CN101360534A - 喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种用于将第一和第二流体以射流型式排放到容器中，例如将油和蒸汽排放到催化裂化单元中的喷嘴，包括用于防止喷嘴的出口部分腐蚀的多种构造，所述腐蚀可能另外例如由于与催化剂或其它预定物质接触。在一个这样的喷嘴中，出口部分的外表面与容器的内部轮廓基本适合。在另一个这样的喷嘴中，出口部分限定多个基本同心的、基本椭圆形的出口孔。在另一喷嘴中，出口部分由陶瓷形成并且通过金属连接器连接到入口部分。在另一喷嘴中，出口部分限定围绕出口部分的周边区域成角度地隔开以用于排放基本扁平扇形射流型式的多个出口孔，和沿出口部分的上游部分延伸的第二出口部分，该第二出口部分用于排放其射流的至少一部分以防止任何催化剂接触出口部分的下游表面。

Description

喷嘴

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2005年11月29日的美国临时申请No.60/741,022的优先权，上述申请的全部内容作为本公开的一部分引用于此作为参考。

技术领域

本发明涉及喷嘴，尤其涉及将液体和气体混合成雾化射流的喷嘴。

背景技术

流化催化裂化(FCC)是用于炼油工业中的主要精炼方法之一。FCC工艺用于裂化基本由石油类的烃组成的材料以生产例如用于内燃机的燃油和取暖用油之类的产品。通常在形成FCC系统的一部分的、包括反应容器的竖直定向管道或提升管中执行裂化工艺。在该工艺期间，处于充气(流化)状态的热催化剂粒子典型地被引入提升管的底部中并且导致向上流动。烃原料与蒸汽混合以变得部分地流化并且当催化剂穿过提升管时被注入催化剂流中，这产生裂化反应，所述裂化反应将烃原料裂解成更简单的(更轻的)分子形式。

FCC工艺中的最佳裂化条件需要催化剂和烃原料的基本即时和均匀的混合。然而这样的混合难以实现，并且热催化剂和冷烃原料的分层区域典型地出现在催化剂-烃流内。烃分子的过度裂化和热裂化典型地发生在所述流的催化剂富积区域。相反地，烃分子的不完全裂化通常发生在烃富积区域。这些因素会显著减小FCC工艺的总产量。另外，过度裂化、热裂化和不完全裂化具有不良副作用，例如由于焦炭沉积引起的提升管内催化剂的减活，由于空气和残余焦炭的燃烧引起的再生器内催化剂的再生，和过量低沸程气体反应产物例如丙烷和丁烷气体的产生。

因此，用于在反应容器内混合催化剂和烃原料的有效方法对于裂化工艺来说是关键的。为了保证正确混合，设计了将烃蒸汽混合物引入向上流动的催化剂中的喷嘴；然而，目前可用于FCC单元中的喷嘴具有显著缺点。首先，喷嘴会产生减小烃蒸汽混合物和催化剂之间的液体接触的不均匀的射流型式，这转而阻碍了均匀混合，导致烃分子的过度裂化、热裂化和/或不完全裂化。其次，喷嘴盖从容器内壁突出到催化剂流中，这导致喷嘴部件的过早腐蚀和喷嘴的寿命周期减小；另外，当喷嘴盖腐蚀时，喷嘴的内部流动通道的几何形状会变化，导致射流型式改变，这会转而减小FCC工艺的一致性和总产量。进一步地，突出的喷嘴盖减小了催化剂的流动面积并且在容器中产生下游低压区，该低压区产生促进喷嘴盖腐蚀的涡流。更进一步地，由于FCC容器内总是有温度变动，所以喷嘴盖易受热冲击，这导致进一步促进喷嘴盖寿命周期减小的破裂。类似缺点存在于利用喷嘴将流体引入混合容器中的其它精炼工艺中，例如常压重油转化(RCC)工艺。

在一些喷嘴应用中，使用陶瓷喷嘴盖代替标准金属合金盖。尽管陶瓷盖可以提供许多优点，但是将金属接合到陶瓷是一个难题，原因是陶瓷具有极高的熔点并且在化学上相对不活泼，从而阻止它们被直接焊接或胶合；因此，利用多种类型的机械接合。然而，由于喷嘴应用中的温度变化所导致的热膨胀和热收缩变动目前可用的机械接合常常过早地并且无征兆地损坏。

因此，为了提高FCC和其它精炼工艺的产量并且减小与经常替换喷嘴盖和接头相关的维护费用，需要一种喷嘴，该喷嘴产生始终平的射流型式以用于提高均匀混合、减小下游低压区和涡流以最小化催化剂腐蚀，和/或利用一种喷嘴盖，该喷嘴盖具有减小的外形以最小化突出到催化剂流中，转而减小盖腐蚀和最大化催化剂的流动面积，所述盖由耐腐蚀材料构成，并且具有足够的延展性以避免热冲击。进一步地，需要一种接合/联接装置，该装置能够保持喷嘴盖(出口)和流体入口之间的紧密密封并且可以耐受由恒有的温度变动导致的热冲击。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种喷嘴，该喷嘴用于将至少一种流体以雾化射流排放到容器中。所述喷嘴包括限定至少一个出口孔的陶瓷盖或出口和限定至少一个用于接收所述至少一种流体的入口管道的金属入口部分。所述喷嘴进一步包括金属连接器，所述连接器将陶瓷出口或盖连接到金属入口并且将压缩预载荷提供给陶瓷出口，以防止差热膨胀和收缩之后金属入口和陶瓷出口之间的松动。

