CN202099253U - 催化裂化装置的进料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种催化裂化装置的进料喷嘴，所述进料喷嘴包括外管（4），所述外管（4）上有原料油入口（2），外管（4）的一端部有蒸汽入口（1），外管（4）的另一端有喷头（10），喷头（10）的前端开有喷口（11），外管（4）内有蒸汽分布器（5），外管（4）与蒸汽分布器（5）之间有环形空间混合腔（8）及混合腔前端（9），蒸汽分布器（5）上有周向蒸汽分布孔（6）和顶端蒸汽分布孔（7）。本实用新型可以形成非常均匀细小的液滴，从而与催化剂充分接触，在提升管内的温度下，使裂化反应在气态进行，可以提高轻质油的产率，降低生焦，可以在提升管进料段的催化剂的密相流动有一定的穿透力，可使喷雾射流达到提升管中部，喷雾射流有扁平扇面的形状，对提升管截面有良好的覆盖。

Description

催化裂化装置的进料喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种用于炼油厂催化裂化装置的进料喷嘴，属于催化裂化设备领域。 

背景技术

提升管反应器是炼油化工过程最重要的工艺催化裂化加工过程的核心部件。在提升管反应器中的反应过程中，原料油经过雾化进入反应器，与催化剂接触、受热汽化并且开始反应，进料后油气在反应器中一般停留2-3秒，完成反应之后进入油剂分离系统，停止反应。这种工艺过程要求原料油经雾化进入反应器后，应当与催化剂进行快速而均匀的接触，充分接触所需的时间越短越好，以利于反应过程的进行。此外在进料和油剂接触快速实现之后，应当在提升管中形成均匀的平推流流动，以形成均匀的反应停留时间，这样易于实现对反应的控制，并保证目的产品的最大产率。催化裂化装置的进料雾化喷嘴的任务是将原料油（重油或渣油或其混合物）雾化成细小的液滴喷入提升管，在提升管内的温度下，原料油气化并且在催化剂作用下发生裂化反应，然后经过分离装置，进行油气、催化剂的分离进入下道工序。 

一般的进料雾化喷嘴，都由混合腔及喷出段构成。在混合腔中，被雾化的液体与辅助雾化的蒸汽相遇，相互剪切撕裂，形成相互掺混的两相流，然后这种两相流通过喷出段的喷口喷出。这些喷嘴基本都是利用流体动力学的流动稳定性理论，在混合腔中产生尽可能大的汽（气）液两相速度差，来达到撕裂和破碎液体的目的。 

国内外早期使用的雾化喷嘴为喉管式喷嘴，蒸汽通过一根管子直接喷入喷嘴混合腔的液体中，通过蒸汽和液体之间的剪切来撕裂液体，喷口为一般的圆形射流喷口，雾化效果较差，同时不能产生催化工艺所需的扁平扇形的喷雾射流，雾化平均粒径多在80-100mm，称为第一代进料喷嘴。 

经过改进之后产生了第二代进料喷嘴，如国外的靶式喷嘴和国内的预膜式喷嘴，以及其它的一些喷嘴。这些喷嘴的雾化平均粒径多在60-80mm。由于需要极大的汽（气）液两相速度差，来达到撕裂和破碎液体的目的，所以须采用极大的进汽（气）速度，有的甚至达到或超过了音速，能耗较大，并且会产生脉动。如若达不到这种速度，喷嘴就难以正常工作，雾化效果急剧恶化，并且操作弹性也受到影响。这些喷嘴也难以产生催化工艺所需的扁平扇形的喷雾射流，并且压降较大。 

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能耗较小，并且不会产生脉动的雾化效果的催化裂化装置的进料喷嘴。 

本实用新型的目的是这样实现的：一种催化裂化装置的进料喷嘴，所述进料喷嘴包括外管，所述外管上有原料油入口，外管的一端部有蒸汽入口，外管的另一端有喷头，喷头的前端开有喷口，外管内有蒸汽分布器，外管与蒸汽分布器之间有环形空间混合腔及混合腔前端，蒸汽分布器上有周向蒸汽分布孔和顶端蒸汽分布孔。 

