專利名稱：一種催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于石化行業(yè)催化裂化裝置，具體涉及一種催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴。
背景技術(shù)：
在催化裂化(FCC)加工過程中，進(jìn)料噴嘴性能的優(yōu)劣對(duì)裂化反應(yīng)、產(chǎn)品分布起著 重要作用。霧化良好的進(jìn)料與高溫再生催化劑短時(shí)間接觸，使進(jìn)料氣化速度快、反應(yīng)迅速、 催化劑上液體攜帶量降低，提高輕質(zhì)油收率、降低焦炭產(chǎn)率、改善產(chǎn)品分布、防止過度裂化， 消除提升管反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)焦現(xiàn)象，帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。因此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)一直在 不斷開發(fā)和推出新型高效的催化裂化進(jìn)料噴嘴，以適應(yīng)催化裂化技術(shù)發(fā)展的需要并獲取更 大的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)外使用的催化裂化進(jìn)料噴嘴大體分為以下幾類第一類是在喉管式噴嘴 基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，其特點(diǎn)是利用收斂-擴(kuò)張形喉道盡量提高氣體流速和氣液兩相速度差 以增加霧化強(qiáng)度，如CN2069757U ；第二類是靶式噴嘴，如US4434049，其原理是進(jìn)料油在高 壓差作用下形成高速射流撞擊金屬靶，再與橫向氣流作用進(jìn)行第一次霧化，形成氣液兩相 霧化流，最后在噴頭噴口處加速，實(shí)現(xiàn)二次霧化。該噴嘴霧化強(qiáng)度高，但需要很高的進(jìn)料壓 力和較多的霧化蒸汽，因而能耗較高，增加了生產(chǎn)成本和設(shè)備改造的投資；第三類是雙喉道 內(nèi)混合式進(jìn)料噴嘴，如CN20M461U ；第四類是雙流體離心式噴嘴，如CN2356752Y，其中采用 了兩相旋流器，它主要是在混合室和霧化室之間焊接了一個(gè)旋流室，在旋流室里嵌著一個(gè) 旋流器，使油料與蒸汽的混合物通過旋流室上的內(nèi)噴口進(jìn)行離心霧化，在霧化室后面焊接 一個(gè)加速段和一個(gè)穩(wěn)定段，以形成穩(wěn)定的兩相霧狀流，經(jīng)噴頭的外噴口再次霧化便可達(dá)到 很高的霧化質(zhì)量。以上各類噴嘴存在的缺點(diǎn)是霧化粒徑較大，索太爾直徑(冷試)大多在60微米 以上；有的噴出速度過大(導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定而出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng))，有的霧化不均勻，大顆粒所 占比例較大；還有的噴嘴所需的進(jìn)料壓力較高、霧化蒸汽較多，導(dǎo)致能耗較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴，以解決現(xiàn)有的催化裂化進(jìn) 料噴嘴所存在的霧化粒徑較大、霧化不均勻、所需的進(jìn)料壓力較高和霧化蒸汽較多導(dǎo)致管 線震動(dòng)能耗較高等問題。為解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴，其技術(shù)方案是該 催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴包含磁化機(jī)構(gòu)和霧化機(jī)構(gòu)，磁化機(jī)構(gòu)設(shè)有磁性材料和固定件，磁化 機(jī)構(gòu)設(shè)置在霧化機(jī)構(gòu)的進(jìn)料管前端，進(jìn)料導(dǎo)管經(jīng)過磁化機(jī)構(gòu)形成的磁場(chǎng)后與進(jìn)料管相連， 霧化機(jī)構(gòu)設(shè)有嘴體、進(jìn)料管、霧化蒸汽入口，嘴體的出口端設(shè)有噴頭，噴頭上設(shè)有噴口，其特 征在于嘴體的另一端依次設(shè)有與嘴體同軸設(shè)置的旋流段錐管和旋流段圓管相連，旋流段 圓管的另一端設(shè)有封蓋，封蓋上設(shè)有與其同軸的蒸汽入口，嘴體內(nèi)部依次設(shè)置擴(kuò)散段、喉口 段、收縮段和預(yù)混段，擴(kuò)散段與噴頭連接，預(yù)混段與旋流段錐管連接，進(jìn)料管沿旋流段圓管的切向連接于旋流段圓管上，旋流段圓管和旋流段錐管內(nèi)部形成旋流腔，噴頭、擴(kuò)散段、喉 口段、收縮段和預(yù)混段內(nèi)部形成混合腔。