根据更详细方面，本发明涉及一种喷嘴，该喷嘴用于将第一和第二流体以雾化射流排放到容器中。所述喷嘴包括入口部分，所述入口部分由金属形成并且限定用于接收第一和第二流体的至少一个入口管道。喷嘴的出口部分由陶瓷形成并且限定多个出口孔，所述出口孔延伸穿过其中与入口部分流体连通，并且相对于彼此隔开以用于以从出口孔排出的射流型式雾化第一和第二流体。所述喷嘴进一步包括金属连接器，所述连接器在其上游端联接到金属入口部分，并且在其下游端联接到陶瓷出口部分。所述金属连接器接合陶瓷出口部分并且在其上施加基本预定的压缩预载荷。在本发明的一个实施例中，所述金属连接器沿从其上游端朝着下游端的方向向内渐缩。在一个这样的实施例中，所述金属连接器限定多个第一螺纹，并且入口部分限定多个第二螺纹，第二螺纹螺纹地与第一螺纹啮合以将所述金属连接器和陶瓷出口部分固定到入口部分并且由此允许用特定预载荷组装陶瓷出口部分。同样在一个这样的实施例中，所述金属连接器在其上游端被焊接到入口部分。可供选择地，所述金属连接器可以被焊接到入口部分而不用将所述金属连接器螺纹地连接到入口部分，或者所述金属连接器可以被铜焊或粘合到陶瓷出口部分。

根据另一方面，本发明涉及一种喷嘴，该喷嘴用于将第一和第二流体以雾化射流排放到限定内部轮廓的容器中。所述喷嘴包括限定至少一个用于接收第一和第二流体的入口管道的入口部分。喷嘴的出口部分限定与所述容器的内部轮廓基本适合(conforms to)的外表面，和多个出口孔，所述出口孔延伸穿过所述外表面与入口部分流体连通并且围绕出口部分的中心轴线相对于彼此成角度地隔开。每个出口孔限定流动轴线以用于引导第一和第二流体的混合物沿相应流动轴线的方向穿过出口孔。

根据另一方面，本发明涉及一种喷嘴，该喷嘴用于将第一和第二流体以雾化射流排放到容器中。所述喷嘴包括入口部分，所述入口部分限定用于接收第一和第二流体的多个基本同心的入口管道。所述喷嘴进一步包括出口部分，所述出口部分限定相对于彼此沿径向隔开的多个基本同心的出口孔，并且每个出口孔与相应的入口管道流体连通以用于引导第一和第二流体的相应一个穿过其中。

根据另一方面，本发明涉及一种喷嘴，该喷嘴包括限定至少一个用于接收第一和第二流体的入口管道的入口部分。所述喷嘴的出口部分连接到入口部分的下游端。出口部分限定外表面和用于从入口部分接收第一和第二流体的混合室。出口部分进一步限定多个第一出口孔，所述第一出口孔延伸穿过所述外表面与所述混合室流体连通，并且围绕所述外表面的周边部分相对于彼此成角度地隔开以用于以从出口孔排出的射流型式雾化第一和第二流体。在本发明的一个实施例中，所述多个出口孔围绕出口部分的轴线相对于彼此成角度地隔开，并且每个出口孔限定流动轴线以用于引导第一和第二流体的混合物沿流动轴线的方向穿过出口孔。在一个这样的实施例中，所述多个流动轴线协作以限定基本扁平扇形射流型式。出口部分进一步限定至少一个第二出口孔，所述第二出口孔沿所述外表面的上游侧延伸并且与所述混合室流体连通以用于从第二出口孔引导第一和第二流体的射流。从第二出口孔排出的射流中的至少一些被引导到所述外表面的下游部分上，由此防止预定物质，例如当用于FCCU应用中时的催化剂聚集在所述外表面上和导致所述表面的腐蚀。在一个这样的实施例中，第二出口孔基本延伸横过出口部分的所述外表面的上游侧的整个宽度以保证从第二出口孔排出的射流基本覆盖所述外表面的下游部分并且由此防止这样的表面的腐蚀。

根据另一方面，本发明涉及一种用于以雾化射流排放至少一种流体的喷嘴，该喷嘴包括第一装置，其由金属形成并且包括用于接收所述至少一种流体的至少一个入口；由陶瓷形成的第二装置，其与第一装置流体连通以用于以雾化射流从第二装置排出所述至少一种流体；和第三装置，其用于将第二装置连接到第一装置并且将压缩预载荷施加到第二装置以防止差热膨胀和收缩之后第一和第二装置之间的松动。在本发明的一个实施例中，第一装置是金属入口，第二装置是陶瓷出口，并且第三装置是在第一和第二装置之间延伸的金属连接器。在一个这样的实施例中，所述金属连接器包括环和套管，所述环的尺寸制成为装配在第二装置和所述套管中。在一个这样的实施例中，陶瓷出口限定在外侧部分上的渐缩部分和在内侧部分上的反向台阶，所述套管限定渐缩部分，并且出口部分的渐缩部分接合所述套管的渐缩部分。在一个这样的实施例中，所述环由至少两段组成以便于将所述环安装到所述出口部分和套管中。

根据另一方面，本发明涉及一种将至少一种流体喷射到催化裂化和常压重油转化容器的至少一个中的方法。所述方法包括以下步骤：

(i)提供一个喷嘴，该喷嘴用于将至少一种流体以雾化射流排放到容器中，其中所述喷嘴包括限定至少一个出口孔的出口部分，限定至少一个用于接收所述至少一种流体的入口管道的金属入口部分，和将陶瓷出口部分连接到金属入口的金属连接器；

(ii)用所述金属连接器对陶瓷出口施加压缩预载荷，因而防止差热膨胀和收缩之后金属入口和陶瓷出口之间的松动。

(iii)将催化剂流引入所述容器中；和

(iv)通过仅仅将所述喷嘴的陶瓷出口部分暴露于催化剂流基本上防止催化剂腐蚀所述喷嘴。

在本发明的一个实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：形成出口部分的外表面以与所述容器的内部轮廓基本适合，从而最小化所述容器内的出口部分的外形并且进一步基本上防止催化剂腐蚀出口部分。

