CN104549809A - 喷嘴和喷雾干燥器及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种喷嘴，该喷嘴包括：具有空腔的喷嘴主体，所述喷嘴主体上设置有喷嘴入口、喷孔；其中，在所述喷嘴主体的空腔的顶壁向下突出有导流件，该导流件的外表面与所述空腔的内表面之间的空间形成旋转室。本发明提供了一种喷雾干燥器，该喷雾干燥器包括：喷雾单元和干燥单元，其中，所述喷雾单元的喷嘴为本发明所述的喷嘴。本发明提供了本发明所述的喷嘴和喷雾干燥器在喷雾干燥成型催化剂中的应用。本发明提供的喷嘴用于喷雾干燥时雾化效果好，将其用于喷雾干燥制备FCC催化剂时，所制备的FCC催化剂球形度好。

Description

喷嘴和喷雾干燥器及其应用
技术领域
本发明涉及一种喷嘴和喷雾干燥器，以及喷嘴和喷雾干燥器在喷雾干燥成型催化剂中的应用。
背景技术
球形度是FCC催化剂的一个重要物性。FCC催化剂的球形度不仅影响催化剂的流化性能，而且与催化剂的耐磨性能密切相关。球形度差的催化剂在使用过程中容易磨损。磨损产生的细粉跑损，不仅会增加剂耗还会污染环境，另外催化剂磨损产生的细粉也可能对后续的烟机等设备造成影响，对催化裂化装置的长周期运行不利。
裂化催化剂通常通过喷雾干燥成型，喷雾干燥前的催化剂浆液通过高压泵输送到喷嘴，经喷嘴雾化后进入喷雾干燥塔干燥成型得到具有一定筛分分布的微球状FCC催化剂颗粒。王喜忠在《喷雾干燥》（化学工业出版社，2003年）第80页介绍了常规压力式喷嘴的结构。采用常规压力式喷嘴制备的FCC催化剂球形度不好。显微镜下观察FCC催化剂颗粒外形与球体比较接近，但FCC催化剂颗粒并非都是完整的球体，其形貌存在较大差异，采用德国莱驰公司的粒径及形态分析仪CamsizerXT测定现有技术制备的FCC催化剂球形度只有0.91左右。
发明内容
本发明的发明人研究发现，压力式喷雾干燥制备的FCC催化剂球形度与喷嘴密切相关，喷嘴的雾化效果影响着FCC催化剂的球形度。
因此，本发明的目的是在现有技术的基础上提供一种雾化效果好的喷嘴。
为实现前述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种喷嘴，该喷嘴包括：具有空腔的喷嘴主体，所述喷嘴主体上设置有喷嘴入口、喷孔；其中，在所述喷嘴主体的空腔的顶壁向下突出有导流件，该导流件的外表面与所述空腔的内表面之间的空间形成旋转室。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种喷雾干燥器，该喷雾干燥器包括：喷雾单元和干燥单元，其中，所述喷雾单元的喷嘴为本发明所述的喷嘴。
根据本发明的第三方面，本发明提供了本发明所述的喷嘴和喷雾干燥器在喷雾干燥成型催化剂中的应用。
本发明的喷嘴设计的导流件对进入旋转室的流体有整流作用，可以保证旋转室的流体在旋转室中作规则的旋转流动，不会出现散乱流动，大大提高了喷嘴的雾化效果；同时在本发明的优选实施方式中，通过在喷孔的出口形成有喇叭口，可以保护从喷嘴喷出的环形液膜免受周围空气的干扰，保证了环形液膜在扩大变薄雾化时形成更均匀的小雾滴，提高了雾化效果。
本发明提供的喷嘴用于喷雾干燥时雾化效果好，将其用于喷雾干燥制备FCC催化剂时，所制备的FCC催化剂球形度好。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的一种实施方式的喷嘴的剖视图；
图2为根据本发明的一种实施方式的具有2个喷嘴入口的喷嘴的俯视图；
图3为根据本发明的一种实施方式的具有6个喷嘴入口的喷嘴的俯视图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右、顶、底”通常是指参考附图所示的上、下、左、右、顶、底；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
