一種催化裂化進料噴嘴的製作方法

2023-10-09 14:42:24 4

專利名稱：一種催化裂化進料噴嘴的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於石化行業催化裂化裝置，具體涉及一種催化裂化進料噴嘴。
背景技術：
在催化裂化(FCC)加工過程中，進料噴嘴性能的優劣對裂化反應、產品分布起著 重要作用。霧化良好的進料與高溫再生催化劑短時間接觸，使進料氣化速度快、反應迅速、 催化劑上液體攜帶量降低，能提高輕質油收率、降低焦炭產率、改善產品分布、防止過度裂 化，消除提升管反應器內的結焦現象，帶來可觀的經濟效益。因此，國內外相關研究機構一 直在不斷開發和推出新型高效的催化裂化進料噴嘴，以適應催化裂化技術發展的需要並獲 取更大的經濟效益。目前國內外使用的催化裂化進料噴嘴大體分為以下幾類第一類是在喉管式噴嘴 基礎上改進而成的，其特點是利用收斂-擴張形喉道儘量提高氣體流速和氣液兩相速度差 以增加霧化強度，如CN2069757U ；第二類是靶式噴嘴如US4434049，其原理是進料油在高壓 差作用下形成高速射流撞擊金屬靶，再與橫向氣流作用進行第一次霧化，形成氣霧兩相流， 最後在噴頭噴口處加速，實現二次霧化。該噴嘴霧化強度高，但需要較高的進料壓力和較多 的霧化蒸汽，因而能耗較高，增加了生產成本和設備改造的投資；第三類是雙喉道內混合式 進料噴嘴，如CN20M461U ；第四類是雙流體離心式噴嘴，如CN2356752Y，其中採用了兩相旋 流器，它主要是在混合室和霧化室之間焊接了一個旋流室，在旋流室裡嵌著一個旋流器，使 油料與蒸汽的混合物通過旋流室上的內噴口進行離心霧化，在霧化室後面焊接一個加速段 和一個穩定段，以形成穩定的兩相霧狀流，經噴頭的外噴口再次霧化便可達到很高的霧化 質量。以上各類噴嘴存在的缺點是霧化粒徑較大，索太爾直徑(冷試)大多在60微米 以上；有的噴出速度過大(導致流動不穩定而出現機械振動)，有的霧化不均勻；還有的噴 嘴所需較高的進料壓力、較多的霧化蒸汽，導致能耗較高。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種催化裂化進料噴嘴，以解決現有催化裂化進料噴嘴 所存在的霧化粒徑較大、噴出速度過大、霧化不均勻、所需的進料壓力較高和霧化蒸汽較多 導致能耗較高等問題。為解決上述問題，本實用新型提供一種催化裂化進料噴嘴，其技術方案是該催化 裂化進料噴嘴包含磁化機構和霧化機構。磁化機構設有磁性材料和固定件，磁化機構設置 在霧化機構的進料管前端，進料導管經過磁化機構形成的磁場後與進料管相連。霧化機 構設有嘴體、進料管、蒸汽入口，嘴體有一個嘴體內腔，嘴體的出口端設有噴頭，噴頭上設有 噴口，其特徵在於嘴體的另一端依次設有與嘴體同軸設置的旋流段錐管和旋流段圓管，嘴 體、旋流段錐管和旋流段圓管內與其同軸設置有蒸汽分布管，蒸汽分布管在靠近噴頭的一 端設有錐頭管，另一端為蒸汽入口，蒸汽分布管和錐頭管上分別至少設置1圈向噴頭的方向傾斜的蒸汽分布孔，所述的進料管沿旋流段圓管的切向連接於旋流段圓管上，蒸汽分布 管與旋流段圓管和旋流段錐管之間形成旋流腔，蒸汽分布管和錐頭管與嘴體之間形成混合腔。本實用新型進一步特徵在於所述磁化機構的磁性材料有一組或多組，每組磁性 材料分兩塊，呈相對設置。本實用新型進一步特徵在於所述磁化機構的每組磁性材料是永久磁鐵或其他具 有強磁性的材料製成，一面為N極，另一面則為S極。本實用新型進一步特徵在於所述進料管的軸心線與噴嘴軸心線的夾角κ為 30 90度，旋流段錐管的錐角θ為30 130度，旋流段圓管的內徑與嘴體的內徑之比為 1. 1 2. 5，蒸汽分布管上設有1 60圈蒸汽分布孔，蒸汽分布管上的蒸汽分布孔的軸心線 與噴嘴軸心線的夾角Y為10 80度，錐頭管的錐角角度α為10 90度，錐頭管上設有 1 30圈蒸汽分布孔，錐頭管上的蒸汽分布孔的軸心線與噴嘴軸心線的夾角β為10 80 度。本實用新型進一步特徵在於所述蒸汽分布管上每圈設有4 30個蒸汽分布孔。