本发明的一个优点在于：所述喷嘴的盖或出口部分的构造可以以另外方式基本上防止由于与预定物质，例如催化裂化操作中的催化剂接触而腐蚀外表面。此外，如果需要所述喷嘴可以被设计成产生基本扁平扇形射流型式以用于提高均匀混合。本发明的一些实施例的进一步优点在于：所述喷嘴可以被设计成减小下游低压区和涡流，从而与现有技术的喷嘴相比减小或最小化催化剂腐蚀。本发明的某些实施例的另一优点在于：所述喷嘴利用具有减小的外形的盖以最小化所述喷嘴突出到催化剂流中，因而最大化流动面积和减小催化剂腐蚀所述喷嘴。本发明的某些实施例的再进一步优点在于：所述喷嘴盖可以由耐腐蚀材料例如陶瓷制造，所述材料具有足够的延展性以避免热冲击并且由此与现有技术相比延长了喷嘴的使用寿命。

鉴于当前优选的实施例的以下详细描述和附图，本发明的其它目的和优点将变得更显而易见。

附图说明

图1是实施本发明第一实施例的喷嘴的局部透视图，所述喷嘴在其盖或出口部分上限定外表面，所述外表面成形为与所述喷嘴安装在其中的容器的内表面基本适合。

图2是图1的出口部分的内部透视图。

图3是安装在容器壁，例如催化裂化单元的壁内的出口部分的侧视图。

图4是安装在容器壁内的图3的出口部分的透视图，向外延伸的线段示出了相应出口孔的流动轴线。

图5是图1的出口部分的另一视图。

图6是图1的出口部分的内部的另一视图。

图7是包含图1的盖或出口部分的四个喷嘴的俯视示意图，所述喷嘴安装在催化裂化容器内并且相对于彼此隔开大约90度。

图8是图7的容器的横截面图。

图9是实施本发明第二实施例的喷嘴的局部透视图，所述喷嘴限定多个基本同心的、基本椭圆形的出口孔以用于从该出口孔排出预定射流型式。

图10是图9的喷嘴出口部分的大略示意性主视图。

图11A是沿图10中的线A-A获得的图10的喷嘴出口部分的横截面图。

图11B是沿图10中的线B-B获得的图10的喷嘴出口部分的横截面图。

图12是实施本发明第三实施例的喷嘴的局部透视图，所述喷嘴包括通过金属合金连接器连接到金属合金入口部分的陶瓷盖或出口部分。

图13是图12的喷嘴的横截面图。

图14是图12的喷嘴的端视图。

图15是实施本发明第四实施例的喷嘴的大略示意性主视图，所述喷嘴包括盖或出口部分，所述盖或出口部分限定形成于出口部分的上游侧的细长狭槽，以用于将从细长狭槽排出的射流的至少一部分引导到出口部分的下游表面上，由此防止出口部分的腐蚀。

图16是图15的喷嘴的出口部分的大略示意性横截面图。

图17A是实施本发明的喷嘴的第五实施例的分解图，所述喷嘴包括通过三环套管部分连接到金属合金入口部分的陶瓷盖或出口部分。

图17B是图17A中所示的喷嘴盖的侧视截面图。

图17C是沿图17B的线F-F获得的俯视图。

图17D是连接器的环段的俯视透视图。

具体实施方式

在图1-8中本发明第一实施例的喷嘴整体由附图标记10表示。喷嘴10用于将第一和第二流体以雾化射流排放到限定内部轮廓的容器20中。在本发明的一个实施例中，第一流体是油，第二流体是气体或蒸汽，并且容器是催化裂化容器。然而，如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，本发明的喷嘴可以同样地用于多种不同类型的流体中的任何流体以及目前已知的或以后将获知的多种不同类型的应用中的任何应用。

喷嘴10包括入口部分12，该入口部分限定用于接收至少一种流体，在一个实施例中接收第一和第二流体的至少一个入口管道14。喷嘴的出口部分16限定与容器20的内部轮廓基本适合的外表面18以及典型地在22处示出的多个出口孔，所述出口孔延伸穿过外表面18与入口部分12流体连通并且围绕出口部分16的中心轴线24相对于彼此成角度地隔开。典型地如图4中所示，每个出口孔22限定流动轴线26以用于引导第一和第二流体的混合物沿相应流动轴线的方向穿过出口孔。

典型地如图1和2中所示，每个出口孔22限定流动表面28，该流动表面沿相应流动轴线26的方向大致从出口部分的外表面18向上游延伸足够的预定距离，以便以基本扁平扇形射流型式基本均匀地雾化容器内的第一和第二流体混合物。在喷嘴10的当前优选的实施例中，预定距离至少是相应出口孔22的直径的大约0.4倍或更大。在一个这样的实施例中，对于限定大约0.866英寸的直径的出口孔22，预定距离(或最小孔口长度)被确定为大约0.34英寸。一般而言，认为在限度内，预定距离(即孔口表面的长度)越大，扁平扇形射流型式的形成将越好。如果预定距离太短，与实际上扁平扇形射流型式相比射流型式将变得更像中空卵形型式，这将在下面进一步详细描述。在本发明的所示实施例中，并且如图2中最佳地所示，喷嘴10包括多个基本直的管状部分30，其中每个管状部分从相应出口孔22向上游延伸并且限定预定距离。

在所示实施例中，基本直的管状部分30均基本为圆柱形并且例如通过模制与出口部分形成一体；然而，管状部分可以采用多种不同形状中的任何形状并且可以独立于出口部分形成，并且例如通过焊接连接到出口部分，或者可以与出口部分形成一体或另外采用目前已知的或以后将获知的多种不同方式中的任何方式形成。

典型地如图4、7和8中所示，容器20基本为圆柱形，并且出口部分的外表面18由半径“R”限定，该半径基本等于限定容器的内部轮廓的半径。如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，容器可以采用多种不同形状中的任何形状，并且出口部分的外表面类似地可以采用多种不同形状中的任何形状以与任何这样的容器的内部轮廓基本适合。

