CN202786132U - 一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于石油炼制领域催化裂化装置，提出一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴。提出的多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴包括有内管（5）、外管（3）、喷头（1）、原料油入口（14）和一次蒸汽入口（15）；原料油入口（14）连通在集合管室（13）上，并通过多个均布的原料油喷口（12）与混合室（10）连通，构成原料油的第一级雾化的结构；由一次蒸汽喷口（11）喷入混合室内的一次蒸汽构成对混合室内的原料油进行第二级雾化的结构；第二级雾化后的原料油在内管中得到第三级雾化；二次蒸汽喷孔Ⅰ（2-2）使原料油进行第四级雾化。本实用新型采用多级雾化的方式强化了雾化效果，防止了原料油在提升管反应器壁上的结焦。

Description

一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴

技术领域

本实用新型属于石油炼制领域催化裂化装置，主要涉及一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴。

背景技术

原料油进料雾化喷嘴是石油炼制领域催化裂化装置的一个重要设备，其作用是：首先将原料油破碎、雾化为大量的细小液滴，再将原料油滴喷入到催化裂化提升管反应器中，与提升管反应器内的催化剂混合、反应。

近些年来，用于催化裂化装置的原料油进料雾化喷嘴，国内主要有喉管式的LPC型（90209410.6）、采用超音速雾化蒸汽双喉管式的KH型（89207961.9、200420066089.3）、具有旋流结构的BWJ型（98233035.9、）、具有多孔蒸汽分布器的UPC-ɑ型（00109776.8）以及具有二次雾化结构的CCK型（99219391.5）等多种类型；国外同类技术则主要有S&W公司的靶式喷嘴、UOP公司开发的内设多孔蒸汽分布器的多喷孔式Optimix喷嘴、Mobile公司和Kellogg公司联合开发的内设多孔蒸汽分布器和挡板的ATOMAX喷嘴、ABB Lummus公司开发的能够形成扁平射流的带有喷嘴盖的进料喷嘴以及Exxon公司开发的设有二次雾化蒸汽的喷嘴。

然而，在实际使用过程中，上述喷嘴或多或少存在着以下问题：一是原料油的雾化效果有待进一步提高；二是由喷嘴喷入到提升管反应器内的原料油在提升管内壁出现结焦现象；三是由喷嘴喷出的、雾化了的原料油滴喷射速度过高，使催化剂破碎严重；四是雾化蒸汽和原料油在引入喷嘴的入口区域相互影响，甚至出现当雾化蒸汽（或原料油）压力波动时，原料油（或雾化蒸汽）无法引入喷嘴的情况。

本实用新型人通过研究，发现了提升管反应器内壁结焦的机理。其原因是：雾化了的原料油喷入到提升管之后，在催化剂、预提升汽的共同作用下，将在提升管内壁与原料油射流之间形成一个负压区，负压对原料油本身和催化剂产生引射回流作用，使二者停留时间过长，因而在提升管内壁形成结焦，且提升管内壁上的焦块一旦形成，将越积越大，进而阻塞提升管流道，甚至需要停产进行清焦。 

本实用新型人作为实用新型人之一提出的200410010045.3专利申请，提出设置三种不同类型的二次蒸汽喷孔以强化对原料油的雾化效果；并在喷头上设置蒸汽喷孔，从而在提升管反应器内壁和原料油射流之间形成蒸汽幕屏，以抑制原料油喷入到提升管中之后对自身的引射回流作用，降低提升管内壁的结焦，并促进催化剂和原料油的混合。

通过研究发现，200410010045.3的不足之处主要在两个方面：一是喷嘴内部局部区域的内壁上仍存在油膜的聚集，另外则是200410010045.3喷头位置蒸汽喷孔的设置，使其对操作参数的变化较为“敏感”，因为200410010045.3蒸汽喷孔与二次蒸汽室连通，当蒸汽压力、流量出现波动，甚至原料油流量出现波动时，都可能导致催化剂倒吸，甚至引起蒸汽喷孔的磨损。另外，200410010045.3喷头处设置蒸汽喷孔的目的在于抑制原料油喷入到提升管中之后对自身的引射回流作用，通常其蒸汽喷孔位于原料油出口上方5~30mm处。而研究表明，产生该引射回流的初始区域位于原料油出口射流本身的“上半部分”的边缘，即喷嘴中心线及其延长线与提升管内壁之间的部分。因此将蒸汽喷孔设于原料油出口上方并没有“根治”该引射回流。 

