专利名称：催化裂化进料雾化喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油炼制技术领域，具体涉及一种用于炼油厂催化裂化装置的进料 雾化喷嘴。
背景技术：
催化裂化进料雾化喷嘴的作用是将催化裂化装置的原料(重油或渣油、油浆、回炼 油或是其混合物)，在雾化蒸汽的辅助下，雾化为微细的小颗粒喷入提升管反应器，使 原料在与催化剂接触时完成汽化并进行裂化反应。这是一个传质传热的过程，所以雾化 颗粒越细越小，粒径分布越窄，越容易完成这一过程。随着炼油工艺的发展，为适应"三 快"即"快速反应、快速分离、快速引出"工艺的要求。对雾化喷嘴的要求也越来越高， 即雾化颗粒越细越小，粒径分布尽可能的窄；而且要求喷出速度要尽可能的低，从而减 少雾化射流对催化剂的破碎，减少雾化射流带来的震动，达到降低催化剂损耗的目的。 还必须保证喷嘴磨损要小，保证长周期(以前为一年半为一周期，现在要求为三年)安 全运行的要求。
进入上世纪九十年代后，国外的石油公司加大了对于进料喷嘴的研究力度，Mobil 和Kellog公司于1990年开始进料新型进料雾化喷嘴的开发研究工作，于1994年开发 一种新型进料喷嘴Atomax; U0P公司于1995年开发出一种新型进料喷嘴0ptimix;这些喷 嘴在其混合腔采用了各自不同的蒸汽分布结构和不同的喷口形式，其雾化平均粒径在 60ym左右；Shell公司于1998年开发出一种新型进料喷嘴，并在中国申请了发明专利 98192423.3，这种喷嘴是一种外混式的进料喷嘴，在这种喷嘴内蒸汽与原料油在喷口处 混合，利用蒸汽的高速带动原料油从喷口喷出；上述的喷嘴可以产生催化工艺所需的扁 平扇形的喷雾射流，成为新一代雾化进料喷嘴。
现在国内的同类产品，雾化平均粒径多为(60um -80iim)，极少的能做到(40nm -50um)。由于极大的汽液两相速度差，从而达到撕裂和破碎液体的效果，所以汽相的 速度极大，有些以达到甚或超过音速，能耗大，震动大，波动大。如果达不到这一速度， 喷嘴即不能达到雾化效果，且效果急剧下降，这势必影响操作弹性，同时由于速度大对 催化剂的破碎很严重，影响单剂耗的指标。 发明内容
本实用新型的目的在于1)提供一种能够产生超细雾化颗粒的雾化喷嘴；2)适 当降低喷出口速度，从而减少对催化剂的破碎；3)设计出口保护装置，减少甚至避免 喷出口的磨损；4)广角多层雾化进料更适于提升管反应器的反应要求。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
一种催化裂化进料雾化喷嘴，包括一级雾化区的一级雾化蒸汽进口、原料进口、外壳、螺旋雾化蒸汽生成器、蒸汽螺旋槽、缓冲汽液混合雾化腔、转入二级雾化区的二 级雾化喷嘴、二级雾化区壳体、二级蒸汽进口、 二级蒸汽螺旋生成器、蒸汽螺旋槽、喷 头、喷出口、防磨损保护装置等组成。
螺旋雾化蒸汽生成器的前部为以螺旋升角Y和导程L分布的狭蒸汽螺旋槽，它可 以是连续的也可以是分段的。
蒸汽螺旋槽可以是单头的，也可以是多头的。
螺旋雾化蒸汽生成器的圆管段上，沿轴线方向可分布(1-5)多段狭细蒸汽螺旋槽。 狭细蒸汽螺旋槽螺旋升角Y= (5°-60')。
狭细蒸汽螺旋槽导程L^ (0. 1D-8D)。 D为螺旋雾化蒸汽生成器芯管直径。 狭细蒸汽螺旋槽槽宽为(0.5 mm -10 mm)。