出口孔22优选地根据美国专利Nos.5,553,783和5,692,682的教导构造以形成基本扁平扇形射流型式，上述两个专利名称都是“扁平扇形喷嘴”，均转让给本发明的受让人并且其全部内容作为本公开的一部分被清楚地引用于此作为参考。根据前述专利的教导，大致上所有出口孔22的流动轴线26均朝着容器内的目标“T”定向，以用于以在横过所述目标的方向流动的射流型式雾化和引导第一和第二流体的混合物，并且所述目标基本位于沿射流型式的流动方向延伸的平面内。另外，每个出口孔22的流动轴线26定向成与目标“T”相交，使得出口孔22协作以限定基本扁平扇形射流型式，并且目标“T”基本位于相对于容器20的竖直轴线32成锐角定向的平面内。在本发明的一个实施例中，目标“T”是线性的并且大致与出口部分的端面18的中心轴线24相交。

喷嘴10进一步包括混合室34，该混合室在入口部分和出口部分之间流体连通以用于在其中混合第一和第二流体。在所示实施例中，混合室34紧接出口孔22的上游形成于出口部分16内。

喷嘴10优选地进一步包括至少一个叶片(未示出)，所述叶片位于混合室34和入口部分12之间，并且相对于入口部分的伸长轴线横向地延伸以用于接收第一和第二流体的一部分和产生环形漩流，并且在其大致中心部分限定开孔的至少一部分以用于接收第一和第二流体的一部分和产生基本轴向流。在上面被引用作为参考的共同转让专利中说明了目前设想的叶片和将每个这样的叶片结合在本发明的喷嘴中的方式。在一个这样的实施例中，每个叶片限定基本凸的叶瓣和基本凹的叶瓣。在该实施例中，每个叶瓣大体为半圆形，并且凸叶瓣相对于凹叶瓣位于上游。优选地，喷嘴包括两个叶片，其中每个叶片横向地延伸穿过入口部分12的相应的基本半圆形部分。作为(一个或多个)叶片的可供选择的方案，喷嘴可以包括如上面被引用作为参考的共同转让专利中进一步所述的喷射元件(未示出)，该喷射元件沿从入口部分朝着出口部分的方向螺旋地延伸。

如图4中所示，出口部分16接收在穿过容器20的壁40形成的开孔42内，使得出口部分的外表面18与容器壁的内部轮廓基本适合。

喷嘴10特别适合于用作流化催化裂化单元(“FCCU”)和常压重油转化单元(“RCCU”)中的进料分配器。FCCU和RCCU典型地转化基本由石油类的烃组成并且在常温或更高温度和常压下是液体的材料，或主要用于生产平均分子量低于进料的平均分子量的发动机燃油或者其它液态燃油或粗汽油的循环材料，以及通常为气态烃的副产品。典型地如下执行转化：

a)在超过大约500度华氏温度的温度下；和

b)利用存在于反应区中的固体催化剂以便特定用于作用或影响反应，并且由此产生的关于产品的产量、特性或反应速度的结果在明显可确定的程度上不同于在除了没有这样的催化剂之外其它情况相同的条件下用相同的原始材料产生的结果。

另外，在这样的单元中典型地(1)转化和催化剂再生在分离区域中进行，催化剂在所述区域之间传送，(2)催化剂以流体物质的形式保留在反应区中，所述流体物质由磨碎的固体催化剂组成，分散在经受转化的烃蒸汽中，和(3)反应区中的催化剂的平均停留时间大于反应区中的烃蒸汽的平均停留时间。

喷嘴10的一个优点在于：在容器是催化裂化容器的实施例中，与现有技术的喷嘴相比，突出到容器中从而突出到催化剂处理流中的盖或出口部分16减小，因此与现有技术的喷嘴相比最小化了由于与催化剂处理流接触造成的出口部分的任何腐蚀，并且由此增加了喷嘴的使用寿命。喷嘴10的另一优点在于：从每个出口孔向上游延伸的直管状部分允许喷嘴获得与现有技术的喷嘴相当的射流型式、速度和液滴尺寸，然而同时显著减小突出到容器内部中的喷嘴的外形。喷嘴10的又一优点在于：由于出口部分的外形有效地使喷嘴避开催化裂化容器内的催化剂流，由此保护盖免于催化剂腐蚀，因此与用于现有技术的催化裂化喷嘴中的材料相比喷嘴盖或出口部分可以由更具延展性的材料制造。喷嘴10的进一步优点在于：由于出口部分与容器的内部轮廓基本适合，盖或出口部分有效地是容器壁的一部分，因此与现有技术的喷嘴相比显著减小喷嘴突出到提升管或容器中，并且由此最大化提升管内的催化剂的流动面积和最小化在现有技术的喷嘴中遇到的在这样的突出的下游的催化剂的涡流内另外导致的腐蚀。

如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，尽管喷嘴10利用多孔实际上扁平扇形构造，与容器的内部轮廓基本适合的盖或出口部分的外表面可以同样地应用于目前已知的或以后将获知的多种其它类型的喷嘴中的任何喷嘴，例如利用其它形状的狭槽或流动通道的喷嘴。

在图9-11A和11B中，本发明另一实施例的喷嘴整体由附图标记110表示。喷嘴110在某些方面类似于上面参考图1-8描述的喷嘴10，所以前面加上数字“1”的类似附图标记用于表示类似元件。类似于喷嘴10，喷嘴110设置用于将第一和第二流体以雾化射流排放到容器(未示出)中。喷嘴110包括入口112，该入口限定用于接收第一和第二流体的多个基本同心的入口管道113、115和117。喷嘴110进一步包括出口部分116，该出口部分限定相对于彼此沿径向隔开的多个基本同心的出口孔122，并且每个出口孔122与相应的入口管道113、115和117流体连通地连接，以用于引导第一和第二流体中的相应一个流体穿过其中。

