一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴的制作方法

文档序号:10969342
一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于石油加工行业领域,涉及一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,主要包括一次蒸汽内通道、原料油通道、二次蒸汽外环通道、一次蒸汽孔、旋流器、混合腔、收缩段、喉管、扩张段、二次蒸汽孔、喷头、喷孔几部分组成。本实用新型催化裂化进料喷嘴将机械雾化与气动雾化方式结合,综合运用了离心力作用、气液速度差作用、气泡雾化作用三种雾化方式,雾化效果好,雾滴粒径小;喷头上开设若干喷孔,增大了喷雾场范围,改善了提升管内油雾与催化剂分布状况,减小了雾化液滴二次聚合成大液滴;本实用新型的进料喷嘴能有效提高整个催化裂化装置的效率,增加轻质油品收率,减小生焦量,提高经济效益。
【专利说明】
一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴
技术领域
[0001]本实用新型属于石油加工行业技术领域,涉及一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴。
【背景技术】
[0002]随着人类对石油能源的消耗,全球原油呈现劣质化趋势,为最大限度的提高原油利用率,重质油深度加工技术成为炼油行业亟待开发投入的重点,平均轻质油收率是一个国家重质油加工水平的关键衡量标准。催化裂化是一种最重要的原油深度加工工艺,在炼油行业中占有绝对重要的位置。催化裂化工艺是指重质油品或渣油等原料油经过进料喷嘴雾化成细小的油雾,喷射进反应器,油雾迅速气化并与高温催化剂结合,发生裂解反应,长链断裂,生成高辛烷值汽油、煤油、柴油及轻烯烃等轻质油品产物。
[0003]进料喷嘴是催化裂化装置的重要设备之一,采用雾化效能高的进料喷嘴,不仅能够减小油雾粒径,加速油雾气化和裂解反应,并且能改善反应器内油雾与催化剂接触状况,从而提高裂解反应效率,提高轻质油品产率,改善产品分布,减少焦炭生成量,带来很好的经济效益。
[0004]目前国内有代表性的催化裂化喷嘴主要分为一下四类:(I)喉管类,包括LPC喷嘴、KH系列喷嘴等,其雾化机理是利用收缩-扩张的喉道形结构,通过气液两相的速度差来撕裂液体薄膜,利用气体的能量使原料油破碎成微细颗粒。(2)靶式喷嘴,包括BX-Π型、Hff型等。原料油在压力作用下,在垂直方向上高速撞击金属靶使之形成破碎的液滴,在横向雾化气流作用下进行第一次雾化,在喷嘴头出口处实现第二次雾化。(3)旋流型雾化喷嘴,包括BWJ喷嘴等。该类喷嘴通过安装旋流装置,利用离心力的作用将液体展成液膜,并减小液体的粘度和表面张力,促进气体对液体的破碎和雾化。(4)气泡式雾化,包括UPC喷嘴等。其雾化机理是气体通过小孔进入液体中形成均匀的气液两相泡状流动,在离开喷嘴出口时气泡由于内外压差的骤然变化而急剧膨胀爆炸,将液体瞬间雾化成细微液滴。
[0005]以上常见的催化裂化进料喷嘴存在的主要问题有:(I)雾化粒径偏大。原料油雾滴粒径最好接近催化剂的平均粒径(60μπι),以保证原料油的汽化速度和反应速度,抑制焦炭的生成,保证催化裂化反应效率,而目前催化裂化进料喷嘴的雾化效能有待提高。(2)喷嘴的喷雾场分布范围小,导致原料油不能覆盖整个提升管区域,存在死区,油雾不能与催化剂流均匀、充分地接触并反应。(3)传统喷头多采用单喷口,油雾大量聚集在喷口处,容易二次汇聚成大液滴,削弱雾化效果。(3)喷嘴压降高,雾化介质耗量大,运行成本高。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型提供了一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,以解决目前常用进料喷嘴存在的雾化粒径大、雾化场分布状态不佳、油雾与催化剂不能充分接触混合以及雾化气体介质耗量大等一系列问题,其采用的技术方案如下:
[0007]—种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,包括一次蒸汽内通道、原料油通道、二次蒸汽外环通道、一次蒸汽孔、旋流器、混合腔、收缩段、喉管、扩张段、二次蒸汽孔、喷头、喷孔,所述的一次蒸汽内通道上沿周向均匀开设一圈一次蒸汽孔;所述的一次蒸汽内通道与原料油通道之间安装旋流器;所述二次蒸汽孔沿周向均匀开设在扩张段上,蒸汽从二次蒸汽外环通道喷入原料油中;所述的喷头为半球形喷头,喷头端面上沿圆周方向均匀开设三圈喷孔。
[0008]所述的一次蒸汽孔沿周向均匀分布在一次蒸汽内通道上,一次蒸汽孔数量为8个,相邻两孔间夹角为45°。
[0009]所述的二次蒸汽孔沿周向均匀分布在扩张段上,其轴线垂直于扩张段壁面;二次蒸汽孔数量为8个,相邻两孔间夹角为45°。
[0010]所述的喷头端面上喷孔由内到外共开设三圈,三圈喷孔轴线与喷嘴中心轴线之间的夹角的数值分别为5°?15°,35°?45°,75°?85°,每圈喷孔的数量为8个,相邻喷孔之间夹角为45°。
[0011 ]本实用新型具有如下优点:
[0012](I)雾化效率高。将机械雾化与气动雾化方式结合,综合运用了离心力作用、气液速度差作用、气泡雾化作用三种雾化方式,雾化效率高,雾滴粒径小。有利于油雾迅速气化,与催化剂接触发生裂解反应,提高了整个催化裂化反应效率,并且减小了结焦现象。
[0013](2)油雾分布状态佳。原料油通过喷头上三圈喷孔喷射流出,分散的流束增大了喷雾场范围,使得雾滴充分覆盖提升管内区域,雾滴与催化剂流接触分布更加均匀;分散的流束还能避免了油雾大量堆积造成二次聚合成大液滴的现象。
[0014](3)蒸汽耗量低。蒸汽作用原理是气泡雾化,并且将蒸汽分为一次蒸汽和二次蒸汽两股,从不同位置进入原料油通道中,蒸汽压降都作用在原料油中,蒸汽利用效率高,节约了喷嘴的运行成本。
【附图说明】
[0015]图1:本实用新型的旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴轴向剖视图;
[0016]图2:图1所示喷嘴的喷头右视图;
[0017]图3:图1所示喷嘴的A-A横截面剖视图。
[0018]符号说明
[0019]1.—次蒸汽内通道、2.原料油通道、3.二次蒸汽外环通道、4.一次蒸汽孔、5.旋流器、6.混合腔、7.收缩段、8.喉管、9.扩张段、10.二次蒸汽孔、11.喷头、12.喷孔。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明:
[0021 ]如图1-3所示,一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,包括一次蒸汽内通道1、原料油通道2、二次蒸汽外环通道3、一次蒸汽孔4、旋流器5、混合腔6、收缩段7、喉管8、扩张段9、二次蒸汽孔10、喷头11、喷孔12,所述的一次蒸汽内通道I上沿周向均匀开设一圈一次蒸汽孔4;所述的一次蒸汽内通道I与原料油通道2之间安装旋流器5;所述二次蒸汽孔10沿周向均匀开设在扩张段9上,蒸汽从二次蒸汽外环通道3喷入原料油中;所述的喷头11为半球形嗔头,嗔头11纟而面上沿圆周方向均勾开设二圈嗔孔12。
[0022]上述的一次蒸汽孔4沿周向均匀分布在一次蒸汽内通道I上,一次蒸汽孔4数量为8个,相邻两孔间夹角为45°。
[0023]上述的二次蒸汽孔10沿周向均匀分布在扩张段9上,其轴线垂直于扩张段9壁面;二次蒸汽孔10数量为8个,相邻两孔间夹角为45°。
[0024]上述的喷头11端面上喷孔12由内到外共开设三圈,三圈喷孔轴线与喷嘴中心轴线之间的夹角的数值分别为5°?15°,35°?45°,75°?85°,每圈喷孔的数量为8个,相邻喷孔之间夹角为45°。
