CCK 型催化裂化进料喷嘴及其工业应用

催化裂化喷嘴

"&&"年"月

石油炼制与化工

4>6?73>@=4?7(>AABCD8CE4>6?7(5>=B(83A

第;;卷第"期

!!"型催化裂化进料喷嘴及其工业应用

寇拴虎!，冯和平!，刘德烈"

（!#延炼实业集团公司，陕西洛川$"$%&’；"#中国石化股份公司洛阳分公司）摘要

简要介绍(()型催化裂化进料喷嘴的雾化机理、性能特点以及在延炼实业集团公司

汽液比适中，%&&*+,-重油催化裂化装置上的工业应用情况。应用结果表明：(()喷嘴压力降低，雾化效果好，运行可靠。与原使用喉管式喷嘴时相比，轻质油产率可提高"#..个百分点，焦炭和干催化剂单耗减少了&#"/*0,+，同时可提气（含损失）产率分别降低&#’$个百分点和&#%"个百分点，高装置的处理能力和掺渣率，取得了显著的经济效益。关键词：催化裂化

喷嘴

雾化

工业规模

#前言

流速不宜过大，因为高速汽流会使催化剂产生较多的粉末，从而增加剂耗，甚至引起设备和管线的振动。在国内应用较广，使用效果较好的此类喷嘴主要是洛阳石化工程公司研制开发的34(系列喷嘴

和中科院力学所研制的)5系列喷嘴。

第二类是引进美国先进的67683喷嘴后，进行研究开发的。它的雾化机理是让高粘度的原料油在压力作用下，以高速撞击金属靶使之形成破碎的液滴，在靶柱上形成液膜，再以高速蒸汽横向掠过靶面破坏液膜进行第一次雾化，形成汽雾两相流，最后在喷嘴头出口处加速，实现第二次雾化。这种喷嘴要求有较高的油压和较多的雾化介质（即较高的汽液比），喷嘴本身的压力降也较高。中国石化集团北京设计院等单位研制开发的94、9:系列喷嘴已较原67683喷嘴对原料进料压力的要求（!#;<!#%=4-）低得多。

第三类是气泡雾化喷嘴。其雾化机理是原料油进入外腔，雾化蒸汽由喷嘴流入内腔，内腔出口板有多个小孔，蒸汽由小孔进入原料油所在外腔，使原料油中含有大量气泡，再从出口喷出，气泡爆破使原料油充分雾化，此种喷嘴在国内炼油企业应用得较少。

洛阳高新柯恒石化技术公司在总结以上三类喷嘴优缺点的基础上，研制开发了(()强化混合

催化裂化进料喷嘴，特别是重油催化裂化进料喷嘴，是催化裂化关键的设备之一。进料喷嘴性能的优劣对裂化反应产品分布起着重要作用；性能优越的进料喷嘴可以提高轻质油收率，降低焦炭产率，改善产品分布，带来相当可观的经济效益；在掺炼渣油或以重油为催化裂化原料时，改善进料喷嘴的雾化性能，还能起到提高掺渣率，减轻设备结焦，延长装置运行周期的作用。因此，国内外一直不断开发和推出新型的进料喷嘴，各炼油厂也在不断更新使用更高效的原料雾化喷嘴，以期获得更好的经济效益。延炼实业集团公司于!111年.月在%&&

*+,-的前置烧焦罐式高效再生重油催化裂化装置上使用了洛阳高新柯恒石化技术公司研制生产的(()型高效进料喷嘴。两年来的工业使用结果表明，该喷嘴雾化效果好，运行可靠，在装置的处理量和掺渣率均比改造前提高的情况下，轻质油收率大幅度提高，干气和焦炭产率显著下降，取得了很好的经济效益。

!!"喷嘴的设计特点及冷态试验结果$%#!!"喷嘴的设计特点$

［!，"］

目前国内使用的进料喷嘴主要分为三类。

第一类是在喉管式喷嘴的基础上改进而成的，它们的结构特点是带有收敛2扩张形喉道，通过提高气体流速，利用气体的能量克服原料油的表面张力和粘度的约束，并利用气液两相的速度差，撕裂液体薄膜，使原料油破碎成微细颗粒。这类喷嘴随着雾化介质流速的增加，雾化效果提高。但喷嘴的出口

