直安裝時，噴嘴體101通常從反應器的底部或入口端向上延伸。當不是垂直安裝時，噴嘴體101通常從介于垂直和水平之間的某一位置從反應器的壁中伸出。由于理想噴散型式有賴于噴嘴的方向，所以不同的定位通常需要不同的出口端設計。本發(fā)明的噴嘴組件100適合于所有這些定位，因為可以改變第二出口端150的細長縫155的形狀來獲得理想的噴散型式。典型地，對于垂直安裝的噴嘴體101，細長縫155做成是半月形或月牙型或其它非線型的形狀從而形成適合管道的噴射。在側面進料噴嘴體101中，當直線觀察時，細長縫155或基本直的線如圖5A。如圖4A-4C所示的第一噴嘴140具有兩排通道145。在其它實施例中可能只有一條通道，或一排通道，根據(jù)需要而定。如圖5A-5B所示的第二噴嘴頭150具有兩條平行細長縫155，在其它實施例中可能只有一個槽，這要根據(jù)要求而定。圓丘形出口端142通常至少有一條通道145與各細長縫155相對應，該細長縫在第二噴嘴頭150的出口端152上。例如，如果第二噴嘴頭150有兩條細長縫155，那么第一噴嘴頭140也至少有兩個相應的開口通道145?？梢杂靡粭l縫來代替一排通道145。典型地，第一噴嘴140上的通道145至少包括一排小孔，這排小孔與相應的第二噴嘴頭150上的細長縫155對齊。然而，第一噴嘴頭140可能有一排以上的孔與第二噴嘴150上的各細長縫155相對應。從第二噴嘴頭150的圓丘形出口端中心通過細長縫155長度方向的夾角最好和從第一噴嘴頭140的圓球形出口端142的中心通過通道145寬度方向的夾角大致接近。合適的外管115半徑范圍在0.05到0.25m(2-9英寸)，或0.1到0.25m(4-9英寸)，或0.12到0.2m(5-7英寸)。第二噴嘴頭150的圓丘形出口端152延伸超過第一噴嘴頭140的圓丘形出口端142一段距離，該距離適合于大體均勻霧化地把水蒸汽和重油碳氫化合物噴入催化裂化反應器。第二噴嘴頭150的圓丘形出口端152與第一噴嘴頭140的圓丘形出口端142之間的合適距離通常是約0.006到0.030m(0.21-1.25英寸)。第一噴嘴頭140固連在內管105的出口端130上，該連接是各種常規(guī)手段如螺紋連接或焊接。這種連接也適用于第二噴嘴頭150與外管115連接。可選擇地，在第二噴嘴頭150的細長縫155和出口端152的磨損敏感區(qū)用抗磨損材料作為涂覆層。典型地，這種區(qū)域是細長縫155和出口端152與催化劑顆粒接觸的部分。這種顆粒是磨損性的，因此利用抗磨損的涂覆層延長了出口端的壽命。這種抗磨損材料是商業(yè)名稱為STELLITE的一系列合金，這些合金含有不同比例的鈷，鉻，鎢和鉬。下面參見圖6，其中表示了圖5C中所示的圓丘形出口端150的另一種形式的正視圖。在該實施例中，各細長縫155為提供結構強度沿著其各自已的壁連接于一點157。參照圖1-6所述的進料噴嘴組件，一排通道145形成的平面(未圖示)基本上平行于內管105縱向中心線136(見圖1)。細長縫155形成的平面(未圖示)也基本上平行于內管105的縱向中心線136。然而，在有些應用中，例如具備現(xiàn)有噴嘴結構的升降式反應器，調整進料噴射角需要對設備進行高成本的改進。因而理想情況是，為了調整進料噴射角只要更換進料噴嘴就可以了，而不必對其它裝置進行改動?，F(xiàn)在參照圖7，它以不同的比例顯示了圖4B所示的第一噴嘴的圓丘形出口端140的一種替換形式的剖視圖。在所示的實施例中，由一排通道145形成的平面146和內管(未圖示)的縱向中心線136之間的夾角范圍是3°到60°。當噴嘴組件是從側面進入反應器時，該角度為0°或約3°到約45°。當進料噴嘴組件是從底部進入時，該角度會大一些，例如，從大約0°到60°，或最好是從大約15°到約45°，或者從約20°到大約40°，或者從大約25°到約35°。對于底部進入結構，該角通常從蒸汽管道的縱向軸線指向升降式反應器的中心。第一噴嘴頭通道在出口端的這個角基本上等于第二噴嘴頭的出口端的細長縫的角度。參照圖8，它顯示了圖5B所示第二噴嘴150的圓丘形出口端的一種替換形式的剖面圖，其中細長縫155形成的平面156和內管(未圖示)的縱向中心線136之間的夾角在3°到60°之間。當噴嘴組件從側面進入反應器時這個角在大約0°，或約3°到大約45°之間。當進料噴嘴組件從底部進入時，該角會大一些，例如，從大約0°到約60°，或最好從大約15°到大約45°?