CN203184139U

CN203184139U - 催化裂化进料喷嘴

Info

Publication number: CN203184139U
Application number: CN 201320122695
Authority: CN
Inventors: 叶安道; 高有飞; 侯玉兰; 翁甲壮; 王长岭; 黄文水; 赵敏洁; 曾菁
Original assignee: Sinopec Luoyang Petrochemical Engineering Corp; Sinopec Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Sinopec Engineering Group Co Ltd; Sinopec Luoyang Guangzhou Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2023-03-11

Abstract

本实用新型提供的催化裂化进料喷嘴设有嘴体、进料管、一次蒸汽入口，嘴体的左端设有喷头，喷头上设有喷口，喷口内部嵌有T型构件，T型构件的另一端与锥头管相连。嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体、旋流段锥管和旋流段圆管构成的空腔内设置有一次蒸汽分布管，一次蒸汽分布管与嘴体之间设有油气管，锥头管设于一次蒸汽分布管靠近喷头的一端，一次蒸汽分布管另一端为一次蒸汽入口，油气管的一端与旋流段锥管连接，另一端设置有二次蒸汽分布器，二次蒸汽分布器的另一端与嘴体连接。一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上设置蒸汽分布孔，进料管连接于旋流段圆管上。本实用新型的动能损耗低，雾化效果好，操作弹性好，可靠性高。

Description

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，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，其特点是利用收敛一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(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：这些喷嘴均采用扁平喷口，也有采用双矩形喷口的，如CN93213297.9。扁平喷口在流量大时形成的射流层密度大，不利于催化剂的穿透，因此也不利于原料和催化剂的充分接触。双矩形喷口，平行排列的相邻两喷口，喷出两排平行液雾，由于液雾间由于相对速度小，会发生小液滴聚集，影响雾化效果，不利于液滴的快速气化、反应；同时，由于片状射流之间存在真空效应，催化剂颗粒在狭缝开口之间的间隙高速运动，穿过这些间隙可能发生侵蚀。

实用新型内容

为了解决现有的催化裂化进料喷嘴采用扁平喷口在流量大时形成的射流层密度大，不利于催化剂的穿透，而采用双矩形喷口时，平行排列的相邻两喷口，喷出两排平行液雾，由于液雾间由于相对速度小，会发生小液滴聚集，影响雾化效果以及片状射流之间存在真空效应，催化剂颗粒在狭缝开口之间的间隙高速运动，穿过这些间隙可能发生侵蚀等问题，本实用新型提供了一种催化裂化进料喷嘴。

本实用新型提供的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，嘴体的左端设有喷头，喷头上设有喷口，喷口内部嵌有T型构件，T型构件的另一端与锥头管相连。嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的右端与嘴体同轴依次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构成的空腔内与其同轴设置有一次蒸汽分布管，一次蒸汽分布管与嘴体之间设有油气管，锥头管设于一次蒸汽分布管靠近喷头的一端，一次蒸汽分布管另一端为一次蒸汽入口，油气管的一端与旋流段锥管连接，另一端设置有二次蒸汽分布器，二次蒸汽分布器的另一端与嘴体连接。一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上至少设置一圈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，一次蒸汽分布管、旋流段圆管和旋流段锥管之间围成旋流腔，一次蒸汽分布管、锥头管、油气管和二次蒸汽分布器之间围成混合腔，二次蒸汽分布器、油气管和嘴体之间围成一个二次气室。

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，并与蒸汽分布孔喷出的雾化蒸汽混合。进料在离心力的作用下被展成薄膜，增大了液体的表面积、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绕一次蒸汽分布管和锥头管的圆周方向均匀分布，所以可使雾化蒸汽均匀地与进料混合，形成稳定的气液两相雾化流。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。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相反，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心线的夹角不同，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，利用气体膨胀爆炸，将进料雾化成非常细小的液滴。经环形喷口喷出的射流层密度小，有利于催化剂的穿透，可提高原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。同时，也可以避免双矩形喷口，催化剂颗粒在狭缝开口之间的间隙高速运动可能发生的侵蚀等问题。

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(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进料喷嘴沿轴向的剖视示意图；

图2是本实用新型催化裂化进料喷嘴的喷口示意图；

图3是图1中的A-A旋转剖视示意图；

图1、图2和图3中，相同附图标记表示相同的技术特征。

图中：1-喷口，2-喷头，3-锥头管，4-一次蒸汽分布管，5-混合腔，6-进料管，7-一次蒸汽入口，81-旋流段圆管，82-旋流段锥管，9-旋流腔，10-嘴体，11-蒸汽分布孔，12-封堵板，13-二次蒸汽分布器，14-油气管，15-二次气室，16-二次蒸汽入口，17-T型构件。