出口孔122以从该出口孔排出的射流型式雾化第一和第二流体。优选地，每个出口孔122接收第一和第二流体中的相应一个流体，以雾化射流从出口孔排放相应的流体，并且多个出口孔122协作以限定包括在其中混合的第一和第二流体的雾化射流型式。在喷嘴110的当前优选的实施例中，多个出口孔122构造用于引导排出的第一和第二流体中的至少一个流体撞击第一和第二流体中的另一个流体，因而以基本扁平扇形射流型式基本均匀地雾化第一和第二流体中的至少一个流体。在喷嘴110的一个当前优选的实施例中，第一流体是油，第二流体是蒸汽，并且容器是催化裂化容器。然而，与上述实施例相同，本发明的喷嘴110同样地可用于其它流体、装置、系统和工艺。在用于FCCU应用的所示实施例中，中心管道113输送蒸汽，中间管道115输送油，而外管道117输送蒸汽。如图11A中所示，限定端面118的壁在喷嘴的中心区域中朝着外表面向内会聚，并且在喷嘴的侧向区域中朝着端面118向外发散。可供选择地，出口孔122相对于彼此成角α向外发散(图11B)；在一个实施例中，α在大约1°至180°之间，并且在又一实施例中，α为大约90°。

在本发明的当前优选的实施例中，多个出口孔122构造成限定基本扁平扇形射流型式。优选地，并且典型地参考上面的喷嘴10如图7和9中所示，基本扁平扇形射流型式定向成相对于容器的竖直轴线成锐角。

根据本发明的当前优选的实施例，每个出口孔限定至少一个宽度“W”，与相应出口孔的其它部分和/或其它出口孔122相比，该宽度选择成控制穿过其中的流体的量。在本发明的所示实施例中，每个出口孔122限定基本椭圆的形状。典型地如图9中所示，对于第一或中心出口孔122，径向宽度“W”在喷嘴的中心区域中在“W1”处相对窄，并且在喷嘴的侧向区域中在“W2”处相对宽。类似地，对于第二或中间出口孔122，径向宽度“W”在喷嘴的中心区域中在“W1”处相对窄，并且在喷嘴的侧向区域中在“W2”处相对宽。因此，对于第一和第二出口孔122，相应的第一或第二流体流在喷嘴的中心区域中相对较小并且在喷嘴的侧向区域中相对较大。在另一方面，对于第三或出口孔122，宽度“W”在基本椭圆形出口孔中基本恒定，由此穿过出口孔输送基本均匀的相应第一或第二流体流。如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，基本同心的出口孔可以采用目前已知的或以后将获知的多种不同形状中的任何形状，并且可以根据需要或要求设定每个出口孔的(一个或多个)宽度以用于执行出口孔的功能，例如用于排出基本扁平扇形射流型式，和/或用于控制从喷嘴排出的射流型式的相应区域中的第一和/或第二流体的流量。因此，不同形状的、基本同心的出口孔均可以具有沿出口孔的整个周长不恒定的几何形状。进一步地，可以通过改变出口孔的几何形状，尤其是通过改变出口孔的宽度来控制射流型式的形状和密度、液滴尺寸、扁平扇形射流相对于喷嘴轴线的倾斜度以及流体的输出速度。

参考上述的喷嘴10如图4中所示，出口部分116接收在穿过容器的壁形成的开孔内。在一个实施例(未示出)中，出口部分的外表面118与容器壁内部轮廓基本适合并且由半径“R”(未示出)限定，该半径选择成与限定喷嘴将安装在其中的容器的内表面的半径基本适合(或基本相等)。如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，外表面的形状可以仅仅部分地由半径“R”限定，或者可以限定不同的形状以便与喷嘴安装在其中的容器的内部轮廓基本适合。

喷嘴110的一个优点在于：多个环形通道取消了在现有技术的喷嘴中使用的几何形状，所述几何形状会导致应力增加，这转而例如在FCCU应用中可能导致破裂和/或喷嘴操作的机械故障。喷嘴110的又一优点在于：多个环形通道可以产生相对较细的扁平扇形射流型式，该相对较细的扁平扇形射流型式例如当用于FCCU应用中时促进了液体与浓缩区域中的催化剂的接触。

喷嘴110的另一优点在于：可以通过改变喷嘴的不同部分或区域中的环(或基本同心的流出通道)的预定宽度“W”来控制雾化和去往射流型式的相应部分或区域的液流。如果需要或要求，例如可以通过使环的宽度在其引导去往射流型式的外部或侧向区域的液流的部分中相对较大而引导更多液流去往射流型式的外部或侧向区域。另外，可以分别通过增加或减小(一个或多个)气体出口孔的宽度以相应地增加或减小与这样的(一个或多个)区域中的液体混合的气流而增加或减小射流型式的特定区域中的液体的雾化程度。因此，该新颖的出口孔构造允许根据射流型式的不同区域定制液流和液滴尺寸。

在图12-14中，本发明另一实施例的喷嘴整体由附图标记210表示。喷嘴210在某些方面类似于上面参考图1-12所述的喷嘴10和110，所以在前面加上数字“2”，或在前面由数字“2”代替数字“1”的类似附图标记用于表示类似元件。

喷嘴210设置用于将第一和第二流体以雾化射流排放到容器(未示出)中。喷嘴210包括入口部分212，该入口部分由金属形成并且限定用于接收第一和第二流体的至少一个入口管道214。出口部分216由陶瓷形成并且限定多个出口孔222，所述出口孔延伸穿过其中与入口部分流体连通，并且相对于彼此隔开以用于以从出口孔排出的射流型式雾化第一和第二流体。尽管所示的出口部分218限定基本凸形的外表面，如果需要出口部分可以限定如上所述与容器的内部轮廓基本适合的外表面。如同上述的喷嘴10，多个出口孔222围绕出口部分的轴线相对于彼此成角度地隔开，并且每个出口孔限定流动轴线以用于沿流动轴线的方向引导第一和第二流体的混合物穿过出口孔。优选地，多个流动轴线协作以限定基本扁平扇形射流型式。

在本发明的一个实施例中，陶瓷是反应键合碳化硅，并且在一个优选实施例中，陶瓷是氮化硅，例如CeramTec AG的产品SL 200 ST；然而，如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，可以同样地使用目前已知的或以后将获知的其它陶瓷或非金属材料。