狭细蒸汽螺旋槽的面积之和与螺旋雾化蒸汽生成器芯管截面积比在(5%-50%)之间。 螺旋雾化蒸汽生成器顶部垂直于轴线的平面上开有(2-30)个微细孔。 螺旋雾化蒸汽生成器顶部的微细孔的轴线与螺旋雾化蒸汽生成器的轴线平行。 螺旋雾化蒸汽生成器的顶部的微细孔的直径cN (0.2 mra -5國)。 螺旋雾化蒸汽生成器芯管与的一级雾化外管3直径比为(10%-80%)之间。 转入二级雾化的喷嘴为与二级雾化区外管轴线成角度a的多个斜窄槽，a=(5' -80。)。
转入二级雾化的喷嘴可以是(2-20)个沿二级雾化区外管8轴线分布斜窄槽，斜窄 槽宽度为(0. 5 mm -10 mm)。
转入二级雾化的喷嘴的斜窄槽面积之和与一级雾化外管截面积之比为(10%-90%)。
螺旋雾化蒸汽生成器的前部为以螺旋升角0和导程M分布的狭细螺旋槽，它可以 是连续的也可以是分段的。
螺旋槽可以是单头的，也可以是多头的。
螺旋雾化蒸汽生成器的圆管段上，沿轴线方向可以分布(1-5)多段狭细蒸汽螺旋槽。
狭细蒸汽螺旋槽螺旋升角3= (5°-60°)。
狭细蒸汽螺旋槽其导程M: (0. 1B-8B)。 B为二级蒸汽螺旋生成器芯管直径。 狭细蒸汽螺旋槽的槽宽为(0.5 mm -10 mm)。
狭细蒸汽螺旋槽的面积之和与二级蒸汽螺旋生成器芯管截面积比在(5%-50%)之间。 螺旋雾化蒸汽生成器的顶部垂直于轴线的平面上开有(2-30)个微细孔。 螺旋雾化蒸汽生成器的顶部的微细孔的轴线与螺旋雾化蒸汽生成器的轴线平行。 螺旋雾化蒸汽生成器的顶部的微细孔的直径(1= (0.2 mm -5 mm)。 二级螺旋雾化蒸汽生成器芯管与二级雾化区外管8的直径比为(10%-80%)之间。 螺旋雾化蒸汽生成器顶部与喷出口之间的距离为(0-5)倍于二级雾化区外管的直径。
5喷头可以是球形的，也可以是椭球形的，也可以是方形的。 喷出口可以是2n个，n为正整数如l， 2， 3……。 喷出口形状为三角形的，或扇形的。 喷出口为狭长的，长宽比为(3-10)。
喷出口的顶角为(20°-150°)，宽度为5= (1誦-10腦)。 喷出口为呈一定角度排列的，角度为(5°-30。)。 喷出口顶角中心线与二级雾化区外管的轴线之间的夹角为(0°-30°)。 原料进口与一级雾化外管之间的夹角为(10° -150° )。 一级雾化外管与缓冲汽液混合雾化腔之间的夹角为(30°-150°)。 缓冲汽液混合雾化腔与二级雾化区外管之间的直径比为(10%-80%)之间。 防磨损保护装置在水平剖面上为梯形。 防磨损保护装置在垂直剖面上为梯形。 防磨损保护装置水平面顶角为(30°-165°)。 防磨损保护装置垂直面顶角为(10°-45°)。
防磨损保护装置与喷出口 12之间的距离为(0.5-10)倍的喷出口壁厚。 本实用新型提供的是一种多段多次雾化的内混式雾化喷嘴，在其混合腔内部具有特 殊的气体分配器，通过这种气体分配器，气、液两相在混合腔中以较好的方式接触、破 碎，能够合理地利用雾化蒸汽的能量，蒸汽不必具有很大的速度，蒸汽经过这种特殊设 计的分布器时产生很小的压降，就可以在喷嘴混合腔内部形成匀细的汽液两相流，汽相
以小气泡的形式存在于液相之中；在混合腔中形成的匀细的汽液两相流；在喷嘴的喷出 段具有数个狭长的喷口。通过喷口加速喷出，汽液两相在很小的区域产生非常大的剪切，
使液滴更细小；同时由于喷出口后的泄压，气液两相流内气泡体积迅速膨胀(爆破)，进 一步细化了液滴的粒径。并且这种喷嘴运行平稳，不会产生脉动。由于特殊的气体分配 器，可以降低蒸汽用量，使得蒸汽用量根据不同的工况在(O. 1%_5%)\^内变化.