本實用新型進一步特徵在於所述錐頭管上每圈設有2 30個蒸汽分布孔。本實用新型進一步特徵在於所述蒸汽分布孔的直徑為1 10毫米。本實用新型進一步特徵在於所述蒸汽分布管上設有2 60圈蒸汽分布孔，錐頭 管上設有2 30圈蒸汽分布孔。本實用新型進一步特徵在於蒸汽分布管和錐頭管上所有相鄰兩圈的蒸汽分布孔 錯開布置。本實用新型與現有技術相比具有如下的有益效果本實用新型在操作過程中，原 料在進料導管中通過磁化機構形成的磁場被磁化，由於磁場的作用，使得原料內聚力減小， 表面張力下降，從而使原料分子勢壘下降、分子內部結構鬆弛、粘度降低，這些變化使原料 的霧化性能得以改善。磁化後的原料經進料管沿旋流段圓管的切向注入旋流腔，使其在進 料管出口處的湍動和擾動程度減弱，能量損耗降低。進料在旋流腔內進行旋轉流動，並在旋 流段錐管處利用圓錐的收縮使旋轉速度增大，離心力場得到強化；之後進入混合腔，在混合 腔內繼續旋轉流動，並與蒸汽分布孔噴出的霧化蒸汽(水蒸汽)混合。進料在離心力的作 用下被展成薄膜，增大了液體的表面積、降低了液體的粘性和表面張力；同時，進料在湍流 脈動產生的瞬時隨機剪切力作用下破碎。另外，旋轉運動使進料在混合腔內的運動軌跡延 長，增加了與霧化蒸汽的混合時間，提高了水蒸汽的利用率和霧化效果。蒸汽分布管和錐頭 管上的各圈蒸汽分布孔一般是沿噴嘴軸心線的方向均勻分布，所以可使水蒸汽均勻地與進 料混合，形成穩定的氣液兩相泡狀流。水蒸汽由傾斜的蒸汽分布孔噴出時與噴嘴軸心線保 持一定的角度，使其流動阻力減小，噴嘴的壓降降低。氣液兩相泡狀流最後進入噴頭內的空 腔，然後在噴口處加速並由噴口噴出，噴出後，由於壓力降低，泡狀流中的氣體迅速膨脹爆 炸，將進料霧化成非常細小的液滴。這樣，就可提高進料與催化劑的接觸面積，從而改善催 化裂化裝置的反應狀況，提高裝置的輕質油產率並降低生焦量。本實用新型催化裂化進料噴嘴經測試表明，在氣液比為7. 5%時，進料霧化粒徑 (索太爾直徑)一般在60微米左右，霧化顆粒的噴射速度<38.2米/秒。霧化均勻，均勻 指數在3以上。並且，只需使用較低的進料壓力(一般為0.3 0.6MPa)即可得到很好的霧化效果，這樣就降低了噴嘴的能耗。此外，前述水蒸汽與進料在混合腔內的混合霧化方式， 當進料量有所增減變化時，油汽兩相流的體積流量變化相對較小，不會明顯影響霧化質量， 因而使本實用新型的操作彈性好、可靠性高。本實用新型還具有結構簡單、使用方便、易於 推廣的優點。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。附圖和具體實 施方式並不限制本實用新型要求保護的範圍。
圖1是本實用新型催化裂化霧化進料噴嘴的磁化機構示意圖。圖2是本實用新型催化裂化霧化進料噴嘴的霧化機構沿軸向的剖視圖。圖3是圖2中的A-A旋轉剖視圖。圖中1-噴口，2-噴頭，3-錐頭管，4-蒸汽分布管，5-混合腔，6_進料管，7_蒸汽入口， 9-旋流腔，10-嘴體，11-蒸汽分布孔，12-封堵板，20-進料導管，21a、21b-磁性材料，22-固 定件，81-旋流段圓管，82-旋流段錐管。圖2和圖3中，相同附圖標記表示相同的技術特徵。
具體實施方式
參見圖1、圖2、圖3所示的本實用新型催化裂化進料噴嘴。包含磁化機構和霧化 機構。磁化機構設有磁性材料21 (a，b)和固定件22，磁化機構設置在霧化機構的進料管6 前端，進料導管20經過磁化機構形成的磁場後與進料管6相連。霧化機構設有嘴體10、進 料管6、蒸汽入口 7。嘴體10有一個嘴體內腔，嘴體10的出口端設有噴頭2，噴頭2上設有 噴口 1。其中噴頭2為常規結構，噴口 1可採用現有常用的扁口或多孔狀噴口。嘴體10的另一端依次與嘴體10同軸設置有旋流段錐管82和旋流段圓管81 ；其中 的旋流段錐管82為圓錐面形。嘴體10、旋流段錐管82和旋流段圓管81內與其同軸設置有 蒸汽分布管4。蒸汽分布管4在靠近噴頭2的一端設有錐頭管3，另一端為蒸汽入口 7。