[0025]工作过程:本实用新型的旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴属于气动雾化喷嘴,依靠气体作为雾化介质,将原料油雾化成细小液滴。一般采用水蒸气作为雾化介质,蒸汽分两路分别进入一次蒸汽内通道I和二次蒸汽外环通道3,原料油进入位于两蒸汽通道中间的原料油通道2; —次蒸汽内通道I上沿周向均匀分布一排一次蒸汽孔4,蒸汽通过蒸汽孔高速喷射到原料油中,蒸汽在原料油中降压膨胀,速度急剧增加,形成含大量微小气泡的泡状流,此为第一级气泡雾化。
[0026]—次蒸汽孔4后面安装旋流器5,气液混合物流经旋流器5,在离心力作用下,液体被展成液膜,液体表面积增大,粘性和表面张力降低,气体对于液体的剪切破碎作用增强,气体将原料油撕裂破碎成细液膜或液丝,此为离心力作用雾化。
[0027]气液混合物流经收缩段7,压力能转化为气液动能,气液速度增加,但气体加速明显快于液体,因此气液之间产生速度差,气体冲击剪切原料油,造成液膜破碎。在喉管段8,气液速度差达最大,气液剧烈作用将原料油进一步雾化。在扩张段9,气液速度均有所下降,但气体减速快,液体减速慢,气液之间的速度差再次对原料油产生雾化作用。
[0028]扩张段9上沿周向开设一排二次蒸汽孔10,二次蒸汽通过喷射进入原料油中,给气液混合物中再次带来大量微小气泡,此为第二级气泡雾化。
[0029]喷头11采用的是球型喷头,混合油气通过各喷孔分散喷出,能有效减小油雾的二次汇聚,并且由于各喷孔尺寸相较于单喷口明显减小,有利于气泡瞬间降压膨胀,增强雾化效果;另一方面,三排喷孔的设置有效增加了喷雾范围,有利于油雾更好的覆盖提升管,促进了油雾与催化剂的均匀接触,提高催化裂化反应效率。
[0030]以上以举例方式对本实用新型进行了说明,但本实用新型不限于上述具体实施例,凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。
【主权项】
1.一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,其特征在于:包括一次蒸汽内通道(I)、原料油通道(2)、二次蒸汽外环通道(3)、一次蒸汽孔(4)、旋流器(5)、混合腔(6)、收缩段(7)、喉管(8)、扩张段(9)、二次蒸汽孔(10)、喷头(11)、喷孔(12),所述的一次蒸汽内通道(I)上沿周向均匀开设一圈一次蒸汽孔(4);所述的一次蒸汽内通道(I)与原料油通道(2)之间安装旋流器(5);所述二次蒸汽孔(10)沿周向均匀开设在扩张段(9)上,蒸汽从二次蒸汽外环通道(3)喷入原料油中;所述的喷头(11)为半球形喷头,喷头(11)端面上沿圆周方向均匀开设三圈喷孔(12)。2.根据权利要求1所述的一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,其特征在于:一次蒸汽孔(4)沿周向均匀分布在一次蒸汽内通道(I)上,一次蒸汽孔(4)数量为8个,相邻两孔间夹角为45° ο3.根据权利要求1所述的一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,其特征在于:二次蒸汽孔(10)沿周向均匀分布在扩张段(9)上,其轴线垂直于扩张段(9)壁面;二次蒸汽孔(10)数量为8个,相邻两孔间夹角为45°。4.根据权利要求1所述的一种旋流气泡雾化催化裂化进料喷嘴,其特征在于:喷头(II)端面上喷孔(12)由内到外共开设三圈,三圈喷孔轴线与喷嘴中心轴线之间的夹角的数值分别为5°?15°,35°?45°,75°?85°,每圈喷孔的数量为8个,相邻喷孔之间夹角为45°。
【文档编号】B01J8/00GK205659650SQ201620539374
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】朱晓丽, 仇性启, 宋乃迎
【申请人】中国石油大学(华东)
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