收稿日期："&&!2&$2!’。

作者简介：寇拴虎，工程师，!11’年毕业于复旦大学应用化学专业，硕士。现从事炼油工艺技术工作，发表论文多篇。

催化裂化喷嘴

9

石油炼制与化工%//%年第&&卷

多级雾化型喷嘴。!!"型喷嘴的雾化机理是原料油以较低的速度从侧面进入喷嘴混合腔，一次雾化蒸汽从喷嘴尾部进入，利用气体的高流速冲击原料，对原料进行第一次雾化；喷嘴混合腔形成的汽液两相流体在一定压力作用下通过一个收敛#扩张形喉道，利用汽液两相的速度差对液滴进行再次雾化；在喉道出口，由喷嘴外腔引入二次雾化蒸汽，外腔出口板有呈环形分布的多个小孔，二次雾化蒸汽由小孔进入经过一次雾化蒸汽雾化的汽液两相流产用喷嘴的冷态试验结果如下：雾化粒径小于’/

小于./!5的占4/,，5的占8/,以上，9/-$$/!

没有大于平均粒径%倍的颗粒。5的占$/,以下，!

%##$喷嘴的工业应用及效果

延炼实业集团公司$::$年底建成投产了一套&//;673的前置烧焦罐高低并列式重油催化裂化装置，装置原设计使用的是喉管式喷嘴。$::4年8月，在将这套装置由&//;673扩能改造为’//;673时，将原设计使用的四个对称分布的喉管式喷嘴更体，使其中含有大量汽泡，最后汽液两相流经扁槽形外喷口以扇形喷出，汽泡爆破使原料油充分雾化。喷嘴头部及二次雾化蒸汽喷孔部分结构图见图$。该喷嘴有以下几个重要特点：

（$）由于!!"喷嘴采用了多级强化雾化的结构，它能使原料油中的重质成分，如残炭、胶质和沥青质等更加充分地雾化，从而极大地降低原料生焦量。

（%）!!"喷嘴将前面所述的喉管式喷嘴和汽泡雾化喷嘴的雾化机理有机地融为一体。因此，该喷嘴的雾化粒径小，而且在粒径分布中大粒径的数量少。!!"喷嘴不完全依赖雾化介质高流速来提高雾化效果，喷嘴出口速度适中，射流衰减快，不会使催化剂产生较多的粉末。

（&）为了适应不同堆密度的催化剂、不同的再生温度、不同的原料预热温度和不同性质的原料油，在结构上设计了喷雾粒径可调手段。在正常生产时，一次雾化蒸汽量一般不作为调节手段，视生焦情况可开大二次雾化蒸汽限流孔板的副线阀，以此调节雾化蒸汽量，使得生焦率降到最低。（’）!!"喷嘴摒弃了()(*+喷嘴采用高油压、高汽液比提高雾化效果的雾化机理，在汽液比为&,-.,，压力降为/0&-/0’123即可获得非

常好的雾化效果。

图$!!"喷嘴头部结构图

!"!

##$喷嘴冷态试验的雾化效果

小型冷态试验索太尔平均雾化粒径为’4!5。可装备%0/1673重油催化裂化装置的大型工业生

换为+2!#$型高效进料喷嘴。该喷嘴虽然提高了轻质油和液化气产率，降低了焦炭和干气产率，但由于在扩能改造中未对再生烧焦系统和外取热系统进行改造，改造后的反应生焦量超过了再生器的设计烧焦能力，再生烧焦的放热量也大大超出了两器的热平衡能力，致使装置在运行中存在以下几个主要问题：

（$）再生烧焦热量分配难以平衡，再生温度一直居高不下，催化剂循环量小，剂油比低，产品分布差，目的产品的产率低，严重影响了装置的经济效益。

（%）再生烧焦效果差，再生剂、待生剂定碳含量高，碳差大，经常发生尾燃现象和再生器稀相超温现象，严重威胁着装置的长周期运行。

（&）催化剂的高温失活和热崩现象严重，催化剂、助燃剂等耗量大，增加了装置的生产成本。

随着原油的日益劣质化，催化裂化原料也愈来愈差，上述问题更加严重。鉴于这种情况，该公司在$:::年装置大检修时将原使用的+2!#$喷嘴更换为!!"强化混合多级雾化型喷嘴，更换后的进料喷嘴仍采用四个对称分布的形式。

