CN105642198B - 一种固定床多相雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固定床多相雾化喷嘴，包括依次同轴设置的旋流器、内喷嘴和外喷嘴；旋流器头部设置有多个第一旋流槽；旋流器外壁与内喷嘴内壁界定出一个液相通道；内喷嘴头部设置有液相喷孔；液相通道通过第一旋流槽与液相喷孔相连通；外喷嘴头部端面的面积为内喷嘴最大横截面处横截面积的1.5‑5倍；外喷嘴的头部端面中部设有固定孔；内喷嘴的外壁与外喷嘴的内壁界定出一个气相通道；外喷嘴的头部端面上环绕固定孔设置有多个旋流孔，气相通道与旋流孔相连通；在外喷嘴的头部端面上、在旋流孔的外侧环绕固定孔还设置有多个气相喷孔，多个气相喷孔与气相通道相连通。本发明的雾化喷嘴，雾化角度和雾化直径均有较大的提高，雾化效果更好，雾化范围更大。

Description

一种固定床多相雾化喷嘴

技术领域

本发明属于固定床领域，特别涉及一种固定床多相雾化喷嘴。

背景技术

丙烯是重要的基础有机原料，主要用于生产聚丙烯、丙烯腈、环氧 乙烷、丙烯酸等衍生化学品。长期以来，丙烯主要来源于炼油厂催化裂 化和烃类蒸汽裂解等，面对我国多煤少油的能源格局，将附加值低的煤 炭转化为附加值较高的丙烯衍生品具有重要的现实意义。甲醇制丙烯 (Methanol to Propylene，MTP)工艺是一种以煤基甲醇为原料，在ZSM-5分子筛催化剂上进行反应，生产以丙烯为目标产物的工艺。

然而，在MTP反应器运行过程中，催化剂使用寿命和丙烯收率除与 催化剂的物理化学性质有关外，还受反应器内冷-热反应物分布的影响。 MTP反应器采用德国鲁奇公司提供的多段激冷式固定床，其冷-热反应物 经分布器由雾化喷嘴实现分配。其中雾化喷嘴的雾化性能(雾化角度、 雾化覆盖直径和雾化均匀性等)直接影响冷-热反应物的浓度分布，从而 共同制约雾化喷嘴覆盖区域内床层温度的可调控性。管路系统中存在的 杂质导致喷嘴频繁磨损或堵塞，进而使得反应器内反应物料偏流或进料 不畅，直接造成对应床层温度调节困难，影响反应转化效率，同时，雾 化喷嘴的拆卸次数与检维修工作量很大。此外，国内适用于煤基甲醇制 丙烯的固定床反应器内配套的雾化喷嘴基本依赖国外，供货周期、价格 因素和检修维护等诸多限制，均不利于MTP工艺“安、稳、长、满、优” 运行，限制着MTP工艺产品的生产效率和经济效益。

而传统的用于固定床的雾化喷嘴，如图1所示，包括液相喷嘴1、旋 流器2和气相喷嘴3，其中，整体结构以旋流器2为中心，旋流器2与液 相喷嘴1依靠螺纹结构进行连接，气相喷嘴3与液相喷嘴1相互配合定 位连接。这种传统的雾化喷嘴为气液外混合式，具体地，高速流动的气 相反应物在气相通道内呈射流状喷出，相对气相反应物而言，液相反应 物通过小尺寸液相喷口低速流出，最终气相反应物通过快速地膨胀实现 液相反应物的剪切、液滴的破碎，进而实现雾化过程。在工作过程中， 气相反应物流入两个喷嘴之间的环隙通道，经液相喷嘴外壁上的旋流槽 实现旋转，从气相喷口高速喷出；液相反应物经旋流器2旋转喷出后在 外部与高速旋转的气体混合，最终形成气液混合均匀的锥形喷雾场。

传统的用于固定床的雾化喷嘴存在以下缺陷：首先，传统的雾化喷 嘴的气相通道是由液相喷嘴与气相喷嘴之间的环隙所形成的，此种环隙 呈“缩小”式结构，此种结构中气相流对液相流的挤压作用非常明显， 尤其在高负荷气液比的情况下，其雾化角度甚至不到15°，液相分布呈 现中间高两边低的状态，从而使床层表面形成的雾化范围非常有限，甚至不足要求覆盖范围的1/3，雾化均匀性差。另外，由于MTP反应系统中 液相管路存在尺寸不均的固体杂质，非常易于产生堵塞与磨损问题。此 外，由于液相物料进料温度介于35℃～75℃，气相物料进料温度介于200℃ ～280℃，床层局部最高温度可达500℃～550℃，因此上述雾化喷嘴中，液 相喷嘴内外温差变化较大，所以液相喷嘴与安装端座的螺纹连接处，螺 纹受到热应力的作用易发生变形和咬死现象。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种固定床多相雾化喷嘴，该雾化喷 嘴雾化均匀性好。

