KH-5型喷嘴在重油催化裂化装置上的应用

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摘　要：通过对玉门炼油厂化工总厂0.8Mt/a催化裂化装置原料进料BWJ-Ⅲ型喷嘴研究，发现原料进料BWJ-Ⅲ型喷嘴雾化效果差、雾化蒸汽用量大、结焦率高、进料存在偏流等缺陷。针对此情况，2011年9月对原料BWJ-Ⅲ型喷嘴分段进料进行改造。改造后的kh-5型喷嘴环形进料，原料进料雾化效果显著提高，雾化蒸汽用量减少53%，掺渣率提高4.20%条件下，焦炭产率降低1.32%。

关键词：催化裂化装置　喷嘴　雾化蒸汽　焦炭

玉门炼油厂催化裂化装置自2005年改造后采用采用石油大学两段提升管反应技术（TSRFCC），由于该工艺技术复杂，同时伴随着原油的劣质化，装置的蒸汽用量和烧焦一直居高不下，导致催化裂化装置成为全厂能耗第一大户（达到36%），因此为了降低装置的综合能耗，对提升管进料方式以及喷嘴的改造迫在眉睫。

一、 改造前BWJ-Ⅲ型喷嘴在装置上应用情况

改造前提升管4个进料雾化喷嘴采用了BWJ-III型高效进料雾化喷嘴。尽管该喷嘴经过三次雾化，但是在装置实际生产运行方面存在以下不足：

1.雾化效果差

首先，伴随着催化装置原料劣质化，原料中的大分子、高粘度的成份相应增多，其分身就不易雾化；其次，检修时发现，BWJ-III型喷嘴四个喷嘴中有3个二次雾化蒸汽发生堵塞，根据计算推断实际原料雾化粒径＞80μm，远超过设计值，导致喷嘴雾化效果大大下降。

2.雾化蒸汽用量大

由于BWJ-III型喷嘴在实际应用上雾化效果差，即使提高雾化蒸汽流量也达不到理想雾化效果，生产中实际平均雾化蒸汽用量达到6.84%。

3.结焦率高

一方面：由于BWJ-III型喷嘴雾化效果差，雾化后的粒径直径在80μm左右，分散效果差，达不到理想雾化效果，使油、气和催化剂混合不均匀容易结焦。另一方面，改造前未采取环形进料，由于设计或操作等原因，四组喷嘴之间存在2~3m/s流量偏差。四组喷嘴进料量不一，导致容易在喷嘴上方遇冷的提升管器壁发生接触而结焦[2]。从检修后结果证实了这一点，如图2所示。

二、 KH-5型喷嘴改造

针对以上问题，2011年9月装置对提升管原料喷嘴及进料方式进行改造，更换BWJ-III型喷嘴为KH-5型喷嘴，将分段进料方式改为环形进料方式。从改造效果来看，以上问题得到了有效解决。

1.KH-5型喷嘴原理

KH型喷嘴又称内混式双喉道型进料喷嘴，其结构如图1所示

KH-5型喷嘴特点：原料油以低的速度从侧面进入混合腔，雾化蒸汽通过第一喉道加速到超音速，冲击液体，利用汽液速度差，使原料油得到第一次破碎。破碎后形成气液混合相再通向第二喉道，在第二喉道气液两相进一步得到加速，利用两相新的速度差产生的气动压力作用产生第二次破碎，使进料雾化。据测定，进料油可以雾化到60μm的微细颗粒，较BWJ-III型喷嘴有很大改善，达到了与再生催化剂平均粒径相同的水平，压力降小，集合管压力在0.4MPa[3]。

2.原料雾化效果好

改造后原料经KH-5喷嘴出口粒径可以达到60μm，喷嘴出口线速达到60m/s以上。一个直径60μm液滴与 2~4 个催化剂颗粒接触，接触时间 0.02~0.04 秒。而以均匀较厚层液、剂接触，则遇 20~0 个催化剂，接触时间 0.15~0.3秒。所以雾化液滴越细，分散越好，在极短的时间内汽化越快，催化反应越完全。原料油进料高效雾化喷嘴的作用就是将原料油雾化成极细小的雾滴。

3.雾化蒸汽用量少

自装置喷嘴改造后，喷嘴雾化蒸汽用量基本维持在3%左右。装置改造前后雾化蒸汽用量如下表所示：

从表1可以看出，改造后，在装置掺炼渣油比例提高，原料性质变差的条件下，由于KH-5型喷嘴自身优势，内部设计简单，蒸汽压降小，原料雾化效果好等特点，大大降低了雾化蒸汽的用量。雾化蒸汽与处理量比仅为3.13%，雾化蒸汽用量还不到改造前的一半。以2012年装置处理量为82万吨计算，仅雾化蒸汽一年节省蒸汽量为2.87万吨蒸汽。可见，通过对喷嘴进行改造，不仅有效提高了原料雾化效果，而且大大降低了蒸汽用量。

3.焦炭产率下降

为了平衡全厂重油压力，催化装置掺渣比例不断提高，进料性质越来越差。残渣比从检修前的16%左右提高至目前的20%以上。但是在对进料喷嘴进行更换改造后，装置的产品分布和总液收基本维持不变，焦炭产率反而有效降低，如下表所示：

从表2明显可以看出，改造前后，在残渣率提高4.2个百分点的条件下，干气产率虽然有所上升，但是总液收基本维持不变。同时，焦炭产率下降了1.32个百分点。采用KH-5型喷嘴后，在高出口线速下（达到60m/s以上），原料雾化效果好，油滴破碎更小更均匀，与催化剂更加能够充分接触并发生反应，催化剂滑活性中心利用率得到有效提升，从而降低了焦炭产率。

同时从2012年9月装置更换外取热器临时停厂抢修，对第一提升管上部检查来看，一提上部结焦量较改造前明显下降。如图2、3所示：

通过对进料方式进行改造，雾化蒸汽和原料流程全部加装环形管，即物料先进入环形管，然后从环形管上引入喷嘴系统，使得各路喷嘴流量出口压力基本均匀，原料微粒与催化剂颗粒的接触机会基本均等，减少了各喷嘴之间的流量偏差，防止各喷嘴之间出现偏流现象，有效地减少提升管内的结焦[4]。

三、结论

通过对第一提升管进料方式和喷嘴进行改造，原料雾化效果明显好转。改造后的KH-5型喷嘴在掺渣率提高4.2%的情况下，产品分布以及产品总液收与改造前基本持平；焦炭产率下降1.32%，提升管喷嘴上部结焦严重的问题基本得到解决；同时，原料雾化蒸汽用量节省了53%，从改造前的5.3t/h降至目前的2.5t/h，年累计节省蒸汽用量达到2.87万吨。有效的降低了装置的能耗和操作成本，产生了良好的经济效益。

参考文献

[1] 侯玉宝,刘静翔,赵华.重油催化裂化装置的用能分析及节能措施[J].炼油技术与工程.2005:35（3）:21-24.

[2] 旷军虎,张志亮,郑坤.催化裂化装置的节能改造及运行分析[J].石油炼制与化工.2011:42(10):85-89.

[3] 马伯文.催化裂化装置技术问答[M].第二版.北京：中国石化出版社，2003:96-97.

[4] 许友好,龚剑洪,杨轶南.一种催化裂化烃油进料方法：中国,00122842.0[P].2002-03-20.