如先前所述，将金属接合到陶瓷是一项困难的部署。由于陶瓷具有极高的熔点并且在化学上相对不活泼，陶瓷不能被焊接或胶合，因此利用多种类型的机械接头。当接头的工作温度由于热膨胀率不同而升高时困难更大。另外，当施加拉伸应力时陶瓷倾向于无征兆地损坏。因此，为了将陶瓷出口部分紧固到金属入口部分，在一个实施例中，喷嘴10进一步包括金属连接器244，该连接器在其上游端248联接到金属入口部分212，并且在其下游端250联接到陶瓷出口部分216。可以看出，金属连接器244接合陶瓷出口部分216并且在其上施加基本预定的压缩预载荷。优选地，金属连接器244沿从其上游端248朝着下游端250的方向在246处向内渐缩。同样在所示实施例中，金属连接器244限定多个第一螺纹254，并且入口部分212限定多个第二螺纹256，第二螺纹螺纹地啮合第一螺纹以将金属连接器244和陶瓷出口部分216固定到入口部分212并且由此允许用特定预载荷组装陶瓷出口部分。同样在所示实施例中，金属连接器244在其上游端248在260处焊接到入口部分212以防止金属连接器244转动并因此防止预载荷损失。

可以看出，金属连接器244限定在其上游端248的连接器入口孔和在其下游端250的连接器出口孔258。金属连接器244的渐缩部分246在入口孔和出口孔258之间延伸并且沿从上游端248朝着下游端258的方向向内渐缩。陶瓷出口部分216限定陶瓷渐缩连接部分252，该连接部分接收在金属连接器244的渐缩部分246内并且与该渐缩部分接合。限定多个出口孔222的出口部分216的外表面218延伸穿过连接器出口孔258。可以看出，金属连接器的渐缩部分接合陶瓷出口部分的渐缩部分并且在其上施加压缩预载荷以防止或减小机械故障。另外，可以看出，金属连接器的几何形状设计成在喷嘴应用例如FCCU应用的操作条件下挠曲。在本发明的一个实施例中，焊接金属的收缩性选择成在陶瓷出口部分上设定金属连接器的基本预定的压缩预载荷以减小或防止机械故障。

如果需要，出口部分可以被焊接到入口部分而不是螺纹地连接到入口部分。在该情况下，焊接金属的收缩性选择成在陶瓷出口部分上设定金属连接器的基本预定的压缩预载荷以减小或防止机械故障。

在本发明的一个可供选择的实施例中，金属连接器244和陶瓷出口部分216中的至少一个被铜焊到另一个。专门选择的金属例如Au/Ni合金或多层材料可以用于将两个部件铜焊在一起并且由此将陶瓷出口部分容纳在金属合金连接器内。在该实施例中，金属连接器和陶瓷出口部分可以限定如图所示的配合渐缩表面，或者可以通过其间的铜焊连接限定不同的成形表面。

在本发明的一个可供选择的实施例中，喷嘴进一步包括化学键合剂，该化学键合剂将金属连接器和陶瓷出口部分中的至少一个化学地键合到另一个并且在它们之间形成不透流体的密封。在该实施例中，金属连接器和陶瓷出口部分可以限定如图所示的配合渐缩表面，或者可以通过其间的铜焊连接不同的成形表面。在一个可供选择的实施例中，独立地或与化学键合剂组合地利用机械密封以在金属连接器和陶瓷出口之间形成不透流体的密封。

如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，喷嘴210可以包括如上述专利中所述的叶片、螺旋延伸元件或类似部件，以用于在将第一和第二流体穿过出口孔排出之前促进第一和第二流体的混合。如图13中所示，入口部分212在其内表面上限定多个环形台阶以启动雾化。

本发明的喷嘴210的一个优点在于：金属合金连接器提供了用于将陶瓷出口部分固定到喷嘴的确定密闭(positive containment)。螺纹连接实施例提供了一种容易的、确定密闭的方法，并且进一步允许设定特定的压缩预载荷。喷嘴210的另一优点在于：利用化学键合剂或铜焊连接的实施例提供了相对低廉的方式紧固陶瓷出口部分和密封接头防止泄漏，这与其它类型的连接例如机械连接相比需要更少的部件。

喷嘴210的又一优点在于：金属合金连接器可以用如上所述的压缩预载荷固定到陶瓷出口部分和喷嘴主体，这允许金属部件相对于陶瓷出口部分膨胀而不会脱离或导致松动连接。

在图15和16中，本发明另一实施例的喷嘴整体由附图标记310表示。喷嘴310在某些方面类似于上面参考图1-14所述的喷嘴10、110和210，所以类似的附图标记在前面加上数字“3”。喷嘴310设置用于将第一和第二流体以雾化射流排放到容器(未示出)中。喷嘴310包括入口部分312，该入口部分限定用于接收第一和第二流体的至少一个入口管道314。出口部分316连接到入口部分312的下游端。出口部分316限定外表面318和用于从入口部分接收第一和第二流体的混合室334。出口部分316进一步限定多个第一出口孔322，所述第一出口孔延伸穿过外表面318与混合室334流体连通，并且围绕所述外表面的周边部分相对于彼此成角度地隔开以用于以从所述第一出口孔排出的射流型式雾化第一和第二流体。如同上述的喷嘴10和210，多个出口孔322围绕出口部分的轴线相对于彼此成角度地隔开，并且每个出口孔限定流动轴线以用于引导第一和第二流体的混合物沿流动轴线的方向穿过出口孔。优选地，所述多个流动轴线协作以限定基本扁平扇形射流型式。出口部分316进一步限定至少一个第二出口孔323，所述第二出口孔沿外表面318的上游侧延伸并且与混合室334流体连通以用于从第二出口孔引导第一和第二流体的射流。从第二出口孔323排出的射流中的至少一些被引导到外表面318的下游部分上，由此防止当用于FCCU应用中时的任何催化剂聚集在所述外表面上和导致所述表面的腐蚀。可以看出，第二出口孔323基本延伸横过出口部分的外表面318的上游侧的整个宽度，以确保从第二出口孔排出的射流基本覆盖外表面318的下游部分并且由此防止所述表面的腐蚀。