本发明的第二个目的在于提供一种防螺纹咬死的用于固定床的多相 雾化喷嘴。

本发明的第三个目的在于提供一种防堵塞的用于固定床的多相雾化 喷嘴。

本发明的技术方案如下：

一种固定床多相雾化喷嘴，包括旋流器、内喷嘴和外喷嘴；所述旋 流器、内喷嘴和外喷嘴依次同轴设置；所述旋流器套装于所述内喷嘴内， 所述内喷嘴套装于所述外喷嘴内；

所述旋流器的头部设置有多个第一旋流槽；

所述旋流器的外壁与所述内喷嘴的内壁界定出一个液相通道；

所述内喷嘴的头部设置有液相喷孔；

所述液相通道通过所述第一旋流槽与所述液相喷孔相连通；

所述外喷嘴的头部端面的面积为所述内喷嘴的最大横截面处横截面 积的1.5-5倍，优选为3-5倍；

当所述内喷嘴的最大横截面处的直径为23mm，优选的外喷嘴的头部 端面直径为45mm、50mm或40mm；

所述外喷嘴的头部端面的中部设有用于固定所述内喷嘴头部的固定 孔；

所述内喷嘴的外壁与所述外喷嘴的内壁界定出一个气相通道；

所述外喷嘴的头部端面上环绕所述固定孔设置有多个旋流孔，所述 气相通道与所述旋流孔相连通；

在所述外喷嘴的头部端面上、在所述旋流孔的外侧环绕所述固定孔 还设置有多个气相喷孔，所述多个气相喷孔与所述气相通道相连通。

优选地，所述固定孔设置于所述外喷嘴的头部端面的中心位置，所 述旋流孔为与所述固定孔的中心轴线成30-45°角度的孔。

优选地，所述固定孔设置于所述外喷嘴的头部端面的中心位置，所 述气相喷孔为与所述固定孔的中心轴线成45-60°角度的孔。

优选地，在所述外喷嘴4的头部端面43上，所述旋流孔41与所述 固定孔10之间的孔距为2-6mm，优选4mm；所述气相喷孔42与所述固 定孔10之间的孔距为20-30mm，优选24mm。

优选地，所述气相通道沿着气体的流动方向横截面逐渐增大。

优选地，所述气相喷孔为4-8个，优选为6个。

优选地，所述旋流孔为3-7个，优选为5个。

优选地，所述雾化喷嘴还包括安装端座，所述安装端座用于与所述 内喷嘴和外喷嘴以可拆卸方式连接，所述安装端座具有与所述液相通道 连通的第一通孔和与所述气相通道连通的多个第二通孔，所述第一通孔 和所述多个第二通孔之间不连通。

所述第一通孔沿中心轴设置，所述多个第二通孔均与所述第一通孔 平行设置，所述多个第二通孔之间不连通。

所述内喷嘴通过内连接件与所述安装端座可拆卸连接，所述内 喷嘴与所述内连接件之间通过设置密封垫密封接触连接，所述内连接件 具有与所述第一通孔和所述液相通道连通的第三通孔；所述内连接件未 与所述安装端座连接的部分的外壁与所述内喷嘴的外壁一起与所述外喷 嘴的内壁界定出所述气相通道。

所述安装端座为圆柱形。

所述外喷嘴为具有所述头部端面的中空腔体，所述中空腔体由两个 直径不同的中空圆柱体构成，其中，直径小的圆柱体的外部设有螺纹用 于与所述安装端座的内壁通过螺纹连接；直径大的圆柱体的直径与所述 安装端座相同。

所述内连接件由两部分构成，第一部分为外部具有螺纹的中空 圆柱体，第二部分为中空腔体，所述中空圆柱体的通道和所述中空腔体 的通道构成了所述第三通孔；所述第一部分与所述安装端座的第一通孔 通过螺纹连接；所述第二部分的直径大于所述第一部分的直径而小于所 述外喷嘴的所述直径小的圆柱体的直径。

所述内喷嘴为一个中空腔体，其由位于尾部的中空圆柱体、位于中 部的中空圆锥体以及位于头部的中空圆柱体三部分构成，其中，所述中 空圆锥体横截面积大的一端与所述位于尾部的中空圆柱体连接，所述中 空圆锥体横截面积小的一端与所述位于头部的中空圆柱体连接；位于尾 部的中空圆柱体的直径大于位于头部的中空圆柱体的直径且小于所述内 连接件的第二部分的直径；所述位于尾部的中空圆柱体与所述中空圆锥 体的外部连接处设置有适于放置所述密封垫且与所述内连接件的第二部 分密封接触连接的凸台。

所述旋流器设于所述内喷嘴的内部；所述旋流器依次由头部、通道 部、安装部和尾部组成，所述头部为适于与所述内喷嘴的圆锥体的内表 面紧密配合的实心圆台体；所述通道部为实心圆柱体，其与所述内喷嘴 的内表面形成了所述液相通道；所述安装部为一个实心的平面，且所述 平面的形状为能使液体通过且能与所述内喷嘴的内表面通过螺纹连接； 所述尾部由位于所述安装部中部的四个凸块构成，且所述四个凸块互不 连接。

