专利名称：一种催化裂化进料喷嘴的制作方法
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缺点是雾化粒径较大，索太尔直径(冷试)大多在60微米 以上；有的喷出速度过大(导致流动不稳定而出现机械振动)，有的雾化不均勻；还有的喷 嘴所需的进料压力较高、雾化蒸汽较多，导致能耗较高。
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 嘴所存在的雾化粒径较大、喷出速度过大、雾化不均勻、所需的进料压力较高和雾化蒸汽较 多导致能耗较高等问题。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，设有嘴 体、进料管、一次蒸汽入口管，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，其特征在于嘴体的另一端依次设有旋流段锥管和旋流段圆管，旋流段锥管和旋流段圆 管的内部形成旋流腔，进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，旋流段圆管的外 端设有封盖，一次蒸汽入口管设于封盖上，嘴体的内腔设有嘴体内件和二次蒸汽分布器，嘴 体内件的一端与旋流段锥管相连，另一端通过连接段与二次蒸汽分布器的一端相连，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的方向倾斜的蒸 汽分布孔，嘴体内件的内部为空腔，依次由预混段、收缩段、喉口段和扩散段组成，预混段以 及一次蒸汽入口管、进料管均与旋流腔相通，嘴体内件的内部空腔与连接段、二次蒸汽分布 器和喷头的内部空间形成混合腔，嘴体、二次蒸汽分布器、连接段、嘴体内件和旋流段锥管之间形成二次气室，嘴体上设有二次蒸汽入口管，与二次气室相通。采用本实用新型，具有如下的有益效果进料雾化的方式，使雾化效果较好(详见 本说明书具体实施方式
部分中本实用新型操作过程的说明)。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。雾化均勻，雾化均勻指数可以达到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(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％ )，即可得到很好的雾化效果，这样就降低了喷嘴的能耗。此 外，雾化蒸汽与进料的混合雾化方式，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。
以下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。
图1是本实用新型催化裂化进料喷嘴沿轴向的剖视图。图2是图1中的A-A旋转剖视图。图1和图2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、一次蒸汽入口管15。嘴体7有一个嘴体内腔，嘴体7的出口端设有喷头2，喷头 2上设有喷口 1。其中喷头2为常规结构，喷口 1可采用现有常用的扁口或多孔状喷口(图 略)。嘴体7的另一端依次设有旋流段锥管13和旋流段圆管10，旋流段锥管13和旋流 段圆管10的内部形成旋流腔17。进料管14沿旋流段圆管10的切向连接于旋流段圆管10 上。旋流段圆管10的外端设有封盖18，一次蒸汽入口管15设于封盖18上。嘴体7的内腔设有嘴体内件11和二次蒸汽分布器4。嘴体内件11的一端与旋流 段锥管13相连，另一端通过连接段41与二次蒸汽分布器4的一端相连；二次蒸汽分布器4 的另一端与喷头2相连。二次蒸汽分布器4上至少设置一圈向喷头2的方向倾斜的蒸汽分 布孔3。嘴体内件11的内部为空腔，依次由预混段9、收缩段8、喉口段6和扩散段5组成。 预混段9以及一次蒸汽入口管15、进料管14均与旋流腔17相通。嘴体内件11的内部空腔 与连接段41、二次蒸汽分布器4和喷头2的内部空间形成混合腔，嘴体7、二次蒸汽分布器 4、连接段41、嘴体内件11和旋流段锥管13之间形成二次气室12。嘴体7上设有二次蒸汽 入口管16，与二次气室12相通。图1、图2所示的喷嘴，嘴体7、进料管14、一次蒸汽入口管15、二次蒸汽入口管16、 旋流段圆管10的横截面形状为圆形，嘴体内件11的外部为圆柱形，旋流段锥管13、连接段 41和二次蒸汽分布器4为圆台面形，预混段9和喉口段6为圆柱形空腔，收缩段8和扩散段 5为圆台形空腔，二次气室12的横截面形状为圆环形。