由于喷口处设计有独特防磨损装置，从而保证了长周期运行的要求(三年)，并且 由于出口形状使得射流形状更能符合提升管反应器的要求，达到快速反应的效果。减少 二次反应，降低干气和焦炭产率，最终实现提高总液收的的目的，而且使得其中高附加 值的轻组分产率提高，具有良好的经济价值。
图1为本实用新型的结构示意图2、图3为本实用新型的螺旋雾化蒸汽生成器5的结构示意图4为本实用新型的螺旋雾化蒸汽生成器5顶部微细孔排列示意图5、图6为本实用新型的二级蒸汽螺旋生成器10的结构示意图7为本实用新型的二级螺旋雾化蒸汽生成器10顶部微细孔排列示意图； 图8、图9，图10、图ll为喷头ll，喷出口12结构示意图；图12、图13为防磨损保护装置15结构示意图。
图中1、 一级雾化蒸汽进口， 2、原料进口， 3、 一级雾化外管，4、蒸汽螺旋槽， 5、螺旋雾化蒸汽生成器，6、缓冲汽液混合雾化腔，7、 二级雾化喷嘴，8、 二级雾化区 外管，9、蒸汽螺旋槽，10、 二级蒸汽螺旋生成器，11、喷头，12、喷出口， 13、 14、 二级蒸汽进口， 15、防磨损保护装置。
具体实施方式
如图l所示，本实用新型由一级雾化蒸汽进口 1，原料进口 2，外壳体3，螺旋雾化 蒸汽生成器5，蒸汽螺旋分布槽4，缓冲汽液混合雾化腔6，转入二级雾化的喷嘴7， 二 级雾化区壳体8， 二级蒸汽进口14， 二级蒸汽螺旋生成器IO，蒸汽螺旋分布槽9，喷头 11，喷出口12，防磨损保护装置15等组成。
如图2，图3，图4所示，螺旋雾化蒸汽生成器5的前部为以螺旋升角Y和导程L 分布的狭细螺旋槽4，它可以是连续的也可以是分段的。螺旋槽4可以是单头的，也可 以是多头的。螺旋雾化蒸汽生成器5的圆管段上，沿轴线方向可以分布(1-5)多段狭 细螺旋槽4。狭细螺旋槽4螺旋升角Y= (5°-60°)。狭细螺旋槽4其导程L= (0. 1D-8D)。 D为螺旋雾化蒸汽生成器5芯管直径。狭细螺旋槽4槽宽为(0.5mm-10ram)。狭细螺 旋槽4的面积之和与螺旋雾化蒸汽生成器5芯管截面积的比在(5%-50%)之间。螺旋雾化 蒸汽生成器5的顶部垂直于轴线的平面上开有(2-30)个微细孔。螺旋雾化蒸汽生成器 5的顶部的微细孔的轴线与螺旋雾化蒸汽生成器5的轴线平行。螺旋雾化蒸汽生成器5 的顶部的微细孔的直径d- (0.2 mm -5 mm)。螺旋雾化蒸汽生成器5芯管与的一级雾化 外管3直径比为(10%-80 之间。
如图5、图6，图7所示，螺旋雾化蒸汽生成器10的前部为以螺旋升角P和导程 M分布的狭细螺旋槽9，它可以是连续的也可以是分段的。螺旋槽9可以是单头的，也 可以是多头的。螺旋雾化蒸汽生成器10的园管段上，沿轴线方向可以分布(1-5)多段 狭细螺旋槽9。狭细螺旋槽9螺旋升角f3 =(5°-60°)。狭细螺旋槽9其导程M=(0. 1B-8B)。 B为二级蒸汽螺旋生成器10芯管直径。狭细螺旋槽9槽宽为(0.5腿-10 mm)。狭细 螺旋槽9的面积之和与二级蒸汽螺旋生成器10芯管截面积的比在(5%_50%)之间。螺旋 雾化蒸汽生成器10的顶部垂直于轴线的平面上开有多个(2-30)微细孔。螺旋雾化蒸 汽生成器10的顶部的微细孔的轴线与螺旋雾化蒸汽生成器10的轴线平行。螺旋雾化蒸 汽生成器10的顶部的微细孔的直径d= (0.2 mm -5 mm)。 二级螺旋雾化蒸汽生成器10 芯管与二级雾化区外管8的直径比为(10%-80%)之间。螺旋雾化蒸汽生成器10的顶部 与喷出口12之间的距离为(0-5)倍的二级雾化区外管8的直径。