所述安装部为由与其横截面平行的上下底面和四个侧面构成的平面， 其中两个相对的侧面具有用于与所述内喷嘴螺纹连接的螺纹，另外两个 相对的侧面与所述内喷嘴的内表面间具有空隙；所述四个凸块均为扇形， 且互相之间形成“十”字形的通道；所述第一旋流槽均为斜向设置。

优选地，所述外喷嘴的固定孔与所述内喷嘴的插入所述固定孔的部 分为过盈配合

优选地，所述第二通孔为2-10个，优选8个。

优选地，所述雾化喷嘴还包括密封垫，所述密封垫垫设于所述内喷 嘴与所述内连接件的连接处。所述密封垫为金属垫。

优选地，所述密封垫为紫铜垫圈。

优选地，所述液相喷孔为一个文丘里管状孔，其从所述旋流器的头 部头部端面处延伸至所述内喷嘴头部的端面。

优选地，所述第一旋流槽为2-6个，优选为3-4个。

优选地，所述第一旋流槽的槽深为0.5-1.5mm，槽宽为1-1.5mm。

优选地，所述液相喷孔21的最小横截面积处的孔径为1.0-2.5mm， 优选1.5-2.0mm。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的设计结构简单，旋流器、内喷嘴和外喷嘴的组合设置， 特别是液相喷孔设置为文丘里管状孔，可以有效地解决MTP喷嘴的堵塞 问题，防止雾化喷嘴堵塞，延长雾化喷嘴的使用寿命；

(2)液相物料依靠压力和旋转实现雾化，且第一旋流槽和液相喷孔 尺寸相对于传统设计有所增大，这也进一步防止了雾化喷嘴出现堵塞现 象；

(3)所述外喷嘴上旋流孔的设置，使得一方面，从液相喷孔流出的 液体受到从所述旋流孔内高速喷出的气体的挤压和旋转，实现一次雾化； 另一方面，从气相喷孔高速喷出的另一部分气体对一次雾化后的气液混 合物进行剪切和旋转，实现二次雾化，保证雾化效果的同时以扩大喷雾 范围；另外，本发明的旋流孔设置的角度为与中心轴线成30-45°,所以喷 出的带有旋流作用，相比于传统的环隙结构气相出口，本发明的旋流孔 使得出口气相物料具有水平方向的速度分量，气液两相物料流向周边扩 散，使得雾化角度和均匀性增大，使气流旋转喷出，增大气液两相的雾 化角度和混合范围，从而增大雾化范围及均匀性；另外，旋流孔呈30-45° 便于气相组分对液相物料进行破碎和雾化，考虑到加工难度和雾化最佳 效果，该孔角度不宜过大；而气相喷孔的角度设置为与中心轴线成45-60°， 便于剩余的气相物料实现对气液混合物的旋转，扩大覆盖直径，同时起 到辅助的雾化作用；

(4)所述外喷嘴与所述内喷嘴过盈配合，使得二者的配合更紧密更 牢固，防止气相物料的高速喷出使二者受到冲击而分离，进一步保证雾 化喷嘴的连续性工作；

(5)本发明通过在安装端座与内喷嘴之间设置内连接件，且在内连 接件与所述内喷嘴之间垫设一个或多个热膨胀性好的密封垫，一方面实 现了内喷嘴与内连接件的密封，同时可防止内喷嘴与内连接件相互磨损， 另一方面所述密封垫(例如为紫铜垫圈)可以吸收螺纹的热变形量，使 得内连接件与安装端座之间不易发生螺纹咬死，解决了现有技术存在的 问题；

(6)本发明所提供的用于固定床多相雾化喷嘴，可以有效地解决MTP 喷嘴的堵塞，磨损，螺纹咬死以及雾化均匀性差等问题，从而可以提高 催化剂床层的寿命和产品收率。

附图说明

图1是传统雾化喷嘴的结构示意图；

图2本发明实施例1中的雾化喷嘴的剖视图；

图3是本发明实施例2中的雾化喷嘴装配图；

图4是本发明实施例2中的雾化喷嘴的剖视图；

图5是图4中气相路径和液相路径的走向图；

图6是本发明雾化喷嘴的旋流器在一种实施方式中的立体结构示意 图；

图7是本发明雾化喷嘴的旋流器在一种实施方式中的另一角度的立 体结构示意图；

图8是本发明雾化喷嘴的外喷嘴在一种实施方式中的立体结构示意 图；

图9是图8的纵向剖视图；

图10是本发明雾化喷嘴的外喷嘴的头部端面在一种实施方式中的结 构示意图；

图11是图10的B-B剖面图；

图12是本发明雾化喷嘴的安装端座在一种实施方式中的立体结构示 意图；

图13是本发明雾化喷嘴的安装端座在一种实施方式中的横向剖面图；

图14是本发明雾化喷嘴的安装端座在一种实施方式中的纵向剖面图；

图15是本发明雾化喷嘴的内连接件在一种实施方式中的立体结构示 意图；

图16是图15的纵向剖视图；

图17是本发明雾化喷嘴的内喷嘴在一种实施方式中的纵向剖视图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明技术方案及其效果做进一步说明。 以下实施例仅用于说明本发明的内容，并不用于限制本发明的保护范围。 应用本发明的构思对本发明进行的简单改变都在本发明要求保护的范围 内。

