重油催化裂化裝置采用的KH型高效霧化噴嘴

盧永先 趙繼昌 唐亞勇 劉鳴（大連石化分公司）

重油催化裂化裝置采用的KH型高效霧化噴嘴

盧永先 趙繼昌 唐亞勇 劉鳴（大連石化分公司）

大連石化公司第四聯(lián)合車間9×105t/a重油催化裂化裝置現(xiàn)采用中科院力學(xué)研究所開發(fā)的SKH-4型高效霧化噴嘴。自2006年9月投用以來，噴嘴未出現(xiàn)明顯結(jié)焦，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)品質(zhì)量及分布正常。裝置計(jì)劃在2011年的停工檢修中對(duì)現(xiàn)用噴嘴進(jìn)行更換，從而降低生焦量、提高輕質(zhì)油產(chǎn)品的收率、降耗減排獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

重油催化裂化裝置 KH型噴嘴 高效霧化 降低生焦 提高收率

進(jìn)料噴嘴是催化裂化裝置的重要設(shè)備之一，影響產(chǎn)品分布、收率及裝置長(zhǎng)周期、安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著重油催化裂化技術(shù)的迅速發(fā)展，催化裂化裝置的原料油趨向重質(zhì)化和劣質(zhì)化，這給工藝過程帶來難于裂化、焦炭產(chǎn)率高及設(shè)備結(jié)焦等問題。實(shí)踐證明[1]，采用高效進(jìn)料霧化噴嘴是解決上述問題的有效途徑。高效原料霧化噴嘴可提高輕質(zhì)油收率，降低焦炭和干氣產(chǎn)率，改善產(chǎn)品分布，防止反應(yīng)系統(tǒng)結(jié)焦，是保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。KH型噴嘴是由中科院力學(xué)研究所開發(fā)的內(nèi)混合式雙喉道型進(jìn)料噴嘴。該噴嘴操作彈性大、壓力降低、噴射速度適中，霧化效果好，蒸汽用量少。大連石化公司第四聯(lián)合車間9×105t/a重油催化裂化裝置現(xiàn)用噴嘴是中科院力學(xué)研究所開發(fā)的SKH-4型噴嘴，2006年安裝使用。車間計(jì)劃在2011年的裝置停工檢修中對(duì)現(xiàn)用到期的進(jìn)料噴嘴進(jìn)行更換。

1 對(duì)優(yōu)良進(jìn)料噴嘴的認(rèn)識(shí)

原料油進(jìn)料高效霧化噴嘴的作用就是將原料油霧化成極細(xì)小的霧滴。催化裂化反應(yīng)是在氣相條件下進(jìn)行的，若在有限的反應(yīng)時(shí)間油滴沒有汽化完畢，則剩下的油滴就會(huì)生成焦炭，所以霧化液滴越細(xì)，分散越好，接觸時(shí)間越短，催化反應(yīng)越完全。

優(yōu)良的進(jìn)料噴嘴至少應(yīng)具備下列條件：

◇對(duì)不同進(jìn)料具有包容性，能適應(yīng)各種裝置需求；

◇噴出油滴分散性好，霧化細(xì)密，與流動(dòng)的催化劑均勻接觸，迅速氣化、反應(yīng)；

◇噴出的油滴穩(wěn)定，具有相當(dāng)穿透力(即出口要有一定速度)，但不能噴到對(duì)壁；擴(kuò)散角要適宜，減少、消除渦流磨損和側(cè)壁區(qū)形成死角而結(jié)焦；

◇較小壓力降，即進(jìn)料油壓不能太高，以免增加進(jìn)料泵壓頭；

◇汽液比適當(dāng)，即霧化蒸汽量不要太多，以降低能耗及后部冷卻水、冷卻設(shè)備；

◇結(jié)實(shí)耐用、抗干擾，能適應(yīng)長(zhǎng)周期使用；

◇在較寬的可操作范圍內(nèi)保持良好的霧化效果，即有一定的操作彈性；

◇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)廉物美，得到長(zhǎng)周期工業(yè)應(yīng)用認(rèn)可。

2 KH噴嘴的設(shè)計(jì)原理

KH噴嘴的設(shè)計(jì)依據(jù)是增加氣液速度差，蒸汽在兩段拉閥爾噴嘴中加速，使蒸汽勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，盡可能大地提高氣體流速和氣液兩相的速度差，撕裂液體薄膜，利用氣體的動(dòng)能克服原料油的表面張力和黏度約束，使原料油破碎成微油顆粒，形成較細(xì)的霧化粒度。噴嘴的結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 KH噴嘴結(jié)構(gòu)圖

