CN203295441U - 一种催化裂化进料喷嘴 - Google Patents

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，嘴体内部设有二次蒸汽分布器和一个嘴体内筒，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，嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的右端依次与旋流段锥管和旋流段圆管相连，旋流段圆管的另一端设一次蒸汽入口，嘴体内筒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，二次蒸汽分布器上设置蒸汽分布孔，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筒内部围成混合腔，嘴体、二次蒸汽分布器、嘴体内筒和旋流段锥管之间围成一个二次气室。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

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，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以及雾化不均匀等问题，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，嘴体内部设有二次蒸汽分布器和一个嘴体内筒，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型构件的另一端与设置在喉口段的隔板相连；嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的右端依次与同嘴体同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管相连，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筒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蒸汽分布孔，嘴体内筒设有扩散段、喉口段、收缩段和预混段，喉口段设有隔板，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筒内部围成混合腔，嘴体、二次蒸汽分布器、嘴体内筒和旋流段锥管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，并与一次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、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。在喉口段，由于隔板的作用使物流被分为两部分，同时增大了液膜的面积，降低了液膜的厚度，使雾化更有利。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环形喷口处加速，然后由喷口喷出，将原料雾化成均匀细小的液滴。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-蒸汽分布孔，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-嘴体内筒，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-，19-混合腔，20-隔板，21-T型构件。

具体实施方式

参见图1、图2和图3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7、进料管14、一次蒸汽入口15，嘴体7的左端设有喷头2，喷头2上设有喷口1，嘴体7内部设置二次蒸汽分布器3和一个嘴体内筒11。其中喷头2为常规结构，喷口1内部嵌入T型构件21后形成环形结构(见图2)，T型构件21的另一端与隔板20相连。

嘴体7的右端依次与嘴体7同轴设置有旋流段锥管13和旋流段圆管10；其中的旋流段锥管13为圆锥面形。嘴体内筒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，嘴体内筒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和嘴体内筒11，二次蒸汽分布器上分别至少设置1圈向喷头2的方向倾斜的蒸汽分布孔3，蒸汽分布孔3为圆形孔，嘴体内筒11设有扩散段5、喉口段6、收缩段8和预混段9。

所述的旋流段圆管10沿切线方向连接进料管14(见图3)，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上连接一次蒸汽入口管，其端部的蒸汽入口15位于封盖18的外侧。

所述的嘴体7、二次蒸汽分布器4、嘴体内筒11和旋流段锥管13之间围成二次气室12，嘴体内筒11、二次蒸汽分布器4和喷头2内部围成混合腔19。

扩散段5和收缩段8的横截面形状为锥形，预混段9的横截面形状为圆柱形，喉口段6的横截面形状为两个半圆柱形，二次气室12的横截面形状为圆环形。

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的内径与嘴体10的内径之比为1.0～2.5。二次蒸汽分布器4为锥形，其上设有1～10圈蒸汽分布孔3，优选2～8圈，每圈设有2～30个蒸汽分布孔3，二次蒸汽分布器4上的蒸汽分布孔3的轴心线与喷嘴的轴心线的夹角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的角度差为10～45度。蒸汽分布孔3的直径为1～10毫米。嘴体内筒11的扩散段5和收缩段8为锥体，扩散段5和喷嘴轴心线的夹角α以及收缩段8与喷嘴轴心线的夹角β均为5～90度，预混段9为圆柱形，喉口段6的横截面为两个半圆柱形，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，嘴体7的直径和一次蒸汽入口管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。

二次蒸汽分布器4上的各圈蒸汽分布孔3一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，以使由各蒸汽分布孔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上所有相邻两圈的蒸汽分布孔3最好是错开布置。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)从一次雾化蒸汽入口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上二次蒸汽入口3进入混合腔19末端，冲击气液两相流，加强湍动强度，消除在喷头2内的滞流，强化雾化效果，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，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 (7)

1.一种催化裂化进料喷嘴，设有嘴体、进料管、一次蒸汽入口，嘴体内部设有二次蒸汽分布器和一个嘴体内筒，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型构件的另一端与设置在喉口段的隔板相连；其特征在于：嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的右端依次与同嘴体同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管相连，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筒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蒸汽分布孔，嘴体内筒设有扩散段、喉口段、收缩段和预混段，喉口段设有隔板，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筒内部围成混合腔，嘴体、二次蒸汽分布器、嘴体内筒和旋流段锥管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，所述的扩散段和收缩段的横截面形状为锥形，预混段的横截面形状为圆柱形，喉口段的横截面形状为两个半圆柱形，二次气室的横截面形状为圆环形。 

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嘴体的内径之比为1.0～2.5。 

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的轴心线的夹角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的角度差为10～45度。 

5.根据权利要求2所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的扩散段和喷嘴轴心线的夹角α以及收缩段8与喷嘴轴心线的夹角β均为5～90度，喉口段的长径之比为0.5～4.0。 

6.根据权利要求1～5所述的任一种催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的蒸汽分布孔的直径为1～10毫米。 

7.根据权利要求4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于，所述的二次蒸汽分布器上所有相邻两圈的蒸汽分布孔是错开布置的。 

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