实施例1

一种固定床多相雾化喷嘴，如图2、8-14、17所示，包括旋流器1、 内喷嘴2、外喷嘴4和安装端座9；所述安装端座9、旋流器1、内喷嘴2 和外喷嘴4同轴设置；所述旋流器1套装于所述内喷嘴2内，所述内喷 嘴2套装于所述外喷嘴4内。

所述旋流器1的头部111设置有多个第一旋流槽11；

所述旋流器1的外壁与所述内喷嘴2的内壁界定出一个液相通道8；

所述内喷嘴2的头部设置有液相喷孔21；

所述液相通道8通过所述多个第一旋流槽11与所述液相喷孔21相 连通；

所述外喷嘴4的头部端面的中部设有用于固定所述内喷嘴2头部的 固定孔10；所述内喷嘴2的外壁与所述外喷嘴4的内壁界定出一个气相 通道6；

所述外喷嘴4的头部端面43上环绕所述固定孔10设置有多个旋流 孔41，所述气相通道6与所述旋流孔41相连通；

其中，所述安装端座9与所述内喷嘴2和外喷嘴4以螺纹方式连接， 所述安装端座9为圆柱形，其具有与所述液相通道8连通的第一通孔91 和与所述气相通道6连通的8个第二通孔92，所述第一通孔91沿中心轴 设置，所述8个第二通孔92均与所述第一通孔91平行设置，所述多个 第二通孔92之间不连通，所述第一通孔91和所述8个第二通孔92之间 不连通。

所述外喷嘴4为头部具有所述头部端面43的中空腔体，所述中空腔 体由两个直径不同的中空圆柱体构成，其中，直径小的圆柱体的外部设 有螺纹用于与所述安装端座9的内壁通过螺纹连接；直径大的圆柱体即 具有所述头部端面43的圆柱体的直径与所述安装端座9相同。

所述内喷嘴2为一个中空腔体，其由位于尾部的中空圆柱体、位于 中部的中空圆锥体以及位于头部的中空圆柱体三部分构成，其中，所述 中空圆锥体横截面积大的一端与所述位于尾部的中空圆柱体连接，所述 中空圆锥体横截面积小的一端与所述位于头部的中空圆柱体连接；位于 尾部的中空圆柱体的直径大于位于头部的中空圆柱体的直径且其外部具 有与所述安装端座的第一通孔91连接的螺纹。

所述旋流器1设于所述内喷嘴2的内部；所述旋流器1依次由头部 111、通道部112、安装部113和尾部114组成，所述头部111为适于与 所述内喷嘴2的圆锥体的内表面紧密配合的实心圆台体；所述通道部112 为实心圆柱体，其与所述内喷嘴2的内表面形成了所述液相通道8；所述 安装部113为由与其横截面平行的上下底面和四个侧面构成的实心平面，其中两个相对的侧面具有用于与所述内喷嘴2螺纹连接的螺纹，另外两 个相对的侧面与所述内喷嘴2的内表面间具有空隙；尾部114包括四个 凸块，所述四个凸块均为扇形，且互相之间不连接而形成“十”字形的 通道；所述多个第一旋流槽11为6个，且均为斜向设置。

所述内喷嘴2插入所述外喷嘴4的固定孔10的部分与所述固定孔10 与为过盈配合。

其中，所述气相喷孔42优选地为6个，所述旋流孔41优选地为5 个；所述固定孔10设置于所述外喷嘴4的头部端面43的中心位置，所 述旋流孔41与所述固定孔10的中心轴线成45°角，所述气相喷孔42与 所述固定孔10的中心轴线成60°。在所述外喷嘴4的头部端面43上， 所述旋流孔41与所述固定孔10之间的孔距为3mm，所述气相喷孔42 与所述固定孔10之间的孔距为22mm。所述6个第一旋流槽11在旋流器 1的头部111均匀分布设置；所述5个旋流孔41在外喷嘴4的头部端面 43上绕所述固定孔10均匀分布设置；所述6个气相喷孔42在外喷嘴4 的头部端面43上绕所述固定孔10均匀分布设置；所述8个第二通孔92 绕所述第一通孔91均匀分布设置。

上述雾化喷嘴的装配过程为：

对所述内喷嘴2进行冷却使其尺寸收缩后，将其头部插入所述外喷 嘴4的所述固定孔10使两者过盈配合；然后将所述旋流器1的头部111 插入所述内喷嘴2内，旋转所述旋流器1使其通过安装部113的螺纹与 所述内喷嘴2连接；然后所述内喷嘴2的尾部对准安装端座9，通过螺纹 将所述内喷嘴2固定于安装端座9，所述外喷嘴4的尾部对准安装端座9，通过螺纹将所述外喷嘴4固定于安装端座9。