如图1所示，本发明提供了一种喷嘴，该喷嘴包括：具有空腔的喷嘴主体，所述喷嘴主体上设置有喷嘴入口1、喷孔4；其中，在所述喷嘴主体的空腔的顶壁向下突出有导流件3，该导流件3的外表面与所述空腔的内表面之间的空间形成旋转室2。
根据本发明的喷嘴，为了进一步提高喷嘴的雾化效果，优选在竖直方向，所述导流件3的底端与喷孔4的顶端的距离为空腔高度的1/10-4/5；更优选在竖直方向，所述导流件3的底端与喷孔4的顶端的距离为空腔高度的1/5-1/3。
根据本发明的喷嘴，为了进一步提高喷嘴的雾化效果，优选所述导流件3的外表面与所述空腔的内表面之间的距离为空腔直径的1/10-2/5。
本发明中，涉及喷嘴的部件的描述，如无特别说明，内径指的是内直径，外径指的是外直径，径均指的是直径。
本发明中，所述导流件3的外表面与所述空腔的内表面之间的距离指的是在同一水平线上，导流件3的外表面的点与空腔的内表面的对应的点之间的距离，优选导流件3的外表面的各个点与空腔的内表面的各个对应的点之间的距离相等。
为了进一步提高喷嘴的雾化效果，根据本发明的一种优选的实施方式，优选所述导流件3包括相连接的圆柱体和圆锥体，其中，圆柱体的一端连接于空腔的顶壁，其中，相连接指的是圆柱体的一端与圆锥体的底面接合，更优选所述圆柱体和圆锥体的高度比为0.5-3:1，优选为1.5-2:1。
根据本发明的一种优选的实施方式，优选所述空腔的至少部分为圆柱形，所述喷嘴入口1沿切向方向与旋转室2相通，如此使得具有导流件的喷嘴具有更好的整流效果，从而能够提高本发明的喷嘴的雾化效果。
本发明中，所述喷嘴入口1沿切向方向与旋转室2相通指的是，所述喷嘴入口1沿切向方向与旋转室2的圆形相切。
根据本发明的喷嘴，所述喷孔4的设置位置可以根据实际需要进行选择，具体可以根据现有技术进行设置，针对本发明，优选所述喷孔4设置在所述喷嘴主体的底部。
本发明中对所述喷嘴主体的形状没有特别限定，具体可以根据实际需要进行选择，根据本发明的一种优选的实施方式，优选所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体，圆柱体的一端为喷嘴主体的顶壁，其中，连接指的是圆柱体的一端与圆锥体的底面接合，更优选所述喷嘴主体的圆柱体和圆锥体的高度比为0.5-3:1，优选为0.6-1:1。
根据本发明的一种优选的实施方式，优选所述喷嘴主体的空腔包括相连接的圆柱腔和圆锥腔。
根据本发明的一种优选的实施方式，优选所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体，优选所述圆柱腔位于所述圆柱体内，所述圆锥腔位于所述圆锥体内，更优选所述圆柱腔和圆锥腔的高度比为0.5-3:1，优选为0.6-1:1。
本发明中，所述喷嘴主体的圆锥体和圆柱体可以做成一体，也可以分别制作，使用的时候组装在一起使用即可。
根据本发明的喷嘴，如图1所示当所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体时，优选所述喷孔4形成在所述喷嘴主体的圆锥体的锥顶处且与所述圆锥腔连通。
根据本发明的喷嘴，如图1所示当所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体时，所述喷嘴入口（1）设置在喷嘴主体的圆柱体上与所述圆柱腔沿切向方向连通。具体设置位置可以依据需要确定，本发明对此无特殊要求。
根据本发明的一种优选的实施方式，优选如前所述所述导流件3包括相连接的圆柱体和圆锥体，所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体，所述喷嘴主体的空腔包括相连接的圆柱腔和圆锥腔，其中，优选所述喷嘴主体的圆锥体的锥角、所述导流件（3）的圆锥体的锥角均与所述圆锥腔的锥角各自可以为20°-150°，更优选所述喷嘴主体的圆锥体的锥角、所述导流件（3）的圆锥体的锥角均与所述圆锥腔的锥角相等。
根据本发明的喷嘴，优选所述喷嘴入口1的直径、喷孔4的直径与所述圆柱腔的直径的比为1-8:1-10:20-40。
