专利名称：一种大处理量进料雾化喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明属于石油化工设备领域，具体涉及一种大处理量进料蒸汽雾化喷嘴。
背景技术：
催化裂化(FCC)是炼油工业中一项重要的石油二次加工技术。当前我国FCC装置 的处理能力正由上世纪的300万吨/年以下逐渐发展到350 500万吨/年的水平。由于 一些难于裂解的原料，如减压渣油、焦化蜡油掺炼量也越来越大，原料的比重大(相对密度 达0. 95 0. 96)，进料温度低、粘度高、生焦量大，因此，良好的进料雾化喷嘴是提高FCC装 置轻质油收率，减少干气和焦炭产率，防止反应系统结焦的关键设备。气/液两相进料喷嘴的雾化过程及其复杂。目前，对这一过程国际上尚无统一的 认识。现有的相似理论尚不能给出工程上可以接受的模化放大设计方法，特别是喷嘴的几 何尺寸对雾化粒度大小和粒度分布的影响更是难以理论确定。因此喷嘴雾化的研究多以冷 态实验研究为主，也就是在一定流量范围内，以实验和测定数据为依据。国内FCC装置目前 采用的一些喷嘴，如KH、BWJ、CS型喷嘴等，单喷嘴的处理量大都在40t/h以下，当超过45t/ h时，出现了以下问题⑴雾化粒度变大；(2)雾化后的流量分布及粒度分布较差。由于喷 嘴性能恶化，使FCC装置的液烃收率难于提高，干气较多，并时有结焦现象发生。对于比重 大、粘度高的原料，需要采用高汽/液比的措施来解决，这与当前降低装置能耗是不相适应 的；或者采用高喷射速度来强化雾化效果，但这往往加大了催化剂的破碎，致使装置的催化 剂单耗加大，并引起提升管的振动。目前我国400万吨/年FCC装置正在设计中，国外最大的装置已达500万吨/年， 每个喷嘴处理量达60 80t/h。装置的处理能力越大，加工每吨原料的投资、消耗越低，而 利润越大，所以大处理量的FCC装置是目前国内外的发展趋势。估计到本世纪二十年代，会 达到600万吨/年，甚至千万吨/年的催化裂化装置也会问世。因此，性能良好的、大处理 量进料雾化喷嘴是我国FCC装置研制工作的当务之急。现有技术中，我国从上世纪末期到本世纪初开发的进料雾化喷嘴，大部分宜用于 300万吨/年以下的FCC装置，单个喷嘴的处理量在20 40t/h，一般不超过50t/h。当装 置加工量进一步增大后，由于装置提升管直径受到工艺要求的限制，如果用增加喷嘴数量 来满足加工量的要求，会造成提升管上无法布局全部喷嘴；或因提升管上打开孔过于密集， 致使提升管强度难于满足安全生产的要求。此外，过多数量的喷嘴，会造成工艺管道、阀门 数量增多，给工艺管道布局及现场操作带来不少困难。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种大处理量进料雾化 喷嘴，适应于处理量为350 600万吨/年的催化裂化装置，且满足轻质油收率高、干气产 率低并减少提升管内生焦的要求，同时达到喷射速度适中，抗磨性能高的目的。本发明是通过以下技术方案实现的
本发明的一种大处理量进料雾化喷嘴，包括一次进气管和二次进气管，两者的中 心轴线与所述喷嘴的中心轴线位于同一直线上；所述二次进气管套在一次进气管的外侧， 其间的夹套空间形成二次进气腔5 ；所述一次进气管包括一次进气口 8、进油口 9、混合室7 和喷射管10 ；所述二次进气管包括二次进气口 6、喷头1和喷孔11，其特征在于在所述一次进气管内的所述混合腔7和喷射管10之间装有组合式旋流器4，所述 组合式旋流器包括一组小直径的旋流器。所述喷嘴采用多点注气结构，即在所述一次进气管内的所述喷射管10的管壁上 开有一组二次气孔3，二次进气从所述二次气孔3进入所述喷射管10 ；在所述二次进气腔5 与所述喷头1衔接处的所述喷射管10出口端附近外管壁与所述二次进气腔5内管壁之间 设有喷头蒸汽孔板2，其上开有一组气孔，二次进气从所述气孔进入喷头1。所述喷头1采用多孔互击结构，即在所述喷头1上开有一组喷孔11，各喷孔11的 中心轴线与所述喷嘴的中心轴线汇交于一个平面上。在具体实施过程中所述组合旋流器4可以包括2个以上小直径的旋流器，其构成并列组合旋流器或 者嵌套组合旋流器。所述并列组合旋流器可以包括2个以上的直径相等的小直径旋流器，其并列固定 在安装板上；所述嵌套组合旋流器包括大直径旋流器和小直径旋流器，所述大直径旋流器 和小直径旋流器呈内外嵌套结构。