使用上述雾化喷嘴提供雾化反应物的过程为：

液相物料通过所述安装端座9的第一通孔91进入液相通道8，然后 从旋流器1上的所述第一旋流槽11旋流进入液相喷孔21内，并经液相 喷孔21高速喷出；所述液相物料包括水、低碳烯烃C4-C6、甲醇、二甲 醚或甲醇与二甲醚的混合液体等；

气相物料通过所述安装端座9的第二通孔92进入所述气相通道6， 然后经外喷嘴4的头部端面上旋流孔41和气相喷孔42高速喷出并旋流； 从旋流孔41高速喷出的气相物料对从液相喷孔21高速喷出的液相物料 进行挤压和破碎，实现一次雾化，从气相喷孔42高速喷出的气相物料对 一次雾化后的气液混合物进行剪切和旋转，实现二次雾化；所述液相物料包括空气、氮气、甲醇、二甲醚或甲醇与二甲醚的混合气体等。

当然上述实施例中5个旋流孔41的角度也可以各不相同，只要能满 足均在30-45°范围内即可；上述6个气相喷孔42的设置角度也可以各 不相同，只要能满足均在45-60°范围内即可。

实施例2

一种固定床多相雾化喷嘴，如图3-17所示，，包括旋流器1、内喷嘴 2、外喷嘴4、内连接件3和安装端座9；所述安装端座9、内连接件、旋 流器1、内喷嘴2和外喷嘴4同轴设置；所述旋流器1套装于所述内喷嘴 2内，所述内喷嘴2套装于所述外喷嘴4内。

所述旋流器1的头部111设置有多个第一旋流槽11；

所述旋流器1的外壁与所述内喷嘴2的内壁界定出一个液相通道8；

所述内喷嘴2的头部设置有液相喷孔21；

所述液相通道8通过所述多个第一旋流槽11与所述液相喷孔21相 连通；

所述外喷嘴4的头部端面的中部设有用于固定所述内喷嘴2头部的 固定孔10；

所述内喷嘴2的外壁与所述外喷嘴4的内壁界定出一个气相通道6；

所述外喷嘴4的头部端面上环绕所述固定孔10设置有多个旋流孔41， 所述气相通道6与所述旋流孔41相连通；

其中，所述安装端座9与所述外喷嘴4通过螺纹连接，所述安装端 座9通过内连接件3与所述内喷嘴2连接；所述安装端座9为圆柱形， 其具有与所述液相通道8连通的第一通孔91和与所述气相通道6连通的 8个第二通孔92，所述第一通孔91沿中心轴设置，所述8个第二通孔92 均与所述第一通孔91平行设置，所述多个第二通孔92之间不连通，所 述第一通孔91和所述8个第二通孔92之间不连通。

所述外喷嘴4为头部具有所述头部端面43的中空腔体，所述中空腔 体由两个直径不同的中空圆柱体构成，其中，直径小的圆柱体的外部设 有螺纹用于与所述安装端座9的内壁通过螺纹连接；直径大的圆柱体即 具有所述头部端面43的圆柱体的直径与所述安装端座9相同。

所述内喷嘴3与所述内连接件3之间通过设置紫铜垫圈5密封 接触连接，所述内连接件3具有与所述第一通孔91和所述液相通道8连 通的第三通孔31；所述内连接件3未与所述安装端座9连接的部分的外 壁与所述内喷嘴2的外壁一起与所述外喷嘴4的内壁界定出所述气相通 道6。所述内连接件3由两部分构成，第一部分311为外部具有螺纹的中 空圆柱体，第二部分312为中空腔体，所述中空圆柱体的通道和所述中 空腔体的通道构成了所述第三通孔31；所述第一部分311与所述安装端 座9的第一通孔91通过螺纹连接；所述第二部分312的直径大于所述第 一部分311的直径而小于所述外喷嘴4的所述直径小的圆柱体的直径。

所述内喷嘴2为一个中空腔体，其由位于尾部的中空圆柱体、位于 中部的中空圆锥体以及位于头部的中空圆柱体三部分构成，其中，所述 中空圆锥体横截面积大的一端与所述位于尾部的中空圆柱体连接，所述 中空圆锥体横截面积小的一端与所述位于头部的中空圆柱体连接；位于 尾部的中空圆柱体的直径大于位于头部的中空圆柱体的直径且小于所述 内连接件3的第二部分312的直径；所述位于尾部的中空圆柱体与所述 中空圆锥体的外部连接处设置有适于放置所述紫铜垫圈5且与所述内连 接件3的第二部分312密封接触连接的凸台。