本實(shí)用新型進(jìn)一步特征在于所述磁化機(jī)構(gòu)有一組或多組磁性材料，每組磁性材 料分兩塊，呈相對(duì)設(shè)置。本實(shí)用新型進(jìn)一步特征在于所述磁性材料是永久磁鐵或其他具有強(qiáng)磁性的材料 制成，一面為N極，另一面則為S極。本實(shí)用新型進(jìn)一步特征在于進(jìn)料管的軸心線與噴嘴軸心線的夾角δ為30 90 度，旋流段錐管的錐角θ為30 130度，旋流段圓管的內(nèi)徑與預(yù)混段的內(nèi)徑之比分別為 1. 1 2. 5，擴(kuò)散段和收縮段為錐形，擴(kuò)散段和收縮段與噴嘴軸心線的夾角α和β均為5 90度，喉口段和預(yù)混段為圓柱形，喉口段的長(zhǎng)徑之比為0. 5 4. 0。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的有益效果本實(shí)用新型在操作過程中，原 料在進(jìn)料導(dǎo)管中通過磁化機(jī)構(gòu)形成的磁場(chǎng)被磁化，由于磁場(chǎng)的作用，使得原料內(nèi)聚力減小， 表面張力下降，從而使原料分子勢(shì)壘下降、分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)松弛、粘度降低，這些變化使原料 的霧化性能得以改善。磁化后的原料經(jīng)進(jìn)料管沿旋流段圓管的切向注入旋流腔，使其在進(jìn) 料管出口處的湍動(dòng)和擾動(dòng)程度減弱，動(dòng)能損耗降低。進(jìn)料在旋流腔內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，在旋流 段錐管處加速后進(jìn)入混合腔，并與蒸汽入口進(jìn)入的霧化蒸汽混合。進(jìn)料在離心力的作用下 被展成薄膜，增大了液體的表面積，進(jìn)一步降低了液體的粘性和表面張力；同時(shí)，原料在湍 流脈動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)隨機(jī)剪切力作用下破碎。另外，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使進(jìn)料在混合腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡 延長(zhǎng)，增加了與霧化蒸汽的混合時(shí)間，提高了水蒸汽的利用率和霧化效果。最后氣液兩相霧 化流在噴口處加速，然后由噴口噴出，將原料霧化成均勻細(xì)小的液滴。這樣，就可提高原料 與催化劑的接觸面積，從而改善催化裂化裝置的反應(yīng)狀況，提高裝置的輕質(zhì)油產(chǎn)率并降低 生焦量。本實(shí)用新型催化裂化霧化進(jìn)料技術(shù)經(jīng)測(cè)試表明，進(jìn)料霧化粒徑(索太爾直徑)一 般在55微米左右，噴口處的噴射速度一般為60米/秒左右。霧化均勻，均勻指數(shù)可以達(dá)到 3以上。并且，只需使用較低的進(jìn)料壓力(一般為0. 3 0. 6MPa)和較少的霧化蒸汽(霧化 蒸汽用量一般為進(jìn)料量的3 6重量％ )，即可得到很好的霧化效果，這樣就降低了噴嘴的 能耗。此外，前述霧化蒸汽與進(jìn)料在混合腔內(nèi)的混合霧化方式，當(dāng)進(jìn)料量有所增減變化時(shí)， 油汽兩相流的體積流量變化相對(duì)較小，不會(huì)明顯影響霧化質(zhì)量，因而使本實(shí)用新型的操作 彈性好、可靠性高。本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖和具體實(shí) 施方式并不限制本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。附圖及