根据本发明的喷嘴，优选所述喷嘴还包括具有喇叭开口的部件5，所述部件5的喇叭开口与所述喷孔4相通。
通过使所述部件5的喇叭开口与所述喷孔4相通，使得在喷孔的出口形成有喇叭口，可以保护从喷嘴喷出的环形液膜免受周围空气的干扰，保证了环形液膜在扩大变薄雾化时形成更均匀的小雾滴，提高了雾化效果。
满足前述要求的部件5均可以用于本发明，其可以为多种形式，例如可以为具有喇叭开口的圆台形部件，也可以为同时具有喇叭开口以及具有与喷嘴主体尺寸适配的空腔的防护罩（如图1所示），使用过程中将防护罩套在喷嘴主体上，然后其喇叭开口与喷孔相通即可，其中，且沿朝向喷孔外侧的方向，所述喇叭开口的内径逐渐增大。
针对本发明，优选喇叭开口的母线与水平方向的夹角为10-60°（图1中为β角）。
针对本发明优选喇叭开口的高度（或称深度）为空腔高度的1/10-2倍，更优选喇叭开口的高度（或称深度）为空腔高度的1/5-2/3倍。
针对本发明，优选喇叭开口的最大直径为喷孔直径的2-20倍，更优选为5-10倍，喇叭开口的最小直径为喷孔直径的1-2倍。
根据本发明的喷嘴，所述喷嘴入口1的个数可以依据需要进行选择，一般为1-10个。图2为本发明提供的具有2个喷嘴入口的喷嘴的俯视图，图3为本发明提供的具有6个喷嘴入口的喷嘴的俯视图。
根据本发明的一种优选的实施方式，所述喷嘴入口的直径为1-8mm，喷嘴入口的长度和直径之比为0.5-5.0；喷嘴主体的空腔直径为10-40mm；喷孔的直径大于等于喷嘴入口直径，喷孔的直径为2-10mm，喷孔的高度为1-8mm；导流件包括相连接的圆柱体和圆锥体，所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体，所述空腔包括相连接的圆柱腔和圆锥腔，所述喷嘴主体的圆锥体的锥角、所述导流件的圆锥体的锥角均与所述圆锥腔的锥角相等。
喷嘴主体的圆柱体段的高度为1.5-15mm，喷嘴主体的圆锥体段的高度3-15mm；导流件的圆柱体段的直径大于喷孔的直径，圆柱体段的直径为8-30mm，导流件的圆柱体段的高度与喷嘴主体的圆柱体段的高度相等，导流件的圆锥体段的高度小于喷嘴主体的圆锥体段的高度，导流件的圆锥体段的高度为1-10mm；导流件的圆柱体段的内径为2-20mm。
本发明提供了一种喷雾干燥器，该喷雾干燥器包括：喷雾单元和干燥单元，其中，所述喷雾单元的喷嘴为本发明所述的喷嘴。
本发明中，所述干燥单元的结构和设计可以参照现有技术进行，本发明在此不详细描述。
本发明中，喷雾单元中，除喷嘴的设计按照本发明进行，其余结构均可参照现有技术进行，本发明不详细描述。
本发明提供了本发明所述的喷嘴和本发明所述的喷雾干燥器在喷雾干燥成型催化剂中的应用。
本发明的喷嘴用于FCC催化剂的生产，喷雾干燥前的催化剂浆液由高压泵输送到喷嘴的入口，由喷嘴入口进入（优选切向进入）喷嘴的旋转室中，浆液在旋转室获得旋转运动，高速旋转的浆液在喷孔处形成一环形液膜，环形液膜高速离开喷孔后扩大变薄，最后分裂成均匀的小雾滴，小雾滴干燥后成为FCC催化剂颗粒。
本发明的喷嘴设计的导流件对进入旋转室的流体有整流作用，可以保证旋转室的流体在旋转室中作规则的旋转流动，不会出现散乱流动。同时在本发明的优选实施方式中，通过在喷孔的出口形成有喇叭口，可以保护从喷嘴喷出的环形液膜免受周围空气的干扰，保证了环形液膜在扩大变薄雾化时形成更均匀的小雾滴，提高了雾化效果。
本发明提供的喷嘴用于制备微球FCC催化剂时，雾化效果好，所制备的微球FCC催化剂球形度好。
通过下面的实施例对本发明作进一步的说明，但并不因此而限制本发明的内容。
本发明中，用球形度指数SPHT表示球形度，是指与物体相同体积的球体的表面积和物体的表面积的比。
球形度计算公式如下：
球形度指数SPHT=4πA2/P2，其中A为颗粒的投影面积，P为颗粒的投影周长。
实施例和对比例中采用德国莱驰公司的CamsizerXT动态数字成像颗粒分析仪测试催化裂化催化剂的球形度。干法测定，测定条件为：样品在进料槽中快进速率为仪器规定的最大振动速率的60％，样品进入测量窗口的速率为仪器规定的最大振动速率的55％，样品加入量为1.2g。