本实用新型还采用如下实施方案： 

所述蒸汽分布器的前端可以是平板形的，也可以是球形的，它构成了雾化喷嘴的内管，其上开有均布的1～30个顶端蒸汽分布孔。

所述顶端蒸汽分布孔也可以是l～30圈。 

所述蒸汽分布器的整个圆管段上，开有1～90排沿圆周均匀分布的周向蒸汽分布孔。 

所述蒸汽分布器上的周向蒸汽分布孔的中心线与内管的中心线的夹角θ的范围是25°～90°。 

所述周向蒸汽分布孔沿蒸汽分布器的长度方向上可以是均布的，也可以是散布的。 

所述周向蒸汽分布孔和顶端蒸汽分布孔的直径在1～10mm。 

所述周向蒸汽分布孔的面积之和与内管截面积之比在0.1～5。 

所述蒸汽分布器的内管直径与外管直径之比在0.2～0.9。 

所述蒸汽分布器的前部与喷口之间的距离在外管直径的0.1～20。 

所述蒸汽分布器的数排顶端蒸汽分布孔可以与喷口相对应。 

所述喷口的形状是狭长的。 

所述喷口的扩散角α的范围在0°～180°，喷口的宽度在2～20mm。 

各喷口可以平行排列，也可以呈角度β排列，β的范围在0°～45°之间，各喷口之间的距离在3～50mm之间。 

所述各喷口间夹角的平分线与喷嘴轴线的夹角φ在0°～±60°。 

所述原料油入口与外管之间的夹角γ在10°～90°。 

本实用新型催化裂化装置的进料喷嘴，可以形成非常均匀细小的液滴，从而与催化剂充分接触，在提升管内的温度下，原料油迅速气化，使裂化反应在气态进行，可以提高轻质油（汽油、柴油）的产率，降低生焦，使喷嘴产生的喷雾射流具有一定的初速，可以在提升管进料段的催化剂的密相流动有一定的穿透力，可使喷雾射流达到提升管中部，喷雾射流有扁平扇面的形状，对提升管截面有良好的覆盖，减小返混，且喷雾射流的速度可以迅速减弱，不至于射到喷嘴对面的提升管管壁，造成提升管内的结焦。 

本实用新型的有益效果是： 

本实用新型提供的新型喷嘴是一种基于内混式雾化原理的雾化喷嘴，在其混合腔内部具有特殊的蒸汽分布器，通过这种蒸汽分布器，气、液两相在混合腔中以较好的方式接触、破碎，能够合理地利用雾化蒸汽的能量，蒸汽不必具有很大的速度，蒸汽经过这种特殊设计的分布器时产生很小的压降，就可以在喷嘴混合腔内部形成匀细的汽液两相流，汽相以小气泡的形式存在于液相之中；混合腔中形成的匀细的气液两相流；在喷嘴的喷出段具有一个或数个狭长的喷口。特别是，本实用新型提出的内管周向蒸汽分布孔的轴线与内管的中心线的夹角θ，25°<θ<90°，喷出的蒸汽射流具有向前的分量，可以降低喷嘴的能耗并使蒸汽与原料油良好的混合。混合良好的蒸汽和原料油的混合物通过喷口加速喷出，气液两相在很小的区域产生非常大的剪切，使液滴加细小均匀；同时由于喷出喷口时压力突然降低，汽液（气液）两相流内气泡体积迅速膨胀（爆破），进一步细化了液滴的粒径。由于本实用新型总蒸汽分布器的多股蒸汽微射流与原料油来流连续均匀接触，因此这种喷嘴运行平稳，不会产生脉动。

