CN201439516U - 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。本实用新型在嘴体的进料端依次与嘴体同轴设置有旋流段锥管和旋流段圆管。嘴体、旋流段锥管和旋流段圆管内与其同轴设置有一次蒸汽分布管；一次蒸汽分布管在靠近喷头的一端设有锥头管，另一端为一次蒸汽入口。在一次蒸汽分布管与嘴体之间的空腔内设有隔离管，隔离管在靠近喷头的一端设有二次蒸汽分布器。一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上分别成圈设有向喷头的方向倾斜的蒸汽分布孔。进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，嘴体上设有二次蒸汽入口管。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，形成气液两相雾化流，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和较多的雾化蒸汽，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；还有的喷嘴所需的进料压力较高、雾化蒸汽较多，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和雾化蒸汽较多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、一次蒸汽入口，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：嘴体的进料端依次与嘴体同轴设置有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一次蒸汽分布管，一次蒸汽分布管在靠近喷头的一端设有锥头管，另一端为一次蒸汽入口，在一次蒸汽分布管与嘴体之间的空腔内设有隔离管，隔离管在靠近喷头的一端设有截头圆锥面形的二次蒸汽分布器，另一端与旋流段锥管相连，一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上分别成圈设有向喷头的方向倾斜的蒸汽分布孔，一次蒸汽分布管与旋流段圆管和旋流段锥管之间形成旋流腔，一次蒸汽分布管和锥头管与隔离管和二次蒸汽分布器之间形成混合腔，隔离管、嘴体、二次蒸汽分布器和旋流段锥管之间形成二次气室，所述的进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，与旋流腔连通，嘴体上设有二次蒸汽入口管，与二次气室连通。

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，动能损耗降低。进料在旋流腔内进行旋转流动，在旋流段锥管处加速后进入混合腔，并与一次蒸汽分布管和锥头管上的蒸汽分布孔喷出的一次雾化蒸汽混合(一次雾化蒸汽由一次蒸汽入口进入一次蒸汽分布管和锥头管内)。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，增加了与一次雾化蒸汽的混合时间，提高了水蒸汽的利用率和雾化效果。一次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在一次蒸汽分布管和锥头管的圆周方向上均匀分布，所以可使一次雾化蒸汽均匀地与进料混合，形成稳定的气液两相雾化流。一次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。由二次蒸汽入口管向二次气室内通入二次雾化蒸汽，二次雾化蒸汽由二次蒸汽分布器上的蒸汽分布孔喷入混合腔末端，可以增加混合腔末端气液两相雾化流的湍动强度，提高气液掺混效果。同时，气液两相雾化流在隔离管内壁形成的液膜所生成的液滴进入混合腔末端后，也可以由二次雾化蒸汽破碎，避免大液滴的出现。二次雾化蒸汽还可以喷入喷头内腔，避免进入喷头内腔的气液两相雾化流在喷头内壁形成滞流，抑制液膜在喷头内壁的生成，避免大液滴的出现。气液两相雾化流进入喷头内腔后，最后在喷口处加速，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。在上述过程中，进料共进行了三次雾化。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，进料雾化粒径(索太尔直径)一般在55微米左右，喷口处的喷射速度一般为60米/秒左右。雾化均匀，均匀指数可以达到3以上。并且，只需使用较低的进料压力(一般为0.3～0.6MPa)和较少的雾化蒸汽(一次、二次雾化蒸汽的总用量一般为进料量的3～6重量％)，即可得到很好的雾化效果，这样就降低了喷嘴的能耗。此外，前述一次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，油汽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3是图1所示二次蒸汽分布器的右视图(放大)，还示出了嘴体和锥头管。

图1、图2和图3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、一次蒸汽入口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的进料端依次与嘴体10同轴设置有旋流段锥管82和旋流段圆管81，其中的旋流段锥管82为截头圆锥面形。嘴体内腔为圆柱形，嘴体10、旋流段锥管82和旋流段圆管81内与其同轴设置有一次蒸汽分布管4。一次蒸汽分布管4在靠近喷头2的一端设有锥头管3；另一端为一次蒸汽入口7，由旋流段圆管81的端部伸出。参见图1，旋流段圆管81的端部设有封堵板12；一次蒸汽分布管4与封堵板12相连，其端部的一次蒸汽入口7位于封堵板12的外侧。锥头管3为截头圆锥面形，一端敞口、与一次蒸汽分布管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)。