圖1是本實(shí)用新型催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴的磁化機(jī)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴的霧化機(jī)構(gòu)沿軸向的剖視圖。圖3本實(shí)用新型催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴的霧化機(jī)構(gòu)噴頭部位的噴口示意圖。圖4是圖2中的A-A旋轉(zhuǎn)剖視圖。圖中1-噴口，2-噴頭，3-擴(kuò)散段，4-喉口段，5-嘴體，6_收縮段，7_預(yù)混段，8_旋流段 錐管，9-旋流段圓管，10-進(jìn)料管，11-蒸汽入口，12-封蓋，13-旋流腔，14-混合腔，20-進(jìn)料導(dǎo)管，21-磁性材料，22-固定件。圖1、圖2、圖3和圖4中，相同附圖標(biāo)記表示相同的技術(shù)特征。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2、圖3和圖4所示的本實(shí)用新型催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴。該噴嘴包 含磁化機(jī)構(gòu)和霧化機(jī)構(gòu)。磁化機(jī)構(gòu)設(shè)有磁性材料21和固定件22，磁化機(jī)構(gòu)設(shè)置在霧化機(jī)構(gòu) 的進(jìn)料管10前端，進(jìn)料導(dǎo)管20經(jīng)過磁化機(jī)構(gòu)形成的磁場(chǎng)后與進(jìn)料管10相連。霧化機(jī)構(gòu)設(shè) 有嘴體5、進(jìn)料管10、蒸汽入口 11。嘴體5的出口端設(shè)有噴頭2，噴頭2上設(shè)有噴口 1。其中 噴頭2為常規(guī)結(jié)構(gòu)，噴口 1可采用現(xiàn)有常用的扁口或多孔狀噴口(見圖3)，在圖3中，Ia為 扁口噴口 l，lb為多孔狀噴口 1。嘴體5的另一端依次設(shè)有與嘴體5同軸設(shè)置的旋流段錐管8和旋流段圓管9 ；其 中的旋流段錐管8為圓錐面形。嘴體5的一端與旋流段錐管8連接，另一端與噴頭2相連。所述的嘴體5內(nèi)部依次設(shè)有擴(kuò)散段3、喉口段4、收縮段6和預(yù)混段7，擴(kuò)散段3與 噴頭2連接，預(yù)混段7與旋流段錐管8連接，。所述的旋流段圓管9的切線方向連接進(jìn)料管10(見圖幻，旋流段圓管9和旋流段 錐管8內(nèi)部形成旋流腔13，旋流段圓管9的端部設(shè)有封蓋12 ；封蓋12上連接蒸汽入口管， 其端部的蒸汽入口 11位于封蓋12的外側(cè)。所述的嘴體5和噴頭2的內(nèi)部形成混合腔14。參見圖1，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)參數(shù)一般如下進(jìn)料管10的軸心線與噴嘴軸心線的 夾角S為30 90度，旋流段錐管8的錐角θ為30 130度，旋流段圓管9的內(nèi)徑與預(yù) 混段7的內(nèi)徑之比分別為1. 1 2. 5。嘴體5內(nèi)部的擴(kuò)散段5和收縮段8為錐形，擴(kuò)散段5 和收縮段8與噴嘴軸心線的夾角α和β均為5 90度，喉口段4和預(yù)混段7為圓柱形， 喉口段4的長(zhǎng)徑之比為0. 5 4. 0。本實(shí)用新型其它未說明的結(jié)構(gòu)參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際使用情況來確定。例如，磁化機(jī) 構(gòu)的形狀、長(zhǎng)度，視現(xiàn)場(chǎng)情況和進(jìn)料量而定，其位置應(yīng)盡量接近霧化機(jī)構(gòu)；嘴體5的直徑和 蒸汽入口 11的直徑根據(jù)進(jìn)料量和進(jìn)汽量確定，霧化機(jī)構(gòu)的總長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況確定。本實(shí)用新型各部件的連接，一般均是采用焊接。下面以附圖所示噴嘴為例說明本實(shí)用新型的操作過程。原料(各種催化裂化原料 油，例如蠟油、常壓渣油、減壓渣油等)在進(jìn)料導(dǎo)管20中通過磁化機(jī)構(gòu)形成的磁場(chǎng)被磁化， 被磁化后的原料在進(jìn)料管10沿旋流段圓管9的切向注入旋流腔13，在旋流腔13內(nèi)進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)流動(dòng)，并在旋流段錐管8處進(jìn)入混合腔14，進(jìn)料受到蒸汽的作用，在混合腔14內(nèi)形成高強(qiáng) 度湍流場(chǎng)，在離心力的作用下被展成薄膜；霧化蒸汽(一般為250 400°C的過熱水蒸汽) 從霧化蒸汽入口 11進(jìn)入，經(jīng)過旋流腔進(jìn)入混合腔14，由于湍流脈動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)隨機(jī)剪切力 作用下使原料破碎；物料在喉口段4加速，利用氣液兩相之間的速度差將進(jìn)料破碎成很小 的液滴，形成氣液兩相霧化流，實(shí)現(xiàn)原料的霧化。氣液兩相霧化流最后在噴頭2處加速，然 后由噴口 1噴出，由于壓力降低，氣液兩相霧化流中的霧化蒸汽膨脹，使進(jìn)料液滴進(jìn)一步破 碎，實(shí)現(xiàn)原料的最終霧化。霧化后的進(jìn)料繼而進(jìn)入提升管反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)。本實(shí)用新型的催化裂化霧化進(jìn)料技術(shù)，進(jìn)料霧化粒徑(索太爾直徑)一般在55微米左右，噴口 1處的噴射速度一般為60米/秒左右，霧化均勻指數(shù)一般可以達(dá)到3以上。進(jìn) 料壓力一般為0. 3 0. 6MPa，水蒸汽用量一般為進(jìn)料量的3 6重量％。