由于喷口形状为扁平形，可以形成平面扇形射流，能够对提升管截面产生了好的覆盖，使催化剂与原料油良好接触；同时，催化剂可以一次通过油雾射流，不会由于通过油雾区的行程太大而在催化剂表面形成很厚的油层，影响产品选择性。因此这种喷嘴产生的喷雾射流的形状也满足催化裂化工艺的要求。本实用新型提出的蒸汽分布器的周向蒸汽分布孔的中心线与内管的中心线的夹角θ的范围是25°～90°之间，喷出的蒸汽射流具有向前的分量，使得原料油加速向喷嘴前部运动，因而可以降低喷嘴的能耗并使蒸汽与原料油良好的混合。 

附图说明

图1为本实用新型催化裂化装置的进料喷嘴的结构示意图。 

图2为本实用新型的蒸汽分布器端面平形的结构示意图。 

图3为本实用新型的蒸汽分布器端面球形的结构示意图。 

图4为本实用新型的内管的结构示意图。 

图5为本实用新型的顶端蒸汽分布孔的排列图。 

图6为本实用新型的顶端蒸汽分布孔圈形排列图。 

图7为本实用新型的喷口扩散角α示意图。 

图8为本实用新型的喷口夹角φ的示意图。 

图9为本实用新型的喷口角度β、距离B和宽度δ的示意图。 

图中附图标记： 

蒸汽入口1

原料油入口2

内管3

外管4

蒸汽分布器5

周向蒸汽分布孔6

顶端蒸汽分布孔7

环形空间混合腔8

混合腔前端9

喷头10

喷口11。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的催化裂化进料雾化喷嘴进行说明。 

参见图1，图1为本实用新型催化裂化装置的进料喷嘴的结构示意图。由图1可以看出，本实用新型催化裂化装置的进料喷嘴，包括外管4，所述外管4上有原料油入口2，外管4的一端部有蒸汽入口1，外管4的另一端有喷头10，喷头10的前端开有喷口11，外管4内有蒸汽分布器5，外管4与蒸汽分布器5之间有环形空间混合腔8及混合腔前端9，蒸汽分布器5上有周向蒸汽分布孔6和顶端蒸汽分布孔7。 

参见图2~6，图2为本实用新型的蒸汽分布器端面平形的结构示意图。图3为本实用新型的蒸汽分布器端面球形的结构示意图。图4为本实用新型的内管的结构示意图。图5为本实用新型的顶端蒸汽分布孔的排列图。图6为本实用新型的顶端蒸汽分布孔圈形排列图。由图2、图3、图4、图5和图6可以看出，所述蒸汽分布器5靠近前部的圆管部分开有1~30圈（排）均布的周向蒸汽分布孔6，其前部可以是平板形的（如图2），也可以是球形的（如图3），它构成了雾化喷嘴的内管3，在平板形或球形的头部开有均匀分布的顶端蒸汽分布孔7，如图4，其前端也可以是一个空心管，在蒸汽分布器5的整个圆管段上，开有1~90排沿圆周均匀分布的周向蒸汽分布孔6，这些周向蒸汽分布孔6沿蒸汽分布器5的内管方向上可以是均布的，也可以是不均布的，周向蒸汽分布孔6的直径在1~10mm，全部周向蒸汽分布孔6的面积之和与蒸汽分布器5内管3的截面积之比在0.1~5之间，内管3的直径与外管4的直径之比在0.2~0.95之间，蒸汽分布器5的前端与喷口11之间的距离在外管4直径的0.1~20倍之间，蒸汽分布器5前部的数排顶端蒸汽分布孔7也可以与喷口11对应。 

