CN202131286U - 催化裂化雾化进料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种催化裂化雾化进料喷嘴，以解决现有催化裂化进料喷嘴所存在的雾化粒径较大、雾化不均匀等问题。本实用新型设有磁化机构和雾化机构，磁化机构设置在雾化机构的进料管前端，雾化机构设有喷体，嘴体的出口端设有喷头，嘴体内部设置二次蒸汽分布器和嘴体内腔，嘴体的另一端依次连接与嘴体同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管，旋流段圆管和旋流段锥管内部形成旋流腔，嘴体、二次蒸汽分布器、嘴体内腔和旋流段锥管之间形成一个二次气室，嘴体内腔设有扩散段、喉口段、收缩段和预混段，喷头、二次蒸汽分布器和嘴体内腔内部形成混合腔。二次蒸汽分布器上分别至少设置1圈向喷头的方向倾斜的蒸汽分布孔。

Description

催化裂化雾化进料喷嘴

技术领域

本实用新型属于石化行业催化裂化装置，具体涉及一种催化裂化雾化进料喷嘴。 

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，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，如CN2069757U；第二类是靶式喷嘴，如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，但需要很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，如CN2054461U；第四类是双流体离心式喷嘴，如CN2356752Y，其中采用了两相旋流器，它主要是在混合室和雾化室之间焊接了一个旋流室，在旋流室里嵌着一个旋流器，使油料与蒸汽的混合物通过旋流室上的内喷口进行离心雾化，在雾化室后面焊接一个加速段和一个稳定段，以形成稳定的两相雾状流，经喷头的外喷口再次雾化便可达到很高的雾化质量。 

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，大颗粒所占比例较大；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。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种催化裂化雾化进料喷嘴，以解决现有的催化裂化进料喷嘴所存在的雾化粒径较大、雾化不均匀、所需的进料压力较高和雾化蒸汽较多导致管线震动、能耗较高等问题。 

为解决上述问题，本实用新型提供一种催化裂化雾化进料喷嘴，其技术方 案是：该催化裂化雾化进料喷嘴包含磁化机构和雾化机构，磁化机构设有磁性材料和固定件，磁化机构设置在雾化机构的进料管前端，进料导管经过磁化机构形成的磁场后与进料管相连。雾化机构设有嘴体、进料管、一次蒸汽入口，其特征在于：嘴体内部设有二次蒸汽分布器和一个嘴体内腔，嘴体的出口端设有喷头，喷头上设有喷口，嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的另一端依次连接与其同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管，旋流段圆管的另一端设有封盖，封盖上设有与其同轴的一次蒸汽入口，嘴体内部设置的嘴体内腔的一端与二次蒸汽分布器相连，另一端与旋流段锥管相连，二次蒸汽分布器的另一端与喷头相连，二次蒸汽分布器上至少设置一圈向喷头方向倾斜的二次蒸汽孔，嘴体内腔设有扩散段、喉口段、收缩段和预混段，进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，旋流段圆管和旋流段锥管内部形成旋流腔，喷头、二次蒸汽分布器和嘴体内腔内部形成混合腔，嘴体、二次蒸汽分布器、嘴体内腔和旋流段锥管之间形成一个二次气室。 

本实用新型进一步特征在于：所述磁化机构有一组或多组磁性材料，每组磁性材料分两块，呈相对设置，其形状可以是长方形或正方形、圆形或椭圆形任何形状。 

本实用新型进一步特征在于：所述磁性材料是永久磁铁或其他具有强磁性的材料制成，如钕铁硼稀土永磁材料，一面为N极，另一面则为S极。 

本实用新型进一步特征在于：进料管的轴心线与喷嘴轴心线的夹角δ为30～90度，旋流段锥管的锥角θ为30～130度，旋流段圆管的内径与喷体的内径之比为1.1～2.5，扩散段和收缩段为锥形，扩散段和收缩段与喷嘴轴心线的夹角α和β均为1～30度，喉口段和预混段为圆柱形，喉口段的长径之比为0.5～4.0。 

本实用新型进一步特征在于：二次蒸汽分布器为锥形，其上设有1～10圈二次蒸汽孔，每圈设有2～30个二次蒸汽孔，二次蒸汽分布器上的二次蒸汽孔与轴线的夹角ε为0～90度，二次蒸汽孔的直径为1～10毫米。 

本实用新型进一步特征在于：二次蒸汽分布器上的各圈二次蒸汽孔与轴线的夹角沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈二次蒸汽孔与轴线的夹角的角度差为5～45度。 

