CN203999509U - 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，以解决现有喷嘴所存在的进料雾化粒径较大以及雾化不均匀等问题。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)、旋流段圆管(81)、一次蒸汽分布管(4)、锥头管(3)、油气管(14)、二次蒸汽分布器(13)、二次蒸汽入口管(16)。喷口为长圆环隙形。一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上分别设有蒸汽分布孔(11)。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地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)；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主要问题是：进料雾化粒径较大，索太尔直径(冷试)大多在60微米以上；有的雾化不均匀。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，由于喷出的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，使喷嘴喷口区域发生侵蚀。

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所存在的进料雾化粒径较大以及雾化不均匀、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等问题。

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、一次蒸汽入口，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：嘴体的进料端依次与嘴体同轴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内与其同轴设置有一次蒸汽分布管，一次蒸汽分布管在靠近喷头的一端设有锥头管，另一端作为一次蒸汽入口，喷头的顶部与锥头管之间设有T型构件，喷头的顶部设有长圆孔，T型构件的顶部插入该长圆孔内，形成长圆环隙，作为喷口，在一次蒸汽分布管与嘴体之间的空腔内设有油气管，油气管在靠近喷头的一端设有二次蒸汽分布器，另一端与旋流段锥管相连，一次蒸汽分布管、锥头管和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，一次蒸汽分布管与旋流段圆管和旋流段锥管之间形成旋流腔，一次蒸汽分布管和锥头管与油气管和二次蒸汽分布器之间形成混合腔，油气管、嘴体、二次蒸汽分布器和旋流段锥管之间形成二次气室，所述的进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，与旋流腔连通，嘴体上设有二次蒸汽入口管，与二次气室连通，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，一对磁性材料中的两块磁性材料设于进料导管相对的两侧，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)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。本实用新型的操作弹性也比较好。详细的说明，见本说明书的具体实施方式部分。(2)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。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)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。

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、图2、图3和图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、图2、图3和图4，本实用新型的催化裂化进料喷嘴(简称喷嘴)设有雾化机构(见图1)，雾化机构包括嘴体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的出口端设有喷头2，喷头2上设有喷口1。嘴体10的进料端依次与嘴体10同轴设置有旋流段锥管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内与其同轴设置有一次蒸汽分布管4。一次蒸汽分布管4在靠近喷头2的一端设有锥头管3；另一端作为一次蒸汽入口7，由设于旋流段圆管81外端的封堵板12伸出。锥头管3为截头圆锥面形，一端敞口、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。喷头2的顶部与锥头管3之间设有T型构件17，图1所示的T型构件17为一平板，俯视图大致呈T形。喷头2的顶部设有长圆孔，T型构件17的顶部(相当于T形顶部，呈圆弧形，图略)插入该长圆孔内，形成长圆环隙，作为喷口1(参见图2)。T型构件17的底部(相当于T形底部)固定于锥头管3封闭端的平板上。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轴心线的平面上投影的形状。

在一次蒸汽分布管4与嘴体10之间的空腔内设有油气管14。油气管14在靠近喷头2的一端设有二次蒸汽分布器13，另一端与旋流段锥管82相连。参见图1，二次蒸汽分布器13为截头圆锥面形，其一端与油气管14相连，另一端与嘴体10相连(连接处靠近嘴体10与喷头2的连接处)。

一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13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。一次蒸汽分布管4与旋流段圆管81和旋流段锥管82之间形成旋流腔9，一次蒸汽分布管4和锥头管3与油气管14和二次蒸汽分布器13之间形成混合腔5，油气管14、嘴体10、二次蒸汽分布器13和旋流段锥管82之间形成二次气室15。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，与旋流腔9连通(参见图3)。嘴体10上设有二次蒸汽入口管16，与二次气室15连通。

本实用新型催化裂化进料喷嘴设有磁化机构18。参见图4，磁化机构18包括进料导管19、成对设置于进料导管19外部的磁性材料20、磁性材料固定架21和螺栓螺母22。一对磁性材料中的两块磁性材料20设于进料导管19相对的两侧，相对面的磁极(N极、S极)相反。将螺栓螺母22紧固后，即将磁性材料20固定于进料导管19的外部，同时也完成了磁化机构18的组装。喷嘴组装时，将进料导管19与雾化机构的进料管6相连，磁化机构18的位置尽量接近雾化机构(图略)。

磁化机构18中可以沿进料导管19的轴向设置一对或多对磁性材料20，每块磁性材料20的横截面形状可以是长方形、正方形、圆形或椭圆形等。磁性材料20一般使用现有的永久磁铁或钕铁硼稀土永磁材料。

嘴体10、油气管14、一次蒸汽分布管4、进料管6、二次蒸汽入口管16、旋流段圆管81、进料导管19的横截面形状为圆形，旋流腔9、混合腔5和二次气室15的横截面形状为圆环形。除进料管6和二次蒸汽入口管16之外，雾化机构其余的部件同轴设置。

