一種原料油混合乳化裝置的製作方法
2023-10-11 23:37:09
本實用新型涉及一種原料油的高效混合乳化設備，尤其是一種原料油混合乳化裝置，屬於石油煉化
技術領域：
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背景技術：
：據了解，原料油包括石油煉化的催化反應、催化裝置和催化反應器中的催化裂化、催化轉化或催化裂解等原料油。近年來，重質原料在催化裂化或催化裂解原料中所佔的比例逐年增大，催化裂化或催化裂解原料油大部分是渣油或渣油摻和部分蠟油，在反應過程中催化裂化原料油的霧化狀況和氣化程度對催化裂化反應起著相當重要的作用，進入提升管反應器時的霧化原料油與催化劑接觸狀況對重油催化裂化或裂解反應有重要影響，如果原料油進料前霧化效果差，提升管反應器入口氣化率低，只能部分氣化原料油，氣化時間長，易使提升管反應器噴嘴結焦，影響裝置的運行效率，而且原料油在催化反應過程中，霧化原料油與熾熱的催化劑顆粒接觸時，沒有氣化的部分原料油即使在高溫條件下，只能潤溼催化劑，通過毛細管的作用吸入到催化劑顆粒內部的微孔中，並停留在微孔中直至完全轉化，這樣就對催化裂化反應產生很大的影響，此時熱反應與催化反應同時進行，大部分原料油成為焦炭，導致幹氣和焦炭產率上升。對重油原油進料，要求迅速霧化，儘可能提高霧化速率，改善產品產率分布。如果原料油充分乳化後，其油霧分散程度高，油霧與催化劑的接觸機會較為均等，比表面積大，從而提高了霧化速率，提高催化反應效率。因此，現有技術中重質原料油必須通過一定比例的蒸汽在乳化劑乳化條件下進行霧化得到乳化/霧化油（見圖1），其霧化粒徑越小，乳化後的原料油分散程度越高，而液滴霧化粒徑越小油霧與催化劑的接觸機會越均等，這樣就顯著增加了原料油與催化劑的接觸面，從而大大提高霧化速率和催化反應的效率，降低了催化劑表面積碳和熱裂化反應的發生，提高輕質油品收率，降低幹氣和焦炭產率，使得產品分布得到改善。因此，為了提高原料油的乳化效率，使原料油得到充分乳化，迫切需要開發一種合適的乳化技術及設備。技術實現要素：本實用新型所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種能夠實現原料油與液體直接、高效、充分乳化的原料油混合乳化裝置。為了解決以上技術問題，本實用新型提供一種原料油混合乳化裝置，包括殼體，殼體具有供原料油乳化的原料油乳化區，殼體上設有與原料油乳化區相連通的液體入口，殼體還具有一組貫穿原料油乳化區且相互平行的乳化分布管，乳化分布管具有原料油入口和乳化油出口，乳化分布管的管壁上具有一組微孔通道，微孔通道經原料油乳化區與液體入口相連通。本實用新型採用由多組乳化分布管組成的聯箱結構，液體經液體入口進入原料油乳化區，原料油經原料油入口進入乳化分布管，由於乳化分布管的管壁上具有納米級的微孔通道，在高壓作用下液體經微孔通道進入乳化分布管，液體在經過微孔通道時被其切割成納米級微液滴珠，微液滴珠滲入原料油的分子間隙中，在極短時間內（毫秒級範圍）實現徑向完全充分混勻，達到乳化效果，原料油乳化效果好，能夠降低後續催化反應的溫度，提高催化反應的效率，顯著減少幹質、瀝青質等廢棄物的產量，減少反應器中的結焦量。本實用新型進一步限定的技術方案是：進一步的，液體入口與經具有第一調節閥和第一加壓泵的第一管道與液相水供應系統連通。