專利名稱：催化裂化裝置的進料霧化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于煉油廠催化裂化裝置的進料霧化噴嘴。
進料霧化噴嘴的任務(wù)是將催化裂化裝置的原料油(重油或渣油或其混合物)及回?zé)捰挽F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(yīng)，然后經(jīng)過分離裝置，進行油氣、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(gòu)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(xué)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，但其效果卻往往不是很理想，原因在于基于這種原理的噴嘴，不能合理地利用霧化蒸汽的能量。
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80-100μm，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(yù)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60-80μm。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。
進入九十年代后，國外的石油公司加大了對于進料噴嘴的研究力度，Mobil和Kellog公司于1990年開始合作進行新型進料霧化噴嘴的開發(fā)研究工作，于1994年開發(fā)出一種新型進料噴嘴Atomax；UOP公司于1995年開發(fā)出一種新型噴嘴OPtimix；這些噴嘴在其混合腔采用了各自不同的蒸汽分布結(jié)構(gòu)和不同的噴口形式，其霧化平均粒徑在60μm左右；Shell公司于1998年開發(fā)出一種新型進料噴嘴，并在中國申請了發(fā)明專利98192423.3，這種噴嘴是一種外混式的進料噴嘴，在這種噴嘴內(nèi)蒸汽與原料油在噴口處混合，利用蒸汽的高速帶動原料油從噴口噴出；上述的噴嘴可以產(chǎn)生催化工藝所需的扁平扇形的噴霧射流，稱為第三代新型霧化進料噴嘴。
本發(fā)明的任務(wù)，是提供一種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(yīng)在氣態(tài)進行，可以提高液態(tài)烴(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)焦的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴。
本實用新型的任務(wù)是這樣實現(xiàn)的本實用新型包括蒸汽入口1、原料油入口2、蒸汽分布孔4、蒸汽分布器5、外管6、環(huán)形空間混合腔7、混合腔前端8、噴頭9、噴口10，外管6的一端部有蒸汽入口1，外管6上有原料油入口2，外管6另一端有噴頭9，噴頭9的前端開有噴口10，外管6內(nèi)有蒸汽分布器5，外管6與蒸汽分布器5之間有環(huán)形空間混合腔7及混合腔前端8，蒸汽分布器5上有蒸汽分布孔4。
本實用新型還采用如下實施方案蒸汽分布器5的前端可以是平板形的，也可以是球形的，它構(gòu)成了霧化噴嘴的芯管，其上開有均布的1～30排的蒸汽分布孔4。
蒸汽分布器5端部上的蒸汽分布孔4也可以是1～30圈。
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蒸汽分布孔4。
蒸汽分布孔4沿蒸汽分布器5的長度方向上可以是均布的，也可以是散布的。
蒸汽分布孔4的直徑在1～10mm。
蒸汽分布孔4的面積之和與蒸汽分布器5的芯管截面積之比在0.1～5之間。
蒸汽分布器5的芯管直徑與外管6直徑之比在0.2～0.95之間。
蒸汽分布器5的前部與噴口10之間的距離在外管6直徑的0.1～20倍之間。
蒸汽分布器5前部的數(shù)排蒸汽分布孔4可以與噴口10相對應(yīng)。
噴頭9可以是球形的，還可以是橢球形的。
噴口10可以是一個，也可以是一個以上。
噴口10的形狀是狹長的。
噴口10的擴散角α的范圍在10°～180°，噴口10的寬度δ在2～20mm之間。
各噴口10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10之間的距離B在3～50mm之間。
各噴口10間夾角的平分線與噴嘴軸線的夾角￠在0°～±60°之間。
原料油入口2與外管6之間的夾角γ在10°～90°之間。
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)部具有特殊的氣體分配器，通過這種氣體分配器，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(shè)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；在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。通過噴口加速噴出，氣液兩相在很小的區(qū)域產(chǎn)生非常大的剪切，使液滴更細??；同時由于噴出噴口后的泄壓，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。并且這種噴嘴運行平穩(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，能覆蓋整個提升管截面同時，催化劑可以一次通過層狀油霧射流，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。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型蒸汽分布器5端面平形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型蒸汽分布器5端面球形的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型蒸汽分布孔4的排列圖5為本實用新型蒸汽分布孔4圈形排列圖；圖6為本實用新型噴口10擴散角α示意圖；圖7為本實用新型噴口10夾角￠的示意圖；圖8為實用新型明噴口10角度β、距離B、寬度δ的示意圖。
