CN201250210Y - 一种催化裂化进料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种催化裂化进料喷嘴，以解决现有喷嘴所存在的雾化粒径较大、喷出速度过大、雾化不均匀等问题。本实用新型在嘴体内腔为圆柱形的嘴体(10)的一端依次设有与嘴体同轴设置的旋流段锥管(82)和旋流段圆管(81)，嘴体、旋流段锥管和旋流段圆管内与其同轴设置有蒸汽分布管(4)，蒸汽分布管在靠近喷头(2)的一端设有锥头管(3)。蒸汽分布管和锥头管上分别至少设置1圈向喷头方向倾斜的蒸汽分布孔(11)。进料管(6)沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上。蒸汽分布管与旋流段圆管和旋流段锥管之间形成旋流腔(9)，蒸汽分布管和锥头管与嘴体之间形成混合腔(5)。本实用新型主要用于石油加工行业的催化裂化装置。

Description

一种催化裂化进料喷嘴

技术领域

本实用新型涉及石油加工行业催化裂化装置所用的一种催化裂化进料喷嘴。

背景技术

在催化裂化(FCC)加工过程中，进料喷嘴性能的优劣对裂化反应、产品分布起着重要作用。雾化良好的进料与高温再生催化剂短时间接触，使进料气化速度快、反应迅速、催化剂上液体携带量降低，能提高轻质油收率、降低焦炭产率、改善产品分布、防止过度裂化，消除提升管反应器内的结焦现象，带来可观的经济效益。因此，国内外相关研究机构一直在不断开发和推出新型高效的催化裂化进料喷嘴，以适应催化裂化技术发展的需要并获取更大的经济效益。

目前国内外使用的催化裂化进料喷嘴大体分为以下几类：第一类是在喉管式喷嘴基础上改进而成的，其特点是利用收敛—扩张形喉道尽量提高气体流速和气液两相速度差以增加雾化强度(参见CN2069757U)；第二类是靶式喷嘴(参见US4434049)，其原理是进料油在高压差作用下形成高速射流撞击金属靶，再与横向气流作用进行第一次雾化，形成气雾两相流，最后在喷头喷口处加速，实现二次雾化。该喷嘴雾化强度高，但需要较高的进料压力，因而能耗较高，增加了生产成本和设备改造的投资；第三类是双喉道内混合式进料喷嘴(参见CN2054461U)；第四类是双流体离心式喷嘴(参见CN2356752Y)，其中采用了两相旋流器。

以上各类喷嘴存在的缺点是：雾化粒径较大，索太尔直径(冷试)大多在60微米以上；有的喷出速度过大(导致流动不稳定而出现机械振动)，有的雾化不均匀；还有的喷嘴需要较高的进料压力，导致能耗较高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种催化裂化进料喷嘴，以解决现有的催化裂化进料喷嘴所存在的雾化粒径较大、喷出速度过大、雾化不均匀、所需的进料压力较高导致能耗较高等问题。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种催化裂化进料喷嘴，设有嘴体、进料管、蒸汽入口，嘴体有一个嘴体内腔，嘴体的出口端设有喷头，喷头上设有喷口，其特征在于：嘴体的另一端依次设有与嘴体同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管，嘴体内腔为圆柱形，嘴体、旋流段锥管和旋流段圆管内与其同轴设置有蒸汽分布管，蒸汽分布管在靠近喷头的一端设有锥头管，另一端为蒸汽入口，蒸汽分布管和锥头管上分别至少设置1圈向喷头的方向倾斜的蒸汽分布孔，所述的进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，蒸汽分布管与旋流段圆管和旋流段锥管之间形成旋流腔，蒸汽分布管和锥头管与嘴体之间形成混合腔。

采用本实用新型，具有如下的有益效果：本实用新型在操作过程中，进料经进料管沿旋流段圆管的切向注入旋流腔，使其在进料管出口处的湍动和扰动程度减弱，能量损耗降低。进料在旋流腔内进行旋转流动，并在旋流段锥管处利用圆锥的收缩使旋转速度增大，离心力场得到强化；之后进入混合腔，在混合腔内继续旋转流动，并与蒸汽分布孔喷出的雾化蒸汽混合(雾化蒸汽为水蒸汽)。进料在离心力的作用下被展成薄膜，增大了液体的表面积、降低了液体的粘性和表面张力；同时，进料在湍流脉动产生的瞬时随机剪切力作用下破碎。另外，旋转运动使进料在混合腔内的运动轨迹延长，增加了与雾化蒸汽的混合时间，提高了雾化蒸汽的利用率和雾化效果。蒸汽分布管和锥头管上的各圈蒸汽分布孔一般是沿喷嘴轴心线的方向均匀分布，每圈上的蒸汽分布孔一般是分别绕蒸汽分布管和锥头管的圆周方向均匀分布，所以可使雾化蒸汽均匀地与进料混合，形成稳定的气液两相雾化流。雾化蒸汽由倾斜的蒸汽分布孔喷出时与喷嘴轴心线保持一定的角度，使其流动阻力减小，喷嘴的压降降低。气液两相雾化流最后进入喷头内的空腔，然后由喷口喷出，利用气体膨胀爆炸，将进料雾化成非常细小的液滴。这样，就可提高进料与催化剂的接触面积，从而改善催化裂化装置的反应状况，提高装置的轻质油产率并降低生焦量。