如图8、图9，图IO、图11所示，喷头ll可以是球形的，也可以是椭球形的，也 可以是方形的。喷出口12可以是2n个，nS(正整数如l， 2， 3……).喷出口12形状为 三角形的，或扇形的。喷出口 12为狭长的，长宽比为(3-10)。喷出口 12的顶角为 (20°-150°)，宽度为5= (1 mm -10鹏)。喷出口 12为呈一定角度排列的，角度为(5°-30°)。喷出口 12顶角中心线与二级雾化区外管8的轴线之间的夹角为(0°-30°)。 如图12、图13所示，防磨损保护装置15在水平剖面上为梯形。防磨损保护装置 15在垂直剖面上为梯形。防磨损保护装置15水平面顶角为(30°-165°)。防磨损保护装 置15垂直面顶角为(10°-45° )。防磨损保护装置15与喷出口 12之间的距离为(0. 5-10) 倍的喷出口 12的壁厚。
喷嘴的长度和外管长度需要根据现场情况确定，根据处理量确定外管直径，总体 要求喷嘴一级雾化区原料油流速控制在(5 m/s -10m/S).
在一级雾化区，雾化蒸汽由进口 l进入蒸汽螺旋生成器5，通过螺旋蒸汽分布槽4 进入外壳3与5的芯管之间的环形空间与由2进入的原料油雾化混合，在螺旋蒸汽分布 槽4上处处都有蒸汽以某一设计角度对原料油进行破碎，撕裂，剪切，并在汽液压力和 重力及二级雾化区的负压作用下向缓流汽液混合腔6运动，由喷出口 7梯次进入二级雾 化区，在二级雾化区蒸汽自14进入，经过蒸汽螺旋发生器IO，蒸汽经螺旋分布槽9喷 入二级雾化区外管8和蒸汽螺旋发生器10芯管之间的环形空间，在沿程方向上，蒸汽 处处对汽液两相流剪切，撕碎，破碎，使得颗粒进一步细化，并向喷出口运动，经喷头 上的喷出口 12喷出，经过喷出口的剪切，进入提升管反应器，由于提升管内压力骤降 使得两相流中的小气泡体积剧增突然爆破使颗粒细化并与催化剂碰撞、剪切完成最后的 雾化在催化剂表面形成微细雾滴。完成整个雾化过程，形成极细的颗粒(平均粒径20um -40y m)。
通过以上论述可以看出，本实用新型在一级雾化区， 一级蒸汽发生器，缓流雾化 区，进入二级雾化区的喷出口， 二级雾化区蒸汽发生器，喷出口以及防磨损装置都有独 到的设计理念，这样，在很小的压降下，便能在混合腔内形成均细的汽液两相流，使雾 化颗粒更加细化均匀；由于螺旋气体分布发生器能使大颗粒向中心运动，在中心微细孔 蒸汽的作用下，再次细化，从而极大限度的减少大颗粒的存在；利用压力雾化、气泡雾 化原理的结合。同时由于喷出口的设计，使得喷雾射流达到提升管反应器对进料喷嘴的 要求。并能做到保证长周期安全操作的要求。还可以减少雾化蒸汽的用量，更适合于现 在对环保要求(蒸汽用量可控制在(0.3%-5%)WT，也可随要求变化)。