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴。

本实用新型采取以下技术方案实现其实用新型目的：

一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，所述的喷嘴包括有内管、外管、喷头、原料油入口和一次蒸汽入口；内管与外管之间的环形空腔构成环形二次蒸汽室并设置二次蒸汽入口；所述的内管具有收缩段、喉口段和扩散段，喷头的前端具有喷嘴出口；所述的原料油入口连通在集合管室上，并通过多个均布的、与喷嘴轴线呈一定角度的原料油喷口与圆台形的混合室连通，构成所述的原料油在进入混合室时被分为多股细射流，由于原料油喷口处的压力陡降使得原料油在喷入混合室时得到第一级雾化的结构；与所述一次蒸汽入口连通的一次蒸汽喷口与所述的混合室连通，构成由一次蒸汽喷口（11）喷入混合室内的一次蒸汽对混合室内的原料油进行第一次冲击、破碎，使原料油得到第二级雾化的结构；第二级雾化后的原料油引射至内管中，构成在内管中，由一次蒸汽对原料油进行进一步的冲击、破碎，使原料油得到第三级雾化的结构；二次蒸汽喷孔Ⅰ对应内管扩散段出口端与喷嘴出口之间的腔体设置，构成一部分二次蒸汽与上述经由内管流动至内管扩散段出口端与喷嘴出口之间腔体中的原料油混合，对其进一步雾化，即第四级雾化的结构；二次蒸汽喷孔Ⅱ对应喷嘴出口内壁上端部位设置。

所述的二次蒸汽喷孔包括二次蒸汽喷孔Ⅰ和二次蒸汽喷孔Ⅱ，其中二次蒸汽喷孔Ⅰ为沿圆周分布的多个；所述的二次蒸汽喷孔Ⅱ为分布在上半圆周的多个，且二次蒸汽喷孔Ⅱ与二次蒸汽喷孔Ⅰ交错分布。

所述的一次蒸汽喷口为一个，位于多个原料油喷口所构成圆周的圆心位置。

所述的一次蒸汽喷口为多个；其中一个蒸汽喷口位于多个原料油喷口所构成圆周的圆心位置，其它一次蒸汽喷口位于原料油喷口的外侧且沿圆周均布，多个沿圆周均布的一次蒸汽喷口的圆心与多个原料油喷口的圆心重合。

所述原料油喷口的轴线与内管轴线的夹角β为0゜～30゜。

设置在内管扩散段出口端与喷嘴出口之间的二次蒸汽喷孔Ⅰ共有三类，三类所述的二次蒸汽喷孔Ⅰ与内管轴线之间的夹角分别为6゜～15゜，15゜～40゜，45゜～80゜。

二次蒸汽喷孔Ⅱ与内管轴线之间的夹角为10゜～55゜。

对应所述的一次蒸汽喷口设置有一次蒸汽分布室，所述的一次蒸汽分布室位于集合管室的前部。

所述原料油喷口的形状为是圆形或矩形。

所述原料油喷口的轴线与内管轴线的夹角β为0゜～30゜。

所述的多个二次蒸汽喷孔Ⅰ与内管轴线之间的夹角分别为6゜～15゜，15゜～40゜，45゜～80゜。

与内管轴线夹角Φ2为6゜～15゜的喷孔，作用是使二次蒸汽喷射在原料油出口中心线两端，以破坏原料油在该位置形成的油膜。

与内管轴线夹角Φ1为15゜～40゜的喷孔，作用是使二次蒸汽喷射在喷头内壁上，以破坏原料油在该位置形成的油膜。

与内管轴线夹角Φ3为45゜～80゜的喷孔，作用是使二次蒸汽喷射在内管扩散段出口端与喷嘴出口之间，对经过混合室雾化和内管雾化的原料油再次冲击雾化。

为了防止喷出后的原料油在喷口位置堆积，所述喷嘴出口的外侧具有弧形的锐角刀口。

为了使从喷嘴出口喷出的原料油保持最佳速度，防止喷入提升管的原料油因速度过高而产生回流，内管腔体的扩散段其扩散角为2゜～3゜；内管腔体的收缩段其收缩角为2゜～3゜。