除进料管14和二次蒸汽入口管16之外，喷嘴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14的轴心线与喷嘴轴心 线的夹角S为30 90度，旋流段锥管13的锥角θ为30 130度，收缩段8的锥角β和 扩散段5的锥角α均为5 90度。旋流段圆管10的内径与嘴体7的内径之比为1.0 2. 5，喉口段6的长度与直径之比为0. 5 4. 0。二次蒸汽分布器4上设置1 10圈蒸汽 分布孔3，每圈设置2 30个蒸汽分布孔3。蒸汽分布孔3为圆形孔，直径为1 10毫米。 蒸汽分布孔3的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε为5 90度，同一圈上的各蒸汽分布孔3 的轴心线与喷嘴轴心线的夹角相同。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，例如根据进料 量和一次、二次雾化蒸汽的用量确定。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上设置2圈以上的蒸汽分布孔3时，相邻两圈的蒸汽分布孔3 最好是错开布置，以使二次雾化蒸汽由各蒸汽分布孔3喷出后分布得更加均勻，并与气液 两相雾化流更加充分地混合。二次蒸汽分布器4上设置2圈以上的蒸汽分布孔3时，各圈蒸汽分布孔3的轴心 线与喷嘴轴心线的夹角最好是由内圈至外圈依次减小，相邻两圈蒸汽分布孔3的轴心线与 喷嘴轴心线夹角的角度差一般为5 45度。这样，二次雾化蒸汽由各圈蒸汽分布孔3喷出 后，能以不同角度射向喷头2的内壁，更好地避免进入喷头2内部空间的气液两相雾化流在 喷头2的内壁形成滞流，防止大液滴的出现。二次蒸汽分布器4上每一圈的蒸汽分布孔3，一般都是在相应的各圈上均勻分布， 以使二次雾化蒸汽能够均勻地由各蒸汽分布孔3喷出。本实用新型各部件的材料，为现有催化裂化进料喷嘴的部件所常用的金属材料； 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的切向进入旋流腔 17，使其在进料管14出口处的湍动和扰动程度减弱，动能损耗降低。一次雾化蒸汽(一般 为250 400°C的过热水蒸汽)由一次蒸汽入口管15进入旋流腔17。进料在旋流腔17内 进行旋转流动，并与一次雾化蒸汽混合。之后进料与一次雾化蒸汽在旋流段锥管13处加速 后进入预混段9，进一步混合后流经收缩段8 (流速增加)、喉口段6、扩散段5 (流速减小)、 连接段41、二次蒸汽分布器4，到达喷头2。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。在整个的混合腔内，进料受到一次雾化蒸汽的 作用，形成高强度湍流场；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。另 外，旋转流动使进料在混合腔内的运动轨迹延长，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。进料与一次雾化蒸汽在喉口段6的流速达到最大，利用气 液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，实现进料的雾化。二次 雾化蒸汽(一般为250 400°C的过热水蒸汽)由二次蒸汽入口管16进入二次气室12，最 后通过二次蒸汽分布器4上的蒸汽分布孔3喷入混合腔末端，冲击气液两相雾化流。这可 以加强气液两相雾化流的湍动强度，避免其在喷头2的内壁形成滞流；可以强化进料雾化 效果，抑制液膜在喷头2内壁的生成，防止大液滴的出现。由二次蒸汽分布器4上的蒸汽分 布孔3喷出的二次雾化蒸汽与由一次蒸汽入口管15进入喷嘴的一次雾化蒸汽在喷嘴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。气液两 相雾化流进入喷头2的内部空间后，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，实现进料的最终雾化(雾 化成均勻细小的液滴)。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。雾化均勻指数可以达到3以上。进料压力一 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之比一般为2 10 (按重 量计)。