权利要求1.一种催化裂化进料雾化喷嘴，包括一级雾化区和二级雾化区，其特征在于所述的一级雾化区以螺旋雾化蒸汽生成器(5)为主体结构，螺旋雾化蒸汽生成器(5)的外层包有一级雾化外管(3)，螺旋雾化蒸汽生成器(5)的后端连接一级雾化蒸汽进口(1)，侧面有原料进口(2)，螺旋雾化蒸汽生成器(5)的前部分布有蒸汽螺旋槽(4)；一级雾化区和二级雾化区共用缓冲汽液混合雾化腔(6)，缓冲汽液混合雾化腔(6)中有二级雾化的喷嘴(7)，二级雾化区以二级蒸汽螺旋生成器(10)为主体结构，二级蒸汽螺旋生成器(10)的外层包有二级雾化外管(8)，二级蒸汽螺旋生成器(10)的前部分布有蒸汽螺旋槽(9)，二级雾化区前部、缓冲汽液混合雾化腔(6)的前端有二级蒸汽进口(14)，二级雾化外管(8)的末端连接有喷头(11)和喷出口(12)，尾端装有防磨损保护装置(15)。
2. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于所述螺旋雾化蒸汽 生成器(5)的前部为以螺旋升角Y和导程L分布有狭细的蒸汽螺旋槽(4)，该螺旋升 角Y=5°-6(T，导程L=0. ID-8D， D为螺旋雾化蒸汽生成器(5)芯管的直径；蒸汽螺旋 槽(4)的槽宽为0. 5 mm -10 mm;该狭细的蒸汽螺旋槽(4)可以是连续的也可以是分段的；该狭细的蒸汽螺旋槽(4) 可以是单头的，也可以是多头的；可在螺旋雾化蒸汽生成器(5)的圆管段上，沿轴线 方向可以分布1—5段狭细蒸汽螺旋槽(4)。
3. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于螺旋雾化蒸汽生成 器(5)顶部有多个微细孔，与狭细的蒸汽螺旋槽(4)组成雾化蒸汽的组合分布；螺旋 雾化蒸汽生成器(5)顶部、垂直于轴线的平面上开有多个微细孔；螺旋雾化蒸汽生成 器(5)顶部微细孔的轴线与螺旋雾化蒸汽生成器(5)的轴线平行；螺旋雾化蒸汽生成 器(5)顶部微细孔的直径d=0. 2 mm-5 mm;狭细的蒸汽螺旋槽(4)的面积之和与螺旋 雾化蒸汽生成器(5)的芯管截面积之比在5%-50%之间；螺旋雾化蒸汽生成器(5)之芯 管与一级雾化外管(3)的直径比在10%-80%之间；螺旋雾化蒸汽生成器(5)的顶端与 二级雾化区外管(8)之间的距离为(0-5)倍二级雾化区外管(8)的直径。
4. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于所述的二级雾化喷 嘴(7)为与二级雾化区外管(8)轴线成角度a的多个斜窄槽，二级雾化的喷嘴(7) 可以是2-20个沿二级雾化区外管(8)轴线分布斜窄槽，二级雾化的喷嘴(7)的斜角 a =5°-80°，转入二级雾化的喷嘴(7)的斜窄槽宽度为0.5 mm -10醒，转入二级雾化 的喷嘴(7)的斜窄槽面积之和与一级雾化外管(3)的截面积之比为10%-90%。
5. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于螺旋雾化蒸汽生成 器(10)的前部为以螺旋升角P和导程M分布有狭细蒸汽螺旋槽(9)，狭细蒸汽螺旋 槽(9)的螺旋升角e=5°-6CT，其导程M=0.1B-8B， B为二级蒸汽螺旋生成器(10)芯 管的直径；狭细的蒸汽螺旋槽(9)槽宽为0.5腿一10 mm。
6. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于螺旋雾化蒸汽生成 器(10)顶部有多个微细孔、与狭细蒸汽螺旋槽(9)组成雾化蒸汽的组合分布；狭细 的蒸汽螺旋槽(9)可以是连续分布也可以是分段分布的；可以是单头的，也可以是多 头的；在螺旋雾化蒸汽生成器(10)的圆管段上，可沿轴线方向分布1-5段狭细的蒸汽 螺旋槽(9)。
7. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于所述的螺旋雾化蒸 汽生成器(10)顶部垂直于轴线的平面上开有2-30个微细孔，螺旋雾化蒸汽生成器(10)顶部的微细孔之轴线与螺旋雾化蒸汽生成器(IO)的轴线平行；螺旋雾化蒸汽生成器(IO)顶部微细孔的直径d=0. 2 mm -5 mm;狭细的蒸汽螺旋槽(9)的面积之和与二级蒸汽螺 旋生成器(10)芯管截面积之比在5%-50%之间；二级螺旋雾化蒸汽生成器(10)的芯管 与二级雾化区外管(8)的直径比在10%-80%之间；螺旋雾化蒸汽生成器(10)的顶部与 喷出口 12之间距离为0-5倍于二级雾化区外管(8)的直径。
8. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于所述的喷头(11) 可以是球形的，也可以是椭球形或方形的；所述的喷出口 (12)可以是2n个，n为正整 数；所述喷出口 (12)的形状为三角形或扇形；喷出口 (12)可为狭长的，长宽比为3-10; 喷出口 (12)的顶角为20°-150。，喷出口 (12)的宽度为5=1腿-IO鹏；喷出口 (12) 为呈一定角度排列的，排列角度为5。-30。；喷出口 (12)的顶角中心线与二级雾化区外 管(8)轴线之间的夹角为0。-30。。
9. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于所述的原料进口 (2) 与一级雾化区外管(3)之间的夹角为10°-150°; —级雾化区外管(3)与缓冲汽液混合 雾化腔(6)之间的夹角为30°-150°;缓冲汽液混合雾化腔(6)与二级雾化区外管(8) 之间的直径比在10%-80%之间。
10. 根据权利要求1所述的催化裂化进料雾化喷嘴，其特征在于所述的防磨损保护装置(15)在水平剖面上为梯形；防磨损保护装置(15)在垂直剖面上为梯形；防磨损保护装置(15)的水平面顶角为30°-165°;防磨损保护装置(15)的垂直面顶角为 10。-45°;防磨损保护装置(15)与喷出口 (12)之间的距离为0.5-10倍于喷出口 (12) 的壁厚。
专利摘要本实用新型涉及一种催化裂化进料雾化喷嘴，适用于炼油厂的催化裂化装置上。它由一级雾化蒸汽进口，原料进口，外壳体，螺旋雾化蒸汽生成器，蒸汽螺旋分布槽，缓冲汽液混合雾化腔，转入二级雾化的喷嘴，二级雾化区壳体，二级蒸汽进口，二级蒸汽螺旋生成器，蒸汽螺旋分布槽，喷头，喷出口，防磨损保护装置等组成。本实用新型的优点在于雾化颗粒均细，平均粒径小，3-4倍于平均粒径的大颗粒少，操作弹性好。喷雾形状更适合于提升管反应器的分布要求，压降低，蒸汽用量小，耐磨损，确保长周期运行。重要的一点是可以改善产品分布，提高总液收，提高轻质产品的收率。
文档编号C10G11/00GK201292351SQ20082013974
公开日2009年8月19日 申请日期2008年10月27日 优先权日2008年10月27日
发明者马同波 申请人:马同波