喷嘴的长度或外管的长度根据现场需要而定，外管的直径与喷嘴的处理量有关，设计的原则是环形空间内原料油的流速保持在0.1~9m/s之间。 

参见图7~图9，图7为本实用新型的喷口扩散角α示意图。图8为本实用新型的喷口夹角φ的示意图。图9为本实用新型的喷口角度β、距离B和宽度δ的示意图。由图7~9可以看出，所述喷头10可以是球形或椭球形的，在其前端开有一个或数个狭长的喷口11，当喷口11为两个以上时，各喷口可以是平行排列，可以不平行排列，而是相互间呈一定的角度β，β的范围在0°~45°之间，各喷口11之间的距离B则视需要而定，在3~50mm之间；喷口11的扩散角的变化范围在10°~180°之间；喷口11的宽度δ在2~20mm之间；各喷口11的整体布置与喷嘴轴线可以不对称分布，即各喷口11间夹角的平分线与喷嘴轴线的夹角在0°~±60°之间。 

蒸汽分布器5的前端与喷口11之间的距离在0.1~5倍外管4直径之间。原料油入口2的直径应使其内原料油的流速低于10m/s，原料油入口2与外管4之间的夹角γ在10°~90°之间。 

原料油通过原料油入口2进入喷嘴内的环形空间混合腔8、混合腔前端9，并向喷头10的方向流动；雾化蒸汽通过蒸汽入口1进入位于中心的蒸汽分布器5，并通过蒸汽分布器5上多处沿圆周均匀分布的周向蒸汽分布孔6和顶端蒸汽分布孔7向外喷出，均匀、连续、平稳地喷入原料油中，与原料油均匀地混合。由于周向蒸汽分布孔6在蒸汽分布器5的内管圆周上均匀分布，并且位于原料油必经的位置，当原料油流经这些位置时自然被喷出的蒸汽所破碎，通过周向蒸汽分布孔6喷出的蒸汽的运动方向与原料油的运动方向呈一定的夹角，将原料油切割、破碎成很小的液滴，并且由于作用点多、接触面积大，使蒸汽与原料油在环形空间混合腔8内形成细的气液两相流，从而完成了第一阶段的雾化。在这之后，环形空间混合腔8中的匀细的气液两相流运动至喷头10处，通过喷口11高速喷出，与周围介质发生剧烈地碰撞、剪切，将液体雾化成细小的液滴，完成二次雾化；同时，由于从喷口11喷出后压力骤然降低，匀细的气液两相流中的气泡体积突然爆破（膨胀），将液滴进一步破碎成极为细小的液滴，从而完成整个雾化过程。 

通过上述的过程可以看出，由于喷嘴混合腔的特殊设计，可以充分利用蒸汽的能量，在压降很小的情况下，就能在混合腔内形成分布非常均匀的气液两相流，使得雾化液滴细小均匀，且没有大液滴。并且通过喷口的特殊设计，利用了气泡雾化原理对液滴进行了进一步的雾化，同时可以形成不同形状的喷雾射流，以覆盖整个提升管截面，使原料油与催化剂快速而充分的接触；同时要求雾化液滴有较小的平均粒径和窄的分布，以改善产品的选择性。本实用新型提出的多层半圆形喷口，可以生成所需的扁平扇形喷雾射流，且射流扩散角可以根据需要进行调节，完全可以满足提升管技术对喷雾射流的要求。由特殊的分布器与专门设计的喷口相结合，就可以产生具有细小液滴，形状符合要求的喷雾射流。 

通过应用Malvern激光粒度测试仪的测试，在工业规模流量下（30t/h），本实用新型提出的喷嘴，可以将粘度为5cP的液体雾化成SMD粒径为50μm的细小液滴。而目前在工业上正在使用的各种喷嘴的雾化液滴SMD粒径为60~80μm。 

喷口的形状与位置有一定的要求，要形成所要求形状的喷雾射流，有相应的喷口的形状，同时，喷口的面积与混合腔及处理量有一定的匹配关系，以达到临街雾化状态。即处理量相同，当喷口形状改变时时，其面积与处理量的匹配关系也要发生变化。为了长周期运行，喷头表面及喷口处要作耐磨处理。 

