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，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，本实用新型提供一种催化裂化雾化进料喷嘴，其技术方案是该催化裂化雾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、一次蒸汽入口，嘴体的出口端设有喷头，喷头上设有喷口。其特征在于嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的另一端依次连接与其同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管，旋流段圆管的另一端设有封盖，封盖上设有与其同轴的一次蒸汽入口，嘴体、 旋流段锥管和旋流段圆管内与其同轴设置有一次蒸汽分布管，一次蒸汽分布管与嘴体之间设有油气管，一次蒸汽分布管在靠近喷头的一端设有锥头管，另一端为一次蒸汽入口，油气管的一端与旋流段锥管连接，另一端连接二次蒸汽分布器，二次蒸汽分布器的另一端与嘴体连接。一次蒸汽分布管、锥头管和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，进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，一次蒸汽分布管与旋流段圆管和旋流段锥管之间形成旋流腔，一次蒸汽分布管和锥头管与油气管和二次蒸汽分布器之间形成混合腔，二次蒸汽分布器、油气管和嘴体之间形成一个二次气室。本实用新型进一步特征在于所述磁化机构有一组或多组磁性材料，每组磁性材料分两块，呈相对设置，其形状可以是长方形或正方形、圆形或椭圆形任何形状。本实用新型进一步特征在于所述磁性材料是永久磁铁或其他具有强磁性的材料制成，如钕铁硼稀土永磁材料，一面为N极，另一面则为S极。本实用新型进一步特征在于进料管的轴心线与喷嘴轴心线的夹角δ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. 5，一次蒸汽分布管上设有1 60圈一次蒸汽分布孔，每圈设有2 30个蒸汽分布孔，一次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，每圈设有2 30个蒸汽分布孔，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，，二次蒸汽分布器为锥形，其上设有1 10圈蒸汽分布孔，每圈设有2 30个蒸汽分布孔，二次蒸汽分布器上的蒸汽分布孔的轴心线与喷嘴轴心线的夹角ε为0 90度，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一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上分别设置至少2圈的蒸汽分布孔，一次蒸汽分布管和锥头管相邻两圈蒸汽分布孔之间的间距s 为10 60毫米，二次蒸汽分布器上的各圈蒸汽分布孔与轴线的夹角ε沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈蒸汽分布孔与轴线的夹角ε的角度差为10 45度。本实用新型进一步特征在于一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上相邻两圈的蒸汽分布孔都是错开布置。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，动能损耗降低。进料在旋流腔内进行旋转流动，在旋流段锥管处加速后进入混合腔，并与蒸汽分布孔喷出的雾化蒸汽混合。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。一次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，每圈上的蒸汽分布孔一般是分别绕一次蒸汽分布管和锥头管的圆周方向均勻分布，所以可使雾化蒸汽均勻地与进料混合，形成稳定的气液两相雾化流。雾化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。二次蒸汽分布器喷出的二次雾化蒸汽在混合腔末端沿喷嘴的径向，由外向内射入气液两相雾化流，可以破碎气液两相雾化流在油气管内壁形成的液膜，避免大液滴的出现。由二次雾化蒸汽分布器喷出的雾化蒸汽与由一次蒸汽分布管喷出的雾化蒸汽沿喷嘴的径向方向的速度不同，从而增加了气液两相雾化流的湍动强度，提高气液掺混效果。同时二次雾化蒸汽分布器设置在混合腔的末端，其上的各圈蒸汽分布孔与轴线的夹角不同，雾化蒸汽以不同的角度射向喷头内壁，避免进入喷头的气液两相雾化流在喷头内壁的滞流，避免大液滴出现。最后气液两相雾化流在喷口处加速，然后由喷口喷出，利用气体膨胀爆炸，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，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，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(雾化蒸汽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，前述雾化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。附图及