所述旋流器1设于所述内喷嘴2的内部；所述旋流器1依次由头部 111、通道部112、安装部113和尾部114组成，所述头部111为适于与 所述内喷嘴2的圆锥体的内表面紧密配合的实心圆台体；所述通道部112 为实心圆柱体，其与所述内喷嘴2的内表面形成了所述液相通道8；所述 安装部113为由与其横截面平行的上下底面和四个侧面构成的实心平面，其中两个相对的侧面具有用于与所述内喷嘴2螺纹连接的螺纹，另外两 个相对的侧面与所述内喷嘴2的内表面间具有空隙；所述四个凸块均为 扇形，且互相之间不连接而形成“十”字形的通道；所述多个第一旋流 槽11为4个，且均为斜向设置。

所述内喷嘴2插入所述外喷嘴4的固定孔10的部分与所述固定孔10 为过盈配合。

其中，所述气相喷孔42为6个，所述旋流孔41为5个；所述固定 孔10设置于所述外喷嘴4的头部端面43的中心位置，所述旋流孔41与 所述固定孔10的中心轴线成35°角，所述气相喷孔42与所述固定孔10 的中心轴线成65°。

在所述外喷嘴4的头部端面43上，所述旋流孔41与所述固定孔10 之间的孔距为4mm，所述气相喷孔42与所述固定孔10之间的孔距为 24mm。

所述第一旋流槽11的槽深为1.5mm，槽宽为1.5mm；所述液相喷孔 21为一个文丘里管状孔，其从所述旋流器1的头部111端面处延伸至所 述内喷嘴2头部的端面；所述液相喷孔21的最小横截面处的孔径为 1.5mm。所述4个第一旋流槽11在旋流器1的头部111上均匀分布设置； 所述5个旋流孔41在所述外喷嘴4的头部端面43上绕所述固定孔10均 匀分布设置；所述6个气相喷孔42在外喷嘴4的头部端面43上绕所述 固定孔10均匀分布设置；所述8个第二通孔92绕所述第一通孔91均匀 设置。

上述雾化喷嘴的装配过程为：对所述内喷嘴2进行冷却使其尺寸收 缩后，将其头部插入所述外喷嘴4的所述固定孔10，使所述内喷嘴2和 所述外喷嘴4过盈配合；然后将所述旋流器1的头部111插入所述内喷 嘴2内，旋转所述旋流器1使其通过安装部113的螺纹与所述内喷嘴2 连接；将所述内连接件3的第一部分311与所述安装端座9的第一通孔 91通过螺纹连接，然后再将所述内连接件3放置在设有所述紫铜垫圈的 所述内喷嘴2的凸台上，最后将外喷嘴4与所述安装端座9通过螺纹连 接，从而将安装端座9、内连接件3、旋流器1、内喷嘴2和外喷嘴4装 配为一体，最后将所述安装端座9的尾端固定到固定床的分布器上。

使用上述雾化喷嘴提供雾化反应物的过程为：

液相物料由分布器依次进入第一通孔91、第三通孔31和液相通道8， 然后从旋流器1上的第一旋流槽11旋流进入液相喷孔21内，并经液相 喷孔21高速喷出；所述液相物料包括水、低碳烯烃C4-C6、甲醇、二甲 醚或甲醇与二甲醚的混合液体等；

气相物料由分布器依次进入第二通孔92和气相通道6，然后经外喷 嘴4的头部端面上旋流孔41和气相喷孔42高速喷出并旋流；从旋流孔 41高速喷出的气相物料对从液相喷孔21高速喷出的液相物料进行挤压 和破碎，实现一次雾化，从气相喷孔42高速喷出的气相物料对一次雾化 后的气液混合物进行剪切和旋转，实现二次雾化；所述液相物料包括空气、氮气、甲醇、二甲醚或甲醇与二甲醚的混合气体等。

在实施例2其它设置不变的情况下，也可以改变旋流孔的角度为 45°，气相喷孔的角度为60°，设置使从所述旋流孔41和气相喷孔42 喷出的气相物料的旋流方向一致。

在以上所有实施例中，旋流孔41的角度可根据实际雾化工艺的需要， 通过穿孔机实现其角度的可变。此种旋流孔实施方法简述如下：先确定 孔的斜切向角度、孔距，再通过不同尺寸的穿孔机沿着确定的角度和孔 距，在外喷嘴上实现切向穿孔。如图7外喷嘴的结构图所示，外喷嘴上 的5个斜切向旋流孔41是角度和方向一致的，若需要改变时，可通过上述实施方法实现，此即为“切向角度可变”。

在以上所有的实施例中，旋流器1采用耐磨材料制备而成。

耐磨材料优选镍基合金718。

将本实施例2的雾化喷嘴与传统的用于固定床的雾化喷嘴相对比， 列举出本实施例所述多相雾化喷嘴的雾化性能与运行数据，如表1所示。 用于帮助理解本发明所述多相雾化喷嘴的工艺。表1中雾化直径指80％ 以上的雾滴分布于该范围内为计算基准。