当采用多排扁平喷口时，它们可以平行排列，也可以不平行排列。在实施例中，两排喷口之间有一定的夹角，平行排列的相邻两喷口喷出两排平行液雾，由于两排液雾间的相对速度小，液雾容易汇集成大液滴，从而影响雾化效果。而各喷口之间有一定夹角的优点在于：相邻两排喷口喷出的液雾呈一定角度相互分开向前运动，不会因汇集而凝聚成大液滴，液滴可以得到进一步的雾化，进过一段距离液滴良好雾化后，由于相邻两排液雾分别向外运动，两排液雾之间压力相对较低，在两排液雾之外的相对较高的压力作用下，各排液雾仍然合为一排液雾，呈扇屏扇形的喷雾射流。各排喷口之间的夹角为0°~30°。 

喷雾射流的扩散角可以根据需要进行设计，以调整喷雾射流的覆盖角度。 

这种雾化进料喷嘴具有良好的雾化效果，并且适用于粘度较大的液体，如重油或渣油。这种雾化进料喷嘴具有良好的操作弹性，其处理量可以在70%~130%之间变化。这种喷嘴以用于炼油厂催化裂化装置。 

Claims (7)

1.一种催化裂化装置的进料喷嘴，其特征在于所述进料喷嘴包括外管（4），所述外管（4）上有原料油入口（2），外管（4）的一端部有蒸汽入口（1），外管（4）的另一端有喷头（10），喷头（10）的前端开有喷口（11），外管（4）内有蒸汽分布器（5），外管（4）与蒸汽分布器（5）之间有环形空间混合腔（8）及混合腔前端（9），蒸汽分布器（5）上有周向蒸汽分布孔（6）和顶端蒸汽分布孔（7）。

2.根据权利要求1所述的一种催化裂化装置的进料喷嘴，其特征在于所述蒸汽分布器（5）的整个圆管段上，开有1～90排沿圆周均匀分布的周向蒸汽分布孔（6），周向蒸汽分布孔（6）的中心线与内管（3）的中心线的夹角（θ）的范围是25°～90°；所述蒸汽分布器（5）的前端是平板形的，或是球形的，它构成了雾化喷嘴的内管（3），其上开有均布的1～30个或1～30圈顶端蒸汽分布孔（7），所述周向蒸汽分布孔（6）和顶端蒸汽分布孔（7）的直径均在1～10mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种催化裂化装置的进料喷嘴，其特征在于所述蒸汽分布器（5）的内管（3）直径与外管（4）直径之比在0.2～0.9；所述周向蒸汽分布孔（6）的面积之和与内管（3）截面积之比在0.1～5；所述蒸汽分布器（5）的前部与喷口（11）之间的距离在外管（4）直径的0.1～20；所述蒸汽分布器（5）的数排顶端蒸汽分布孔（7）与喷口（11）相对应。

4.根据权利要求1或2所述的一种催化裂化装置的进料喷嘴，其特征在于所述喷口（11）的形状是狭长的，所述喷口（11）的扩散角（α）的范围在0°～180°，喷口（11）的宽度（B）在2～20mm之间。

5.根据权利要求1所述的一种催化裂化装置的进料喷嘴，其特征在于所述各喷口（11）平行排列，或呈角度（β）排列，角度（β）的范围在0°～45°，各喷口（11）之间的距离（B）在3～50mm；各喷口（11）间夹角的平分线与喷嘴轴线的夹角（φ）在0°～±60°。

6.根据权利要求4所述的一种催化裂化装置的进料喷嘴，其特征在于所述各喷口（11）平行排列，或呈角度（β）排列，角度（β）的范围在0°～45°，各喷口（11）之间的距离（B）在3～50mm；各喷口（11）间夹角的平分线与喷嘴轴线的夹角（φ）在0°～±60°。

7.根据权利要求1或2所述的一种催化裂化装置的进料喷嘴，其特征在于所述原料油入口（2）与外管（4）之间的夹角γ在10°～90°。

Images