为了减弱提升管反应器内催化剂颗粒对喷嘴喷头下部的冲击，所述喷头的下部为一个斜面，该斜面与内管轴线之间的夹角σ为20゜～40゜。

所述的一次蒸汽喷口及原料油喷口可采用接管形式或直接钻孔的形式。

本实用新型提出的一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，采用以上技术方案，较之现有喷嘴结构，所具有的有益效果如下：

1、强化了雾化效果：在混合室，采用多个原料油喷口的形式将原料油分为多股，一方面可将原料油“顺利地”夹带至内管中，同时原料油高速通过原料油喷口时因压力陡降可实现压力雾化；形成第一级雾化；而将原料油分为多股，使其在混合室中的雾化更为容易，形成第二级“微分雾化”；优化了二次蒸汽孔的角度，有效破坏了喷头内壁的油膜堆积，消除大液滴，从而达到催化裂化工艺要求的雾化粒径，

2、设置多个分布上半圆周上的二次蒸汽喷孔Ⅱ，用以使二次蒸汽喷射在至喷嘴出口内壁上端的弧线处，进而在原料油上部与原料油一同喷入至提升管反应器内，从而更有效地形成蒸汽幕屏，抑制原料油引射回流，防止原料油在提升管反应器壁上的结焦。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的整体结构剖视图。

图2 是图1中A-A剖视图。

图3是图1的C-C剖视图。

图4是本实用新型实施例2的整体结构剖视图。

图5 是图4中A-A剖视图。

图6是图4的C-C剖视图。

图7是图3、图6的左视图。

图8是本实用新型实施例3的整体结构剖视图。

图9 是图8中A-A剖视图。

图10是图8的C-C剖视图。

图11是图8的左视图。

图12是二次蒸汽喷孔Ⅰ的结构示意图。

图13是二次蒸汽喷孔Ⅰ的结构示意图。

图14是二次蒸汽喷孔Ⅰ的结构示意图。

图15是二次蒸汽喷孔Ⅱ的结构示意图。

图16是图12的俯视图。

图中， 1、喷头，2-2、二次蒸汽喷孔Ⅰ，2-1、二次蒸汽喷孔Ⅱ，3、外管，4、环形二次蒸汽室，5、内管，6、扩散段，7、喉口段，8、收缩段，9、二次蒸汽入口，10、混合室，11、一次蒸汽喷口，12、原料油喷口，13、集合管室，14、原料油入口，15、一次蒸汽入口，16、一次蒸汽分布室，17、斜面，18、锐角刀口，19、喷嘴出口。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本实用新型加以说明；

