专利名称：一种催化裂化进料喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型属于石化行业催化裂化装置，具体涉及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，如CN2069757U ；第二类是靶式喷嘴如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，形成气雾两相流， 最后在喷头喷口处加速，实现二次雾化。该喷嘴雾化强度高，但需要较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，如CN20M461U ；第四类是双流体离心式喷嘴，如CN2356752Y，其中采用了两相旋 流器，它主要是在混合室和雾化室之间焊接了一个旋流室，在旋流室里嵌着一个旋流器，使 油料与蒸汽的混合物通过旋流室上的内喷口进行离心雾化，在雾化室后面焊接一个加速段 和一个稳定段，以形成稳定的两相雾状流，经喷头的外喷口再次雾化便可达到很高的雾化 质量。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 嘴所需较高的进料压力、较多的雾化蒸汽，导致能耗较高。
实用新型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，本实用新型提供一种催化裂化进料喷嘴，其技术方案是该催化 裂化进料喷嘴包含磁化机构和雾化机构。磁化机构设有磁性材料和固定件，磁化机构设置 在雾化机构的进料管前端，进料导管经过磁化机构形成的磁场后与进料管相连。雾化机 构设有嘴体、进料管、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，其特征在于嘴体的另一端依次设有与嘴体同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管，嘴 体、旋流段锥管和旋流段圆管内与其同轴设置有蒸汽分布管，蒸汽分布管在靠近喷头的一 端设有锥头管，另一端为蒸汽入口，蒸汽分布管和锥头管上分别至少设置1圈向喷头的方向倾斜的蒸汽分布孔，所述的进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，蒸汽分布 管与旋流段圆管和旋流段锥管之间形成旋流腔，蒸汽分布管和锥头管与嘴体之间形成混合腔。本实用新型进一步特征在于所述磁化机构的磁性材料有一组或多组，每组磁性 材料分两块，呈相对设置。本实用新型进一步特征在于所述磁化机构的每组磁性材料是永久磁铁或其他具 有强磁性的材料制成，一面为N极，另一面则为S极。本实用新型进一步特征在于所述进料管的轴心线与喷嘴轴心线的夹角κ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. 1 2. 5，蒸汽分布管上设有1 60圈蒸汽分布孔，蒸汽分布管上的蒸汽分布孔的轴心线 与喷嘴轴心线的夹角Y为10 80度，锥头管的锥角角度α为10 90度，锥头管上设有 1 30圈蒸汽分布孔，锥头管上的蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角β为10 80 度。本实用新型进一步特征在于所述蒸汽分布管上每圈设有4 30个蒸汽分布孔。本实用新型进一步特征在于所述锥头管上每圈设有2 30个蒸汽分布孔。本实用新型进一步特征在于所述蒸汽分布孔的直径为1 10毫米。本实用新型进一步特征在于所述蒸汽分布管上设有2 60圈蒸汽分布孔，锥头 管上设有2 30圈蒸汽分布孔。本实用新型进一步特征在于蒸汽分布管和锥头管上所有相邻两圈的蒸汽分布孔 错开布置。本实用新型与现有技术相比具有如下的有益效果本实用新型在操作过程中，原 料在进料导管中通过磁化机构形成的磁场被磁化，由于磁场的作用，使得原料内聚力减小， 表面张力下降，从而使原料分子势垒下降、分子内部结构松弛、粘度降低，这些变化使原料 的雾化性能得以改善。磁化后的原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，能量损耗降低。进料在旋流腔内进行旋转流动，并在旋 流段锥管处利用圆锥的收缩使旋转速度增大，离心力场得到强化；之后进入混合腔，在混合 腔内继续旋转流动，并与蒸汽分布孔喷出的雾化蒸汽(水蒸汽)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。蒸汽分布管和锥头 管上的各圈蒸汽分布孔一般是沿喷嘴轴心线的方向均勻分布，所以可使水蒸汽均勻地与进 料混合，形成稳定的气液两相泡状流。水蒸汽由倾斜的蒸汽分布孔喷出时与喷嘴轴心线保 持一定的角度，使其流动阻力减小，喷嘴的压降降低。气液两相泡状流最后进入喷头内的空 腔，然后在喷口处加速并由喷口喷出，喷出后，由于压力降低，泡状流中的气体迅速膨胀爆 炸，将进料雾化成非常细小的液滴。这样，就可提高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，提高装置的轻质油产率并降低生焦量。本实用新型催化裂化进料喷嘴经测试表明，在气液比为7. 5%时，进料雾化粒径 (索太尔直径)一般在60微米左右，雾化颗粒的喷射速度<38.2米/秒。雾化均勻，均勻 指数在3以上。并且，只需使用较低的进料压力(一般为0.3 0.6MPa)即可得到很好的雾化效果，这样就降低了喷嘴的能耗。此外，前述水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。
