專利名稱：催化裂化裝置的進料噴嘴的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于煉油廠催化裂化裝置的進料噴嘴，屬于催化裂化設備領域。
背景技術：
提升管反應器是煉油化工過程最重要的工藝催化裂化加工過程的核心部件。在提升管反應器中的反應過程中，原料油經(jīng)過霧化進入反應器，與催化劑接觸、受熱汽化并且開始反應，進料后油氣在反應器中一般停留2-3秒，完成反應之后進入油劑分離系統(tǒng)，停止反應。這種工藝過程要求原料油經(jīng)霧化進入反應器后，應當與催化劑進行快速而均勻的接觸， 充分接觸所需的時間越短越好，以利于反應過程的進行。此外在進料和油劑接觸快速實現(xiàn)之后，應當在提升管中形成均勻的平推流流動，以形成均勻的反應停留時間，這樣易于實現(xiàn)對反應的控制，并保證目的產(chǎn)品的最大產(chǎn)率。催化裂化裝置的進料霧化噴嘴的任務是將原料油(重油或渣油或其混合物)霧化成細小的液滴噴入提升管，在提升管內(nèi)的溫度下，原料油氣化并且在催化劑作用下發(fā)生裂化反應，然后經(jīng)過分離裝置，進行油氣、催化劑的分離進入下道工序。一般的進料霧化噴嘴，都由混合腔及噴出段構成。在混合腔中，被霧化的液體與輔助霧化的蒸汽相遇，相互剪切撕裂，形成相互摻混的兩相流，然后這種兩相流通過噴出段的噴口噴出。這些噴嘴基本都是利用流體動力學的流動穩(wěn)定性理論，在混合腔中產(chǎn)生盡可能大的汽(氣)液兩相速度差，來達到撕裂和破碎液體的目的。國內(nèi)外早期使用的霧化噴嘴為喉管式噴嘴，蒸汽通過一根管子直接噴入噴嘴混合腔的液體中，通過蒸汽和液體之間的剪切來撕裂液體，噴口為一般的圓形射流噴口，霧化效果較差，同時不能產(chǎn)生催化工藝所需的扁平扇形的噴霧射流，霧化平均粒徑多在80-100mm， 稱為第一代進料噴嘴。經(jīng)過改進之后產(chǎn)生了第二代進料噴嘴，如國外的靶式噴嘴和國內(nèi)的預膜式噴嘴， 以及其它的一些噴嘴。這些噴嘴的霧化平均粒徑多在60-80mm。由于需要極大的汽(氣)液兩相速度差，來達到撕裂和破碎液體的目的，所以須采用極大的進汽(氣)速度，有的甚至達到或超過了音速，能耗較大，并且會產(chǎn)生脈動。如若達不到這種速度，噴嘴就難以正常工作， 霧化效果急劇惡化，并且操作彈性也受到影響。這些噴嘴也難以產(chǎn)生催化工藝所需的扁平扇形的噴霧射流，并且壓降較大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述不足，提供一種能耗較小，并且不會產(chǎn)生脈動的霧化效果的催化裂化裝置的進料噴嘴。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種催化裂化裝置的進料噴嘴，所述進料噴嘴包括外管，所述外管上有原料油入口，外管的一端部有蒸汽入口，外管的另一端有噴頭，噴頭的前端開有噴口，外管內(nèi)有蒸汽分布器，外管與蒸汽分布器之間有環(huán)形空間混合腔及混合腔前端，蒸汽分布器上有周向蒸汽分布孔和頂端蒸汽分布孔。本實用新型還采用如下實施方案所述蒸汽分布器的前端可以是平板形的，也可以是球形的，它構成了霧化噴嘴的內(nèi)管，其上開有均布的1 30個頂端蒸汽分布孔。所述頂端蒸汽分布孔也可以是1 30圈。所述蒸汽分布器的整個圓管段上，開有1 90排沿圓周均勻分布的周向蒸汽分布孔。所述蒸汽分布器上的周向蒸汽分布孔的中心線與內(nèi)管的中心線的夾角θ的范圍是 25° 90°。所述周向蒸汽分布孔沿蒸汽分布器的長度方向上可以是均布的，也可以是散布的。所述周向蒸汽分布孔和頂端蒸汽分布孔的直徑在1 10mm。