權(quán)利要求1.一種催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴，包含磁化機(jī)構(gòu)和霧化機(jī)構(gòu)，磁化機(jī)構(gòu)設(shè)有磁性材料 (21)和固定件(22)，磁化機(jī)構(gòu)設(shè)置在霧化機(jī)構(gòu)的進(jìn)料管(10)前端，進(jìn)料導(dǎo)管00)經(jīng)過磁 化機(jī)構(gòu)形成的磁場(chǎng)后與進(jìn)料管(10)相連，霧化機(jī)構(gòu)設(shè)有嘴體(5)、進(jìn)料管(10)、霧化蒸汽入 口(11)，嘴體(5)的出口端設(shè)有噴頭O)，噴頭(2)上設(shè)有噴口(1)，其特征在于嘴體(5) 的另一端依次設(shè)有與嘴體(5)同軸設(shè)置的旋流段錐管(8)和旋流段圓管(9)相連，旋流段 圓管(9)的另一端設(shè)有封蓋(12)，封蓋(12)上設(shè)有與其同軸的蒸汽入口(11)，嘴體(5)內(nèi) 部依次設(shè)置擴(kuò)散段⑶、喉口段⑷、收縮段(6)和預(yù)混段(7)，擴(kuò)散段(3)與噴頭⑵連接， 預(yù)混段(7)與旋流段錐管(8)連接，進(jìn)料管(10)沿旋流段圓管(9)的切向連接于旋流段圓 管(9)上，旋流段圓管(9)和旋流段錐管(8)內(nèi)部形成旋流腔(13)，噴頭O)、擴(kuò)散段(3)、 喉口段G)、收縮段(6)和預(yù)混段(7)內(nèi)部形成混合腔(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴，其特征在于所述磁化機(jī)構(gòu)有一組 或多組磁性材料(21)，每組磁性材料分兩塊，呈相對(duì)設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴，其特征在于所述磁性材料 (21)是永久磁鐵，一面為N極，另一面則為S極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴，其特征在于進(jìn)料管(10)的軸心線 與噴嘴軸心線的夾角δ為30 90度，旋流段錐管(8)的錐角θ為30 130度，旋流段 圓管(9)的內(nèi)徑與預(yù)混段(7)的內(nèi)徑之比分別為1. 1 2. 5，擴(kuò)散段(3)和收縮段(6)為錐 形，擴(kuò)散段(3)和收縮段(6)與噴嘴軸心線的夾角α和β均為5 90度，喉口段(4)和 預(yù)混段(7)為圓柱形，喉口段⑷的長(zhǎng)徑之比為0.5 4.0。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種催化裂化霧化進(jìn)料噴嘴，以解決現(xiàn)有催化裂化進(jìn)料噴嘴所存在的霧化粒徑較大、霧化不均勻等問題。本實(shí)用新型設(shè)有原料磁化機(jī)構(gòu)和霧化機(jī)構(gòu)，磁化機(jī)構(gòu)設(shè)置在霧化機(jī)構(gòu)的進(jìn)料管前端，進(jìn)料導(dǎo)管經(jīng)過磁化機(jī)構(gòu)形成的磁場(chǎng)后與進(jìn)料管相連。霧化機(jī)構(gòu)設(shè)有嘴體，嘴體的出口端設(shè)有噴頭，另一端依次與嘴體同軸設(shè)置有旋流段錐管和旋流段圓管，進(jìn)料管沿旋流段圓管的切向連接于旋流段圓管上，旋流段圓管和旋流段錐管內(nèi)部形成旋流腔，嘴體內(nèi)部設(shè)有擴(kuò)散段、喉口段、收縮段和預(yù)混段，噴頭和嘴體內(nèi)部形成混合腔。本實(shí)用新型主要用于石油加工行業(yè)的催化裂化裝置。
文檔編號(hào)B05B7/04GK201896161SQ20102059533
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者侯玉蘭, 劉丹, 葉安道, 王紹才, 蘇秦豫, 黃文水 申請(qǐng)人:中國(guó)石化集團(tuán)洛陽石油化工工程公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司