水滴孔体积、磨损指数、表观松密度（也称堆比）分别按照《石油化工分析方法(RIPP试验方法)))(杨翠定等编，科学出版社，1990年出版)中的RIPP28-90、RIPP29-90、RIPP31-90和RIPP92-90标准方法测定。
实施例1
如图1所示，1#喷嘴包括：具有喇叭开口以及具有与喷嘴主体尺寸适配的空腔的防护罩（如图1所示），其喇叭开口与喷孔相通（喇叭开口的中轴线与喷孔的中轴线重合，喇叭开口的高度为空腔高度的1/5）喇叭开口的母线与水平线的夹角为45°，喇叭开口的最大直径为喷孔直径的5倍，最小直径为喷孔直径的2倍；具有空腔的喷嘴主体，所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体，所述空腔包括相连接的圆柱腔和圆锥腔，所述喷嘴主体上设置有2个均匀分布的喷嘴入口（喷嘴入口直径为1.8mm，喷嘴入口的长度3.0mm）和1个喷孔（喷孔的直径为2mm，喷孔的高度为3mm），喷嘴入口沿切向方向与旋转室相通；喷孔设置在喷嘴主体的圆锥体的锥顶处，所述导流件包括相连接的圆柱体和圆锥体，圆锥腔的锥角、喷嘴主体的圆锥体的锥角与导流件的圆锥体的锥角相等，导流件的圆柱体段的高度与圆柱腔的高度相等均为6mm，圆锥腔的高度为6mm，导流件圆锥体段的高度为3mm，导流件的圆柱体段的直径为12mm，圆柱腔的内径为18mm。
图2示出了喷嘴的俯视图。
往反应釜中加入800克的水，然后加入浓度为32重量%的分散均匀的SOY-2分子筛（齐鲁催化剂厂生产的产品，为含稀土的USY型分子筛，RE2O3含量为2.0重量%，下同）浆液1094克，再加入381克铝溶胶（齐鲁催化剂厂生产产品，氧化铝含量21重量%，下同），搅拌15分钟，再加入474克高岭土（苏州高岭土公司产品，灼减22重量%，下同），打浆1小时，加入323克拟薄水铝石（中国铝业股份有限公司山东分公司产品，灼减38重量%，下同），搅拌0.5小时，加入36克37重量%的浓盐酸酸化1小时，得到催化剂浆液，由高压泵将催化剂浆液输送到1#喷嘴进行喷雾，然后在进口温度为550℃，出口温度为100℃的干燥条件下干燥，得到催化剂A，分析催化剂A的球形度为0.936，其余物化参数例如磨损指数、水滴法孔体积、堆比均能达到现有技术的水平。
实施例2
如图1所示，2#喷嘴包括：具有喇叭开口以及具有与喷嘴主体尺寸适配的空腔的防护罩（如图1所示），其喇叭开口与喷孔相通（喇叭开口的中轴线与喷孔的中轴线重合，喇叭开口的高度为空腔高度的1/2），喇叭开口的母线与水平线的夹角为60°，喇叭开口的最大直径为喷孔直径的8倍，最小直径为喷孔直径的1倍；具有空腔的喷嘴主体，所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体，所述空腔包括相连接的圆柱腔和圆锥腔，所述喷嘴主体上设置有6个均匀分布的喷嘴入口（喷嘴入口直径为2.8mm，喷嘴入口的长度为3.5mm）和1个喷孔（喷孔的直径为3mm，喷孔的高度为4mm），喷嘴入口沿切向方向与旋转室相通；喷孔设置在喷嘴主体的圆锥体的锥顶处，所述导流件包括相连接的圆柱体和圆锥体，圆锥腔的锥角、喷嘴主体的圆锥体的锥角与导流件的圆锥体的锥角相等，导流件的圆柱体段的高度与圆柱腔的高度相等均为6mm，圆锥腔的高度为8mm，导流件圆锥体段的高度为4mm，导流件的圆柱体段的直径为14mm，圆柱腔的内径为20mm。
图3示出了喷嘴的俯视图。
往反应釜中加入800克的水，然后加入浓度为32重量%的分散均匀的SOY-2分子筛浆液1094克，再加入381克铝溶胶，搅拌15分钟，再加入474克高岭土，打浆1小时，加入323克拟薄水铝石，搅拌0.5小时，加入36克37重量%的浓盐酸酸化1小时，得到催化剂浆液，由高压泵将催化剂浆液输送到2#喷嘴喷雾；然后在进口温度为550℃，出口温度为100℃的干燥条件下干燥，得到催化剂B，分析催化剂B的球形度为0.935，其余物化参数例如磨损指数、水滴法孔体积、堆比均能达到现有技术的水平。