上述結構中，液相水經液體入口進入原料油乳化區後，在高壓作用下經由乳化分布管的管壁上的微孔通道進入乳化分布管內部，液相水能夠被微孔通道切割成納米級微液滴珠，該微液滴珠滲入原料油的分子間隙中形成油包水型的乳化油，該乳化油的比表面積約5000～10000㎡/m³。將原料油採用液相水進行油包水型乳化，使得乳化油中油滴的尺寸小於500μm，由於原料油在催化反應器的噴嘴進料前被分散成粒徑為微納米級的油包水型液滴，在高溫條件下通過油包水型液滴的「微爆」作用，明顯改善了原料油的霧化和氣化效果，提高了氣化率，減少液固反應，進而減少了催化劑上的結焦量。總之，採用上述結構後無需添加任何化學乳化劑即可得到理想的乳化效果，並且不會對原料油的性質發生改變，節約了成本。另外，液相水可以採用除鹽水、除氧水、新鮮水、酸性水、汙水汽提後的淨化水和催化裝置產生的含硫氨汙水等較低品質的水，以達到節能降耗、綜合利用資源的目的。進一步的，液體入口經具有第三調節閥和第三加壓泵的第三管道與蒸汽供應系統連通。進一步的，液體入口經具有第四調節閥和第四加壓泵的第四管道與乳化劑供應系統連通。進一步的，液體入口安裝在殼體的一側側壁上。進一步的，乳化分布管在殼體的原料油乳化區橫向或徑向布置。更進一步的，殼體的一端具有原料油進料區，原料油進料區具有一組與乳化分布管一一對應的第一通孔，第一通孔中設置乳化分布管的原料油入口；殼體的另一端具有乳化油出口區，乳化油出口區具有一組與乳化分布管一一對應的第二通孔，第二通孔中設置乳化分布管的乳化油出口。進一步的，原料油入口經具有第二調節閥和第二加壓泵的第二管道與原料油供應系統連通。第一、第二、第三、第四調節閥與第一、第二、第三、第四加壓泵分別設置在原料油、液相水、蒸汽、乳化劑的輸送管道上靠近入口位置，用於調節原料油、液相水、蒸汽、乳化劑的輸送量及輸送壓力，進而調節和控制原料油乳化的程度。進一步的，乳化分布管的長度為5～500cm，直徑為1～10cm；微孔通道的孔徑為0.001～50μm。進一步的，乳化分布管的材質為碳鋼、不鏽鋼、英科耐爾合金、蒙耐合金、雙相鋼、鎳、哈氏合金、鋁、鈦、銅、陶瓷、玻璃、聚合物、三氧化二鋁、氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、矽、碳化矽、石英、纖維、有機纖維、石墨、聚合物與多種纖維的複合物中的至少一種；殼體的材質為碳鋼或不鏽鋼，優選304、316、316L、316SS、雙相不鏽鋼、臨氫鋼中的至少一種；原料油為蠟油、脫瀝青油、減壓渣油、焦化蠟油、加氫蠟油、加氫渣油或常壓渣油中的至少一種。本實用新型的有益效果是：1.採用本實用新型裝置乳化後的原料油，一顆油滴在催化反應器噴嘴中的汽化時間由250～400毫秒降至4～50毫秒，大大縮短了原料油的汽化時間，顯著增加了原料油與催化劑的接觸面積，使得原料油與催化劑充分接觸並反應，降低了催化劑表面積碳和熱裂化反應的發生，同時由於原料油汽化時間縮短，導致原料油的線速加快，進而提高了催化劑的循環量，提高了劑油比，提高了催化劑的有效活性，提高了重油的轉化率，產品分布也得到改善，提高了輕油收率，降低了幹氣和焦炭產量；2.原料油中摻兌一定比例的液體，二者通過乳化分布管進行乳化，形成穩定的油包液狀態的乳化油，乳化油的油滴達到微納米級，乳化油進入提升管反應器進行反應時，由於乳化油的油滴尺寸較小，導致油滴分散程度得到提高，汽化時間顯著縮短短，乳化原料油與催化劑的接觸面積也相應增加，進而提高了催化反應效率、劑油比和輕油收率，降低了幹氣和生焦量；3.