!!"喷嘴使用前后的生产统计数据表明，在原料油性质与更换喷嘴前基本相同甚至更差，主要操作条件及催化剂性质也基本相同的条件下，装置的轻质油收率比更换喷嘴前提高%099个百分点，轻液体产率提高了$0%$个百分点，干气和焦炭产率分别较更换前降低了/0’%和/0.8个百分点，装置处理量也较以前明显提高；使用一周期后停工检修，发现提升管进料喷嘴处基本无结焦。%"&

原料油性质的比较

喷嘴更换前后的原料油性质见表$。在使用

+2!#$喷嘴期间，

原料油的残炭一般不能高于&08,，

否则再生器超温严重；由于延炼实业集团公司没有减压蒸馏装置，在常压渣油太重时采用调入适量的常压蜡油来降低装置的生焦率，平衡两器热

催化裂化喷嘴

第+期寇拴虎等’!!"型催化裂化进料喷嘴及其工业应用

表"

项催化剂类型待生剂碳含量-%目

4

量，因此那时加工的原料油馏程轻、残炭低、密度小。自从使用!!"型进料喷嘴后，装置可以加工

即使是在原料残炭高达&’$%#$$%的常压渣油，

以上，也不需要再向其中调入常压蜡油。

催化剂使用情况比较

()!*#型喷嘴(!;*5<#’7?#’3!!"型喷嘴(!;*5<#’#?#’2表!

原料油性质比较

项

目

()!*#型喷嘴

!!"型喷嘴密度（+$,）-./ 012

334’54$#’6初馏点-,+66+632$$,馏出率-%+#27$,馏出率-%

#7

#$盐含量（以89!:计）-0/ (1#

##’6#+’#残炭-%

2’6#

&’#6

"#$主要操作条件及催化剂的使用情况

进料喷嘴更换前后反应*再生系统主要的操作

条件对比见表+，催化剂的使用情况比较见表2。

从表+和表2可以看出，喷嘴更换前后反应温度、预热温度、反应压力等操作条件基本相同，且均使用同种催化剂(!;*5<。使用!!"喷嘴后，再生温度下降#6,，剂油比提高了$’5，喷嘴前后温降增大约2$,，油浆固含量减少2’+0/-(，待生剂、再生剂碳含量均比以前减小，碳差明显下降。使用!!"喷嘴时，

在装置处理量比使用()!*#喷嘴提高约#$%的条件下，仅需与使用()!*#喷嘴时同样多的烧焦用风量。从目前运行情况分析，装置的处理能力还可进一步提高。此外，在催化剂单耗（以每吨原料油计）比更换喷嘴前下降了$’+7./-=的情况下，基本保持了更换喷嘴前的平衡催化剂活性。通过显微镜观察发现，待生催化剂上焦炭分布较以前均匀，且破碎催化剂颗粒明显减少。!!"喷嘴的使用条件与()!*#喷嘴基本相当，同属于低压力降、中等汽液比喷嘴。

表$

主要操作条件对比

项目

()!*#型喷嘴

!!"型喷嘴

处理量- =>1#7$’677’$反应温度-,7#$7$3原料预热温度-,+$$?++$+$$?++$回炼比$’&$$’&7反应压力-@)9$’#67$’#67再生压力-@)9$’#6$$’#6$喷嘴压降-@)9$’+4$’2#汽液比-%7’+6’$喷嘴前后温降-,

#+##72再生器第二密相床温度-,5+35#+总烧焦用风量-02 0AB1#5+$5+$剂油比

&’4

7’6

再生剂碳含量-%$’#2?$’#3$’$4?$’#2平衡剂微反活性-%

75?6277?6+油浆固含量-0/ (1#5’$2’3催化剂单耗-./ =1#

#’+4

#’$&

"#"物料平衡及产品分布

从表&产品分布对比可以看出，装置在使用

!!"喷嘴后，

产品分布得到改善，中间馏分产率明显提高，轻质油（汽油与柴油）产率提高了+’33个百分点，轻液体（汽油、柴油和液化气之和）产率提高了#’+#个百分点，焦炭产率下降$’65个百分点，干气和损失共下降了$’&+个百分点。使用!!"喷嘴，