；驈拇蠹s20°到約40°或從大約25°到約35°。對于底部進入結構，該角通常從蒸汽管道的縱向軸線指向升降式反應器的中心。第二噴嘴頭細長縫在出口端的角度與第一噴嘴頭的出口端上的通道的該角度大致相等。通常，當噴嘴組件是從側面進入反應器時，內管的縱向中心線和反應器的縱向中心線之間的夾角在大約0°，或約3°到約45°之間。參照圖9，它顯示了一種從側面進入反應器的結構的縱向局部剖視圖。根據(jù)本發(fā)明的進料噴嘴組件100安裝在反應器390的側壁380上，該側壁內部襯有絕熱材料395。進料噴嘴組件100包括一個支承座400，支承座里面安裝著外管115和內管105。在所示的實施例中，內管105的縱向中心線136和反應器390的縱向中心線410之間的夾角是45°，由一排通道145和細長縫155分別形成的平面146和156和內管105的縱向中心線136的夾角是30°。由一排通道145形成的平面146和內管105的縱向中心線136之間的夾角大致接近于由細長縫155形成的平面156和內管105的縱向中心線136之間的夾角，這樣，在正常的工作中，流體離開通道145的方向指向了細長縫155。本發(fā)明的進料噴嘴組件對底部進入和側面進入結構的升降式反應器都適用。在側面進料結構升降式反應器的更新過程中，可選擇地，只有噴嘴和相關的蒸汽和進料管道被更換了。在底部進入式結構中，本發(fā)明的噴嘴尤其有利于節(jié)約開支。把底部進入升降式反應器更新為側面進入升降式反應器需要很高的成本。如果側面進入式反應器性能改進被很高的更新成本抵消了許多，那么這種更新就不經濟了。運用本發(fā)明的噴嘴可以克服這類經濟問題。一個底部進入升降式反應器可以保留并具有側面進入升降式反應器的優(yōu)點。在本發(fā)明的這個實施例中，原料和蒸汽管道可以沿著升降式反應器內部的外圓，平行于壁任意升高。具有一定角度出口的噴嘴連結在相應的蒸汽和原料管道上。結果，仿造了一個不需要很高成本而又確實具有側面進入的側面進入升降式反應器?，F(xiàn)在參照圖10A和10B，它顯示了歐洲專利申請公告號423876的已知噴嘴3。該噴嘴3運用在下面剖視圖所示的實施例中討論的試驗中，用來與本發(fā)明的進料噴嘴組件的實施例進行比較。如圖10A和10B所示，已知的噴嘴3有容納碳氫化合物原料的端部開口的管道7和圍繞著管道7容納蒸汽的外部空間10，并且噴嘴3的下游端是封閉的。外管道7有多側入口8作為蒸汽從外部空間10進入的通道。在下面圖示的實施例中進一步對本發(fā)明進行描述。圖示的實施例只是圖示的目的并不限制本發(fā)明的范圍。在下面圖示的實施例中，進行一個實驗來對圖1-5所示的本發(fā)明的進料噴嘴組件的一個實施例工作產生的幾個性能因素，與歐洲專利申請公告號423876，如圖10A和10B所示的已知噴嘴的實施例工作產生的幾個性能因素進行比較。為簡化實驗，用空氣和水代替了水蒸汽和重油碳氫化合物?？諝獗惠斎胨羝艿蓝惠斎胫赜铜h(huán)形管道。進料速率，進料壓力，和溫度對每個噴嘴來說大致相同。表1給出了實驗結果。表1.已知的進料噴嘴組件和參照圖1-5所描述的進料噴嘴組件之間比較的結果。如上面的結果所示，本發(fā)明的進料噴嘴組件在9個項目中有8項優(yōu)越的性能。對參照圖7和8所描述的進料噴嘴做同樣的實驗。表2給出了實驗的結果。表2.已知的進料噴嘴組件和參照圖7和8所描述的進料噴嘴組件的比較結果。</tables>如上述結果所示，本發(fā)明的進料噴嘴組件在9個項目中有8項性能優(yōu)越，而且本發(fā)明的進料噴嘴組件的離軸噴射是可能的。由于表面增加，因而具有較小液滴尺寸是重要的。希望均勻噴散是因為它能使催化劑被均勻利用。反應器中噴散的覆蓋率是很重要的，因為覆蓋率越大與催化劑接觸就越多。需要使噴霧迅速擴展是為了獲得與催化劑更多的接觸。為了控制催化劑與原料的接觸時間，噴霧與催化劑具有單一的接觸區(qū)是重要的?！安僮鞔翱凇敝傅膰娮炷苡行Чぷ鞯乃羝c碳氫化合物之間的比率的范圍。因為在正常的精煉操作中水蒸汽的利用率會產生定期升降，所以希望較大的比率范圍。在全部水蒸汽停止供應的情況下沒有水蒸汽流動的工作是有用的。它有利于減少檢修周期和停機從而能迅速的通到水蒸汽管入口，因為有時候這些水蒸汽管會阻塞。而且希望原料和催化劑迅速混和來使原料汽化。