实施例1

如图1、图2、图3并结合图7，一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，所述的喷嘴包括有内管5、外管3、喷头1、原料油入口14和一次蒸汽入口15；内管5与外管6之间的环形空腔构成环形二次蒸汽室4，并在其远离喷口的一侧设置二次蒸汽入口9；所述的内管5具有收缩段8、喉口段7和扩散段6，喷头的前端具有喷嘴出口19；所述的原料油入口14连通在集合管室13上，并通过多个均布的、与喷嘴轴线呈一定角度的原料油喷口12与圆台形的混合室10连通，使原料油在进入混合室时被分为多股细射流，由于原料油喷口12处的压力陡降使得原料油在喷入混合室时得到第一级雾化；与所述一次蒸汽入口15连通的一次蒸汽喷口11与所述的混合室10连通，将一次蒸汽喷入混合室；该实施例中，所述的一次蒸汽喷口11为位于多个原料油喷口12所构成圆周圆心的一个；一次蒸汽喷口11与喷嘴轴线平行；由一次蒸汽喷口11喷入混合室内的一次蒸汽对混合室内的原料油进行第一次冲击、破碎，使原料油得到第二级雾化；第二级雾化后的原料油引射至内管5中，在内管中，由一次蒸汽对原料油进行进一步的冲击、破碎，使原料油得到第三级雾化；二次蒸汽喷孔Ⅰ2-2对应内管扩散段6出口端与喷嘴出口19之间的腔体设置，使一部分二次蒸汽与上述经由内管5流动至内管扩散段6出口端与喷嘴出口19之间腔体中的原料油混合，对其进一步雾化，即第四级雾化；二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1对应喷嘴出口19内壁上端部位设置，使一部分二次蒸汽通过二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1喷射至出口内壁上端位置，与其余部分的二次蒸汽、一次蒸汽和原料油一同由喷嘴出口19进入到提升管反应器中，通过二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1的蒸汽在提升管反应器内壁和原料油射流之间形成蒸汽幕屏，防止原料油在提升管反应器壁上结焦。

所述的一次蒸汽喷口及原料油喷口可采用接管形式或直接钻孔的形式。

本实用新型工作过程为：经加热的原料油由原料油入口14进入喷嘴后，首先进入到喷嘴的集合管室13，再经由设置在一次蒸汽喷口11周围、与一次蒸汽喷口11的轴线即喷嘴轴线或内管轴线呈一定角度β的原料油喷口12喷入混合室10°；原料油喷口12与喷嘴轴线的夹角β角为0°～30°，该实施例为20°；设置在混合室10进口端的原料油喷口12为多个且沿圆周均布，该实施例为8个；混合室进口端的原料油喷口12的形状为是圆形或矩形，该实施例为圆形；设置在混合室10进口端的一次蒸汽喷口11及原料油喷口12可采用接管形式或直接钻孔的形式，该实施例均采用接管形式。

在混合室10，一方面，一次蒸汽对原料油形成引射作用，将原料油“顺利地”夹带至内管5中；另一方面，在混合室10的进口端，原料油被原料油喷口12分为多股细射流，以高速通过原料油喷口12时，压力陡降，体积膨胀，形成第一级雾化。同时一次蒸汽在混合室10内对原料油进行第一次冲击、破碎、形成第二级雾化，由于原料油被原料油喷口分为多股，因此各个原料油股易于被夹带引射；也容易实现其雾化过程。

在内管5中，一次蒸汽对原料油进行进一步破碎、雾化，形成第三级雾化。内管5由收缩段8、喉口段7和扩散段6三部分组成；在收缩段8，蒸汽速度增加，原料油被继续破碎；经过喉口段7的过渡之后，在扩散段6，中心区域原料油与蒸汽的流动趋于稳定，而边壁处的油膜被延展得更薄。油滴和一次蒸汽一同进入到内管扩散段6出口端与喷嘴出口19之间的腔体中。内管腔体5的扩散段6的扩散角为2゜~3゜，收缩段8的收缩角为2°～3°，该实施例均为3°。

如图1、图3，并结合图12、图13、图14、图15、图16，二次蒸汽由二次蒸汽入口9引入，经由内管5和外管3之间的环形蒸汽室4，再通过二次蒸汽喷孔喷入到内管扩散段6出口端与喷嘴出口19之间的腔体中。

从功能上来讲，二次蒸汽分为两部分，一部分二次蒸汽与上述经由内管5流动至内管扩散段6出口端与喷嘴出口19之间腔体中的原料油混合，对其进一步雾化；另一方面，一部分二次蒸汽喷射至喷嘴出口内壁上端的弧线处（图3的D处），这部分蒸汽由仅设置在上半圆周的多个二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1喷出，与其余部分的二次蒸汽、一次蒸汽和原料油一同由喷嘴出口19进入到提升管反应器中，通过二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1的蒸汽在提升管反应器内壁和原料油射流之间形成蒸汽幕屏，防止原料油在提升管反应器壁上结焦。具体说来，二次蒸汽喷孔Ⅰ2-2为多个且沿圆周分布，所述的多个二次蒸汽喷孔Ⅰ2-2与内管轴线之间的夹角分别为6°～15°，15°～40°，45°～80°。