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雾化进料喷嘴的磁化机构示意图。图2是本实用新型催化裂化雾化进料喷嘴的雾化机构沿轴向的剖视图。图3是图2中的A-A旋转剖视图。图中1-喷口，2-喷头，3-锥头管，4-蒸汽分布管，5-混合腔，6_进料管，7_蒸汽入口， 9-旋流腔，10-嘴体，11-蒸汽分布孔，12-封堵板，20-进料导管，21a、21b-磁性材料，22-固 定件，81-旋流段圆管，82-旋流段锥管。图2和图3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所示的本实用新型催化裂化进料喷嘴。包含磁化机构和雾化 机构。磁化机构设有磁性材料21 (a，b)和固定件22，磁化机构设置在雾化机构的进料管6 前端，进料导管20经过磁化机构形成的磁场后与进料管6相连。雾化机构设有嘴体10、进 料管6、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。嘴体10的另一端依次与嘴体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为圆锥面形。嘴体10、旋流段锥管82和旋流段圆管81内与其同轴设置有 蒸汽分布管4。蒸汽分布管4在靠近喷头2的一端设有锥头管3，另一端为蒸汽入口 7。旋 流段圆管81的端部设有封堵板12 ；蒸汽分布管4与封堵板12相连，其端部的蒸汽入口 7位 于封堵板12的外侧。锥头管3为圆锥面形，一端敞口、与蒸汽分布管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，它还可以是锥尖或圆头结构等(图中未示出)。蒸汽分布管4和锥头管3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。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。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，蒸汽分布管4和 锥头管3与嘴体10之间形成混合腔5。旋流腔9和混合腔5的横截面形状均为圆环形。参见图1，本实用新型的结构参数一般如下进料管6的轴心线与喷嘴轴心线的夹 角κ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。蒸汽分布管4上设有1 60圈蒸汽分布孔11，每圈设有 4 30个蒸汽分布孔11。蒸汽分布管4上的蒸汽分布孔11的轴心线与喷嘴轴心线的夹角 Y为10 80度。锥头管3的锥角角度α为10 90度；锥头管3上设有1 30圈蒸汽 分布孔11，每圈设有2 30个蒸汽分布孔11。锥头管3上的蒸汽分布孔11的轴心线与喷 嘴轴心线的夹角β为10 80度。蒸汽分布孔11的直径为1 10毫米。上述的夹角Y与夹角β可取相同或不同的数值。蒸汽分布管4和锥头管3上所设的各圈蒸汽分布孔11 的数量可以相同，也可以不同。参见图2，在蒸汽分布管4和锥头管3上分别设置两圈以上的蒸汽分布孔11时，相 邻两圈蒸汽分布孔11之间的间距一般为10 60毫米。该间距是指以相邻两圈蒸汽分布 孔11的轴心线为母线绕喷嘴轴心线旋转所形成的两个相邻的虚拟圆锥面之间的距离。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，磁化机 构的形状、长度，视现场情况和进料量而定，其位置应尽量接近雾化机构；嘴体10的直径和 蒸汽分布管4的直径根据进料量和雾化蒸汽用量确定，喷嘴的总长度根据现场的具体情况 确定。蒸汽分布管4和锥头管3上的各圈蒸汽分布孔11 一般是沿喷嘴轴心线的方向均 勻分布，以使由各蒸汽分布孔11喷出的水蒸汽能够均勻地与进料混合。锥头管3上的各圈 蒸汽分布孔11自锥头管3的封闭端开始布置，布置范围为锥头管3的全长度。蒸汽分布管 4上的各圈蒸汽分布孔11自蒸汽分布管4与锥头管3相连的一端开始布置，布置极限位置 在蒸汽分布管4对应于嘴体10与旋流段锥管82连接处的位置。为使由蒸汽分布孔11喷出的水蒸汽能够在混合腔5内分布得更为均勻并与进料 更加充分地混合，蒸汽分布管4和锥头管3上所有相邻两圈的蒸汽分布孔11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。原料(各种催化裂化原料 油，例如VG0、焦化蜡油、常压渣油、减压渣油或其混合原料等)经进料导管20通过磁化机 构形成的磁场后，进入进料管6连接，原料沿旋流段圆管81的切向注入旋流腔9，在旋流腔 9内进行旋转流动，并在旋流段锥管82处利用圆锥的收缩使旋转速度增大后进入混合腔5， 继续旋转流动。原料在混合腔5内形成高强度湍流场，在离心力的作用下被展成薄膜，并在 湍流脉动产生的瞬时随机剪切力作用下破碎，实现第一次雾化。水蒸汽由蒸汽入7进入蒸 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内的原料 混合，形成稳定的气液两相泡状流。气液两相泡状流最后在喷口 1处加速，并经喷口 1喷 出；喷出后，由于压力降低，泡状流中的气体迅速膨胀爆炸，使进料液滴进一步破碎，实现最 终雾化。雾化后的原料继而进入催化裂化提升管反应器进行反应。