参见图1，本实用新型的主要结构参数一般如下：进料管6的轴心线与雾化机构轴心线的夹角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，每圈蒸汽分布孔设有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的轴心线与雾化机构轴心线的夹角γ为10～80度。锥头管3的锥角α为20～120度。锥头管3上设有1～30圈蒸汽分布孔11，每圈蒸汽分布孔设有2～30个蒸汽分布孔11。锥头管3上的蒸汽分布孔11的轴心线与雾化机构轴心线的夹角β为10～80度。二次蒸汽分布器13的锥角为10～80度，其上设有1～10圈蒸汽分布孔11，每圈蒸汽分布孔设有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的轴心线与雾化机构轴心线的夹角ε为10～80度。二次蒸汽分布器13上设有2圈以上的蒸汽分布孔11时，沿二次蒸汽分布器13直径扩大的方向，相邻两圈蒸汽分布孔中的蒸汽分布孔11的轴心线与雾化机构轴心线的夹角ε减小10～35度；二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔11采用上述的设置方式，可以使二次雾化蒸汽从不同角度、多个层次喷入混合腔5的末端和喷头2的内腔，在强化该区域内气液两相雾化流的湍动强度、破碎液滴、避免在喷头2的内壁上形成滞流等方面，可以取得最佳的效果。一次、二次雾化蒸汽分别由一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13上倾斜的蒸汽分布孔11喷出时与雾化机构的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。

蒸汽分布孔11的直径一般为1～10毫米。在一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13上，同一圈蒸汽分布孔中的蒸汽分布孔11的轴心线与雾化机构轴心线的夹角保持相同。

参见图1，在一次蒸汽分布管4上设置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和二次蒸汽分布器13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之间的间距与一次蒸汽分布管4上的相同。所述的间距分别在一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13的外表面测量。

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、一次蒸汽分布管4和油气管14的直径根据进料量和一次、二次雾化蒸汽的用量确定，雾化机构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之间的间距一般相等。同一圈蒸汽分布孔中的蒸汽分布孔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。这可使雾化蒸汽能够由各蒸汽分布孔11均匀地喷出、与进料混合，有利于在混合腔5内形成稳定的气液两相雾化流。为取得相同的效果，一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13上所有相邻两圈蒸汽分布孔中的蒸汽分布孔11最好是在圆周方向上错开布置，这是本实用新型的一种优选方案。

本实用新型各部件的材料，除说明的以外，均为现有催化裂化进料喷嘴的部件所常用的金属材料。除说明的以外，各部件的连接一般均采用焊接。

下面结合附图说明本实用新型喷嘴的操作过程。进料(各种催化裂化原料油，例如蜡油、常压渣油、减压渣油等)首先进入磁化机构18中的进料导管19，在磁性材料20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。

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，动能损耗降低。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，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的作用下破碎，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。进料的旋转运动使其在混合腔5内的运动轨迹延长，增加了与一次雾化蒸汽的混合时间，提高了水蒸汽的利用率和雾化效果。此外，一次雾化蒸汽与进料在混合腔5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，使本实用新型的操作弹性好、可靠性高。

二次雾化蒸汽(一般为250～400℃的过热水蒸汽)由二次蒸汽入口管16进入二次气室15，由二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔11喷入混合腔5的末端和喷头2的内腔。这可以加强该区域气液两相雾化流的湍动强度，避免在喷头2的内壁上形成滞流；可以强化进料雾化效果，抑制液膜在喷头2内壁上的生成，防止大液滴的出现。由二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔11喷出的二次雾化蒸汽与由一次蒸汽分布管4和锥头管3喷出的一次雾化蒸汽在雾化机构径向方向上的速度不同，从而可以增加气液两相雾化流的湍动强度，提高气液掺混效果。

喷头2内腔中的气液两相雾化流最后在长圆环隙形喷口1处加速，然后由喷口1喷出。喷出后，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(表压)一般为0.3～0.6MPa。一次雾化蒸汽和二次雾化蒸汽的总用量一般为进料量的3～6重量％(重量％表示重量百分数)，一次雾化蒸汽与二次雾化蒸汽的用量比例为2～10(按重量计)。

Claims (1)

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)、一次蒸汽入口(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)的进料端依次与嘴体(10)同轴设置有旋流段锥管(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)内与其同轴设置有一次蒸汽分布管(4)，一次蒸汽分布管(4)在靠近喷头(2)的一端设有锥头管(3)，另一端作为一次蒸汽入口(7)，喷头(2)的顶部与锥头管(3)之间设有T型构件(17)，喷头(2)的顶部设有长圆孔，T型构件(17)的顶部插入该长圆孔内，形成长圆环隙，作为喷口(1)，在一次蒸汽分布管(4)与嘴体(10)之间的空腔内设有油气管(14)，油气管(14)在靠近喷头(2)的一端设有二次蒸汽分布器(13)，另一端与旋流段锥管(82)相连，一次蒸汽分布管(4)、锥头管(3)和二次蒸汽分布器(13)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)，一次蒸汽分布管(4)与旋流段圆管(81)和旋流段锥管(82)之间形成旋流腔(9)，一次蒸汽分布管(4)和锥头管(3)与油气管(14)和二次蒸汽分布器(13)之间形成混合腔(5)，油气管(14)、嘴体(10)、二次蒸汽分布器(13)和旋流段锥管(82)之间形成二次气室(15)，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，与旋流腔(9)连通，嘴体(10)上设有二次蒸汽入口管(16)，与二次气室(15)连通，催化裂化进料喷嘴设有磁化机构(18)，磁化机构(18)包括进料导管(19)、成对设置于进料导管(19)外部的磁性材料(20)和磁性材料固定架(21)，一对磁性材料中的两块磁性材料(20)设于进料导管(19)相对的两侧，进料导管(19)与雾化机构的进料管(6)相连。