在所述小直径旋流器上可以有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道。所述旋流槽道 的数量取决于雾化喷嘴的处理量大小。所述喷头蒸汽孔板2可以呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直 径可以为4-10mm ；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行。所述气孔的数量由二 次蒸汽的气量来决定。所述喷头1上可以开有两个或三个喷孔11，所述喷孔11呈扁长槽道，各槽道的中 心轴线汇交于一个平面上。所述喷嘴的中心轴线位于所述平面上。喷孔11的大小根据喷 嘴的喷射角、速度、压降和对雾化粒径的要求算出。所述喷孔11的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2_5mm。所述喷嘴的工作原理是一次工作气体经一次进气口 8与来自进油口 9的原料油在混合室7内混合，经过 组合旋转器4旋转加速喷入喷射管10。组合旋流器4能有效地将气体和液体混合，并利用 旋转作用将液体展成薄膜，高速气体破坏了液粒分子间的表面张力，将液膜打成碎粒，实现 了原料油的一次雾化；二次工作气体经二次进气口 6进入二次进气腔5，其中一部分二次工 作气体由二次气孔3高速射出，进入喷射管10，利用气体和油液的速度差，进一步将油膜撕 碎，同时还破坏了一次雾化后的油粒在喷射管10管壁处的滞留，避免了再次聚合成大液粒 的现象，实现了油液的二次雾化。另一部分二次蒸汽经喷头蒸汽孔板2上的气孔，与来自喷 射管10的气、液混合物一同进入喷头1中，最后经喷头1上的喷孔11射出，通过喷孔11的 收缩和扩散产生一定的压降和速度，最终将液体破碎成微粒。来自喷头气流孔板2的二次 蒸汽能量大、速度高，又来不及与来自喷射管10的液体混合，急速从喷孔11喷出，因压力降 低，气体体积突然膨胀，不但强化了喷孔液体的雾化，而且使喷出的液体液层流量和粒度分布均勻，提高了喷嘴的雾化性能，同时在喷出的液雾周边形成一层气体隔离区，防止油液在 提升管内管壁上结焦。从喷孔11喷出的液层呈均勻的扇形薄膜，避免了催化剂穿过油层时 的接触不均勻性和局部接触时间过长，造成生焦过大的现象。本发明的核心技术是采用了所述的组合式旋流器和多孔互击喷孔。与现有技术相比，本发明的有益效果是(1)适用于350 600万吨/年的重油FCC装置进料雾化喷嘴，单喷嘴的处理量为 60 100t/h，改善了因处理量加大，喷嘴尺寸变化而使雾化效果降低的缺陷；(2)喷嘴雾化粒度在60士 10 μ m的范围内，喷射扇形面上液层分布均勻，轻质油收 率高、干气产率低，并减少了提升管内的结焦；(3)蒸汽耗量低，气/液比在3 6% (原料)之间；(4)喷嘴的喷射速度适中，生产中不会出现催化剂破碎的现象；(5)喷嘴抗磨性能高，使用寿命大于5年。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述图1是本发明提供的喷嘴的结构简2是本发明提供的喷嘴中采用的组合旋流器结构3是本发明提供的喷嘴中采用的互击喷嘴的结构4是本发明实施例的喷嘴布局5是本发明实施例的喷嘴安装图
具体实施例方式如图1所示，一种大处理量进料雾化喷嘴，包括一次进气管和二次进气管，两者的 中心轴线与所述喷嘴的中心轴线位于同一直线上；所述二次进气管套在一次进气管的外 侧，其间的夹套空间形成二次进气腔5 ；所述一次进气管包括一次进气口 8、进油口 9、混合 室7和喷射管10 ；所述二次进气管包括二次进气口 6、喷头1和喷孔11。在所述一次进气管内的所述混合腔7和喷射管10之间装有组合式旋流器4，所述 组合式旋流器包括一组小直径的旋流器。所述喷嘴采用多点注气结构，即在所述一次进气管内的所述喷射管10的管壁上 开有一组二次气孔3，二次进气从所述二次气孔3进入所述喷射管10 ；在所述二次进气腔5 与所述喷头1衔接处的所述喷射管10出口端附近外管壁与所述二次进气腔5内管壁之间 设有喷头气流孔板2，其上开有一组气孔，二次进气从所述气孔进入喷头1。