表1本发明的固定床多相雾化喷嘴与传统雾化喷嘴的比较

表1中，所有雾化直径均是在气液负荷比为1时测量的，即气相质 量流量为100％、液相质量流量为100％，此负荷比对应正常工况下MTP反 应器的气液相质量流量。

对于MTP雾化喷嘴而言，气液两相物料通过具有旋流结构的外喷嘴 和内喷嘴构件实现液滴的破碎和雾化，在雾化过程中，雾滴的粒径是判 断雾化效果的重要参数之一，适宜尺寸的雾滴粒径对于催化反应温度的 控制至关重要；表1中，索太尔直径(SMD)是指表面积加权平均粒径， 可作为衡量平均粒径的一个重要参数用于喷嘴的选型；索太尔直径(SMD) 越小雾化效果越好；

表1中的雾化直径，是指雾化覆盖直径，按照本专利的定义是80％ 的液相物料分布区域对应的直径(是由重量法测定，并取平均值)；由于 雾化喷嘴距离催化床层1.9米高，当气液相反应物料经由雾化喷嘴分散 后，液相物料会以一定的雾化角度分散，并最终在对应的催化床层形成 覆盖区域，而该覆盖区域对应的直径可作为雾化直径用于喷嘴的选型；若雾化直径较大，喷嘴之间会有较多的物料相互交叠，从而形成浓度较 高的区域，该区域不利于反应器内浓度的均匀分布，且喷嘴与反应器壁 之间会形成“短路”，导致反应物料直接沿反应器壁流入下级催化床层； 因此，适宜的雾化直径对于反应物浓度分布的控制至关重要。

由表1可知，本发明的雾化喷嘴相对于传统喷嘴，雾化角度和雾化 直径均有较大的提高，这充分说明本发明的雾化喷嘴，雾化效果和雾化 范围都比传统的雾化喷嘴更有优势；雾化角度和雾化直径提高的同时， 由于液滴碰撞的几率增大，索太尔直径也有所提高，但这并不影响整体 的雾化效果。

Claims (31)

1.一种固定床多相雾化喷嘴，其特征在于，包括旋流器(1)、内喷嘴(2)和外喷嘴(4)；所述旋流器(1)、内喷嘴(2)和外喷嘴(4)依次同轴设置；所述旋流器(1)套装于所述内喷嘴(2)内，所述内喷嘴(2)套装于所述外喷嘴(4)内；

所述旋流器(1)的头部(111)设置有多个第一旋流槽(11)；

所述旋流器(1)的外壁与所述内喷嘴(2)的内壁界定出一个液相通道(8)；

所述内喷嘴(2)的头部设置有液相喷孔(21)；

所述液相通道(8)通过所述多个第一旋流槽(11)与所述液相喷孔(21)相连通；

所述外喷嘴(4)的头部端面(43)的面积为所述内喷嘴(2)的最大横截面处横截面积的1.5-5倍；

所述外喷嘴(4)的头部端面(43)的中部设有用于固定所述内喷嘴(2)头部的固定孔(10)；

所述内喷嘴(2)的外壁与所述外喷嘴(4)的内壁界定出一个气相通道(6)；

所述外喷嘴(4)的头部端面(43)上环绕所述固定孔(10)设置有多个旋流孔(41)，所述气相通道(6)与所述旋流孔(41)相连通；

在所述外喷嘴(4)的头部端面(43)上、在所述旋流孔(41)的外侧环绕所述固定孔(10)还设置有多个气相喷孔(42)，所述多个气相喷孔(42)与所述气相通道(6)相连通。

2.根据权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述固定孔(10)设置于所述外喷嘴(4)的头部端面(43)的中心位置，所述旋流孔(41)为与所述固定孔(10)的中心轴线成30-45°角度的孔。

3.根据权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述固定孔(10)设置于所述外喷嘴(4)的头部端面(43)的中心位置，所述气相喷孔(42)为与所述固定孔(10)的中心轴线成45-60°角度的孔。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，在所述外喷嘴(4)的头部端面(43)上，所述旋流孔(41)与所述固定孔(10)之间的孔距为2-6mm；所述气相喷孔(42)与所述固定孔(10)之间的孔距为20-30mm。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述气相通道(6)沿着气体的流动方向横截面逐渐增大。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述气相喷孔(42)为4-8个。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述旋流孔(41)为3-7个。

8.根据权利要求4所述的雾化喷嘴，其特征在于，

所述雾化喷嘴还包括安装端座(9)，所述安装端座(9)用于与所述内喷嘴(2)和外喷嘴(4)以可拆卸方式连接，所述安装端座(9)具有与所述液相通道(8)连通的第一通孔(91)和与所述气相通道(6)连通的多个第二通孔(92)，所述第一通孔(91)和所述多个第二通孔(92)之间不连通。

9.根据权利要求8所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述第一通孔(91)沿中心轴设置，所述多个第二通孔(92)均与所述第一通孔(91)平行设置，所述多个第二通孔(92)之间不连通。