如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，出口部分316可以限定一个以上的第二出口孔，并且一个或多个第二出口孔可以限定目前已知的或以后将获知的多种不同形状中的任何形状以用于执行(一个或多个)第二出口孔的功能。例如，第二出口孔可以在各处限定比所示的更均匀的宽度，或者可以延伸穿过比所示的更大或更小的外表面的角范围。另外，第一出口孔可以采用多种不同形状中的任何形状，可以以多种不同型式中的任何型式设置，和/或出口部分可以包括任何预期数量的这样的出口孔。尽管所示的出口部分218限定基本凸形的外表面，如果需要出口部分可以限定如上所述与容器的内部轮廓基本适合的外表面或者可以限定另一形状。

本发明的喷嘴310的一个优点在于：从第二出口孔排出的部分射流将催化剂偏转离开出口部分的整个外表面，由此保护外表面免受腐蚀，该腐蚀可能由与其接触或淀积在其上的任何催化剂导致。喷嘴310的又一优点在于：由于保护出口部分免受催化剂的腐蚀作用，它可以由这样的材料制造，所述材料比当前在FCCU应用中用于制造这样的喷嘴的材料更耐热冲击。喷嘴310的更进一步的优点在于：第一出口孔可以相对于彼此布置以提供对于FCCU应用特别有效的实际上扁平扇形射流型式。

现在参考图17A-D，本发明另一实施例的喷嘴整体由附图标记410表示。喷嘴410在某些方面类似于上面参考图1-16所述的喷嘴10、110、210和310，所以在前面加上数字“4”，或在前面由数字“4”代替数字“1”、“2”或“3”的类似附图标记用于表示类似元件。喷嘴410设置用于将第一和第二流体以雾化射流排放到容器(未示出)中并且共享与先前所述的喷嘴实施例类似的内部特征和特性。另外，喷嘴410包括出口孔422。在该喷嘴实施例中主要区别在于：陶瓷出口部分416和金属入口部分412通过以下构造接合。陶瓷出口或盖416以基本圆柱形的方式构造并且限定外壁上的渐缩部分400和内壁上的反向台阶或底切405。渐缩部分400在金属保持器425中接合具有类似渐缩部417的套管415，所述金属保持器使用标准管焊接准备焊接到金属入口部分412。具有两个直径的环420装配在盖416和套管415的内部。在一端，环420具有稍小于套管的内径“d2”的直径“d1”；在相对端，环420具有大于盖416中的最小内径“d4”的直径“d3”以夹紧反向台阶405。为了允许环的安装，环420分成至少两半，并且在一个实施例中在三个地方被分开，形成三个环段427、428和429。裂口之一421沿从部分410的轴线延伸的半径，并且另两个裂口455沿弦445。这允许在安装带有两个弦切口455的最后环段427之后安装共用径向切口440的两个环段428、429。如果最后未沿弦切割切口427，它将不会滑动就位。在组装环420之后，将环段427、428、429在原位焊接到套管415。当焊接金属凝固时其收缩性朝着套管415将盖416牵引到套管415中，从而在盖和套管之间形成接头460。该接合技术可应用于将类似形状的陶瓷件连接到金属管或管道的任何用途。

渐缩套管部分400的用途是当焊接金属冷却和收缩时用于放置处于压缩的陶瓷材料。套管415沿径向方向的膨胀和环段427、428和429的伸长在组件上提供了压缩预载荷。应用足够的预载荷以防止在高温下发生的金属的相对大的膨胀量使连接松弛并使盖变松。如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导将认识到的，可以调节特定尺寸以满足特定材料组合或操作条件的需要。

陶瓷的常规处理的问题在于几何特征(例如直径)不完美。在另一方面，金属部件在被加工和分割时倾向于扭曲。缺少完美几何形状会导致匹配部件之间的点接触，这会由于高应力导致损坏，尤其是导致陶瓷的损坏。尽管金属的弹性提供保护，原因在于当装载部件时发生一些变形，在本发明的一个实施例中陶瓷化合物应用于匹配部件之间并且允许在最后组装之前硬化。这同时提供了不透液体密封和部件之间的均匀接触。

在本发明的一个实施例中，环420的端部大致与套管415的端部齐平以便使两者的热膨胀尽可能相等。另外，环可以包含如Bedaw等人(美国专利No.5,240,183)和Slavas等人(美国专利5,553,783)中所述的促进混合的特征，上述专利的内容作为本公开的一部分全部引用于此作为参考。进一步地，预载荷可以应用于陶瓷出口或盖416以防止如上所述的拉伸断裂。

如同相关领域的普通技术人员基于这里的教导可以认识到的，可以对本发明的喷嘴的上述和其它实施例进行多种变化和修改而不脱离如附带权利要求中限定的本发明的范围。例如，陶瓷出口部分可以应用于这里公开的喷嘴中的任何喷嘴，或应用于多种其它类型的喷嘴中的任何喷嘴。类似地，与喷嘴安装在其中的容器的内部轮廓基本适合的出口部分的外表面可以应用于这里公开的喷嘴中的任何喷嘴，或应用于多种其它类型的喷嘴中的任何喷嘴。更进一步地，目前已知的或以后将获知的多种不同材料、出口孔构造、射流型式构造、混合室、混合结构和/或雾化器可以用于本发明的多种喷嘴中。因此，当前优选的实施例的该详细描述应当理解成示例性含义，而不是限制含义。

Claims (23)

1.一种用于以雾化射流排放至少一种流体的喷嘴，该喷嘴包括：

陶瓷出口，其限定至少一个出口孔；

金属入口，其限定至少一个用于接收所述至少一种流体的入口管道；和

金属连接器，其将陶瓷出口连接到金属入口并且将压缩预载荷提供给陶瓷出口，以防止差热膨胀和收缩之后金属入口和陶瓷出口之间的松动。

2.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述容器限定内部轮廓，所述入口接收第一流体和第二流体，所述出口限定与所述容器的内部轮廓基本适合的外表面，多个出口孔延伸穿过所述外表面与入口部分流体连通，并且围绕所述出口的轴线相对于彼此成角度地隔开，其中每个出口孔限定流动轴线以用于引导第一和第二流体的混合物沿相应流动轴线的方向穿过出口孔。