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的左端设有喷头2，喷头2上设有喷口1，喷口1内部嵌入T型构件17后形成环形结构(见图2)，T型构件17的另一端与锥头管3相连。嘴体10上设置二次蒸汽入口16。

嘴体10的右端与嘴体10同轴依次设置有旋流段锥管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构成的空腔内与其同轴设置有一次蒸汽分布管4，一次蒸汽分布管4与嘴体10之间设有油气管14。一次蒸汽分布管4在靠近喷头2的一端设有锥头管3，另一端为蒸汽入口7，油气管14的一端与旋流段锥管82连接，另一端设置二次蒸汽分布器13，二次蒸汽分布器13另一端与嘴体10连接。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，其端部的蒸汽入口7位于封堵板12的外侧。锥头管3为圆锥面形，敞口的一端与一次蒸汽分布管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)。

一次蒸汽分布管4、锥头管3和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。一次蒸汽分布管4、旋流段圆管81和旋流段锥管82之间围成旋流腔9，一次蒸汽分布管4、锥头管3与油气管14之间围成混合腔5，二次蒸汽分布器13、油气管14和嘴体10之间围成一个二次气室15。旋流腔9、混合腔5和二次气室15的横截面形状均匀为圆环形。

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，优选2～60圈，每圈设有2～30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；锥头管3上设有1～30圈蒸汽分布孔11，优选2～30圈，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为锥形，其上设有1～10圈蒸汽分布孔11，优选2～8圈，每圈设有2～30个蒸汽分布孔11，二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε为0～90度，各圈蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε的角度差为10～45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。一次蒸汽分布管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。该间距s是指以相邻两圈蒸汽分布孔11的轴心线为母线绕喷嘴轴心线旋转所形成的两个相邻的虚拟圆锥面之间的距离。

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的直径和一次蒸汽分布管4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。

一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13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，每圈上的蒸汽分布孔11一般是分别绕一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13的圆周方向均匀分布，以使由各蒸汽分布孔11喷出的水蒸汽能够均匀地与进料混合。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喷出的水蒸汽能够在混合腔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、锥头管3和二次蒸汽分布器13上所有相邻两圈的蒸汽分布孔11最好是错开布置，如图1所示，这是本实用新型的一种优选方案。

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，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，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。二次雾化蒸汽由二次蒸汽入口进入二次气室，通过二次蒸汽分布器上的蒸汽分布孔11喷入混合腔5的末端和喷头2内腔，加强湍动强度，消除在喷头2内的滞流，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，水蒸汽用量一般为进料量的3～6重量％。

Claims

1.一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，嘴体的左端设有喷头，喷头上设有喷口，喷口内部嵌有T型构件，T型构件的另一端与锥头管相连，其特征在于：嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的右端与嘴体同轴依次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构成的空腔内与其同轴设置有一次蒸汽分布管，一次蒸汽分布管与嘴体之间设有油气管，锥头管设于一次蒸汽分布管靠近喷头的一端，一次蒸汽分布管另一端为一次蒸汽入口，油气管的一端与旋流段锥管连接，另一端设置有二次蒸汽分布器，二次蒸汽分布器的另一端与嘴体连接；一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上至少设置一圈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，一次蒸汽分布管、旋流段圆管和旋流段锥管之间围成旋流腔，一次蒸汽分布管、锥头管、油气管和二次蒸汽分布器之间围成混合腔，二次蒸汽分布器、油气管和嘴体之间围成一个二次气室。

2.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的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（82）的锥角θ为30～130度，旋流段圆管的内径与嘴体的内径之比为1.1～2.5。

3.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的锥头管的锥角角度α为10～90度；锥头管上设有2～30圈蒸汽分布孔，每圈设有2～30个蒸汽分布孔，锥头管上的蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角β为10～80度。

4.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的一次蒸汽分布管上设有2～60圈蒸汽分布孔，每圈设有2～30个蒸汽分布孔，一次蒸汽分布管上的蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角γ为10～80度。

5.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的二次蒸汽分布器为锥形，其上设有2～8圈蒸汽分布孔，每圈设有2～30个蒸汽分布孔，二次蒸汽分布器上的蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε为0～90度，各圈蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε的角度差为10～45度。

6.根据权利要求3所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述锥头管上相邻两圈蒸汽分布孔之间的间距为10～60毫米。

7.根据权利要求4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的一次蒸汽分布管上相邻两圈蒸汽分布孔之间的间距为10～60毫米。

8.根据权利要求1～7所述的任一催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的蒸汽分布孔的直径为1～10毫米。

9.根据权利要求1～7所述的任一催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的锥头管的封闭端为平板、锥尖或者圆头结构。

10.根据权利要求3～7所述的任一催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的相邻两圈蒸汽分布孔是错开布置的。