本實用新型採用乳化分布管進行靜態乳化，避免使用動力攪拌混合裝置，進而避免產生氣泡和出現震蕩現象，運行穩定，能耗較低。總之，本實用新型的原料油混合乳化裝置乳化效果好，縮短了原料油的汽化時間，油滴分散程度得到顯著提高，增加了原料油與催化劑的接觸面積，提高了重油的轉化率和輕油收率，降低了幹氣和焦炭產量，並且減少了乳化過程中蒸汽的用量，節約了成本和能耗。附圖說明圖1為現有技術中原料油乳化工藝流程圖。圖2為本實用新型實施例一的原料油乳化工藝流程圖。圖3為本實用新型實施例一的結構示意圖。圖4為本實用新型實施例一的原理圖。圖5為圖4中局部放大圖。圖6為本實用新型中實施例一乳化後的原料油雷射粒度分布-螢光倒置顯微鏡圖。圖7為本實用新型中實施例一乳化後的原料油掃描電鏡圖。圖8為本實用新型實施例四的原料油乳化工藝流程圖。圖9為本實用新型實施例五的原料油乳化工藝流程圖。圖10為本實用新型實施例六的原料油乳化工藝流程圖。圖11為本實用新型實施例七的原料油乳化工藝流程圖。圖12為本實用新型實施例八的原料油乳化工藝流程圖。具體實施方式本實用新型原料油混合乳化裝置適用的催化裂化領域為：原料油的溫度範圍為180～250℃，壓力範圍為16～25bar，流量為1～500m3/h，液相水摻入比例（即液相水所佔原料油的質量百分比）為1～20%。最後乳化油的粒徑在0.01～10μm，W/O體系的穩定時間在10～14天。裝置中，乳化分布管的長度為5～500cm，直徑為1～10cm；微孔通道的孔徑為0.001～10μm；乳化分布管的材質可以為碳鋼、不鏽鋼、英科耐爾合金、蒙耐合金、雙相鋼、鎳、哈氏合金、鋁、鈦、銅、陶瓷、玻璃、聚合物、三氧化二鋁、氧化鋁、氧化矽、氧化鋯、氧化鈦、矽、碳化矽、石英、纖維、有機纖維、石墨、聚合物與多種纖維的複合物中的至少一種；殼體的材質可以為碳鋼或不鏽鋼，具體為304、316、316L、316SS、雙相不鏽鋼、臨氫鋼中的至少一種；液相水可以為除鹽水、除氧水、新鮮水、酸性水、汙水汽提後的淨化水、催化裝置產生的含硫氨汙水等較低品質的水中的至少一種；原料油可以採用蠟油、脫瀝青油、減壓渣油、焦化蠟油、加氫蠟油、加氫渣油、常壓渣油中的至少一種。實施例一本實施例的原料油混合乳化裝置，其結構如圖3所示，包括殼體3，殼體3為廂式或筒式密封殼體，殼體3具有供原料油乳化的原料油乳化區，殼體3還具有28根貫穿原料油乳化區且相互平行的乳化分布管5，乳化分布管5的長度為1500毫米，內徑為40毫米，外徑為50毫米，乳化分布管5的材質為氧化鋯為主的複合材料，乳化分布管5具有原料油入口2和乳化油出口4，乳化分布管5在殼體3的原料油乳化區橫向或徑向布置，且殼體3豎直放置。殼體3的下端具有原料油進料區，原料油進料區具有28個與乳化分布管5一一對應的第一通孔，第一通孔中設置乳化分布管5的原料油入口2，殼,3的上端具有乳化油出口區，乳化油出口區具有28個與乳化分布管5一一對應的第二通孔，第二通孔中設置乳化分布管5的乳化油出口4。乳化分布管5的管壁上具有若干個微孔通道，微孔通道的孔徑為10微米，單根乳化分布管5的孔隙率為30%，微孔通道經原料油乳化區與液體入口1相連通。