权利要求1.一种催化裂化进料喷嘴，包括磁化机构和雾化机构，磁化机构设有磁性材料和 固定件(22)，磁化机构设置在雾化机构的进料管(6)前端，进料导管OO)经过磁化机构形 成的磁场后与进料管(6)相连，雾化机构设有嘴体(10)、进料管(6)、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O)，喷头( 上设有喷口(1)，其特征 在于嘴体(10)的另一端依次设有与嘴体(10)同轴设置的旋流段锥管(82)和旋流段圆管 (81)，嘴体(10)、旋流段锥管(8 和旋流段圆管(81)内与其同轴设置有蒸汽分布管G)， 蒸汽分布管(4)在靠近喷头O)的一端设有锥头管(3)，另一端为蒸汽入口(7)，蒸汽分布 管(4)和锥头管C3)上分别至少设置1圈向喷头O)的方向倾斜的蒸汽分布孔(11)，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，蒸汽分布管(4)与旋 流段圆管(81)和旋流段锥管(8 之间形成旋流腔(9)，蒸汽分布管(4)和锥头管( 与嘴 体(10)之间形成混合腔(5)。
2.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于所述磁化机构的磁性材料 (21)有一组或多组，每组磁性材料分两块，呈相对设置。
3.根据权利要求1或2所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于所述磁化机构的每组 磁性材料是永久磁铁或其他具有强磁性的材料制成，一面为N极，另一面则为S极。
4.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于所述进料管(6)的轴心线 与喷嘴轴心线的夹角κ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，蒸汽分布管(4)上设有1 60圈 蒸汽分布孔(11)，蒸汽分布管(4)上的蒸汽分布孔(11)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角Y 为10 80度，锥头管(3)的锥角角度α为10 90度，锥头管(3)上设有1 30圈蒸汽 分布孔(11)，锥头管(3)上的蒸汽分布孔(11)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角β为10 80度。
5.根据权利要求1或4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于所述蒸汽分布管(4)上 每圈设有4 30个蒸汽分布孔(11)。
6.根据权利要求1或4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于所述锥头管(3)上每 圈设有2 30个蒸汽分布孔(11)。
7.根据权利要求1或4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于所述蒸汽分布孔(11) 的直径为1 10毫米。
8.根据权利要求1或4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于所述蒸汽分布管(4)上 设有2 60圈蒸汽分布孔(11)，锥头管(3)上设有2 30圈蒸汽分布孔(11)。
9.根据权利要求1或4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于蒸汽分布管(4)和锥 头管C3)上所有相邻两圈的蒸汽分布孔(11)错开布置。
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。本实用新型设置原料磁化机构和雾化机构，磁化机构设置在雾化机构的进料管前端，雾化机构设有嘴体，嘴体的出口端设有喷头，另一端依次设有与嘴体同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管，嘴体、旋流段锥管和旋流段圆管内与其同轴设置有蒸汽分布管，蒸汽分布管在靠近喷头的一端设有锥头管，蒸汽分布管和锥头管上分别至少设置一圈向喷头的方向倾斜的蒸汽分布孔。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B05B7/04GK201862497SQ201020595310
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者侯玉兰, 刘丹, 叶安道, 王绍才, 苏秦豫, 黄文水 申请人:中国石化集团洛阳石油化工工程公司, 中国石油化工股份有限公司