本实用新型催化裂化进料喷嘴经测试表明，在气液比为7.5％时(百分数为重量百分数)，进料雾化粒径(索太尔直径)一般在60微米左右，雾化颗粒的喷射速度低于38.2米/秒。雾化均匀，均匀指数在3以上。并且，只需使用较低的进料压力(一般为0.3～0.6MPa)即可得到很好的雾化效果，这样就降低了喷嘴的能耗。此外，前述雾化蒸汽与进料在混合腔内的混合雾化方式，当进料量有所增减变化时，气液两相流的体积流量变化相对较小，不会明显影响雾化质量，因而使本实用新型的操作弹性好、可靠性高。本实用新型还具有结构简单、使用方便、易于推广的优点。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。

附图说明

图1是本实用新型催化裂化进料喷嘴沿轴向的剖视图。

图2是图1中的A—A旋转剖视图。

图1和图2中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1、图2所示的本实用新型催化裂化进料喷嘴(简称喷嘴)。它设有嘴体10、进料管6、蒸汽入口7。嘴体10有一个嘴体内腔，嘴体10的出口端设有喷头2，喷头2上设有喷口1。其中喷头2为常规结构，喷口1可采用现有常用的扁口或多孔状喷口。

嘴体10的另一端依次设有与嘴体10同轴设置的旋流段锥管82和旋流段圆管81；其中的旋流段锥管82为圆锥面形。嘴体内腔为圆柱形，嘴体10、旋流段锥管82和旋流段圆管81内与其同轴设置有蒸汽分布管4。蒸汽分布管4在靠近喷头2的一端设有锥头管3，另一端为蒸汽入口7。旋流段圆管81的端部设有封堵板12；蒸汽分布管4与封堵板12相连，其端部的蒸汽入口7位于封堵板12的外侧。锥头管3为圆锥面形，一端敞口、与蒸汽分布管4相连，另一端封闭。图1所示锥头管3的封闭端为平板结构，它还可以是锥尖、圆头结构(图略)。

蒸汽分布管4和锥头管3上分别至少设置1圈向喷头2的方向倾斜的蒸汽分布孔11；蒸汽分布孔11为圆形孔。所述的进料管6沿旋流段圆管81的切向连接于旋流段圆管81上。蒸汽分布管4与旋流段圆管81和旋流段锥管82之间形成旋流腔9，蒸汽分布管4和锥头管3与嘴体10之间形成混合腔5。旋流腔9和混合腔5的横截面形状均为圆环形。

参见图1，本实用新型的结构参数一般如下：进料管6的轴心线与喷嘴轴心线的夹角δ为30～90度，旋流段锥管82的锥角θ为30～130度，旋流段圆管81的内径与嘴体10的内径之比为1.1～2.5。蒸汽分布管4上设有1～60圈蒸汽分布孔11，每圈设有4～30个蒸汽分布孔11。蒸汽分布管4上的蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角γ为10～80度。锥头管3的锥角角度α为10～90度；锥头管3上设有1～30圈蒸汽分布孔11，每圈设有2～30个蒸汽分布孔11。锥头管3上的蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角β为10～80度。蒸汽分布孔11的直径为1～10毫米。上述的夹角γ与夹角β可取相同或不同的数值。蒸汽分布管4和锥头管3上所设的各圈蒸汽分布孔11的数量可以相同，也可以不同。

参见图1，在蒸汽分布管4和锥头管3上分别设置2圈以上的蒸汽分布孔11时，相邻两圈蒸汽分布孔11之间的间距s一般为10～60毫米。该间距s是指以相邻两圈蒸汽分布孔11的轴心线为母线绕喷嘴轴心线旋转所形成的两个相邻的虚拟圆锥面之间的距离。

