CN216192095U - 原料油浆进料雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种原料油浆进料雾化喷嘴，包括同轴设置的喷嘴外管和内喷管，所述喷嘴外管内沿原料油浆的流动方向依次设有同轴设置的蒸汽室、混合雾化室、二次雾化室、渐缩管、喉管、渐扩管以及喷头，所述内喷管至少部分位于所述蒸汽室中，所述内喷管靠近混合雾化室的一端为原料油浆内喷口，另一端为原料油浆入口，所述蒸汽室的管壁上设有一次蒸汽入口，所述蒸汽室与所述内喷管之间形成一间隙，所述二次雾化室的管壁上设有两个二次蒸汽入口。本实用新型通过对原料油浆的四次雾化能有效的消除大直径油滴，满足高温热解工艺的进料雾化粒径需求。

Description

原料油浆进料雾化喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种原料油浆进料雾化喷嘴，尤其涉及一种高温热解用多级进料雾化喷嘴，属于石油炼制中高温热解装置制造技术领域。

背景技术

在石油炼制高温热解装置中，原料油浆通常为含固原料油浆，即包含固体和油浆的浆料，其常温下为固态或沥青状，例如包含煤炭间接液化工艺产生的渣蜡、煤炭直接液化工艺产生的减渣、炼油厂常减压装置产生的减渣或催化裂化分馏塔底外甩催化油浆等。原料油浆在进入反应器与载体接触前，经过加热后基本处于液态，而高温热解反应是在气相条件下进行的，因此需要将原料油浆雾化成小液滴，以快速气化并发生反应。

原料油浆进料雾化喷嘴是高温热解装置的一个重要设备，它将原料油浆雾化分散，并向反应器内均匀喷油，使原料油浆迅速蒸发，从而提高原料与反应器内载体的接触传热效率，进而提高高温热解速率。

为了使原料油浆液体雾化成为细小液滴，往往需要较高的压力和气体流速，然而高速的雾化液滴进入反应器后容易飞溅至反应器器壁，加速原料结焦，影响热解和装置运行效果。

另外，由于原料油浆内含有固体颗粒(煤粉、催化剂及其它固体颗粒)，液体粘度高，现有喷嘴易堵塞且雾化效果不理想。为达到理想效果，需要重新设计优化工业上常用的雾化喷嘴。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种原料油浆进料雾化喷嘴，通过对原料油浆的四次雾化能有效的消除大直径油滴，满足高温热解工艺的进料雾化粒径需求。

本实用新型所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

本实用新型提供一种原料油浆进料雾化喷嘴，所述原料油浆进料雾化喷嘴包括同轴设置的喷嘴外管和内喷管，所述喷嘴外管内沿原料油浆的流动方向依次设有同轴设置的蒸汽室、混合雾化室、二次雾化室、渐缩管、喉管、渐扩管以及喷头，所述内喷管至少部分位于所述蒸汽室中，所述内喷管靠近混合雾化室的一端为原料油浆内喷口，另一端为原料油浆入口，所述蒸汽室的管壁上设有一次蒸汽入口，所述蒸汽室与所述内喷管之间形成一间隙，所述二次雾化室的管壁上设有两个二次蒸汽入口。

为了使蒸汽环绕所述内喷管运动，进而携带原料油浆做高速流动，所述一次蒸汽入口的设置位置位于所述原料油浆内喷口与所述原料油浆入口之间。

为了减少对喷嘴内雾流的冲击，增加喷嘴内部阻力，两个所述二次蒸汽入口对称布置在所述二次雾化室的管壁外侧，所述二次蒸汽入口与所述喷嘴外管之间的夹角为30°-60°。

为了使原料油浆与载体接触、反应充分，所述喷头为单方孔结构、双方孔结构、四方孔结构、单圆孔结构或多圆孔结构。

优选地，所述喷头的喷孔的外喷夹角为0°-120°。

优选地，所述喷头为单圆孔结构，所述喷头的喷孔的设置数量为一个，所述喷孔的横截面为圆形，且所述喷孔的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变大。

优选地，所述喷头为单方孔结构，所述喷头的喷孔的设置数量为一个，所述喷孔的横截面为方形，且所述喷孔的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变大。