所述喷头1采用互击结构，即在所述喷头1上开有一组喷孔11，各喷孔11的中心 轴线汇交于一个平面，所述喷嘴的中心轴线位于所述平面上。如图2所示，所述组合旋流器4包括2-6个小直径的旋流器，其构成并列组合旋流 器或者嵌套组合旋流器。所述并列组合旋流器如图2(a)所示，包括3个直径相等的小直径旋流器13，其并 列固定在安装板12上。小直径旋流器也可为2个或更多的数量，这由进料流量和雾化蒸汽 量的大小来确定。所述嵌套组合旋流器如图2(b)所示，包括大直径旋流器14和小直径旋流器15，所述大直径旋流器14和小直径旋流器15呈内外嵌套结构。设计时大小两种旋流 器的压降相同。嵌套组合旋流器截面的利用率高，可以减小喷嘴的直径。在所述小直径旋流器上有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道。所述旋流槽道的数 量取决于雾化喷嘴的处理量大小。矩形槽的尺寸大小有最佳要求，当喷嘴流量增大时，每个 槽道的面积变得很大，对液体雾化不利；如增多槽道数量，会使截面利用率很低，喷嘴的直 径变得过大，布局安装困难，因此本发明采用了上述的组合旋流器。组合旋流器既可缩小喷 嘴的直径，又能提高喷嘴的雾化效果，是适用大处理量的进料雾化结构。所述喷头气流孔板2呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直径为 4-10mm ；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行。所述气孔的数量由二次蒸汽的 气量来决定。如图3所示，所述喷头1上开有两个或三个喷孔11，带有两个喷孔的喷嘴称为两槽 互击喷嘴(如图3(a)所示)，带有三个喷孔的喷嘴称为三槽互击喷嘴(如图3(b)所示)。 所述喷孔11呈扁长槽道，各槽道的中心轴线汇交于一个平面，所述喷嘴的中心轴线位于所 述平面上。喷孔11的大小根据喷嘴的喷射角、速度、压降和对雾化粒径的要求算出。本发明 的喷孔结构使每个喷孔的尺寸变小，避免了大尺寸喷孔使雾化液层粒度粗大化的倾向。此 外，两股(或三股)液流射出后，相互交汇碰撞，使液粒进一步均细化。是采用两槽互击，还 是三槽互击要根据每个喷嘴处理量大小和喷头的几何尺寸来决定。所述喷孔11的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2_5mm。硬质合金钢提高了 喷嘴的使用寿命。下面是在具体实施中，该发明的装置所达到的效果某石化厂400万吨/年重油FCC装置，提升管壳壁内径2200mm，采用该专利喷嘴， 工作气体为蒸汽。计算喷嘴的安装尺寸。按年8000小时操作，选用8台旋流喷嘴，每台加工量为62. 5t/h。气/液比5. 5%， 经计算，采用如图2(b)所示的嵌套组合旋流器，喷头采用如图3(a)所示的二槽互击结构。 喷嘴内套筒直径325mm，外套接管直径478mm。喷嘴的布局图见图4，喷嘴的安装图见图5。 经强度计算，提升管满足内压强度要求。若按目前常用的42t/h喷嘴设计，则需12个，提升 管的布局就很困难。上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本 发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本 发明上述具体实施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制 性的意义。
权利要求
一种大处理量进料雾化喷嘴，包括一次进气管和二次进气管，两者的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线位于同一直线上；所述二次进气管套在一次进气管的外侧，其间的夹套空间形成二次进气腔[5]；所述一次进气管包括一次进气口[8]、进油口[9]、混合室[7]和喷射管[10]；所述二次进气管包括二次进气口[6]、喷头[1]和喷孔[11]，其特征在于在所述一次进气管内的所述混合室[7]和喷射管[10]之间装有组合式旋流器[4]，所述组合式旋流器包括一组小直径的旋流器；所述喷嘴采用多点注气结构，即在所述一次进气管内的所述喷射管[10]的管壁上开有一组二次气孔[3]，一部分二次进气从所述二次气孔[3]进入所述喷射管[10]；在所述二次进气腔[5]与所述喷头[1]的衔接处的所述喷射管[10]出口端附近外管壁与所述二次进气腔[5]内管壁之间设有喷头气流孔板[2]，其上开有一组气孔，另一部分二次进气经喷头气流孔板[2]进入喷头[1]；所述喷头[1]采用多孔互击结构，即在所述喷头[1]上开有一组喷孔[11]，各喷孔[11]的中心轴线与喷嘴的中心轴线汇交于同一个平面上。