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进料喷嘴沿轴向的剖视图。图3是图1中的A-A旋转剖视图。图4是二次蒸汽分布器上蒸汽分布孔的布置示意图。图1、图2、图3和图4中，相同附图标记所对应的结构，其技术特征相同。图中1-喷口、2-喷头、3-锥头管、4- 一次蒸汽分布管、5-混合腔、6_进料管、7_ —次蒸汽入口、81-旋流段圆管、82-旋流段锥管、9-旋流腔、10-嘴体、11-蒸汽分布孔、12-封盖、 13- 二次蒸汽分布器、14-油气管、15- 二次气室、16- 二次蒸汽入口、20-进料导管，21-磁性材料，22-固定件。
具体实施方式
参见图1、图2、图3和图4的本实用新型催化裂化雾化进料喷嘴。该喷嘴包含磁化机构和雾化机构。磁化机构设有磁性材料21和固定件22，磁化机构设置在雾化机构的进料管14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。参见图2、图3和图4所示的本实用新型催化裂化进料喷嘴的雾化机构。它设有嘴体10、进料管6、一次蒸汽入口 7。嘴体10的出口端设有喷头2，喷头2上设有喷口 1，嘴体 10上设置二次蒸汽入口 16。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的另一端依次连接与其同轴设置的旋流段锥管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内与其同轴设置有一次蒸汽分布管4，一次蒸汽分布管4与嘴体10之间设有油气管14。一次蒸汽分布管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，油气管14的一端与旋流段锥管82 连接，另一端连接二次蒸汽分布器13，二次蒸汽分布器13另一端与嘴体10连接。旋流段圆管81的端部设有封盖12 ；—次蒸汽分布管4与封盖12相连，其端部的蒸汽入口 7位于封盖12的外侧。锥头管3为圆锥面形，一端敞口、与一次蒸汽分布管4相连，另一端封闭。图 2所示锥头管3的封闭端为平板结构，它还可以是锥尖、圆头结构(图略)。一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13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。一次蒸汽分布管4与旋流段圆管81和旋流段锥管82之间形成旋流腔9，一次蒸汽分布管4和锥头管3与油气管14之间形成混合腔5，二次蒸汽分布器13、油气管14和嘴体10之间形成一个二次气室15。旋流腔9、混合腔5和二次气室 15的横截面形状均勻为圆环形。参见图2，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δ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。一次蒸汽分布管4上设有1 60圈蒸汽分布孔11，每圈设有2 30个蒸汽分布孔11。一次蒸汽分布管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。二次蒸汽分布器13为锥形，其上设有1 10 圈蒸汽分布孔11，每圈设有2 30个蒸汽分布孔11，二次蒸汽分布器13上的蒸汽分布孔 11与轴线的夹角ε为0 90度，各圈蒸汽分布孔与轴线的夹角ε沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈蒸汽分布孔与轴线的夹角ε的角度差为10 45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。一次蒸汽分布管 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，在一次蒸汽分布管4和锥头管3上分别设置至少2圈的蒸汽分布孔11 时，相邻两圈蒸汽分布孔11之间的间距S —般为10 60毫米。该间距S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，嘴体10 的直径和一次蒸汽分布管4的直径根据进料量和进汽量确定，喷嘴的总长度根据现场的具体情况确定。一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13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，每圈上的蒸汽分布孔11 一般是分别绕一次蒸汽分布管4、 锥头管3和二次蒸汽分布器13的圆周方向均勻分布，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，一次蒸汽分布管4、锥头管3和二次蒸汽分布器13上所有相邻两圈的蒸汽分布孔11 最好是错开布置，如图2和图4所示。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。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6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处加速后进入混合腔5。进料在混合腔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。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 7进入一次蒸汽分布管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内的进料混合，形成气液两相雾化流，实现第二次雾化。二次雾化蒸汽由二次蒸汽入口进入二次气室，通过二次蒸汽分布器上的蒸汽分布孔11喷入混合腔5的末端和喷头2内腔，加强湍动强度，消除在喷头内的滞流，抑制液膜在喷头2内壁的生成，避免大液滴的出现。气液两相雾化流最后喷口 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爆炸，使进料液滴进一步破碎，实现第三次雾化。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，雾化均勻指数一般可以达到3以上。进料压力一般为0. 3 0. 6MPa，水蒸汽用量一般为进料量的3 6重量％。
