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合車間9×105t/a重油催化裂化裝置現采用中科院力學研究所開發的SKH-4型高效霧化噴嘴。自2006年9月投用以來，噴嘴未出現明顯結焦，裝置運行平穩，產品質量及分布正常。裝置計劃在2011年的停工檢修中對現用噴嘴進行更換，從而降低生焦量、提高輕質油產品的收率、降耗減排獲得較好的經濟效益。

重油催化裂化裝置 KH型噴嘴 高效霧化 降低生焦 提高收率

進料噴嘴是催化裂化裝置的重要設備之一，影響產品分布、收率及裝置長周期、安全經濟運行。隨著重油催化裂化技術的迅速發展，催化裂化裝置的原料油趨向重質化和劣質化，這給工藝過程帶來難于裂化、焦炭產率高及設備結焦等問題。實踐證明[1]，采用高效進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油收率，降低焦炭和干氣產率，改善產品分布，防止反應系統結焦，是保證裝置長周期運行的關鍵設備。KH型噴嘴是由中科院力學研究所開發的內混合式雙喉道型進料噴嘴。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合車間9×105t/a重油催化裂化裝置現用噴嘴是中科院力學研究所開發的SKH-4型噴嘴，2006年安裝使用。車間計劃在2011年的裝置停工檢修中對現用到期的進料噴嘴進行更換。

1 對優良進料噴嘴的認識

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

優良的進料噴嘴至少應具備下列條件：

◇對不同進料具有包容性，能適應各種裝置需求；

◇噴出油滴分散性好，霧化細密，與流動的催化劑均勻接觸，迅速氣化、反應；

◇噴出的油滴穩定，具有相當穿透力(即出口要有一定速度)，但不能噴到對壁；擴散角要適宜，減少、消除渦流磨損和側壁區形成死角而結焦；

◇較小壓力降，即進料油壓不能太高，以免增加進料泵壓頭；

◇汽液比適當，即霧化蒸汽量不要太多，以降低能耗及后部冷卻水、冷卻設備；

◇結實耐用、抗干擾，能適應長周期使用；

◇在較寬的可操作范圍內保持良好的霧化效果，即有一定的操作彈性；

◇結構簡單、價廉物美，得到長周期工業應用認可。

2 KH噴嘴的設計原理

KH噴嘴的設計依據是增加氣液速度差，蒸汽在兩段拉閥爾噴嘴中加速，使蒸汽勢能完全轉化為動能，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，形成較細的霧化粒度。噴嘴的結構見圖1。

圖1 KH噴嘴結構圖

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，使油霧在提升管內有良好的分布，改善催化劑和原料油的接觸狀態，有利于催化裂化反應的進行。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化應用到破碎液體上，在管路上避免壓力損失[2]。

3 KH噴嘴的長壽命運行設計

磨損的加劇直接導致噴嘴壽命的降低，目前市場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，會大幅影響催化裂化產品的收率。失效噴嘴的更換，或者因噴嘴磨損問題引起的設備大修極大地影響到企業的經濟效益。煉油企業一次設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備的一個關鍵部件，保證噴嘴的長壽高效運行非常必要。

KH噴嘴在初始設計時就考慮了長期使用對噴嘴的影響，所以KH噴嘴的結構設計上以兩個拉閥爾噴嘴相連的形式引導射流流線最低阻尼的沿軸線方向流動，幾乎完全避免了射流對噴嘴內部固壁的碰撞，同時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，對噴嘴制造材料也提出了新的要求。KH噴嘴在噴頭易發生磨損部位采用非金屬涂層對噴嘴內部進行了表面強化。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含量高、密度大的裝置應用。最新設計的KH-5噴嘴完全滿足了長周期安全高效的運行要求。

4 KH噴嘴綜合評價

重質化的原油對進料噴嘴提出了更高的要求，KH噴嘴根據重油特點進行了針對性的設計，在重油催化裂化裝置上顯現出獨特的優勢[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個百分點。以一套106t/a的催化裂化裝置為例，高0.5個百分點意味著每年能給煉廠增加3×107元的經濟效益。

（2）壽命長。KH噴嘴在材料上的精選及加工，設備耐磨、抗腐蝕性能的提高，使噴嘴運行周期進一步延長，目前，噴嘴在役使用時間提高到3年以上,是同類型產品壽命的1.5倍以上。噴嘴長壽命穩定運行能有效延長煉油設備更新的周期，為企業節省大量設備更新經費，從節約成本的角度給煉油企業帶來巨大的經濟效益。

（3）低能耗。噴嘴霧化蒸汽用量得到科學優化，與其他噴嘴相比，霧化蒸汽量節約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，使原油霧化粒度細且均勻，和催化劑接觸反應效果良好，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料高效霧化噴嘴的分析比較[J].石油化工設備技術，2000,21(4):4-6.

[2]催化裂化裝置技術問答[M].2版.北京：中國石化出版社，2005.

[3]陳志堅.KH催化裂化進料噴嘴技術進步與發展[R].KH重油噴嘴質量評估會暨石油化工催化裂化進料噴嘴專題研討會議，2011.

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.012

2010-11-18)

盧永先，1998年畢業于中國石油大連石化分公司職工大學，大連石化分公司一級關鍵技術人才，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合車間，116032。