如图13所示，与内管轴线夹角Φ2为6°～15°的多个二次蒸汽喷孔Ⅰ2-2，该实施例为6°，作用是使二次蒸汽喷射在喷嘴出口19中心线两端，以破坏原料油在该位置形成的油膜。

如图12所示，与内管轴线夹角Φ1为15°～40°的多个二次蒸汽喷孔Ⅰ2-2，该实施例为25°，作用是使二次蒸汽喷射在喷头内壁上，以破坏原料油在该位置形成的油膜。

如图14所示，与内管轴线夹角Φ3为45°～80°的多个二次蒸汽喷孔Ⅰ2-2，该实施例为45°，作用是使二次蒸汽喷射在内管扩散段出口端与喷嘴出口之间，对经过混合室雾化和内管雾化的原料油再次冲击雾化。

如图15所示，并结合图16，与内管轴线夹角Φ4为10°～55°的多个二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1仅设置在上半圆周；该实施例中，如图16中标示，此类二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1的个数为5个，夹角Φ4为15°的两个、夹角Φ4为25°的两个、夹角为40゜的一个。二次蒸汽喷孔Ⅱ2-1的作用是使二次蒸汽喷射在至喷嘴出口内壁上端的弧线处（图3的D处），进而在原料油上部与原料油一同喷入至提升管反应器内，从而形成更有效地抑制引射回流，防止原料油在提升管反应器壁上的结焦。

如图1、图3，并结合图7，喷头1为球形形状，其设置在外管前端并与其连接为一体，喷头前部具有喷嘴出口19及刀口18，喷嘴出口的四个边采用圆形夹角，喷嘴出口的扩散角ɑ<60°，该实施例为20°；为了防止喷出后的原料油在喷口位置堆积，锐角刀口18与喷嘴轴线的夹角<90°，该实施例为40°。

在喷头1的下部设置一个斜面17，该斜面与内管轴线之间的夹角σ为20°～40°，该实施例为30°。这样可使喷头下部的斜面与提升管反应器内壁平齐，从而减弱提升管反应器内催化剂颗粒对喷头下部的冲击。

实施例2

如图4、图5、图6并结合图7，该实施例的主体方案同实施例1，该实施例中一次蒸汽喷口采11用接管形式；而原料油喷口12采用直接钻孔的形式，本实施例适用于原料油流量小于5t/h的情况，此时喷嘴总体尺寸较小，在混合室10进口端焊接接管难度大，但此时混合室进口端孔板的厚度不小于10mm。

实施例3

如图8、图9、图10并结合图11，该实施例的主体方案同实施例1，该实施例中该实施例与实施例1和实施例2的区别在于混合室10部分中一次蒸汽喷口11和原料油喷口12的形式，一次蒸汽则由一次蒸汽入口15引入，首先进入一次蒸汽分布室16，再经由一次蒸汽喷口11进入混合室10，设置在混合室10进口端的一次蒸汽喷口11为1个或多个，该实施例为9个（如图9中同心双圆环所示），一次蒸汽喷口11与喷嘴轴线平行，且采用接管形式。

经加热的原料油由原料油入口14进入喷嘴后，首先进入到喷嘴的集合管室13，再经由与一次蒸汽喷口平行的多个原料油喷口12进入混合室10；设置在混合室10进口端的原料油喷口12为多个且沿圆周均布，该实施例为4个，（如图9中单圆环所示）。原料油喷口12与喷嘴轴线平行，可采用接管形式或直接钻孔的形式，该实施例采用直接钻孔形式。