液化气产率下降了#’65个百分点。焦炭产率的减少主要是由于!!"喷嘴雾化的液滴较小，尤其是大粒径液滴少，与催化剂接触易气化并进行反应，特别是胶质、沥青质等重组分的气化裂解，减少了未气化油在催化剂上的吸附生焦。由于!!"喷嘴的雾化效果好，喷出的原料油能迅速吸热气化并进行反应，因此喷嘴前后温降大，使得反应物流的温度在瞬间下降很多，有效抑制了二次裂化反应，减少了二次裂化产品（干气、液化气）的产率，增加了中间馏分（汽油、柴油）的产率。

表%

产品分布对比

项目

()!*#型喷嘴

!!"型喷嘴处理量-= C1###42

#+3$

产品分布-%干气D损失6’$47’65液化气#+’7##$’3&汽油&7’$&&6’22轻柴油

+7’+#+6’3$油浆2’$++’4$焦炭3’#25’&6轻质油产率5$’+752’#2轻液体产率

3+’56

32’45

"#%经济效益评价

在将&$$.=-9催化裂化装置进料喷嘴更换为

!!"型喷嘴的同时，

延炼实业集团公司又建成投产了一套3$$.=-9的重油催化裂化装置，催化裂化

原料出现了供不应求的局面，因此，自更换喷嘴后老装置的开工率和运行负荷一直较低。若装置有足够的原料，可满负荷运行，那么按目前的市场价计算，每年可因轻液体产率的提高而比以前净创产

催化裂化喷嘴

!’

石油炼制与化工#’’#年第22卷

值!"#$万元，增加税后利润!%&!万元（该测算未考虑作为厂内燃料自用的干气、油浆、焦炭产率减少的影响，因此比实际值略高），每年可因催化剂用量的减少而降低加工成本!$’万元。此外，使用新喷嘴后，装置处理量和掺渣率提高，设备结焦减轻，运行周期延长，这些均有非常好的间接经济效益。!

结

论

(()型进料喷嘴自!"""年*月在延炼实业集团公司&’’+,-.催化裂化装置上使用以来，已间断地使用了两年时间，取得了很好的使用效果。结果证明，该喷嘴雾化效果好，运行可靠，能有效提高轻质油品产率，降低焦炭和干气产率，消除了&’’+,-.催化裂化装置在扩能改造后再生系统

烧焦能力不足所造成的瓶颈，提高了处理量和掺渣率，创造了可观的经济效益。

喷嘴(()型喷嘴所需的工艺条件并不苛刻，压力降低，汽液比适中，不需要提供高的原料油压力和蒸汽压力；此外，该喷嘴安装简单、操作方便、投资少、见效快，在旧装置改造和新建装置上均可使用。

参

考

文

献

!赖周平/重油催化裂化进料高效雾化喷嘴/石油化工设备技术，（%）：!""$，!0!%1!*

#龚宏等/重油催化裂化新型进料喷嘴技术/石油炼制与化工，（2）：#’’’，2!&’1&2

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（5A?S）技术。该技术可使一体化芳烃联合装置中大量存在的甲苯转化成对二甲苯和苯。

在5A?S过程中，催化剂选择性极好，甲苯仅转化成苯和对二甲苯，邻二甲苯和间二甲苯也转化成对二甲苯。STO而以前的5A?SQ.T工艺对对二甲苯的选择性大于"’R，

国外动态

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埃克森美孚公司开发&>27>

选择性甲苯岐化工艺

今后%年内，预计对二甲苯市场年增长率将达到0R，预期#’’21#’’&年将达峰值。

埃克森美孚公司开发了新的STQ.T选择性甲苯岐化

工艺为*’R。同时，该工艺生成对二甲苯比以前的工艺多%R。

埃克森美孚公司已将该工艺首次转让给韩国>UO加德士公司丽水装置，该装置年产对二甲苯2%’+,和苯2*’+,，预计#’’2年开工。

〔章文摘译自

（2%）：(VWX，#’’!，0"#*12’〕

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e22j.html