CN202849336U - 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，以解决现有的喷嘴采用现有各种形状的喷口时分别存在的不利于雾化进料与催化剂的充分接触或催化剂使喷嘴喷口区域发生侵蚀，以及进料未经处理直接雾化而影响到雾化效果的问题。本实用新型设有雾化机构和磁化机构。雾化机构主要包括嘴体(10)、进料管(6)、设有喷口(1)的喷头(2)、旋流段锥管(82)和旋流段圆管(81)、蒸汽分布管(4)、锥头管(3)，蒸汽分布管和锥头管上分别设有蒸汽分布孔(11)，喷口为长圆环隙形。磁化机构包括进料导管、成对设置于进料导管外部的磁性材料和磁性材料固定架，进料导管与雾化机构的进料管相连。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、CN2156189Y)；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。

上述各类喷嘴主要存在如下两个问题。(1)喷嘴分别采用扁槽形、圆形、方形等形状的喷口，在流量较大时形成的射流层密度大、不利于催化剂的穿透，因此也不利于雾化进料与催化剂的充分接触。CN2156189Y采用双矩形喷口；由于双层片状射流之间存在真空效应，催化剂颗粒会在两个喷口之间的间隙高速运动，有可能使喷嘴喷口区域发生侵蚀。(2)进料未经处理就直接进入喷嘴进行雾化；由于进料的内聚力、表面张力和粘度较大，会影响到雾化效果。

上述各类喷嘴，进料的雾化粒径较大，索太尔直径(冷试)大多在60微米以上。

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采用现有各种形状的喷口时分别存在的不利于雾化进料与催化剂的充分接触或催化剂使喷嘴喷口区域发生侵蚀，以及进料未经处理直接雾化而影响到雾化效果的问题。

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，设有雾化机构，雾化机构包括嘴体、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：嘴体的进料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，所述的喷口为长圆环隙形，催化裂化进料喷嘴设有磁化机构，磁化机构包括进料导管、成对设置于进料导管外部的磁性材料和磁性材料固定架，进料导管与雾化机构的进料管相连。

采用本实用新型，具有如下的有益效果：(1)喷口为长圆环隙形，喷出的射流层密度小，有利于催化剂的穿透。可提高雾化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，提高轻质油产率并降低生焦量。(2)长圆环隙形喷口喷出的射流层表面连续，可以保护喷嘴喷口区域，使之免受高速运动的催化剂颗粒的侵蚀。(3)进料先经磁化机构磁化后再进行雾化。在磁化机构的进料导管内，进料在磁性材料形成的磁场中被磁化；进料的内聚力减小、表面张力下降，从而使进料分子势垒下降、分子内部结构松弛、粘度降低。这些变化使进料在后续的雾化过程中能够得到较好的雾化效果。(4)采用本实用新型，进料雾化粒径(索太尔直径)一般在55微米左右，雾化均匀指数在3以上，并且只需要使用较低的进料压力(表压一般为0.3～0.6MPa)和较少的雾化蒸汽即可得到很好的雾化效果，这样就降低了喷嘴的能耗(详见本说明书具体实施方式部分本实用新型喷嘴操作过程的说明)。此外，水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的雾化机构沿轴向的剖视图。

图2是图1所示喷嘴喷口的左视图(放大)。

图3是图1中的A-A旋转剖视图。

图4是本实用新型催化裂化进料喷嘴的磁化机构的横截面图。

图1至图4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至图4，本实用新型的催化裂化进料喷嘴(简称为喷嘴)设有雾化机构(见图1)，雾化机构包括嘴体10、进料管6、蒸汽入口7。嘴体10有一个嘴体内腔，嘴体10的出口端与嘴体10同轴设有喷头2，喷头2上设有喷口1。嘴体10的进料端依次设有与嘴体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为截头圆锥面形，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。

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，参见图3。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2，喷口1为长圆环隙形。

