CN101920186B - 一种大处理量进料雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大处理量进料雾化喷嘴，属于石油化工设备领域。本发明采用组合旋流器，多点注气结构以及多孔互击结构的喷头，并且在喷孔处采用了堆焊硬质合金结构。本发明适用于350～600万吨/年的重油FCC装置进料雾化喷嘴，单喷嘴的处理量为60～100t/h，改善了因处理量加大，喷嘴尺寸变化而使雾化效果降低的缺陷，同时喷嘴雾化粒度在60±10μm的范围内，喷射扇形面上液层分布均匀，轻质油收率高、干气产率低，并减少了提升管内的结焦，而且蒸汽耗量低，气/液比在3～6％(原料)之间。另外，喷嘴的喷射速度适中，生产中不会出现催化剂破碎的现象，且喷嘴抗磨性能高，使用寿命大于5年。

Description

一种大处理量进料雾化喷嘴

技术领域

本发明属于石油化工设备领域，具体涉及一种大处理量进料蒸汽雾化喷嘴。

背景技术

催化裂化(FCC)是炼油工业中一项重要的石油二次加工技术。当前我国FCC装置的处理能力正由上世纪的300万吨/年以下逐渐发展到350～500万吨/年的水平。由于一些难于裂解的原料，如减压渣油、焦化蜡油掺炼量也越来越大，原料的比重大(相对密度达0.95～0.96)，进料温度低、粘度高、生焦量大，因此，良好的进料雾化喷嘴是提高FCC装置轻质油收率，减少干气和焦炭产率，防止反应系统结焦的关键设备。

气/液两相进料喷嘴的雾化过程及其复杂。目前，对这一过程国际上尚无统一的认识。现有的相似理论尚不能给出工程上可以接受的模化放大设计方法，特别是喷嘴的几何尺寸对雾化粒度大小和粒度分布的影响更是难以理论确定。因此喷嘴雾化的研究多以冷态实验研究为主，也就是在一定流量范围内，以实验和测定数据为依据。国内FCC装置目前采用的一些喷嘴，如KH、BWJ、CS型喷嘴等，单喷嘴的处理量大都在40t/h以下，当超过45t/h时，出现了以下问题：(1)雾化粒度变大；(2)雾化后的流量分布及粒度分布较差。由于喷嘴性能恶化，使FCC装置的液烃收率难于提高，干气较多，并时有结焦现象发生。对于比重大、粘度高的原料，需要采用高汽/液比的措施来解决，这与当前降低装置能耗是不相适应的；或者采用高喷射速度来强化雾化效果，但这往往加大了催化剂的破碎，致使装置的催化剂单耗加大，并引起提升管的振动。

目前我国400万吨/年FCC装置正在设计中，国外最大的装置已达500万吨/年，每个喷嘴处理量达60～80t/h。装置的处理能力越大，加工每吨原料的投资、消耗越低，而利润越大，所以大处理量的FCC装置是目前国内外的发展趋势。估计到本世纪二十年代，会达到600万吨/年，甚至千万吨/年的催化裂化装置也会问世。因此，性能良好的、大处理量进料雾化喷嘴是我国FCC装置研制工作的当务之急。

现有技术中，我国从上世纪末期到本世纪初开发的进料雾化喷嘴，大部分宜用于300万吨/年以下的FCC装置，单个喷嘴的处理量在20～40t/h，一般不超过50t/h。当装置加工量进一步增大后，由于装置提升管直径受到工艺要求的限制，如果用增加喷嘴数量来满足加工量的要求，会造成提升管上无法布局全部喷嘴；或因提升管上打开孔过于密集，致使提升管强度难于满足安全生产的要求。此外，过多数量的喷嘴，会造成工艺管道、阀门数量增多，给工艺管道布局及现场操作带来不少困难。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种大处理量进料雾化喷嘴，适应于处理量为350～600万吨/年的催化裂化装置，且满足轻质油收率高、干气产率低并减少提升管内生焦的要求，同时达到喷射速度适中，抗磨性能高的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的一种大处理量进料雾化喷嘴，包括一次进气管和二次进气管，两者的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线位于同一直线上；所述二次进气管套在一次进气管的外侧，其间的夹套空间形成二次进气腔5；所述一次进气管包括一次进气口8、进油口9、混合室7和喷射管10；所述二次进气管包括二次进气口6、喷头1和喷孔11，其特征在于：

在所述一次进气管内的所述混合腔7和喷射管10之间装有组合式旋流器4，所述组合式旋流器包括一组小直径的旋流器。

所述喷嘴采用多点注气结构，即在所述一次进气管内的所述喷射管10的管壁上开有一组二次气孔3，二次进气从所述二次气孔3进入所述喷射管10；在所述二次进气腔5与所述喷头1衔接处的所述喷射管10出口端附近外管壁与所述二次进气腔5内管壁之间设有喷头蒸汽孔板2，其上开有一组气孔，二次进气从所述气孔进入喷头1。

所述喷头1采用多孔互击结构，即在所述喷头1上开有一组喷孔11，各喷孔11的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线汇交于一个平面上。