在一次蒸汽分布管4与嘴体10之间的空腔内设有隔离管14。隔离管14在靠近喷头2的一端设有与嘴体10相连的截头圆锥面形的二次蒸汽分布器13，另一端与旋流段锥管82相连。参见图1，二次蒸汽分布器13的一端与隔离管14相连；与嘴体10相连的一端，一般连接于靠近嘴体10与喷头2连接处的位置。

一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13上分别成圈设有向喷头2的方向倾斜的蒸汽分布孔11；蒸汽分布孔11为圆形孔，分别在一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13的径向平面内开设。一次蒸汽分布管4与旋流段圆管81和旋流段锥管82之间形成旋流腔9，一次蒸汽分布管4和锥头管3与隔离管14和二次蒸汽分布器13之间形成混合腔5，隔离管14、嘴体10、二次蒸汽分布器13和旋流段锥管82之间形成二次气室15。锥头管3的封闭端一般位于二次蒸汽分布器13内，二次蒸汽分布器13位于混合腔5的末端。旋流腔9、混合腔5和二次气室15的横截面形状均为圆环形。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，与旋流腔9连通(参见图2)。嘴体10上设有二次蒸汽入口管16，与二次气室15连通。二次蒸汽入口管16一般是沿嘴体10的径向连接于嘴体10上，并且靠近旋流段锥管82。

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。一次蒸汽分布管4上设有1～60圈蒸汽分布孔11，每圈设有5～30个蒸汽分布孔11。一次蒸汽分布管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，其上设有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。

参见图1以及图3，二次蒸汽分布器13的锥角角度η为10～90度，其上设有1圈蒸汽分布孔11。二次蒸汽分布器13上蒸汽分布孔11的数量为6～90个，以3～5个为一组(图1和图3所示是以3个为一组)；每组中各蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε的总变化范围为0～90度，自轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε最大的一个蒸汽分布孔11开始，每组中各蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε依次递减10～45度。轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε最大的一个蒸汽分布孔11，其轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε一般为70～90度。参见图1以及图3，二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔11，各入口位于二次蒸汽分布器13外表面上的同一圆周线上(图3中用虚线椭圆表示各入口)，各出口则位于二次蒸汽分布器13内表面上的多个圆周线上(图3中用实线椭圆表示各出口)。二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔11采用上述的设置方式，可以使二次雾化蒸汽从不同角度、多个层次喷入混合腔5的末端和喷头2的内腔，在增加混合腔5末端气液两相雾化流的湍动强度、破碎液滴、避免在喷头2的内壁形成滞流等方面，可以取得最佳的效果。根据不同的使用场合以及操作要求，二次蒸汽分布器13上的各蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε还可以在0～90度的范围内取相同的角度。蒸汽分布孔11的数量不变，不再进行分组。

一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13的壁厚一般均为5～15毫米，所设蒸汽分布孔11的直径均为1～10毫米。

参见图1，在一次蒸汽分布管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。蒸汽分布孔11在一次蒸汽分布管4和锥头管3的外表面形成出口，通过出口的几何中心作垂直于喷嘴轴心线的平面，则分别在一次蒸汽分布管4和锥头管3上，对应于相邻两圈蒸汽分布孔11所作的两个相邻的垂直于喷嘴轴心线的平面之间的距离，即为相邻两圈蒸汽分布孔11之间的间距s。

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、一次蒸汽分布管4和隔离管14的直径，根据进料量和一次、二次雾化蒸汽的用量确定，喷嘴的总长度根据现场的具体情况确定。

一次蒸汽分布管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(即相邻两圈蒸汽分布孔11之间的间距s一般相等)，每圈上的蒸汽分布孔11一般是分别在一次蒸汽分布管4和锥头管3的圆周方向上均匀分布，以使由各蒸汽分布孔11喷出的一次雾化蒸汽能够均匀地与进料混合。在一次蒸汽分布管4上，单圈蒸汽分布孔11中各蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角γ一般相同，相邻两圈蒸汽分布孔11的夹角γ可以相同也可以不同；各圈蒸汽分布孔11的数量可以相同也可以不同。在锥头管3上，单圈蒸汽分布孔11中各蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角β一般相同，相邻两圈蒸汽分布孔11的夹角β可以相同也可以不同；各圈蒸汽分布孔11的数量可以相同也可以不同。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。一次蒸汽分布管4上的各圈蒸汽分布孔11自一次蒸汽分布管4与锥头管3相连的一端开始布置，布置极限位置在一次蒸汽分布管4对应于隔离管14与旋流段锥管82连接处的位置。