所述周向蒸汽分布孔的面積之和與內(nèi)管截面積之比在0. 1 5。所述蒸汽分布器的內(nèi)管直徑與外管直徑之比在0. 2 0. 9。所述蒸汽分布器的前部與噴口之間的距離在外管直徑的0. 1 20。所述蒸汽分布器的數(shù)排頂端蒸汽分布孔可以與噴口相對應。所述噴口的形狀是狹長的。所述噴口的擴散角α的范圍在0° 180°，噴口的寬度在2 20mm。各噴口可以平行排列，也可以呈角度β排列，β的范圍在0° 45°之間，各噴口之間的距離在3 50mm之間。所述各噴口間夾角的平分線與噴嘴軸線的夾角Φ在0° 士60°。所述原料油入口與外管之間的夾角Y在10° 90°。本實用新型催化裂化裝置的進料噴嘴，可以形成非常均勻細小的液滴，從而與催化劑充分接觸，在提升管內(nèi)的溫度下，原料油迅速氣化，使裂化反應在氣態(tài)進行，可以提高輕質(zhì)油(汽油、柴油)的產(chǎn)率，降低生焦，使噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流具有一定的初速，可以在提升管進料段的催化劑的密相流動有一定的穿透力，可使噴霧射流達到提升管中部，噴霧射流有扁平扇面的形狀，對提升管截面有良好的覆蓋，減小返混，且噴霧射流的速度可以迅速減弱，不至于射到噴嘴對面的提升管管壁，造成提升管內(nèi)的結(jié)焦。本實用新型的有益效果是本實用新型提供的新型噴嘴是一種基于內(nèi)混式霧化原理的霧化噴嘴，在其混合腔內(nèi)部具有特殊的蒸汽分布器，通過這種蒸汽分布器，氣、液兩相在混合腔中以較好的方式接觸、破碎，能夠合理地利用霧化蒸汽的能量，蒸汽不必具有很大的速度，蒸汽經(jīng)過這種特殊設計的分布器時產(chǎn)生很小的壓降，就可以在噴嘴混合腔內(nèi)部形成勻細的汽液兩相流，汽相以小氣泡的形式存在于液相之中；混合腔中形成的勻細的氣液兩相流；在噴嘴的噴出段具有一個或數(shù)個狹長的噴口。特別是，本實用新型提出的內(nèi)管周向蒸汽分布孔的軸線與內(nèi)管的中心線的夾角θ，25° <θ<90°，噴出的蒸汽射流具有向前的分量，可以降低噴嘴的能耗并使蒸汽與原料油良好的混合?；旌狭己玫恼羝驮嫌偷幕旌衔锿ㄟ^噴口加速噴出， 氣液兩相在很小的區(qū)域產(chǎn)生非常大的剪切，使液滴加細小均勻；同時由于噴出噴口時壓力突然降低，汽液(氣液)兩相流內(nèi)氣泡體積迅速膨脹(爆破)，進一步細化了液滴的粒徑。由于本實用新型總蒸汽分布器的多股蒸汽微射流與原料油來流連續(xù)均勻接觸，因此這種噴嘴運行平穩(wěn)，不會產(chǎn)生脈動。由于噴口形狀為扁平形，可以形成平面扇形射流，能夠?qū)μ嵘芙孛娈a(chǎn)生了好的覆蓋，使催化劑與原料油良好接觸；同時，催化劑可以一次通過油霧射流，不會由于通過油霧區(qū)的行程太大而在催化劑表面形成很厚的油層，影響產(chǎn)品選擇性。因此這種噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流的形狀也滿足催化裂化工藝的要求。本實用新型提出的蒸汽分布器的周向蒸汽分布孔的中心線與內(nèi)管的中心線的夾角θ的范圍是25° 90°之間，噴出的蒸汽射流具有向前的分量，使得原料油加速向噴嘴前部運動，因而可以降低噴嘴的能耗并使蒸汽與原料油良好的混合。