权利要求1.一种催化裂化进料喷嘴，设有嘴体(7)、进料管(14)、一次蒸汽入口管(15)，嘴体(7) 有一个嘴体内腔，嘴体(7)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(7)的另一端依次设有旋流段锥管(13)和旋流段圆管(10)，旋流段锥管(13)和旋流 段圆管(10)的内部形成旋流腔(17)，进料管(14)沿旋流段圆管(10)的切向连接于旋流段 圆管(10)上，旋流段圆管(10)的外端设有封盖(18)，一次蒸汽入口管(15)设于封盖(18) 上，嘴体(7)的内腔设有嘴体内件(11)和二次蒸汽分布器(4)，嘴体内件(11)的一端与旋 流段锥管(13)相连，另一端通过连接段(41)与二次蒸汽分布器(4)的一端相连，二次蒸汽 分布器(4)的另一端与喷头(2)相连，二次蒸汽分布器(4)上至少设置一圈向喷头(2)的 方向倾斜的蒸汽分布孔(3)，嘴体内件(11)的内部为空腔，依次由预混段(9)、收缩段(8)、 喉口段(6)和扩散段(5)组成，预混段(9)以及一次蒸汽入口管(15)、进料管(14)均与旋 流腔(17)相通，嘴体内件(11)的内部空腔与连接段(41)、二次蒸汽分布器(4)和喷头⑵ 的内部空间形成混合腔，嘴体(7)、二次蒸汽分布器(4)、连接段(41)、嘴体内件(11)和旋 流段锥管(13)之间形成二次气室(12)，嘴体(7)上设有二次蒸汽入口管(16)，与二次气室 (12)相通。
2.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于嘴体(7)、进料管(14)、一 次蒸汽入口管(15)、二次蒸汽入口管(16)、旋流段圆管(10)的横截面形状为圆形，嘴体内 件(11)的外部为圆柱形，旋流段锥管(13)、连接段(41)和二次蒸汽分布器(4)为圆台面 形，预混段(9)和喉口段(6)为圆柱形空腔，收缩段(8)和扩散段(5)为圆台形空腔，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，收缩段⑶的锥角β和扩散段(5)的锥角α均为5 90度，旋流段圆管(10)的 内径与嘴体(7)的内径之比为1.0 2.5，喉口段(6)的长度与直径之比为0.5 4.0，二 次蒸汽分布器(4)上设置1 10圈蒸汽分布孔(3)，每圈设置2 30个蒸汽分布孔(3)， 蒸汽分布孔(3)为圆形孔，直径为1 10毫米，蒸汽分布孔(3)的轴心线与喷嘴轴心线的 夹角ε为5 90度。
3.根据权利要求2所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于二次蒸汽分布器(4)上设 置2圈以上的蒸汽分布孔(3)，相邻两圈的蒸汽分布孔(3)错开布置，各圈蒸汽分布孔(3) 的轴心线与喷嘴轴心线的夹角由内圈至外圈依次减小，相邻两圈蒸汽分布孔(3)的轴心线 与喷嘴轴心线夹角的角度差为5 45度。
专利摘要本实用新型公开了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雾化粒径较大、喷出速度过大、雾化不均匀等问题。本实用新型在嘴体(7)的一端依次设有旋流段锥管(13)和旋流段圆管(10)，进料管(14)沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上。嘴体的内腔设有嘴体内件(11)和二次蒸汽分布器(4)，二次蒸汽分布器上至少设置一圈向喷头(2)的方向倾斜的蒸汽分布孔(3)。嘴体内件的内部为空腔，依次由预混段(9)、收缩段(8)、喉口段(6)和扩散段(5)组成。嘴体上设有二次蒸汽入口管(16)，与二次气室(12)相通。本实用新型主要用于石油加工行业的催化裂化装置。
文档编号B05B1/34GK201776201SQ20102050331
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月21日 优先权日2010年8月21日
发明者侯玉兰, 刘丹, 叶安道, 王绍才, 苏秦豫, 黄文水 申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石化集团洛阳石油化工工程公司;广州中元石油化工工程有限公司