KH噴嘴采用雙喉道，充分利用蒸汽能量來霧化油料。第二喉道(噴頭)采用多頭，使油霧在提升管內(nèi)有良好的分布，改善催化劑和原料油的接觸狀態(tài)，有利于催化裂化反應(yīng)的進(jìn)行。噴嘴壓力降小，充分利用蒸汽的能量和壓力，使每一步都把蒸汽的能量轉(zhuǎn)化應(yīng)用到破碎液體上，在管路上避免壓力損失[2]。

3 KH噴嘴的長(zhǎng)壽命運(yùn)行設(shè)計(jì)

磨損的加劇直接導(dǎo)致噴嘴壽命的降低，目前市場(chǎng)上噴嘴使用壽命一般在兩年以下，甚至不足一年。噴嘴的磨損致霧化效率降低、噴嘴失效后，會(huì)大幅影響催化裂化產(chǎn)品的收率。失效噴嘴的更換，或者因噴嘴磨損問題引起的設(shè)備大修極大地影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。煉油企業(yè)一次設(shè)備更新通常需要幾千萬或者更高的資金，所以噴嘴成為煉油設(shè)備的一個(gè)關(guān)鍵部件，保證噴嘴的長(zhǎng)壽高效運(yùn)行非常必要。

KH噴嘴在初始設(shè)計(jì)時(shí)就考慮了長(zhǎng)期使用對(duì)噴嘴的影響，所以KH噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上以兩個(gè)拉閥爾噴嘴相連的形式引導(dǎo)射流流線最低阻尼的沿軸線方向流動(dòng)，幾乎完全避免了射流對(duì)噴嘴內(nèi)部固壁的碰撞，同時(shí)也最大限度地降低了壁面和射流之間的剪切摩阻。在重油催化裂化過程中，由于原油的劣化以及原油密度的增大，對(duì)噴嘴制造材料也提出了新的要求。KH噴嘴在噴頭易發(fā)生磨損部位采用非金屬涂層對(duì)噴嘴內(nèi)部進(jìn)行了表面強(qiáng)化。從目前的使用情況來看，收到了良好的效果。因此可以說，噴嘴的壽命取決于噴頭涂層材料，尤其是在原料油中雜質(zhì)含量高、密度大的裝置應(yīng)用。最新設(shè)計(jì)的KH-5噴嘴完全滿足了長(zhǎng)周期安全高效的運(yùn)行要求。

4 KH噴嘴綜合評(píng)價(jià)

重質(zhì)化的原油對(duì)進(jìn)料噴嘴提出了更高的要求，KH噴嘴根據(jù)重油特點(diǎn)進(jìn)行了針對(duì)性的設(shè)計(jì)，在重油催化裂化裝置上顯現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[3]。

（1）收率高。使用KH噴嘴的裝置平均收率比非KH噴嘴的裝置要高0.5個(gè)百分點(diǎn)。以一套106t/a的催化裂化裝置為例，高0.5個(gè)百分點(diǎn)意味著每年能給煉廠增加3×107元的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）壽命長(zhǎng)。KH噴嘴在材料上的精選及加工，設(shè)備耐磨、抗腐蝕性能的提高，使噴嘴運(yùn)行周期進(jìn)一步延長(zhǎng)，目前，噴嘴在役使用時(shí)間提高到3年以上,是同類型產(chǎn)品壽命的1.5倍以上。噴嘴長(zhǎng)壽命穩(wěn)定運(yùn)行能有效延長(zhǎng)煉油設(shè)備更新的周期，為企業(yè)節(jié)省大量設(shè)備更新經(jīng)費(fèi)，從節(jié)約成本的角度給煉油企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）低能耗。噴嘴霧化蒸汽用量得到科學(xué)優(yōu)化，與其他噴嘴相比，霧化蒸汽量節(jié)約20%～50%，有效地降低了裝置能耗和污水排放量。

（4）低劑耗。噴嘴充分霧化原油，使原油霧化粒度細(xì)且均勻，和催化劑接觸反應(yīng)效果良好，有效地降低了催化劑的消耗量。

[1]金桂蘭.幾種重油催化裂化進(jìn)料高效霧化噴嘴的分析比較[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2000,21(4):4-6.

[2]催化裂化裝置技術(shù)問答[M].2版.北京：中國石化出版社，2005.

[3]陳志堅(jiān).KH催化裂化進(jìn)料噴嘴技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展[R].KH重油噴嘴質(zhì)量評(píng)估會(huì)暨石油化工催化裂化進(jìn)料噴嘴專題研討會(huì)議，2011.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.012

2010-11-18)

盧永先，1998年畢業(yè)于中國石油大連石化分公司職工大學(xué)，大連石化分公司一級(jí)關(guān)鍵技術(shù)人才，E-mail：luyx_dl@petrochi na.com.cn，地址：遼寧省大連市大連石化分公司第四聯(lián)合車間，116032。