综上所述，本实用新型对原料油浆的四次雾化能有效的消除大直径油滴，满足高温热解工艺的进料雾化粒径需求。两次使用蒸汽能够确保原料油浆在原料油浆进料雾化喷嘴内的高速流动，产生更强大的冲击、破碎效果，同时能够防止固体颗粒在原料油浆进料雾化喷嘴内部沉积堵塞，影响雾化效果；二次蒸汽入口倾斜于喷嘴外管的设置能够减少对喷嘴内雾流的冲击，增加喷嘴内部阻力；渐缩管、喉管以及渐扩管的变径作用使得携带原料油浆的蒸汽经历加速、减速，增加蒸汽与原料油浆的速度差，使得蒸汽进一步冲击、破碎原料油浆，使得原料油浆得到雾化；喷头使用具有外喷夹角的喷孔，能够产生更大雾化截面，提高在反应器内接触面面积。

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为本实用新型原料油浆进料雾化喷嘴的结构剖视图；

图2为本实用新型喷头一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型喷头一实施例的结构剖视图；

图4为本实用新型喷头另一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型喷头另一实施例的结构剖视图；

图6为本实用新型喷头又一实施例的结构示意图；

图7为本实用新型喷头再一实施例的结构示意图；

图8为现有技术中普通喷嘴的结构示意图。

具体实施方式

图1为本实用新型原料油浆进料雾化喷嘴的结构剖视图。如图1 所示，本实用新型原料油浆进料雾化喷嘴包括同轴设置的喷嘴外管100 和内喷管200，所述喷嘴外管100内沿原料油浆的流动方向依次设有同轴设置的蒸汽室110、混合雾化室120、二次雾化室130、渐缩管140、喉管150、渐扩管160以及喷头170，所述内喷管200至少部分位于所述蒸汽室110中，所述内喷管200靠近混合雾化室120的一端为原料油浆内喷口220，另一端为原料油浆入口210。

所述蒸汽室110的管壁上设有一次蒸汽入口111，所述蒸汽室110 的内径大于所述内喷管200的外径，从而在所述蒸汽室110与所述内喷管200之间形成一间隙，所述间隙构成蒸汽通道以方便蒸汽(例如过热蒸汽)流动。

为了使蒸汽环绕所述内喷管200运动，进而携带原料油浆做高速流动，所述一次蒸汽入口111的设置位置位于所述原料油浆内喷口220 与所述原料油浆入口210之间。

所述原料油浆内喷口220的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变小。所述蒸汽室110的形状与所述内喷管200的形状对应设置，从而保证蒸汽的流速。

加热后的高压高粘度含固原料油浆由原料油浆入口210进入内喷管200后从原料油浆内喷口220喷出，与经蒸汽室110进入的高压蒸汽混合冲击、碰撞、破碎，使原料油浆得到第一次雾化后进入混合雾化室120。此过程中由于蒸汽环绕着内喷管200携带原料油浆做高速流动，能够减少大油滴在边壁区域的聚集，增强雾化效果。

混合雾化室120中设有缩径口，经过第一次雾化后的原料油浆高速通过缩径口时，缩径口使原料油浆得到第二次雾化。

所述二次雾化室130的管壁上设有两个二次蒸汽入口131，用于将二次蒸汽(例如二次过热蒸汽)引入二次雾化室130内，二次蒸汽入口131的设置能够提高气动力、增大油滴雾化效果。具体地，两个所述二次蒸汽入口131对称布置在二次雾化室130的管壁外侧，且所述二次蒸汽入口131与喷嘴外管100之间的夹角γ为30°-60°。二次蒸汽入口131倾斜于喷嘴外管100的设计能够减少对喷嘴内雾流的冲击，增加喷嘴内部阻力，影响雾化效果。

所述渐缩管140、喉管150以及渐扩管160构成收缩扩张雾化区，其可以改变雾流速度，使得原料油浆再次破碎、雾化扩散。具体地，所述渐缩管140的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变小(如圆台形)，所述喉管150为圆柱形，所述渐扩管160沿原料油浆的流动方向逐渐变大(如圆台形)。

蒸汽携带经过第二次雾化后的原料油浆进入由渐缩管140、喉管 150以及渐扩管160组成的收缩扩张雾化区，由于渐缩管140形成锥段，流通截面收缩后又通过喉管150及渐扩管160，使得蒸汽对原料油浆进行进一步的冲击、破碎，从而原料油浆得到第三次雾化。