在具体实施过程中：

所述组合旋流器4可以包括2个以上小直径的旋流器，其构成并列组合旋流器或者嵌套组合旋流器。

所述并列组合旋流器可以包括2个以上的直径相等的小直径旋流器，其并列固定在安装板上；所述嵌套组合旋流器包括大直径旋流器和小直径旋流器，所述大直径旋流器和小直径旋流器呈内外嵌套结构。

在所述小直径旋流器上可以有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道。所述旋流槽道的数量取决于雾化喷嘴的处理量大小。

所述喷头蒸汽孔板2可以呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直径可以为4-10mm；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行。所述气孔的数量由二次蒸汽的气量来决定。

所述喷头1上可以开有两个或三个喷孔11，所述喷孔11呈扁长槽道，各槽道的中心轴线汇交于一个平面上。所述喷嘴的中心轴线位于所述平面上。喷孔11的大小根据喷嘴的喷射角、速度、压降和对雾化粒径的要求算出。

所述喷孔11的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2-5mm。

所述喷嘴的工作原理是：

一次工作气体经一次进气口8与来自进油口9的原料油在混合室7内混合，经过组合旋转器4旋转加速喷入喷射管10。组合旋流器4能有效地将气体和液体混合，并利用旋转作用将液体展成薄膜，高速气体破坏了液粒分子间的表面张力，将液膜打成碎粒，实现了原料油的一次雾化；二次工作气体经二次进气口6进入二次进气腔5，其中一部分二次工作气体由二次气孔3高速射出，进入喷射管10，利用气体和油液的速度差，进一步将油膜撕碎，同时还破坏了一次雾化后的油粒在喷射管10管壁处的滞留，避免了再次聚合成大液粒的现象，实现了油液的二次雾化。另一部分二次蒸汽经喷头蒸汽孔板2上的气孔，与来自喷射管10的气、液混合物一同进入喷头1中，最后经喷头1上的喷孔11射出，通过喷孔11的收缩和扩散产生一定的压降和速度，最终将液体破碎成微粒。来自喷头气流孔板2的二次蒸汽能量大、速度高，又来不及与来自喷射管10的液体混合，急速从喷孔11喷出，因压力降低，气体体积突然膨胀，不但强化了喷孔液体的雾化，而且使喷出的液体液层流量和粒度分布均匀，提高了喷嘴的雾化性能，同时在喷出的液雾周边形成一层气体隔离区，防止油液在提升管内管壁上结焦。从喷孔11喷出的液层呈均匀的扇形薄膜，避免了催化剂穿过油层时的接触不均匀性和局部接触时间过长，造成生焦过大的现象。

本发明的核心技术是采用了所述的组合式旋流器和多孔互击喷孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)适用于350～600万吨/年的重油FCC装置进料雾化喷嘴，单喷嘴的处理量为60～100t/h，改善了因处理量加大，喷嘴尺寸变化而使雾化效果降低的缺陷；

(2)喷嘴雾化粒度在60±10μm的范围内，喷射扇形面上液层分布均匀，轻质油收率高、干气产率低，并减少了提升管内的结焦；

(3)蒸汽耗量低，气/液比在3～6％(原料)之间；

(4)喷嘴的喷射速度适中，生产中不会出现催化剂破碎的现象；

(5)喷嘴抗磨性能高，使用寿命大于5年。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

图1是本发明提供的喷嘴的结构简图

图2是本发明提供的喷嘴中采用的组合旋流器结构图

图3是本发明提供的喷嘴中采用的互击喷嘴的结构图

图4是本发明实施例的喷嘴布局图

图5是本发明实施例的喷嘴安装图

具体实施方式

如图1所示，一种大处理量进料雾化喷嘴，包括一次进气管和二次进气管，两者的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线位于同一直线上；所述二次进气管套在一次进气管的外侧，其间的夹套空间形成二次进气腔5；所述一次进气管包括一次进气口8、进油口9、混合室7和喷射管10；所述二次进气管包括二次进气口6、喷头1和喷孔11。

在所述一次进气管内的所述混合腔7和喷射管10之间装有组合式旋流器4，所述组合式旋流器包括一组小直径的旋流器。

所述喷嘴采用多点注气结构，即在所述一次进气管内的所述喷射管10的管壁上开有一组二次气孔3，二次进气从所述二次气孔3进入所述喷射管10；在所述二次进气腔5与所述喷头1衔接处的所述喷射管10出口端附近外管壁与所述二次进气腔5内管壁之间设有喷头气流孔板2，其上开有一组气孔，二次进气从所述气孔进入喷头1。

所述喷头1采用互击结构，即在所述喷头1上开有一组喷孔11，各喷孔11的中心轴线汇交于一个平面，所述喷嘴的中心轴线位于所述平面上。

如图2所示，所述组合旋流器4包括2-6个小直径的旋流器，其构成并列组合旋流器或者嵌套组合旋流器。

所述并列组合旋流器如图2(a)所示，包括3个直径相等的小直径旋流器13，其并列固定在安装板12上。小直径旋流器也可为2个或更多的数量，这由进料流量和雾化蒸汽量的大小来确定。所述嵌套组合旋流器如图2(b)所示，包括大直径旋流器14和小直径旋流器15，所述大直径旋流器14和小直径旋流器15呈内外嵌套结构。设计时大小两种旋流器的压降相同。嵌套组合旋流器截面的利用率高，可以减小喷嘴的直径。