3.如权利要求2所述的喷嘴，其中所述出口包括多个出口凸起部，每个出口凸起部限定相应的出口孔、长度(L)和直径(D)，并且每个凸起部的L/D至少约为1/2。

4.如权利要求2所述的喷嘴，其中所述容器限定内部轮廓，并且所述外表面的至少一部分由半径限定，该半径基本等于限定所述容器的内部轮廓的半径。

5.如权利要求2所述的喷嘴，其中所述容器是催化裂化和常压重油转化容器中的至少一个，第一流体是液体，并且第二流体是气体。

6.如权利要求2所述的喷嘴，其中大致上所有出口孔的流动轴线朝着所述容器内的目标定向以用于以在横过所述目标的方向流动的射流型式雾化和引导第一和第二流体的混合物，并且所述目标基本位于沿射流型式的流动方向延伸的平面内。

7.如权利要求5所述的喷嘴，其中第一流体是油，并且第二流体是蒸汽。

8.如权利要求1所述的喷嘴，该喷嘴进一步包括混合室，该混合室在入口部分和出口部分之间流体连通以用于在其中混合第一和第二流体。

9.如权利要求8所述的喷嘴，该喷嘴进一步包括至少一个叶片，所述叶片位于所述混合室和入口之间，并且相对于所述入口的伸长轴线横向地延伸以用于接收第一和第二流体的一部分和产生环形漩流，并且在其大致中心部分限定开孔的至少一部分以用于接收第一和第二流体的一部分和产生基本轴向流。

10.如权利要求2所述的喷嘴，其中所述容器限定内部轮廓，并且所述喷嘴进一步包括安装表面以用于将所述出口安装在形成于所述容器中的开孔内，所述外表面与所述容器的内表面的轮廓基本适合。

11.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述金属连接器包括环和套管，并且所述环的尺寸制成为装配在所述陶瓷出口和所述套管中。

12.如权利要求11所述的喷嘴，其中所述陶瓷出口限定在外侧部分上的渐缩部分和在内侧部分上的反向台阶，所述套管限定渐缩部分，并且所述出口的渐缩部分接合所述套管的渐缩部分。

13.如权利要求12所述的喷嘴，其中所述环具有在一端的第一直径和在相对端的第二直径，第一直径近似地等于所述套管的内径，第二直径大于所述出口的最小直径以接合出口部分中的反向台阶。

14.如权利要求13所述的喷嘴，其中所述环由至少两段组成以便于将所述环安装到所述出口和套管中。

15.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述出口限定多个基本同心的出口孔，所述出口孔相对于彼此沿径向隔开并且与所述入口流体连通地联接，以用于引导所述至少一种流体穿过其中，并且其中所述多个出口孔以从出口孔排出的射流型式雾化所述至少一种流体。

16.如权利要求1所述的喷嘴，其中所述金属入口限定用于接收第一流体和第二流体的至少一个入口管道；并且

出口部分限定外表面、多个第一出口孔以及至少一个第二出口孔，第一出口孔延伸穿过所述外表面与所述入口流体连通，并且围绕所述出口的轴线相对于彼此成角度地隔开，其中每个第一出口孔限定流动轴线以用于引导第一和第二流体的混合物沿相应流动轴线的方向穿过相应的第一出口孔，第二出口孔位于所述外表面的上游侧以用于将在容器中沿从其上游朝着下游的方向流动的物质偏转离开位于第二出口孔的下游的所述外表面的部分。

17.一种用于以雾化射流排放至少一种流体的喷嘴，该喷嘴包括：

第一装置，其由金属形成并且包括用于接收所述至少一种流体的至少一个入口；

第二装置，其由陶瓷形成并与第一装置流体连通以用于以雾化射流从第二装置排出所述至少一种流体；和

第三装置，其用于将第二装置连接到第一装置并且将压缩预载荷施加到第二装置，以防止差热膨胀和收缩之后第一和第二装置之间的松动。

18.如权利要求17所述的喷嘴，其中第一装置是金属入口，第二装置是陶瓷出口，并且第三装置是在第一和第二装置之间延伸的金属连接器。

19.如权利要求18所述的喷嘴，其中所述金属连接器包括环和套管，所述环的尺寸制成为装配在第二装置和所述套管中。

20.如权利要求19所述的喷嘴，其中陶瓷出口限定在外侧部分上的渐缩部分和在内侧部分上的反向台阶，所述套管限定渐缩部分，并且出口部分的渐缩部分接合所述套管的渐缩部分。

21.如权利要求20所述的喷嘴，其中所述环由至少两段组成以便于将所述环安装到所述出口部分和套管中。

22.一种将至少一种流体喷射到催化裂化和常压重油转化容器的至少一个中的方法，该方法包括以下步骤：

提供一个喷嘴，该喷嘴用于将至少一种流体以雾化射流排放到容器中，其中所述喷嘴包括限定至少一个出口孔的出口部分、限定至少一个用于接收所述至少一种流体的入口管道的金属入口部分以及将陶瓷出口部分连接到金属入口的金属连接器；

用所述金属连接器对陶瓷出口施加压缩预载荷，因而防止差热膨胀和收缩之后金属入口和陶瓷出口之间的松动。

将催化剂流引入所述容器中；和

通过仅仅将所述喷嘴的陶瓷出口部分暴露于催化剂流基本上防止催化剂腐蚀所述喷嘴。

23.如权利要求22所述的方法，该方法进一步包括形成出口部分的外表面以与所述容器的内部轮廓基本适合，从而最小化所述容器内的出口部分的外形并且进一步基本上防止催化剂腐蚀出口部分。

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