对喷头的研究发现，喷头喷入反应器内的原料油浆与载体接触、反应不充分，与喷孔出口位置、喷孔出口喷射角度、喷出后雾流的形状有关。在本实用新型中，所述喷头170可根据工艺需求设置成单方孔结构、双方孔结构、四方孔结构、单圆孔结构、多圆孔结构。经过第三次雾化后蒸汽携带原料油浆进入喷头170，由于喷头170的形状、口径大小的不同会对原料油浆产生不同程度的第四次雾化。经过四次雾化，可以有效的消除大直径油滴，原料油浆能够更好的进入高温热解反应器与载体充分接触、反应，从而提高反应速率，减少结焦产生量，提高油收。本实用新型提供的喷嘴能够更好的适用于高固含量、高粘度等特性的原料油浆，满足工艺要求，保证原料油浆和载体接触良好，使原料在载体上分布均匀。

图2为本实用新型喷头一实施例的结构示意图；图3为本实用新型喷头一实施例的结构剖视图。图2和图3示出了喷头为单圆孔结构的示意图。如图2和图3所示，所述喷头的喷孔的设置数量为一个，且所述喷孔设置在所述喷嘴外管100的中心轴线上，所述喷孔为圆台形，即所述喷孔的横截面为圆形，所述喷孔的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变大。优选地，所述喷孔的外喷夹角δ(喷孔的圆锥角) 为0°-120°(当喷头为其他结构时，其喷孔的外喷夹角也可为0° -120°)，所述喷孔进口处的直径为2mm。此时，所述喷头喷出的雾流形状为圆锥形，形成圆锥形雾化区域。

图4为本实用新型喷头另一实施例的结构示意图；图5为本实用新型喷头另一实施例的结构剖视图。图4和图5示出了喷头为单方孔结构的示意图。如图4和图5所示，所述喷头的喷孔的设置数量为一个，且所述喷孔设置在所述喷嘴外管100的中心轴线上，所述喷孔的横截面为方形，所述喷孔的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变大(如所述喷孔的纵截面为梯形)。优选地，所述喷孔的外喷夹角(所述梯形的两斜边之间的夹角)也可为0°-120°，所述喷孔进口为2mm×4mm 的矩形。此时，所述喷头喷出的雾流形状为矩形扇形，形成矩形扇形雾化区域。

需要说明的是本实用新型并不限制喷孔的数量和设置位置。本领域技术人员可以根据实际需要进行设计选择。例如，如图6和图7所示，图6为本实用新型喷头又一实施例的结构示意图；图7为本实用新型喷头再一实施例的结构示意图。图6中的喷头与图5相比不同之处在于，图6中所述喷头的喷孔的设置数量为四个，且四个喷孔呈矩形环绕所述喷嘴外管100的中心轴线排列；此时，四方孔结构的喷头喷出的雾流形状为矩形扇形，形成矩形扇形雾化区域。图7中的喷头与图2相比不同之处在于，图7中所述喷头的喷孔的设置数量为六个，且六个喷孔呈圆形所述喷嘴外管100的中心轴线排列；此时，六圆孔结构的喷头喷出的雾流形状为大面积多锥形，形成大面积多锥形雾化区域。另外，还可以采用双方孔结构的喷头等结构，双方孔结构的喷头喷出的雾流形状为双层扇形，形成双层扇形雾化区域。

下面结合具体实施例来说明原料油浆进料雾化喷嘴的结构及工作过程。

当原料油浆进料量为250kg/h-1500kg/h、固含量为40％、进料温度为320℃、进料压力为1.0MPa、反应器内压力为0.15MPa、雾化蒸汽为60kg/h、蒸汽温度为250℃、蒸汽压力为1.0MPa时，原料油浆进料雾化喷嘴的设计示例如下：

原料油浆入口210内径为15mm，一次蒸汽入口111内径为15mm，二次蒸汽入口131内径为10mm，喷嘴外管100外径为36mm，喉管150 内径a为16mm，喉管150长为10mm，二次雾化室130内径为30mm，二次雾化室130长为110mm，蒸汽室110内径为30mm，蒸汽室110 长为100mm，混合雾化室120的缩径口的内径c为12mm，混合雾化室120的外扩角度为90°，原料油浆内喷口220的内径b为8mm，原料油浆内喷口220的内缩角度为50°，渐缩管140的圆锥角β为9°，渐缩管140长为55mm，渐扩管160的圆锥角α为7°，渐扩管160长为70mm，喷头170为单圆孔结构，其喷孔的外喷夹角δ为60°，二次蒸汽入口131与喷嘴外管100之间的夹角γ为45°，原料油浆进料雾化喷嘴的总长度为600mm。