另外，殼體3的一側側壁上具有與原料油乳化區相連通的液體入口1，液體入口1經具有第一調節閥6和第一加壓泵7的第一管道與液相水供應系統連通，原料油入口2經具有第二調節閥8和第二加壓泵9的第二管道與原料油供應系統連通。如圖4和圖5所示，原料油入口2位於殼體3底端，乳化油出口4位於殼體3頂端，乳化分布管5的原料油入口2壓力為0.5兆帕，其壓降為0.1兆帕，這樣原料油從底端進入乳化分布管5，乳化後降壓0.1兆帕經頂端排出。在某煉化廠進行催化裂化實驗時，催化裂化裝置所採用的提升管反應器的處理量為60萬噸/年，提升管反應器的高度為30米，原料油的流量為50m3/h，原料油的溫度為220℃，原料油的組分按照質量百分比為：45%渣油（密度0.9786），55%蠟油（密度0.8937），液相水採用催化裂化裝置產生的含硫氨汙水，水溫為45℃，液相水與原料油的質量比為3:100。如圖2所示，在原料油（即重質油）乳化過程中無需添加任何乳化劑，啟動第一調節閥6和第二調節閥8，原料油經第二加壓泵9、以0.7～1m/s的流速從殼體3下端的原料油進料區進入乳化分布管5，液相水經第一加壓泵7以1～1.3m/s的流速從殼體3的側壁進入原料油乳化區，在滲透壓的作用下液相水通過乳化分布管5的納米級微孔通道時被切割成納米級微液滴珠，然後微液滴珠滲入原料油的分子間隙中實現瞬時快速均勻混合，形成穩定的油包水乳化狀態，因此液相水與原料油在原料油乳化區的乳化分布管5中混合充分，實現乳化形成單向流乳化油體系（W/O），乳化油經殼體3上端的乳化油出料區排出，乳化過程中蒸汽摻混比例減少了3%。取出部分乳化油採用雷射粒度分布-螢光倒置顯微鏡和掃描電鏡進行測定，結果分別見圖6和圖7（標尺10微米），圖6和圖7可以看出，圓形微粒為乳化後的油滴，油滴的粒徑小於50微米，平均粒徑在10微米左右。其中雷射粒度分布-螢光倒置顯微鏡測定的條件為：檢測儀器分別為動態光散射儀和螢光倒置顯微鏡IX-81，測試方法用明場直接測試，放大倍數為物鏡的300倍，所用雷射強度90%，溶劑選項D2O。掃描電鏡的測試條件為：採用電子顯微鏡SUPEREYESA005，放大倍數為400倍。混合乳化裝置排出的乳化油進入提升管反應器進行催化裂化反應，提升管反應器的反應條件為：提升管反應器反應溫度為537℃，原料油汽化時間為23毫秒，劑油比為8.7。催化裂化試驗運行60天後，該反應的產物分布變化見表1。反應時，在高溫條件下乳化油中的微液滴珠率先爆裂形成油霧，增加與催化劑接觸的面積，提高催化反應效率，進而提高輕油收率，減少焦炭和幹氣產生。採用上述裝置乳化後得到的乳化原料油經進料提升管反應器能夠提高輕油（汽油和柴油）收率，降低焦炭和幹氣產率，改善產品分布。實施例二本實施例與實施例一的不同之處在於：採用常規混合攪拌的乳化方法進行乳化，其中原料油進換熱器前的溫度為220℃，並向換熱器注入密度為1.2的複合型乳化劑（型號為HLB4.3～7.5的油包水型乳化劑），原料油、乳化劑的流量為0.055m3/h，原料油與乳化劑通過高速剪切力攪拌混合乳化後（轉速為225Rpm，攪拌時間為25分鐘）獲得乳化/霧化油，乳化/霧化油進入與實施例一相同的提升管反應器進行催化裂化反應。與實施例一的混合乳化裝置相比，本實施例的乳化能耗增加了60%。另外，控制提升管反應器與實施例一具有相同的加熱功率和噴嘴功率，提升管反應器的反應條件為：提升管反應器反應溫度為515℃，原料油汽化時間為750毫秒，劑油比為6。催化裂化試驗60天後，該反應的產物分布變化見表1。