本实用新型催化裂化进料喷嘴设有磁化机构14。参见图4，磁化机构14包括进料导管15、成对设置于进料导管15外部的磁性材料16、磁性材料固定架17和螺栓螺母18。将螺栓螺母18紧固后，即将磁性材料16固定于进料导管15的外部，同时也完成了磁化机构14的组装。喷嘴组装时，将进料导管15与雾化机构的进料管6相连，磁化机构14的位置尽量接近雾化机构(图略)。磁化机构14中的磁性材料16，一般使用现有的永久磁铁或钕铁硼稀土永磁材料。

磁化机构14中可以沿进料导管15的轴向设置一对或多对磁性材料16，每对磁性材料16为两块，相对设置，相对面的磁极(N极、S极)相反。每块磁性材料16的横截面形状可以是长方形、正方形、圆形或椭圆形等。

参见图1和图2，本实用新型长圆环隙形喷口1的一种形成方法是：在喷头2的顶部与锥头管3之间设有T型构件13。喷头2的顶部设有长圆孔，T型构件13的一端插入该长圆孔内，即形成所述的长圆环隙形喷口1；T型构件13的另一端固定于锥头管3封闭端的平板上。图1所示T型构件13为一平板，俯视图大致呈T形；其插入喷头2顶部长圆孔内的一端(相当于T形顶部)为圆弧形(图略)。上述长圆环隙形喷口1和长圆孔的形状，是指它们在垂直于喷头2轴心线的垂直平面上投影的形状。

参见图1，本实用新型的主要结构参数一般如下：进料管6的轴心线与喷嘴雾化机构轴心线之间的夹角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5～30个蒸汽分布孔11。蒸汽分布管4上的蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴雾化机构轴心线之间的夹角γ为10～80度。锥头管3的锥角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1～30个蒸汽分布孔11。锥头管3上的蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴雾化机构轴心线之间的夹角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。

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。

本实用新型雾化机构各部件的连接，一般均是采用焊接。

下面以附图所示的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VGO、焦化蜡油、常压渣油、减压渣油或其混合原料等)首先进入磁化机构14中的进料导管15，在磁性材料16形成的磁场中被磁化。接着，被磁化的进料经雾化机构的进料管6、沿旋流段圆管81的切向注入旋流腔9，使其在进料管6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、离心力场得到强化；之后进入混合腔5，在混合腔5内继续旋转流动。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，增大了液体的表面积、降低了液体的粘性和表面张力；同时，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(一般为250～400℃的过热水蒸汽)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，形成稳定的气液两相泡状流。雾化蒸汽由倾斜的蒸汽分布孔11喷出时与喷嘴雾化机构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。进料在混合腔5内的旋转流动使其在混合腔5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。

气液两相泡状流最后进入喷头2内的空腔，然后在长圆环隙形的喷口1处加速，并经喷口1喷出。喷出后，由于压力降低，泡状流中的气体迅速膨胀爆炸，使进料液滴进一步破碎、雾化成非常细小的液滴，实现最终雾化。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38.2米/秒左右，雾化均匀指数一般可以达到3以上。进料压力(表压)一般为0.3～0.6MPa，雾化蒸汽用量一般为进料量的3～6重量％。

Claims (3)

1.一种催化裂化进料喷嘴，设有雾化机构，雾化机构包括嘴体(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)的进料端依次设有与嘴体(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)，所述的喷口(1)为长圆环隙形，催化裂化进料喷嘴设有磁化机构(14)，磁化机构(14)包括进料导管(15)、成对设置于进料导管(15)外部的磁性材料(16)和磁性材料固定架(17)，进料导管(15)与雾化机构的进料管(6)相连。

2.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：在喷头(2)的顶部与锥头管(3)之间设有T型构件(13)，喷头(2)的顶部设有长圆孔，T型构件(13)的一端插入该长圆孔内，形成所述的长圆环隙形喷口(1)，T型构件(13)的另一端固定于锥头管(3)上。

3.根据权利要求1或2所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：磁化机构(14)中的磁性材料(16)为永久磁铁或钕铁硼稀土永磁材料。

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