在该实施例中的混合室10的进口端，原料油被原料油喷口12分为多股“细”射流，以高速通过原料油喷口12时，压力陡降，体积膨胀，形成第一级雾化；一次蒸汽被一次蒸汽喷口11分为多股；这样，单位体积蒸汽的表面积增加，能够将原料油更“顺利地”夹带至内管5中；且由于一次蒸汽也被分为多股，蒸汽和原料油的初始接触面积增加，强化了混合室中第二级雾化的效果。

此外，在一次蒸汽分布室16中，一次蒸汽可通过一次蒸汽喷口管的管壁向管壁外一次蒸汽分布室16中的原料油传热（通常在重油催化裂化中，蒸汽温度高于原料油温度），使原料油粘度降低，有利于其被破碎雾化。

Claims (7)

1.一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，所述的喷嘴包括有内管（5）、外管（3）、喷头（1）、原料油入口（14）和一次蒸汽入口（15）；内管（5）与外管（6）之间的环形空腔构成环形二次蒸汽室（4）并设置二次蒸汽入口（9）；所述的内管（5）具有收缩段（8）、喉口段（7）和扩散段（6），喷头的前端具有喷嘴出口（19）；其特征在于：所述的原料油入口（14）连通在集合管室（13）上，并通过多个均布的、与喷嘴轴线呈一定角度的原料油喷口（12）与圆台形的混合室（10）连通，构成所述的原料油在进入混合室时被分为多股细射流，由于原料油喷口（12）处的压力陡降使得原料油在喷入混合室时得到第一级雾化的结构；与所述一次蒸汽入口（15）连通的一次蒸汽喷口（11）与所述的混合室（10）连通，构成由一次蒸汽喷口（11）喷入混合室内的一次蒸汽对混合室内的原料油进行第一次冲击、破碎，使原料油得到第二级雾化的结构；第二级雾化后的原料油引射至内管（5）中，构成在内管中，由一次蒸汽对原料油进行进一步的冲击、破碎，使原料油得到第三级雾化的结构；二次蒸汽喷孔Ⅰ（2-2）对应内管扩散段（6）出口端与喷嘴出口（19）之间的腔体设置，构成一部分二次蒸汽与上述经由内管（5）流动至内管扩散段（6）出口端与喷嘴出口（19）之间腔体中的原料油混合，对其进一步雾化，即第四级雾化的结构；二次蒸汽喷孔Ⅱ（2-1）对应喷嘴出口（19）内壁上端部位设置。

2.根据权利要求1所述的一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，其特征在于：所述的二次蒸汽喷孔包括二次蒸汽喷孔Ⅰ（2-2）和二次蒸汽喷孔Ⅱ（2-1），其中二次蒸汽喷孔Ⅰ（2-2）为沿圆周分布的多个；所述的二次蒸汽喷孔Ⅱ（2-1）为分布在上半圆周的多个，且二次蒸汽喷孔Ⅱ（2-1）与二次蒸汽喷孔Ⅰ（2-2）交错分布。

3.根据权利要求1所述的一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，其特征在于：所述的一次蒸汽喷口（11）为一个，位于多个原料油喷口（12）所构成圆周的圆心位置。

4.根据权利要求1所述的一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，其特征在于：所述的一次蒸汽喷口（11）为多个；其中一个蒸汽喷口位于多个原料油喷口所构成圆周的圆心位置，其它一次蒸汽喷口位于原料油喷口的外侧且沿圆周均布，多个沿圆周均布的一次蒸汽喷口的圆心与多个原料油喷口的圆心重合。

5.根据权利要求1所述的一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，其特征在于：所述原料油喷口的轴线与内管轴线的夹角β为0゜～30゜。

6.根据权利要求1所述的一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，其特征在于：设置在内管扩散段（6）出口端与喷嘴出口之间的二次蒸汽喷孔Ⅰ（2-2）共有三类，三类所述的二次蒸汽喷孔Ⅰ（2-2）与内管（5）轴线之间的夹角分别为6゜～15゜，15゜～40゜，45゜～80゜。

7.根据权利要求1所述的一种多级雾化的重油催化裂化防结焦喷嘴，其特征在于：二次蒸汽喷孔Ⅱ（2-1）与内管（5）轴线之间的夹角为10゜～55゜。

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