为使由蒸汽分布孔11喷出的一次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，一次蒸汽分布管4和锥头管3上所有相邻两圈的蒸汽分布孔11(包括一次蒸汽分布管4和锥头管3之间相邻的两圈蒸汽分布孔11)最好是在一次蒸汽分布管4和锥头管3的圆周方向上错开布置，参见图1。这是本实用新型的一种优选方案。

二次蒸汽分布器13上的一圈蒸汽分布孔11，一般是在二次蒸汽分布器13的圆周方向上均匀分布，以使由各蒸汽分布孔11喷出的二次雾化蒸汽能够均匀地与进料混合。

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，例如蜡油、常压渣油、减压渣油等)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处加速后进入混合腔5。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。一次雾化蒸汽(一般为250～400℃的过热水蒸汽)由一次蒸汽入口7进入一次蒸汽分布管4以及锥头管3内，通过一次蒸汽分布管4和锥头管3上的各圈蒸汽分布孔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。由二次蒸汽入口管16向二次气室15内通入二次雾化蒸汽(一般为250～400℃的过热水蒸汽)，二次雾化蒸汽由二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔11喷入混合腔5的末端和喷头内腔，可以增加混合腔5末端气液两相雾化流的湍动强度，破碎液滴，避免进入喷头2内腔的气液两相雾化流在喷头2的内壁形成滞流，抑制液膜在喷头2内壁的生成，避免大液滴的出现。气液两相雾化流进入喷头2的内腔后，最后在喷口1处加速，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。

本实用新型的催化裂化进料喷嘴，进料雾化粒径(索太尔直径)一般在55微米左右，喷口1处的喷射速度一般为60米/秒左右，雾化均匀指数一般可以达到3以上。进料压力一般为0.3～0.6MPa。一次、二次雾化蒸汽的总用量一般为进料量的3～6重量％，一次、二次雾化蒸汽的用量比例为2～10(按重量计)。

Claims (4)

1.一种催化裂化进料喷嘴，设有嘴体(10)、进料管(6)、一次蒸汽入口(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)的进料端依次与嘴体(10)同轴设置有旋流段锥管(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)内与其同轴设置有一次蒸汽分布管(4)，一次蒸汽分布管(4)在靠近喷头(2)的一端设有锥头管(3)，另一端为一次蒸汽入口(7)，在一次蒸汽分布管(4)与嘴体(10)之间的空腔内设有隔离管(14)，隔离管(14)在靠近喷头(2)的一端设有截头圆锥面形的二次蒸汽分布器(13)，另一端与旋流段锥管(82)相连，一次蒸汽分布管(4)、锥头管(3)和二次蒸汽分布器(13)上分别成圈设有向喷头(2)的方向倾斜的蒸汽分布孔(11)，一次蒸汽分布管(4)与旋流段圆管(81)和旋流段锥管(82)之间形成旋流腔(9)，一次蒸汽分布管(4)和锥头管(3)与隔离管(14)和二次蒸汽分布器(13)之间形成混合腔(5)，隔离管(14)、嘴体(10)、二次蒸汽分布器(13)和旋流段锥管(82)之间形成二次气室(15)，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，与旋流腔(9)连通，嘴体(10)上设有二次蒸汽入口管(16)，与二次气室(15)连通。

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1.1～2.5，一次蒸汽分布管(4)上设有1～60圈蒸汽分布孔(11)，每圈设有5～30个蒸汽分布孔(11)，一次蒸汽分布管(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，其上设有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，二次蒸汽分布器(13)的锥角角度η为10～90度，其上设有1圈蒸汽分布孔(11)，蒸汽分布孔(11)的数量为6～90个，以3～5个为一组，每组中各蒸汽分布孔(11)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε的总变化范围为0～90度，自轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε最大的一个蒸汽分布孔(11)开始，每组中各蒸汽分布孔(11)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε依次递减10～45度，一次蒸汽分布管(4)、锥头管(3)和二次蒸汽分布器(13)上所设蒸汽分布孔(11)的直径均为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：一次蒸汽分布管(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s为10～60毫米。

4.根据权利要求1或2或3所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：一次蒸汽分布管(4)和锥头管(3)上所有相邻两圈的蒸汽分布孔(11)在一次蒸汽分布管(4)和锥头管(3)的圆周方向上错开布置。

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