本实用新型与现有技术相比具有如下的有益效果：本实用新型在操作过程中，原料在进料导管中通过磁化机构形成的磁场被磁化，由于磁场的作用，使得原料内聚力减小，表面张力下降，从而使原料分子势垒下降、分子内部结构松弛、粘度降低，这些变化使原料的雾化性能得以改善。磁化后的原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，并与蒸汽入口进入的雾化蒸汽混合。进料在离心力的作用下被展成薄膜，增大了液体的表面积，进一步降低了液体的粘性和表面张力；同时，原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，提高了水蒸汽的利用率和雾化效果。二次蒸汽分布器喷出的二次雾化蒸汽在混合腔末端沿喷嘴的径向，由外向内射入气液两相雾化流，可以破碎气液两相雾化流在油气管内壁形成的液膜，避免大液滴的出现。由二次雾化蒸汽分布器喷出的雾化蒸汽与由一次蒸汽分布管喷出的雾化蒸汽沿喷嘴的径向方向的速度不同，从而增加了气液两相雾化流的湍动强度，提高气液掺混效果。同时二次雾化蒸汽分布器设置在混合腔的末端，其上的各圈蒸汽分布孔与轴线的夹角不同，雾化蒸汽以不同的角度射向喷头内壁，避免进入喷头的气液两相雾化流在喷头内壁的滞流，避免大液滴出现。最后气液两相雾化流在喷口处加速，然后由喷口喷出，将进料雾化成均匀细小的液滴。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雾化进料技术经测试表明，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(雾化蒸汽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雾化进料喷嘴的磁化机构示意图。 

图2是本实用新型催化裂化雾化进料喷嘴的雾化机构沿轴向的剖视图。 

图3本实用新型催化裂化雾化进料喷嘴的雾化机构喷头部位的喷口示意图。 

图4是图2中的A-A旋转剖视图。 

图5是二次蒸汽分布器上雾化蒸汽孔的布置示意图。 

图中： 

1-喷口、2-喷头、3-二次蒸汽孔、4-二次蒸汽分布器、5-扩散段、6-喉口段、 7-嘴体、8-收缩段、9-预混段、10-旋流段圆管、11-嘴体内腔、12-二次气室、13-旋流段锥管、14-进料管、15-一次蒸汽入口、16-二次蒸汽入口、17-旋流腔、18-封盖、19-混合腔、20-进料导管，21-磁性材料，22-固定件。 

图1、图2、图3、图4和图5中，相同附图标记所对应的结构，其技术特征相同。 

具体实施方式

参见图1、图2、图3、图4和图5所示的本实用新型催化裂化雾化进料喷嘴。该喷嘴包含磁化机构和雾化机构。磁化机构设有磁性材料21和固定件22，磁化机构设置在雾化机构的进料管14前端，进料导管20经过磁化机构形成的磁场后与进料管14相连。 

参见图2、图3、图4和图5所示的本实用新型催化裂化进料喷嘴的雾化机构。它设有嘴体7、进料管14、一次蒸汽入口15。嘴体7的出口端设有喷头2，喷头2上设有喷口1，嘴体7内部设置二次蒸汽分布器4和一个嘴体内腔11。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(见图3)，在图3中，1a为扁口喷口1，1b为多孔状喷口1。 

嘴体7的另一端依次连接与其同轴设置的旋流段锥管13和旋流段圆管10；其中的旋流段锥管13为圆锥面形。嘴体内腔11外部为圆柱形，与嘴体7、旋流段锥管13和旋流段圆管10同轴设置，嘴体内腔11的一端与旋流段锥管13连接，另一端与二次蒸汽分布器4相连，二次蒸汽分布器4与喷头2相连。 

所述的嘴体7内部设有二次蒸汽分布器4和嘴体内腔11，二次蒸汽分布器上分别至少设置1圈向喷头2的方向倾斜的二次蒸汽孔3，二次蒸汽孔3为圆形孔(见图5)，嘴体内腔11设有扩散段5、喉口段6、收缩段8和预混段9。 

所述的进料管14沿旋流段圆管10的切线方向连接在旋流段圆管10上(见图2和图4)，旋流段圆管10和旋流段锥管13内部形成旋流腔17，旋流段圆管10的端部设有封盖18；封盖18上设置有与其同轴的一次蒸汽入口管，其端部的一次蒸汽入口15位于封盖18的外侧。 

所述的嘴体7、二次蒸汽分布器4、嘴体内腔11和旋流段锥管13之间形成二次气室，嘴体内腔11、二次蒸汽分布器4和喷头2内部形成混合腔19。 

扩散段5和收缩段8的横截面形状为锥形，喉口段6和预混段9的横截面形状为圆柱形，二次气室12的横截面形状为圆环形。 

参见图2，本实用新型的结构参数一般如下：进料管14的轴心线与喷嘴轴心线的夹角δ为30～90度，旋流段锥管13的锥角θ为30～130度，旋流段圆管10的内径与喷体7的内径之比为1.1～2.5。二次蒸汽分布器4为锥形，其上设有1～10圈二次蒸汽孔3，每圈设有2～30个二次蒸汽孔3，二次蒸汽分布器4上的二次蒸 汽孔3与轴线的夹角ε为0～90度，各圈二次蒸汽孔与轴线的夹角沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈二次蒸汽孔与轴线的夹角的角度差为5～45度。二次蒸汽孔3的直径为1～10毫米。嘴体内腔11的扩散段5和收缩段8为锥形，扩散段5和收缩段8与喷嘴轴心线的夹角α和β均为1～30度，喉口段6和预混段9为圆柱形，喉口段6的长径之比为0.5～4.0。 