在工作时，原料油浆从原料油浆内喷口220喷出，与经蒸汽室110 进入的高压蒸汽混合冲击、碰撞、破碎，使原料油浆得到第一次雾化；进入混合雾化室120经缩径口使原料油浆得到第二次雾化，之后进入二次雾化室130与二次蒸汽混合、剪切、冲击；由渐缩管140、喉管 150以及渐扩管160组成的收缩扩张雾化区使得蒸汽对原料油浆进行进一步的冲击、破碎，从而使原料油浆得到第三次雾化；经过第三次雾化后蒸汽携带原料油浆进入喷头170。

通过激光粒度仪测出上述结构的原料油浆进料雾化喷嘴以及现有技术中普通喷嘴(如图8所示的市面普通催化裂化喷嘴)在工作时的雾化情况，结果可见下表表1和表2：

表1

表2

从上表可以看出，在原料油浆进料量相同的情况下，经本实用新型的原料油浆进料雾化喷嘴喷出的雾化液滴的平均粒径明显小于经现有技术中的普通喷嘴喷出的雾化液滴的平均粒径。

具体来说，当原料油浆进料量为250kg/h时，本实用新型原料油浆进料雾化喷嘴能够将雾化液滴的平均粒径较现有技术减小一半，而随着原料油浆进料量增加，雾化效果较现有技术更好，例如，当原料油浆进料量为750kg/h时，现有技术中的普通喷嘴喷出的雾化液滴的平均粒径为422μm，而本实用新型的原料油浆进料雾化喷嘴喷出的雾化液滴的平均粒径仅为123μm。当将原料油浆进料量提高为1200kg/h时，本实用新型的原料油浆进料雾化喷嘴喷出的雾化液滴的平均粒径甚至比原料油浆进料量为750kg/h时普通喷嘴喷出的雾化液滴的平均粒径还要小。

综上所述，本实用新型对原料油浆的四次雾化能有效的消除大直径油滴，满足高温热解工艺的进料雾化粒径需求。两次使用蒸汽能够确保原料油浆在原料油浆进料雾化喷嘴内的高速流动，产生更强大的冲击、破碎效果，同时能够防止固体颗粒在原料油浆进料雾化喷嘴内部沉积堵塞，影响雾化效果；二次蒸汽入口倾斜于喷嘴外管的设置能够减少对喷嘴内雾流的冲击，增加喷嘴内部阻力；渐缩管、喉管以及渐扩管的变径作用使得携带原料油浆的蒸汽经历加速、减速，增加蒸汽与原料油浆的速度差，使得蒸汽进一步冲击、破碎原料油浆，使得原料油浆得到雾化；喷头使用具有外喷夹角的喷孔，能够产生更大雾化截面，提高在反应器内接触面面积。

Claims (7)

1.一种原料油浆进料雾化喷嘴，其特征在于，所述原料油浆进料雾化喷嘴包括同轴设置的喷嘴外管和内喷管，所述喷嘴外管内沿原料油浆的流动方向依次设有同轴设置的蒸汽室、混合雾化室、二次雾化室、渐缩管、喉管、渐扩管以及喷头，所述内喷管至少部分位于所述蒸汽室中，所述内喷管靠近混合雾化室的一端为原料油浆内喷口，另一端为原料油浆入口，所述蒸汽室的管壁上设有一次蒸汽入口，所述蒸汽室与所述内喷管之间形成一间隙，所述二次雾化室的管壁上设有两个二次蒸汽入口。

2.如权利要求1所述的原料油浆进料雾化喷嘴，其特征在于，所述一次蒸汽入口的设置位置位于所述原料油浆内喷口与所述原料油浆入口之间。

3.如权利要求1所述的原料油浆进料雾化喷嘴，其特征在于，两个所述二次蒸汽入口对称布置在所述二次雾化室的管壁外侧，所述二次蒸汽入口与所述喷嘴外管之间的夹角为30°-60°。

4.如权利要求1所述的原料油浆进料雾化喷嘴，其特征在于，所述喷头为单方孔结构、双方孔结构、四方孔结构、单圆孔结构或多圆孔结构。

5.如权利要求4所述的原料油浆进料雾化喷嘴，其特征在于，所述喷头的喷孔的外喷夹角为0°-120°。

6.如权利要求4所述的原料油浆进料雾化喷嘴，其特征在于，所述喷头为单圆孔结构，所述喷头的喷孔的设置数量为一个，所述喷孔的横截面为圆形，且所述喷孔的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变大。

7.如权利要求4所述的原料油浆进料雾化喷嘴，其特征在于，所述喷头为单方孔结构，所述喷头的喷孔的设置数量为一个，所述喷孔的横截面为方形，且所述喷孔的横截面沿原料油浆的流动方向逐渐变大。

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