圖1為本實用新型催化裂化裝置的進料噴嘴的結(jié)構示意圖。圖2為本實用新型的蒸汽分布器端面平形的結(jié)構示意圖。圖3為本實用新型的蒸汽分布器端面球形的結(jié)構示意圖。圖4為本實用新型的內(nèi)管的結(jié)構示意圖。圖5為本實用新型的頂端蒸汽分布孔的排列圖。圖6為本實用新型的頂端蒸汽分布孔圈形排列圖。圖7為本實用新型的噴口擴散角α示意圖。圖8為本實用新型的噴口夾角Φ的示意圖。圖9為本實用新型的噴口角度β、距離B和寬度δ的示意圖。圖中附圖標記蒸汽入口 1原料油入口 2內(nèi)管3外管4蒸汽分布器5周向蒸汽分布孔6頂端蒸汽分布孔7環(huán)形空間混合腔8混合腔前端9噴頭10噴口 11。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的催化裂化進料霧化噴嘴進行說明。參見圖1，圖1為本實用新型催化裂化裝置的進料噴嘴的結(jié)構示意圖。由圖1可以看出，本實用新型催化裂化裝置的進料噴嘴，包括外管4，所述外管4上有原料油入口 2，外管4的一端部有蒸汽入口 1，外管4的另一端有噴頭10，噴頭10的前端開有噴口 11，外管4 內(nèi)有蒸汽分布器5，外管4與蒸汽分布器5之間有環(huán)形空間混合腔8及混合腔前端9，蒸汽分布器5上有周向蒸汽分布孔6和頂端蒸汽分布孔7。參見圖2飛，圖2為本實用新型的蒸汽分布器端面平形的結(jié)構示意圖。圖3為本實用新型的蒸汽分布器端面球形的結(jié)構示意圖。圖4為本實用新型的內(nèi)管的結(jié)構示意圖。 圖5為本實用新型的頂端蒸汽分布孔的排列圖。圖6為本實用新型的頂端蒸汽分布孔圈形排列圖。由圖2、圖3、圖4、圖5和圖6可以看出，所述蒸汽分布器5靠近前部的圓管部分開有廣30圈(排)均布的周向蒸汽分布孔6，其前部可以是平板形的(如圖2)，也可以是球形的(如圖3)，它構成了霧化噴嘴的內(nèi)管3，在平板形或球形的頭部開有均勻分布的頂端蒸汽分布孔7，如圖4，其前端也可以是一個空心管，在蒸汽分布器5的整個圓管段上，開有廣90 排沿圓周均勻分布的周向蒸汽分布孔6，這些周向蒸汽分布孔6沿蒸汽分布器5的內(nèi)管方向上可以是均布的，也可以是不均布的，周向蒸汽分布孔6的直徑在廣10mm，全部周向蒸汽分布孔6的面積之和與蒸汽分布器5內(nèi)管3的截面積之比在0. Γ5之間，內(nèi)管3的直徑與外管4的直徑之比在0. 2^0. 95之間，蒸汽分布器5的前端與噴口 11之間的距離在外管4直徑的0. Γ20倍之間，蒸汽分布器5前部的數(shù)排頂端蒸汽分布孔7也可以與噴口 11對應。噴嘴的長度或外管的長度根據(jù)現(xiàn)場需要而定，外管的直徑與噴嘴的處理量有關， 設計的原則是環(huán)形空間內(nèi)原料油的流速保持在0.廣9m/s之間。參見圖7 圖9，圖7為本實用新型的噴口擴散角α示意圖。圖8為本實用新型的噴口夾角Φ的示意圖。圖9為本實用新型的噴口角度β、距離B和寬度δ的示意圖。由圖7、可以看出，所述噴頭10可以是球形或橢球形的，在其前端開有一個或數(shù)個狹長的噴口 11，當噴口 11為兩個以上時，各噴口可以是平行排列，可以不平行排列，而是相互間呈一定的角度β，β的范圍在0°、5°之間，各噴口 11之間的距離B則視需要而定，在;T50mm 之間；噴口 11的擴散角的變化范圍在10° 180°之間；噴口 11的寬度δ在纊20mm之間； 各噴口 11的整體布置與噴嘴軸線可以不對稱分布，即各噴口 11間夾角的平分線與噴嘴軸線的夾角在0° 士60°之間。蒸汽分布器5的前端與噴口 11之間的距離在0. Γ5倍外管4直徑之間。原料油入口 2的直徑應使其內(nèi)原料油的流速低于lOm/s，原料油入口 2與外管4之間的夾角、在 10° 90°之間。原料油通過原料油入口 2進入噴嘴內(nèi)的環(huán)形空間混合腔8、混合腔前端9，并向噴頭10的方向流動；霧化蒸汽通過蒸汽入口 1進入位于中心的蒸汽分布器5，并通過蒸汽分布器5上多處沿圓周均勻分布的周向蒸汽分布孔6和頂端蒸汽分布孔7向外噴出，均勻、 連續(xù)、平穩(wěn)地噴入原料油中，與原料油均勻地混合。