本实用新型其它未说明的结构参数需要根据实际使用情况来确定。例如，嘴体10的直径和蒸汽分布管4的直径根据进料量和雾化蒸汽用量确定，喷嘴的总长度根据现场的具体情况确定。

蒸汽分布管4和锥头管3上的各圈蒸汽分布孔11一般是沿喷嘴轴心线的方向均匀分布，每圈上的蒸汽分布孔11一般是分别绕蒸汽分布管4和锥头管3的圆周方向均匀分布，以使由各蒸汽分布孔11喷出的雾化蒸汽能够均匀地与进料混合。锥头管3上的各圈蒸汽分布孔11自锥头管3的封闭端开始布置，布置范围为锥头管3的全长度。蒸汽分布管4上的各圈蒸汽分布孔11自蒸汽分布管4与锥头管3相连的一端开始布置，布置极限位置在蒸汽分布管4对应于嘴体10与旋流段锥管82连接处的位置。

为使由蒸汽分布孔11喷出的雾化蒸汽能够在混合腔5内分布得更为均匀并与进料更加充分地混合，蒸汽分布管4和锥头管3上所有相邻两圈的蒸汽分布孔11最好是错开布置，如图1所示。这是本实用新型的一种优选方案。

本实用新型各部件的连接，一般均是采用焊接。

下面以附图所示喷嘴为例说明本实用新型的操作过程。进料(各种催化裂化原料油，例如减压瓦斯油、常压渣油、减压渣油等，或是这些原料油的混合物)经进料管6沿旋流段圆管81的切向注入旋流腔9，在旋流腔9内进行旋转流动，并在旋流段锥管82处利用圆锥的收缩使旋转速度增大后进入混合腔5，继续旋转流动。进料在混合腔5内形成高强度湍流场，在离心力的作用下被展成薄膜，并在湍流脉动产生的瞬时随机剪切力作用下破碎，实现第一次雾化。雾化蒸汽由蒸汽入口7进入蒸汽分布管4以及锥头管3，通过各圈蒸汽分布孔11喷入混合腔5，与进入混合腔5内的进料混合，利用两者之间的速度差将进料破碎成很小的液滴，形成气液两相雾化流，实现第二次雾化。气液两相雾化流最后进入喷头2内的空腔，然后由喷口1喷出；由于压力降低，气液两相雾化流中的雾化蒸汽膨胀爆炸，使进料液滴进一步破碎，实现第三次雾化。雾化后的进料继而进入提升管反应器进行反应。

Claims (4)

1、一种催化裂化进料喷嘴，设有嘴体(10)、进料管(6)、蒸汽入口(7)，嘴体(10)有一个嘴体内腔，嘴体(10)的出口端设有喷头(2)，喷头(2)上设有喷口(1)，其特征在于：嘴体(10)的另一端依次设有与嘴体(10)同轴设置的旋流段锥管(82)和旋流段圆管(81)，嘴体内腔为圆柱形，嘴体(10)、旋流段锥管(82)和旋流段圆管(81)内与其同轴设置有蒸汽分布管(4)，蒸汽分布管(4)在靠近喷头(2)的一端设有锥头管(3)，另一端为蒸汽入口(7)，蒸汽分布管(4)和锥头管(3)上分别至少设置1圈向喷头(2)的方向倾斜的蒸汽分布孔(11)，所述的进料管(6)沿旋流段圆管(81)的切向连接于旋流段圆管(81)上，蒸汽分布管(4)与旋流段圆管(81)和旋流段锥管(82)之间形成旋流腔(9)，蒸汽分布管(4)和锥头管(3)与嘴体(10)之间形成混合腔(5)。

2、根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：进料管(6)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角为30～90度，旋流段锥管(82)的锥角为30～130度，旋流段圆管(81)的内径与嘴体(10)的内径之比为1.1～2.5，蒸汽分布管(4)上设有1～60圈蒸汽分布孔(11)，每圈设有4～30个蒸汽分布孔(11)，蒸汽分布管(4)上的蒸汽分布孔(11)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角为10～80度，锥头管(3)的锥角角度为10～90度，锥头管(3)上设有1～30圈蒸汽分布孔(11)，每圈设有2～30个蒸汽分布孔(11)，锥头管(3)上的蒸汽分布孔(11)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角为10～80度，蒸汽分布孔(11)的直径为1～10毫米。

3、根据权利要求2所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：蒸汽分布管(4)和锥头管(3)上分别设置2圈以上的蒸汽分布孔(11)，相邻两圈蒸汽分布孔(11)之间的间距为10～60毫米。

4、根据权利要求3所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：蒸汽分布管(4)和锥头管(3)上所有相邻两圈的蒸汽分布孔(11)错开布置。

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