細微的兩相混合物通過進料噴嘴出口端進入催化裂化反應器。本發(fā)明的噴嘴組件的一個優(yōu)點就在于，例如，當使用兩個出口細長縫時，可能是由兩細長縫之間真空的影響，會產生層狀扇形的噴霧，在極接近于頭端或出口端的地方會聚為一層。這樣，在實現(xiàn)理想的噴散型式的同時又獲得了良好的霧化，即，當噴嘴出口是直線時為平的一層。值得注意的是，產生單層噴霧作為科學原理的推理并不意味著會對本發(fā)明有所限制，也可應用其它的擴散型式。權利要求1.一個進料噴嘴組件，用來把氣體，如水蒸汽，和液體，如重油碳氫化合物輸入一個容器，例如催化裂化反應器，所述的進料噴嘴組件包括(a)一個噴嘴體，具有一個大體圓柱形內管，該內管形成一條氣體管道，和一個圍繞著內管的外管，其中內管的外表面和外管的內表面形成一環(huán)形液體管道，并且每根管都有一個入口端和一個相對的出口端；(b)一個第一噴嘴頭，固連在內管的出口端，該噴嘴頭有一個與內管的出口端連接在一起的大體為圓柱形的入口端和一個相對的圓丘形出口端，該圓丘形出口端至少具有一條通道；(c)一個第二噴嘴頭，固連在外管的出口端并且圍繞著第一噴嘴頭，該第二噴嘴頭有一個與外管的出口端連接的大體為圓柱形的入口端和一個相對的圓丘形出口端，圓丘形出口端至少有一個具有大致平行的壁的細長縫，第二噴嘴頭的圓丘形出口端延伸超過第一噴嘴頭的圓丘形出口端。2.如權利要求1所述的進料噴嘴組件，其特征在于，第一噴嘴頭至少有排成一排的許多通道，其中大致從圓丘形出口端的中心通過排孔長度方向的角度在45°到120°之間，而大致從第二噴嘴頭的中心通過細長縫長度方向的角度與從第一噴嘴頭的圓丘形出口端的中心通過排孔長度方向的角度基本相等。3.如權利要求2所述的進料噴嘴組件，其特征在于，從圓丘形出口端的中心通過排孔長度方向形成的角度在75°到105°之間。4.如權利要求2或3所述的進料噴嘴組件，其特征在于，第一噴嘴上的通道設置為兩排或多排，第二噴嘴頭的出口端設置有兩個或多個長口。5.如權利要求2-4中任何一個所述的進料噴嘴組件，其特征在于，由一排通道形成的平面大致平行于內管的縱向中心線。6.如權利要求2-4中的任何一個所述的進料噴嘴組件，其特征在于，由一個細長縫形成的平面大致平行于內管的縱向中心線。7.如權利要求2-4中任何一個所述的進料噴嘴組件，其特征在于，由一排通道形成的平面和內管的縱向中心線之間的夾角在3°到60°之間，而且合適的范圍在15°到45°，由細長縫形成的平面和內管的縱向中心線之間的夾角在3°到60°范圍內，而且合適的范圍在15°到45°。8.如權利要求7所述的進料噴嘴組件，其特征在于，由一排通道形成的平面和內管的縱向中心線形成的夾角與由細長縫形成的平面和內管的縱向中心線形成的夾角大致接近。9.如權利要求1-8中任何一個所述的進料噴嘴組件，其特征在于，第一噴嘴頭的通道實質上包括一些孔。10.如權利要求2-9中任何一個所述的進料噴嘴組件，其特征在于，每一排孔包括一系列通道，通道數(shù)量的適合范圍是7到15。11.如權利要求1-10中任何一個所述的進料噴嘴組件，其特征在于，第二噴嘴頭有一涂覆層，該涂覆層是由耐磨損材料組成的，并且處于第二噴嘴頭的細長縫和出口端的磨損敏感區(qū)。全文摘要一個進料噴嘴組件(100),用來把水蒸汽和重油碳氫化合物輸入一個催化裂化反應器,它包括:(a)一個噴嘴體(101),它具有形成一個氣體管道(106)的內管(105)和一個外管(115),其中內管(105)和外管(115)形成一個環(huán)形液體管道(116),每個管(105,115)都有一個入口端(120,125)和一個相對的出口端(130,135);(b)一個第一噴嘴頭(140)固連在出口端(130)上并且有一個圓丘形出口端(142),該圓丘形出口端至少有一條通道(145);(c)一個第二噴嘴頭(150)固連在出口端(135)上并且有一圓丘形出口端(152),該圓丘形出口端152)至少有一個細長縫(155),第二噴嘴頭(150)的圓丘形出口端(152)延伸超過了第一噴嘴頭(140)的圓丘形出口端(142)。文檔編號C10G11/20GK1177972SQ96192423公開日1998年4月1日申請日期1996年3月6日優(yōu)先權日1995年3月7日發(fā)明者大衛(wèi)·J·布羅斯坦,陳岳孟,托馬斯·S·德維茨,詹姆斯·W·尼爾森申請人:國際殼牌研究有限公司