旋 流段圓管81的端部設有封堵板12 ；蒸汽分布管4與封堵板12相連，其端部的蒸汽入口 7位 於封堵板12的外側。錐頭管3為圓錐面形，一端敞口、與蒸汽分布管4相連，另一端封閉。 圖1所示錐頭管3的封閉端為平板結構，它還可以是錐尖或圓頭結構等(圖中未示出)。蒸汽分布管4和錐頭管3上分別至少設置1圈向噴頭2的方向傾斜的蒸汽分布孔 11 ；蒸汽分布孔11為圓形孔。所述的進料管6沿旋流段圓管81的切向連接於旋流段圓管 81上。蒸汽分布管4與旋流段圓管81和旋流段錐管82之間形成旋流腔9，蒸汽分布管4和 錐頭管3與嘴體10之間形成混合腔5。旋流腔9和混合腔5的橫截面形狀均為圓環形。參見圖1，本實用新型的結構參數一般如下進料管6的軸心線與噴嘴軸心線的夾 角κ為30 90度，旋流段錐管82的錐角θ為30 130度，旋流段圓管81的內徑與嘴 體10的內徑之比為1. 1 2. 5。蒸汽分布管4上設有1 60圈蒸汽分布孔11，每圈設有 4 30個蒸汽分布孔11。蒸汽分布管4上的蒸汽分布孔11的軸心線與噴嘴軸心線的夾角 Y為10 80度。錐頭管3的錐角角度α為10 90度；錐頭管3上設有1 30圈蒸汽 分布孔11，每圈設有2 30個蒸汽分布孔11。錐頭管3上的蒸汽分布孔11的軸心線與噴 嘴軸心線的夾角β為10 80度。蒸汽分布孔11的直徑為1 10毫米。上述的夾角Y與夾角β可取相同或不同的數值。蒸汽分布管4和錐頭管3上所設的各圈蒸汽分布孔11 的數量可以相同，也可以不同。參見圖2，在蒸汽分布管4和錐頭管3上分別設置兩圈以上的蒸汽分布孔11時，相 鄰兩圈蒸汽分布孔11之間的間距一般為10 60毫米。該間距是指以相鄰兩圈蒸汽分布 孔11的軸心線為母線繞噴嘴軸心線旋轉所形成的兩個相鄰的虛擬圓錐面之間的距離。本實用新型其它未說明的結構參數需要根據實際使用情況來確定。例如，磁化機 構的形狀、長度，視現場情況和進料量而定，其位置應儘量接近霧化機構；嘴體10的直徑和 蒸汽分布管4的直徑根據進料量和霧化蒸汽用量確定，噴嘴的總長度根據現場的具體情況 確定。蒸汽分布管4和錐頭管3上的各圈蒸汽分布孔11 一般是沿噴嘴軸心線的方向均 勻分布，以使由各蒸汽分布孔11噴出的水蒸汽能夠均勻地與進料混合。錐頭管3上的各圈 蒸汽分布孔11自錐頭管3的封閉端開始布置，布置範圍為錐頭管3的全長度。蒸汽分布管 4上的各圈蒸汽分布孔11自蒸汽分布管4與錐頭管3相連的一端開始布置，布置極限位置 在蒸汽分布管4對應於嘴體10與旋流段錐管82連接處的位置。為使由蒸汽分布孔11噴出的水蒸汽能夠在混合腔5內分布得更為均勻並與進料 更加充分地混合，蒸汽分布管4和錐頭管3上所有相鄰兩圈的蒸汽分布孔11最好是錯開布 置。這是本實用新型的一種優選方案。本實用新型各部件的連接，一般均是採用焊接。下面以附圖所示噴嘴為例說明本實用新型的操作過程。原料(各種催化裂化原料 油，例如VG0、焦化蠟油、常壓渣油、減壓渣油或其混合原料等)經進料導管20通過磁化機 構形成的磁場後，進入進料管6連接，原料沿旋流段圓管81的切向注入旋流腔9，在旋流腔 9內進行旋轉流動，並在旋流段錐管82處利用圓錐的收縮使旋轉速度增大後進入混合腔5， 繼續旋轉流動。原料在混合腔5內形成高強度湍流場，在離心力的作用下被展成薄膜，並在 湍流脈動產生的瞬時隨機剪切力作用下破碎，實現第一次霧化。水蒸汽由蒸汽入7進入蒸 汽分布管4以及錐頭管3，通過各圈蒸汽分布孔11噴入混合腔5，與進入混合腔5內的原料 混合，形成穩定的氣液兩相泡狀流。氣液兩相泡狀流最後在噴口 1處加速，並經噴口 1噴 出；噴出後，由於壓力降低，泡狀流中的氣體迅速膨脹爆炸，使進料液滴進一步破碎，實現最 終霧化。霧化後的原料繼而進入催化裂化提升管反應器進行反應。