由于周向蒸汽分布孔6在蒸汽分布器 5的內(nèi)管圓周上均勻分布，并且位于原料油必經(jīng)的位置，當原料油流經(jīng)這些位置時自然被噴出的蒸汽所破碎，通過周向蒸汽分布孔6噴出的蒸汽的運動方向與原料油的運動方向呈一定的夾角，將原料油切割、破碎成很小的液滴，并且由于作用點多、接觸面積大，使蒸汽與原料油在環(huán)形空間混合腔8內(nèi)形成細的氣液兩相流，從而完成了第一階段的霧化。在這之后， 環(huán)形空間混合腔8中的勻細的氣液兩相流運動至噴頭10處，通過噴口 11高速噴出，與周圍介質(zhì)發(fā)生劇烈地碰撞、剪切，將液體霧化成細小的液滴，完成二次霧化；同時，由于從噴口 11噴出后壓力驟然降低，勻細的氣液兩相流中的氣泡體積突然爆破(膨脹)，將液滴進一步破碎成極為細小的液滴，從而完成整個霧化過程。通過上述的過程可以看出，由于噴嘴混合腔的特殊設計，可以充分利用蒸汽的能量，在壓降很小的情況下，就能在混合腔內(nèi)形成分布非常均勻的氣液兩相流，使得霧化液滴細小均勻，且沒有大液滴。并且通過噴口的特殊設計，利用了氣泡霧化原理對液滴進行了進一步的霧化，同時可以形成不同形狀的噴霧射流，以覆蓋整個提升管截面，使原料油與催化劑快速而充分的接觸；同時要求霧化液滴有較小的平均粒徑和窄的分布，以改善產(chǎn)品的選擇性。本實用新型提出的多層半圓形噴口，可以生成所需的扁平扇形噴霧射流，且射流擴散角可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，完全可以滿足提升管技術對噴霧射流的要求。由特殊的分布器與專門設計的噴口相結(jié)合，就可以產(chǎn)生具有細小液滴，形狀符合要求的噴霧射流。通過應用Malvern激光粒度測試儀的測試，在工業(yè)規(guī)模流量下(30t/h)，本實用新型提出的噴嘴，可以將粘度為5cP的液體霧化成SMD粒徑為50 μ m的細小液滴。而目前在工業(yè)上正在使用的各種噴嘴的霧化液滴SMD粒徑為6(Γ80 μ m。噴口的形狀與位置有一定的要求，要形成所要求形狀的噴霧射流，有相應的噴口的形狀，同時，噴口的面積與混合腔及處理量有一定的匹配關系，以達到臨街霧化狀態(tài)。即處理量相同，當噴口形狀改變時時，其面積與處理量的匹配關系也要發(fā)生變化。為了長周期運行，噴頭表面及噴口處要作耐磨處理。當采用多排扁平噴口時，它們可以平行排列，也可以不平行排列。在實施例中，兩排噴口之間有一定的夾角，平行排列的相鄰兩噴口噴出兩排平行液霧，由于兩排液霧間的相對速度小，液霧容易匯集成大液滴，從而影響霧化效果。而各噴口之間有一定夾角的優(yōu)點在于相鄰兩排噴口噴出的液霧呈一定角度相互分開向前運動，不會因匯集而凝聚成大液滴，液滴可以得到進一步的霧化，進過一段距離液滴良好霧化后，由于相鄰兩排液霧分別向外運動，兩排液霧之間壓力相對較低，在兩排液霧之外的相對較高的壓力作用下，各排液霧仍然合為一排液霧，呈扇屏扇形的噴霧射流。各排噴口之間的夾角為0° ^30°。噴霧射流的擴散角可以根據(jù)需要進行設計，以調(diào)整噴霧射流的覆蓋角度。這種霧化進料噴嘴具有良好的霧化效果，并且適用于粘度較大的液體，如重油或渣油。這種霧化進料噴嘴具有良好的操作彈性，其處理量可以在709Γ130%之間變化。這種噴嘴以用于煉油廠催化裂化裝置。