實施例三本實施例與實施例一的不同之處在於：微孔通道的孔徑為30微米。催化裂化試驗60天後，該反應的產物分布變化見表1。表1為催化裂化反應的產物產率變化項目實施例一實施例二實施例三幹氣降低百分比，質量%1.50.31.2液化氣增加百分比，質量%0.90.40.6汽油增加百分比，質量%1.20.10.9柴油增加百分比，質量%1.30.30.8焦炭降低百分比，質量%1.90.51.1由表1可以看出，實施例一、三採用原料油混合乳化裝置進行混合乳化可以大幅度提高液化氣以及汽油和柴油等高價值輕質油產物的產率，降低幹氣和焦炭等低價值產物的產率。實施例四本實施例與實施例一的不同之處在於：如圖8所示，液體入口1經具有第一調節閥6和第一加壓泵7的第一管道與液相水供應系統連通，同時液體入口1還經具有第三調節閥10和第三加壓泵11的第三管道與蒸汽供應系統連通。這樣在原料油乳化乳化時可以選擇啟動第三調節閥10，向殼體1內輸送少量蒸汽。實施例五本實施例與實施例一的不同之處在於：如圖9所示，液體入口1經具有第一調節閥6和第一加壓泵7的第一管道與液相水供應系統連通，同時液體入口1還經具有第四調節閥12和第四加壓泵13的第四管道與乳化劑供應系統連通。這樣，在原料油乳化過程中可以選擇啟動第四調節閥12，向殼體1內輸送少量乳化劑，進一步增加乳化效果。實施例六本實施例與實施例一的不同之處在於：如圖10所示，液體入口1經具有第一調節閥6和第一加壓泵7的第一管道與液相水供應系統連通，同時液體入口1還經具有第三調節閥10和第三加壓泵11的第三管道與蒸汽供應系統連通，液體入口1還經具有第四調節閥12和第四加壓泵13的第四管道與乳化劑供應系統連通。這樣，在原料油乳化過程中可以選擇性地啟動第三調節閥10或第四調節閥12，向殼體1內輸送少量蒸汽或少量乳化劑。實施例七本實施例與實施例一的不同之處在於：如圖11所示，液體入口1不與液相水供應系統連通，液體入口1經具有第四調節閥12和第四加壓泵13的第四管道與乳化劑供應系統連通。乳化劑經第四加壓泵13以1～1.3m/s的流速從殼體3的側壁進入原料油乳化區，在滲透壓的作用下乳化劑通過乳化分布管5的納米級微孔通道時被切割成納米級微液滴珠，然後微液滴珠滲入原料油的分子間隙中實現瞬時快速均勻混合，形成充分穩定的乳化油。實施例八本實施例與實施例一的不同之處在於：如圖12所示，液體入口1不與液相水供應系統連通，液體入口1經具有第四調節閥12和第四加壓泵13的第四管道與乳化劑供應系統連通，液體入口1還經具有第三調節閥10和第三加壓泵11的第三管道與蒸汽供應系統連通。乳化劑經第四加壓泵13以1～1.3m/s的流速從殼體3的側壁進入原料油乳化區，在滲透壓的作用下乳化劑通過乳化分布管5的納米級微孔通道時被切割成納米級微液滴珠，然後微液滴珠滲入原料油的分子間隙中實現瞬時快速均勻混合，形成充分穩定的乳化油。同時，在原料油乳化時可以選擇啟動第三調節閥10，向殼體1內輸送少量蒸汽。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式，例如原料油混合乳化裝置除了可以水平放置，還可以豎直放置或傾斜放置，導致原料油進料區可位於原料油乳化裝置的底端、頂端或左、右兩側。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護範圍。當前第1頁1 2 3