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， 

二次蒸汽分布器4上的各圈二次蒸汽孔3一般是沿喷嘴轴心线的方向均匀分布，每圈上的二次蒸汽孔3一般是绕二次蒸汽分布器4的圆周方向均匀分布，以使由各二次蒸汽孔3喷出的水蒸汽能够均匀地与混合物流混合。二次蒸汽分布器4上所有相邻两圈的二次蒸汽孔3最好是错开布置，如图4所示。这是本实用新型的一种优选方案。 

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，磁化机构的形状、长度，视现场情况和进料量而定，其位置应尽量接近雾化机构；嘴体7的直径和一次蒸汽入口15的直径根据进料量和进汽量确定，喷嘴的总长度根据现场的具体情况确定。 

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。原料(各种催化裂化原料油，例如蜡油、常压渣油、减压渣油等)在进料导管20中通过磁化机构形成的磁场被磁化，被磁化后的原料经进料管14沿旋流段圆管10的切向注入旋流腔17，在旋流腔17内进行旋转流动，并在旋流段锥管13处进入混合腔19，进料受到蒸汽的作用，在混合腔19内形成高强度湍流场，在离心力的作用下被展成薄膜；一次雾化蒸汽(一般为250～400℃的过热水蒸汽)从一次蒸汽入口15进入，经过旋流腔进入混合腔19，由于湍流脉动产生的瞬时随机剪切力作用下使原料破碎；物料在喉口段6加速，利用气液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，实现原料的雾化。二次雾化蒸汽通过二次蒸汽分布器4上二次蒸汽孔3进入混合腔末端，冲击气液两相流，加强湍动强度，消除在喷头内的滞流，强化雾化效果，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，使进料液滴进一步破碎，实现原料的最终雾化。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，水蒸汽用量一般为进料量的3～6重量％。 

Claims (6)

1.一种催化裂化雾化进料喷嘴，包含磁化机构和雾化机构，磁化机构设有磁性材料(21)和固定件(22)，磁化机构设置在雾化机构的进料管(14)前端，进料导管(20)经过磁化机构形成的磁场后与进料管(14)相连，雾化机构设有嘴体(7)、进料管(14)、一次蒸汽入口(15)，其特征在于：嘴体(7)内部设有二次蒸汽分布器(4)和一个嘴体内腔(11)，嘴体(7)的出口端设有喷头(2)，喷头(2)上设有喷口(1)，嘴体(7)上设置二次蒸汽入口(16)，嘴体(7)的另一端依次连接与其同轴设置的旋流段锥管(13)和旋流段圆管(10)，旋流段圆管(10)的另一端设有封盖(18)，封盖(18)上设有与其同轴的一次蒸汽入口(15)，嘴体(7)内部设置的嘴体内腔(11)的一端与二次蒸汽分布器(4)相连，另一端与旋流段锥管(13)相连，二次蒸汽分布器(4)的另一端与喷头(2)相连，二次蒸汽分布器(4)上至少设置一圈向喷头(2)方向倾斜的蒸汽分布孔(3)，嘴体内腔(11)设有扩散段(5)、喉口段(6)、收缩段(8)和预混段(9)，进料管(14)沿旋流段圆管(10)的切向连接于旋流段圆管(10)上，旋流段圆管(10)和旋流段锥管(13)内部形成旋流腔(17)，喷头(2)、二次蒸汽分布器(4)和嘴体内腔(11)内部形成混合腔(19)，嘴体(7)、二次蒸汽分布器(4)、嘴体内腔(11)和旋流段锥管(13)之间形成一个二次气室(12)。

2.根据权利要求1所述的催化裂化雾化进料喷嘴，其特征在于：所述磁化机构有一组或多组磁性材料(21)，每组磁性材料(21)分两块，呈相对设置。

3.根据权利要求1或2所述的催化裂化雾化进料喷嘴，其特征在于：所述磁性材料(21)是永久磁铁或钕铁硼稀土永磁材料，一面为N极，另一面则为S极。

4.根据权利要求1所述的催化裂化雾化进料喷嘴，其特征在于：进料管(14)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角6为30～90度，旋流段锥管(13)的锥角θ为30～130度，旋流段圆管(10)的内径与嘴体(7)的内径之比为1.1～2.5，嘴体内腔(11)的扩散段(5)和收缩段(8)为锥形，扩散段(5)和收缩段(8)与喷嘴轴心线的夹角α和β均为1～30度，喉口段(6)和预混段(9)为圆柱形，喉口段(6)的长径之比为0.5～4.0。

5.根据权利要求1所述的催化裂化雾化进料喷嘴，其特征在于：二次蒸汽分布器(4)为锥形，其上设有1～10圈二次蒸汽孔(3)，每圈设有2～30个二次蒸汽孔(3)，二次蒸汽分布器(4)上的二次蒸汽孔(3)与轴线的夹角ε为0～90度，二次蒸汽孔(3)的直径为1～10毫米。

6.根据权利要求1或权利要求5所述的催化裂化雾化进料喷嘴，其特征在于：二次蒸汽分布器(4)上的各圈二次蒸汽孔与轴线的夹角沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈二次蒸汽孔与轴线的夹角的角度差为5～45度。 

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