權利要求1.一種催化裂化裝置的進料噴嘴，其特征在于所述進料噴嘴包括外管(4)，所述外管(4)上有原料油入口(2)，外管(4)的一端部有蒸汽入口(1)，外管(4)的另一端有噴頭(10)， 噴頭(10)的前端開有噴口(11)，外管(4)內(nèi)有蒸汽分布器(5)，外管(4)與蒸汽分布器(5) 之間有環(huán)形空間混合腔(8)及混合腔前端(9)，蒸汽分布器(5)上有周向蒸汽分布孔(6)和頂端蒸汽分布孔(7)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種催化裂化裝置的進料噴嘴，其特征在于所述蒸汽分布器(5)的整個圓管段上，開有1 90排沿圓周均勻分布的周向蒸汽分布孔(6)，周向蒸汽分布孔(6)的中心線與內(nèi)管(3)的中心線的夾角(θ )的范圍是25° 90° ；所述蒸汽分布器 (5)的前端是平板形的，或是球形的，它構成了霧化噴嘴的內(nèi)管(3)，其上開有均布的1 30 個或1 30圈頂端蒸汽分布孔(7)，所述周向蒸汽分布孔(6)和頂端蒸汽分布孔(7)的直徑均在1 10mm。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種催化裂化裝置的進料噴嘴，其特征在于所述蒸汽分布器(5)的內(nèi)管(3)直徑與外管(4)直徑之比在0. 2 0. 9 ；所述周向蒸汽分布孔(6)的面積之和與內(nèi)管(3)截面積之比在0. 1 5 ；所述蒸汽分布器(5)的前部與噴口(11)之間的距離在外管(4)直徑的0. 1 20 ；所述蒸汽分布器(5)的數(shù)排頂端蒸汽分布孔(7)與噴口 (11)相對應。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種催化裂化裝置的進料噴嘴，其特征在于所述噴口 (11)的形狀是狹長的，所述噴口(11)的擴散角(α)的范圍在0° 180°，噴口(11)的寬度(B)在2 20mm之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種催化裂化裝置的進料噴嘴，其特征在于所述各噴口(11) 平行排列，或呈角度(β)排列，角度(β)的范圍在0° 45°，各噴口(11)之間的距離(B) 在3 50mm;各噴口(11)間夾角的平分線與噴嘴軸線的夾角(Φ)在0° 士 60°。
6.根據(jù)權利要求4所述的一種催化裂化裝置的進料噴嘴，其特征在于所述各噴口(11) 平行排列，或呈角度(β)排列，角度(β)的范圍在0° 45°，各噴口(11)之間的距離(B) 在3 50mm;各噴口(11)間夾角的平分線與噴嘴軸線的夾角(Φ)在0° 士 60°。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的一種催化裂化裝置的進料噴嘴，其特征在于所述原料油入口(2)與外管(4)之間的夾角γ在10° 90°。
專利摘要本實用新型涉及一種催化裂化裝置的進料噴嘴，所述進料噴嘴包括外管(4)，所述外管(4)上有原料油入口(2)，外管(4)的一端部有蒸汽入口(1)，外管(4)的另一端有噴頭(10)，噴頭(10)的前端開有噴口(11)，外管(4)內(nèi)有蒸汽分布器(5)，外管(4)與蒸汽分布器(5)之間有環(huán)形空間混合腔(8)及混合腔前端(9)，蒸汽分布器(5)上有周向蒸汽分布孔(6)和頂端蒸汽分布孔(7)。本實用新型可以形成非常均勻細小的液滴，從而與催化劑充分接觸，在提升管內(nèi)的溫度下，使裂化反應在氣態(tài)進行，可以提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率，降低生焦，可以在提升管進料段的催化劑的密相流動有一定的穿透力，可使噴霧射流達到提升管中部，噴霧射流有扁平扇面的形狀，對提升管截面有良好的覆蓋。
文檔編號B05B7/04GK202099253SQ201120157959
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者毛羽, 王娟, 王江云 申請人:江蘇焱普能源科技有限公司