实施例3
按照实施例2的方法制备催化剂，不同的是，使用的喷嘴不设置具有喇叭开口的防护罩，其余参数均相同，得到催化剂C，催化剂C的球形度为0.926，其余物化参数例如磨损指数、水滴法孔体积、堆比均能达到现有技术的水平。
对比例1
按照实施例2的方法制备催化剂，不同的是，使用的喷嘴同时不设置具有喇叭开口的防护罩和导流件，其余参数均相同，得到催化剂M2，催化剂M2的球形度为0.903。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (16)

1.一种喷嘴，该喷嘴包括：具有空腔的喷嘴主体，所述喷嘴主体上设置有喷嘴入口（1）、喷孔（4）；其特征在于，在所述喷嘴主体的空腔的顶壁向下突出有导流件（3），该导流件（3）的外表面与所述空腔的内表面之间的空间形成旋转室（2）。
2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，在竖直方向，所述导流件（3）的底端与喷孔（4）的顶端的距离为空腔高度的1/10-4/5。
3.根据权利要求2所述的喷嘴，其中，在竖直方向，所述导流件（3）的底端与喷孔（4）的顶端的距离为空腔高度的1/5-1/3。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的喷嘴，其中，所述导流件（3）的外表面与所述空腔的内表面之间的距离为空腔直径的1/10-2/5。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的喷嘴，其中，所述导流件（3）包括相连接的圆柱体和圆锥体，其中，圆柱体的一端接于所述空腔的顶壁。
6.根据权利要求5所述的喷嘴，其中，所述导流件（3）的圆柱体和圆锥体的高度比为0.5-3:1。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的喷嘴，其中，所述空腔的至少部分为圆柱形，所述喷嘴入口（1）沿切向方向与旋转室（2）相通。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的喷嘴，其中，所述喷孔（4）设置在所述喷嘴主体的底部。
9.根据权利要求1-3中任意一项所述的喷嘴，其中，所述喷嘴主体包括相连接的圆柱体和圆锥体，所述空腔包括相连接的圆柱腔和圆锥腔，所述圆柱腔位于所述圆柱体内，所述圆锥腔位于所述圆锥体内，所述圆柱腔和圆锥腔的高度比为0.5-3:1。
10.根据权利要求9所述的喷嘴，其中，所述喷孔（4）形成在所述喷嘴主体的圆锥体的锥顶处与所述圆锥腔连通，所述喷嘴入口（1）设置在所述喷嘴主体的圆柱体上与所述圆柱腔沿切向方向连通。
11.根据权利要求9所述的喷嘴，其中，所述导流件（3）包括相连接的圆柱体和圆锥体，其中，圆柱体的一端连接于空腔的顶壁；所述喷嘴主体的圆锥体的锥角、所述导流件（3）的圆锥体的锥角均与所述圆锥腔的锥角相等。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的喷嘴，其中，所述喷嘴入口（1）的直径、喷孔（4）的直径与所述圆柱腔的直径的比为1-8:1-10:20-40。
13.根据权利要求1-3中任意一项所述的喷嘴，其中，所述喷嘴还包括具有喇叭开口的部件（5），所述部件（5）的喇叭开口与所述喷孔（4）相通。
14.根据权利要求13所述的喷嘴，其中，所述喇叭开口的高度为空腔高度的1/10-2倍，喇叭开口的母线与水平方向的夹角为10-60°，且沿朝向喷孔外侧的方向，所述喇叭开口的直径逐渐增大。
15.一种喷雾干燥器，该喷雾干燥器包括：喷雾单元和干燥单元，其特征在于，所述喷雾单元的喷嘴为权利要求1-14中任意一项所述的喷嘴。
16.权利要求1-14中任意一项所述的喷嘴和权利要求15所述的喷雾干燥器在喷雾干燥成型催化剂中的应用。
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