在所述小直径旋流器上有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道。所述旋流槽道的数量取决于雾化喷嘴的处理量大小。矩形槽的尺寸大小有最佳要求，当喷嘴流量增大时，每个槽道的面积变得很大，对液体雾化不利；如增多槽道数量，会使截面利用率很低，喷嘴的直径变得过大，布局安装困难，因此本发明采用了上述的组合旋流器。组合旋流器既可缩小喷嘴的直径，又能提高喷嘴的雾化效果，是适用大处理量的进料雾化结构。

所述喷头气流孔板2呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直径为4-10mm；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行。所述气孔的数量由二次蒸汽的气量来决定。

如图3所示，所述喷头1上开有两个或三个喷孔11，带有两个喷孔的喷嘴称为两槽互击喷嘴(如图3(a)所示)，带有三个喷孔的喷嘴称为三槽互击喷嘴(如图3(b)所示)。所述喷孔11呈扁长槽道，各槽道的中心轴线汇交于一个平面，所述喷嘴的中心轴线位于所述平面上。喷孔11的大小根据喷嘴的喷射角、速度、压降和对雾化粒径的要求算出。本发明的喷孔结构使每个喷孔的尺寸变小，避免了大尺寸喷孔使雾化液层粒度粗大化的倾向。此外，两股(或三股)液流射出后，相互交汇碰撞，使液粒进一步均细化。是采用两槽互击，还是三槽互击要根据每个喷嘴处理量大小和喷头的几何尺寸来决定。

所述喷孔11的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2-5mm。硬质合金钢提高了喷嘴的使用寿命。

下面是在具体实施中，该发明的装置所达到的效果：

某石化厂400万吨/年重油FCC装置，提升管壳壁内径2200mm，采用该专利喷嘴，工作气体为蒸汽。计算喷嘴的安装尺寸。

按年8000小时操作，选用8台旋流喷嘴，每台加工量为62.5t/h。气/液比5.5％，经计算，采用如图2(b)所示的嵌套组合旋流器，喷头采用如图3(a)所示的二槽互击结构。喷嘴内套筒直径325mm，外套接管直径478mm。喷嘴的布局图见图4，喷嘴的安装图见图5。经强度计算，提升管满足内压强度要求。若按目前常用的42t/h喷嘴设计，则需12个，提升管的布局就很困难。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种大处理量进料雾化喷嘴，包括一次进气管和二次进气管，两者的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线位于同一直线上；所述二次进气管套在一次进气管的外侧，其间的夹套空间形成二次进气腔（5）；所述一次进气管包括一次进气口（8）、进油口（9）、混合室（7）和喷射管（10）；所述二次进气管包括二次进气口（6）、喷头（1）和喷孔（11），其特征在于：

在所述一次进气管内的所述混合室（7）和喷射管（10）之间装有组合式旋流器（4），所述组合式旋流器包括一组小直径的旋流器；

所述喷嘴采用多点注气结构，即在所述一次进气管内的所述喷射管（10）的管壁上开有

一组二次气孔（3），一部分二次进气从所述二次气孔（3）进入所述喷射管（10）；在所述二次进气腔（5）与所述喷头（1）的衔接处的所述喷射管（10）出口端附近外管壁与所述二次进气腔（5）内管壁之间设有喷头气流孔板（2），其上开有一组气孔，另一部分二次进气经喷头气流孔板（2）进入喷头（1）；

所述喷头（1）采用多孔互击结构，即在所述喷头（1）上开有一组喷孔（11），各喷孔（11）的中心轴线与喷嘴的中心轴线汇交于同一个平面上。

2.根据权利要求1所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于：

所述组合式旋流器（4）包括2-12个小直径的旋流器，其构成并列组合旋流器或者嵌套组合旋流器。

3.根据权利要求2所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于：

所述并列组合旋流器（4）中的小直径旋流器的直径相等，其并列固定在安装板上；所述嵌套组合旋流器包括大直径旋流器和小直径旋流器，所述大直径旋流器和小直径旋流器呈内外嵌套结构。

4.根据权利要求1～3之一所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于：

在所述的每个小直径旋流器上有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道。

5.根据权利要求1所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于：

所述喷头气流孔板（2）呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直径为4-10mm；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行。

6.根据权利要求1所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于：

所述喷头（1）上开有两个或三个喷孔（11），所述喷孔（11）呈扁长槽道，各槽道的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线汇交于一个平面上。

7.根据权利要求1或6所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于：

所述喷孔（11）的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2-5mm。

8.根据权利要求3所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于：

在所述的每个小直径旋流器上有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道；

所述喷头气流孔板（2）呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直径为4-10mm；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行；

所述喷头（1）上开有两个或三个喷孔（11），所述喷孔（11）呈扁长槽道，各槽道的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线汇交于同一个平面上；

所述喷孔（11）的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2-5mm。 

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