权利要求1.一种催化裂化进料喷嘴，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(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)、一次蒸汽入口(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(2)上设有喷口(1)， 其特征在于嘴体(10)上设置二次蒸汽入口(16)，嘴体(10)的另一端依次连接与其同轴设置的旋流段锥管(8 和旋流段圆管(81)，旋流段圆管(81)的另一端设有封盖(12)，封盖(1 上设有与其同轴的一次蒸汽入口(7)，嘴体内腔为圆柱形，嘴体(10)、旋流段锥管 (82)和旋流段圆管(81)内与其同轴设置有一次蒸汽分布管G)，一次蒸汽分布管(4)与嘴体(10)之间设有油气管(14)，一次蒸汽分布管(4)在靠近喷头O)的一端设有锥头管 (3)，另一端为一次蒸汽入口(7)，油气管(14)的一端与旋流段锥管(8 连接，另一端连接二次蒸汽分布器(13)，二次蒸汽分布器(1 的另一端与嘴体(10)连接。一次蒸汽分布管 G)、锥头管C3)和二次蒸汽分布器(1 上至少设置一圈向喷头O)的方向倾斜的蒸汽分布孔(11)，进料管(6)沿旋流段圆管(81)的切向连接于旋流段圆管(81)上，一次蒸汽分布管(4)与旋流段圆管(81)和旋流段锥管(8 之间形成旋流腔(9)，一次蒸汽分布管(4) 和锥头管C3)与油气管(14)和二次蒸汽分布器(1 之间形成混合腔(5)，二次蒸汽分布器 (13)、油气管(14)和嘴体(10)之间形成一个二次气室(15)。
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有一组或多组磁性材料(21)，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，其特征在于所述磁性材料是永久磁铁或钕铁硼稀土永磁材料，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，其特征在于进料管(6)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角δ为30 90度，旋流段锥管(8 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. 5，一次蒸汽分布管(4)上设有1 60圈一次蒸汽分布孔(11)，每圈设有2 30个蒸汽分布孔(11)，一次蒸汽分布管(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C3)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，， 二次蒸汽分布器(1 为锥形，其上设有1 10圈蒸汽分布孔(11)，每圈设有2 30个蒸汽分布孔(11)，二次蒸汽分布器(13)上的蒸汽分布孔(11)的轴心线与喷嘴轴心线的夹角 ε为0 90度，蒸汽分布孔(11)的直径为1 10毫米。
5.根据权利要求1或4所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于一次蒸汽分布管(4)、 锥头管C3)和二次蒸汽分布器(1 上分别设置至少2圈的蒸汽分布孔(11)，一次蒸汽分布管(4)和锥头管( 相邻两圈蒸汽分布孔(11)之间的间距s为10 60毫米，二次蒸汽分布器(1 上的各圈蒸汽分布孔与轴线的夹角ε沿喷嘴径向由内到外依次减小，相邻两圈蒸汽分布孔与轴线的夹角ε的角度差为10 45度。
6.根据权利要求5所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于一次蒸汽分布管、锥头管C3)和二次蒸汽分布器(1 上相邻两圈的蒸汽分布孔(11)都是错开布置。
专利摘要本实用新型公开了一种催化裂化进料喷嘴，以解决现有的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。本实用新型设有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，嘴体上设置二次蒸汽入口，嘴体的出口端设有喷头，嘴体的另一端依次连接与其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一次蒸汽分布管，嘴体与一次蒸汽分布管之间的空腔内设置有油气管，油气管上设有二次蒸汽分布器，一次蒸汽分布管、锥头管和二次蒸汽分布器上分别至少设置1圈向喷头的方向倾斜的蒸汽分布孔，二次蒸汽分布器、油气管和嘴体之间形成一个二次气室。
文档编号B05B15/00GK202063879SQ201120138678
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者侯玉兰, 刘丹, 叶安道, 王绍才, 王长岭, 翁甲壮, 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, 广州中元石油化工工程有限公司