權利要求1.一種催化裂化進料噴嘴，包括磁化機構和霧化機構，磁化機構設有磁性材料和 固定件(22)，磁化機構設置在霧化機構的進料管(6)前端，進料導管OO)經過磁化機構形 成的磁場後與進料管(6)相連，霧化機構設有嘴體(10)、進料管(6)、蒸汽入口(7)，嘴體 (10)有一個嘴體內腔，嘴體(10)的出口端設有噴頭O)，噴頭( 上設有噴口(1)，其特徵 在於嘴體(10)的另一端依次設有與嘴體(10)同軸設置的旋流段錐管(82)和旋流段圓管 (81)，嘴體(10)、旋流段錐管(8 和旋流段圓管(81)內與其同軸設置有蒸汽分布管G)， 蒸汽分布管(4)在靠近噴頭O)的一端設有錐頭管(3)，另一端為蒸汽入口(7)，蒸汽分布 管(4)和錐頭管C3)上分別至少設置1圈向噴頭O)的方向傾斜的蒸汽分布孔(11)，所述 的進料管(6)沿旋流段圓管(81)的切向連接於旋流段圓管(81)上，蒸汽分布管(4)與旋 流段圓管(81)和旋流段錐管(8 之間形成旋流腔(9)，蒸汽分布管(4)和錐頭管( 與嘴 體(10)之間形成混合腔(5)。
2.根據權利要求1所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於所述磁化機構的磁性材料 (21)有一組或多組，每組磁性材料分兩塊，呈相對設置。
3.根據權利要求1或2所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於所述磁化機構的每組 磁性材料是永久磁鐵或其他具有強磁性的材料製成，一面為N極，另一面則為S極。
4.根據權利要求1所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於所述進料管(6)的軸心線 與噴嘴軸心線的夾角κ為30 90度，旋流段錐管(82)的錐角θ為30 130度，旋流段 圓管(81)的內徑與嘴體(10)的內徑之比為1. 1 2. 5，蒸汽分布管(4)上設有1 60圈 蒸汽分布孔(11)，蒸汽分布管(4)上的蒸汽分布孔(11)的軸心線與噴嘴軸心線的夾角Y 為10 80度，錐頭管(3)的錐角角度α為10 90度，錐頭管(3)上設有1 30圈蒸汽 分布孔(11)，錐頭管(3)上的蒸汽分布孔(11)的軸心線與噴嘴軸心線的夾角β為10 80度。
5.根據權利要求1或4所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於所述蒸汽分布管(4)上 每圈設有4 30個蒸汽分布孔(11)。
6.根據權利要求1或4所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於所述錐頭管(3)上每 圈設有2 30個蒸汽分布孔(11)。
7.根據權利要求1或4所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於所述蒸汽分布孔(11) 的直徑為1 10毫米。
8.根據權利要求1或4所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於所述蒸汽分布管(4)上 設有2 60圈蒸汽分布孔(11)，錐頭管(3)上設有2 30圈蒸汽分布孔(11)。
9.根據權利要求1或4所述的催化裂化進料噴嘴，其特徵在於蒸汽分布管(4)和錐 頭管C3)上所有相鄰兩圈的蒸汽分布孔(11)錯開布置。
專利摘要本實用新型公開了一種催化裂化進料噴嘴，以解決現有催化裂化進料噴嘴所存在的霧化粒徑較大、噴出速度過大、霧化不均勻等問題。本實用新型設置原料磁化機構和霧化機構，磁化機構設置在霧化機構的進料管前端，霧化機構設有嘴體，嘴體的出口端設有噴頭，另一端依次設有與嘴體同軸設置的旋流段錐管和旋流段圓管，嘴體、旋流段錐管和旋流段圓管內與其同軸設置有蒸汽分布管，蒸汽分布管在靠近噴頭的一端設有錐頭管，蒸汽分布管和錐頭管上分別至少設置一圈向噴頭的方向傾斜的蒸汽分布孔。本實用新型主要用於石油加工行業的催化裂化裝置。
文檔編號B05B7/04GK201862497SQ201020595310
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者侯玉蘭, 劉丹, 葉安道, 王紹才, 蘇秦豫, 黃文水 申請人:中國石化集團洛陽石油化工工程公司, 中國石油化工股份有限公司