2.根据权利要求1所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于所述组合旋流器[4]包括2-12个小直径的旋流器，其构成并列组合旋流器或者嵌套组 合旋流器。
3.根据权利要求2所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于所述并列组合旋流器[4]中的小直径旋流器的直径相等，其并列固定在安装板上；所 述嵌套组合旋流器包括大直径旋流器和小直径旋流器，所述大直径旋流器和小直径旋流器 呈内外嵌套结构。
4.根据权利要求1 3之一所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于 在所述的每个小直径旋流器上有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道。
5.根据权利要求1所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于所述喷头气流孔板[2]呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直径为 4-10mm ；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行。
6.根据权利要求1所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于所述喷头[1]上开有两个或三个喷孔[11]，所述喷孔[11]呈扁长槽道，各槽道的中心 轴线与所述喷嘴的中心轴线汇交于一个平面上。
7.根据权利要求1或6所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于 所述喷孔[11]的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2-5mm。
8.根据权利要求3所述的大处理量进料雾化喷嘴，其特征在于 在所述的每个小直径旋流器上有4-12个呈矩形或梯形的旋流槽道；所述喷头气流孔板[2]呈圆环形，沿圆周环面上均布一圈气孔，所述气孔的直径为 4-10mm ；每个气孔的中心轴线与所述喷嘴的中心轴线平行；所述喷头[1]上开有两个或三个喷孔[11]，所述喷孔[11]呈扁长槽道，各槽道的中心 轴线与所述喷嘴的中心轴线汇交于同一个平面上；所述喷孔[11]的周边表面堆焊有硬质合金钢，其厚度为2-5mm。
全文摘要
本发明提供了一种大处理量进料雾化喷嘴，属于石油化工设备领域。本发明采用组合旋流器，多点注气结构以及多孔互击结构的喷头，并且在喷孔处采用了堆焊硬质合金结构。本发明适用于350～600万吨/年的重油FCC装置进料雾化喷嘴，单喷嘴的处理量为60～100t/h，改善了因处理量加大，喷嘴尺寸变化而使雾化效果降低的缺陷，同时喷嘴雾化粒度在60±10μm的范围内，喷射扇形面上液层分布均匀，轻质油收率高、干气产率低，并减少了提升管内的结焦，而且蒸汽耗量低，气/液比在3～6％(原料)之间。另外，喷嘴的喷射速度适中，生产中不会出现催化剂破碎的现象，且喷嘴抗磨性能高，使用寿命大于5年。
文档编号B05B7/02GK101920186SQ20091008637
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月11日 优先权日2009年6月11日
发明者余龙红, 冯喜平, 冯清晓, 岳春国, 张荣克, 戴敏, 李进贤, 杨启业, 王芳, 范声, 闫涛, 陆建平, 陈步学 申请人:中国石油化工集团公司;中国石化工程建设公司;西北工业大学;无锡市石油化工设备有限公司