10.根据权利要求9所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述内喷嘴(2)通过内连接件(3)与所述安装端座(9)可拆卸连接，所述内喷嘴(2)与所述内连接件(3)之间通过设置密封垫(5)密封接触连接，所述内连接件(3)具有与所述第一通孔(91)和所述液相通道(8)连通的第三通孔(31)；所述内连接件(3)未与所述安装端座(9)连接的部分的外壁与所述内喷嘴(2)的外壁一起与所述外喷嘴(4)的内壁界定出所述气相通道(6)。

11.根据权利要求10所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述安装端座(9)为圆柱形。

12.根据权利要求11所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述外喷嘴(4)为具有所述头部端面(43)的中空腔体，所述中空腔体由两个直径不同的中空圆柱体构成，其中，直径小的圆柱体的外部设有螺纹用于与所述安装端座(9)的内壁通过螺纹连接；直径大的圆柱体即具有所述头部端面(43)的圆柱体的直径与所述安装端座(9)相同。

13.根据权利要求12所述雾化喷嘴，其特征在于，所述内连接件(3)由两部分构成，第一部分(311)为外部具有螺纹的中空圆柱体，第二部分(312)为中空腔体，所述中空圆柱体的通道和所述中空腔体的通道构成了所述第三通孔(31)；所述第一部分(311)与所述安装端座(9)的第一通孔(91)通过螺纹连接；所述第二部分(312)的直径大于所述第一部分(311)的直径而小于所述外喷嘴(4)的所述直径小的圆柱体的直径。

14.根据权利要求13所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述内喷嘴(2)为一个中空腔体，其由位于尾部的中空圆柱体、位于中部的中空圆锥体以及位于头部的中空圆柱体三部分构成，其中，所述中空圆锥体横截面积大的一端与所述位于尾部的中空圆柱体连接，所述中空圆锥体横截面积小的一端与所述位于头部的中空圆柱体连接；位于尾部的中空圆柱体的直径大于位于头部的中空圆柱体的直径且小于所述内连接件(3)的第二部分(312)的直径；所述位于尾部的中空圆柱体与所述中空圆锥体的外部连接处设置有适于放置所述密封垫(5)且与所述内连接件(3)的第二部分(312)密封接触连接的凸台。

15.根据权利要求14所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述旋流器(1)设于所述内喷嘴(2)的内部；所述旋流器(1)依次由头部(111)、通道部(112)、安装部(113)和尾部(114)组成，所述头部(111)为适于与所述内喷嘴(2)的圆锥体的内表面紧密配合的实心圆台体；所述通道部(112)为实心圆柱体，其与所述内喷嘴(2)的内表面形成了所述液相通道(8)；所述安装部(113)为一个实心的平面，且所述平面的形状为能使液体通过且能与所述内喷嘴(2)的内表面通过螺纹连接；所述尾部(114)由位于所述安装部(113)中部的四个凸块构成，且所述四个凸块互不连接。

16.根据权利要求15所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述安装部(113)为由与其横截面平行的上下底面和四个侧面构成的平面，其中两个相对的侧面具有用于与所述内喷嘴(2)螺纹连接的螺纹，另外两个相对的侧面与所述内喷嘴(2)的内表面间具有空隙；所述四个凸块均为扇形，且互相之间形成“十”字形的通道；所述第一旋流槽(11)均为斜向设置。

17.根据权利要求1-3或9-16中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述外喷嘴(4)的固定孔(10)与所述内喷嘴(2)的插入所述固定孔(10)的部分为过盈配合。

18.根据权利要求8所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述第二通孔(92)为2-10个。

19.根据权利要求10所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述密封垫(5)为金属垫。

20.根据权利要求19所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述密封垫为紫铜垫圈。

21.根据权利要求1-3中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，

所述液相喷孔(21)为一个文丘里管状孔，其从所述旋流器(1)的头部(111)端面处延伸至所述内喷嘴(2)头部的端面。

22.根据权利要求1-3中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述第一旋流槽(11)为2-6个。

23.根据权利要求1-3中任意一项所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述第一旋流槽(11)的槽深为1-1.5mm，槽宽为1-1.5mm。

24.根据权利要求21所述的雾化喷嘴，所述液相喷孔(21)的最小横截面积处的孔径为1.0-2.5mm。

25.根据权利要求1所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述外喷嘴(4)的头部端面(43)的面积为所述内喷嘴(2)的最大横截面处横截面积的3-5倍。

26.根据权利要求4所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述旋流孔(41)与所述固定孔(10)之间的孔距为4mm，所述气相喷孔(42)与所述固定孔(10)之间的孔距为24mm。

27.根据权利要求6所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述气相喷孔(42)为6个。

28.根据权利要求7所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述旋流孔(41)为5个。

29.根据权利要求18所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述第二通孔(92)为8个。

30.根据权利要求22所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述第一旋流槽(11)为3-4个。

31.根据权利要求24所述的雾化喷嘴，其特征在于，所述液相喷孔(21)的最小横截面积处的孔径为1.5-2.0mm。