以下結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明如
圖1所示，包括蒸汽入口1、原料油入口2、蒸汽分布孔4、蒸汽分布器5、外管6、環(huán)形空間混合腔7、混合腔前端8、噴頭9、噴口10，外管6的一端部有蒸汽入口1，外管6上有原料油入口2，外管6另一端有噴頭9，噴頭9的前端開有噴口10，外管6內(nèi)有蒸汽分布器5，外管6與蒸汽分布器5之間有環(huán)形空間混合腔7及混合腔前端8，蒸汽分布器5上有蒸汽分布孔4。
蒸汽分布器5如圖2、3所示，靠近前部的圓管部分開有1～30圈(排)均布的蒸汽分布孔4，其前部可以是平板形的，也可以是球形的，它構(gòu)成了霧化噴嘴的芯管，在平板形或球形的頭部開有均勻分布的孔4，其前端也可以是一個空心管，在芯管式的蒸汽分布器5的整個圓管段上，開有1～90排沿圓周均勻分布的蒸汽分布孔4，這些孔4沿蒸汽分布器5的芯管方向上可以是均布的，也可以是不均勻分布的，孔4的直徑在1～10mm，全部蒸汽分布孔4的面積之和與蒸汽分布器5芯管3的截面積之比在0.1～5之間，芯管3的直徑與外管6的直徑之比在0.2～0.95之間，蒸汽分布器5的前部與噴口10之間的距離在外管6直徑的0.1～20倍之間，蒸汽分布器5前部的數(shù)排蒸汽分布孔4也可以與噴口10相對應(yīng)。
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(guān)，設(shè)計的原則是環(huán)形空間內(nèi)原料油的流速保持在0.1-9米/秒之間。
如圖6～圖8所示，新型霧化進料噴嘴的噴頭9和噴口10，其噴頭9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10。當(dāng)噴口10為兩個以上時，各噴口可以平行排列，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°～45°之間，各噴口10之間的距離B則視需要而定，在3～50mm之間；噴口10的擴散角α的變化范圍在10°～180°之間；噴口10的寬度δ在2～20mm之間；各噴口10的整體布置與噴嘴軸線可以不對稱分布，即各噴口10間夾角的平分線與噴嘴軸線的夾角￠在0°～±60°之間。
蒸汽分布器5的前部與噴口10之間的距離在0.1～5倍外管6直徑之間。原料油入口2的直徑應(yīng)使其內(nèi)原料油的流速低于10米/秒，原料油入口2與外管6之間的夾角γ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7、混合腔前端8，并向噴頭9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，并通過芯管式蒸汽分布器5上多處沿圓周均勻分布的蒸汽分布孔4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。由于孔4在蒸汽分布器5的芯管圓周上均勻分布，并且位于原料油必經(jīng)的位置，當(dāng)原料油流經(jīng)這些位置時自然被噴出的蒸汽所破碎，通過孔4噴出的蒸汽的運動方向與原料油的運動方向基本垂直，形成較大的相對速度，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，使蒸汽與原料油在混合腔7內(nèi)形成勻細的汽液兩相流，從而完成了第一階段的霧化。在這之后，混合腔7中的勻細的汽液兩相流運動至噴頭9處，通過噴口10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10噴出后壓力驟然降低，勻細的汽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(shè)計，可以充分利用蒸汽的能量，在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勻細的汽液兩相流，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(shè)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，如平面扇形、鎂形、錐形等。
催化裂化提升管技術(shù)要求能夠形成扁平扇形的噴霧射流，以履蓋整個提升管截面，使原料油與催化劑快速而充分地接觸；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。本發(fā)明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(shù)對噴霧形狀的要求。由特殊的分布器與專門設(shè)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(yīng)用Malvern激光粒度測試儀的測試，在工業(yè)規(guī)模流量下(30噸/時)，本發(fā)明提出的噴嘴，可以將粘度為5厘泊的液體霧化成SMD粒徑為50um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60-80um。
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(yīng)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(guān)系，以達到臨界霧化狀態(tài)。即使處理量相同，當(dāng)噴口形狀改變時，其面積與處理量的匹配關(guān)系也要發(fā)生變化。為了保證長周期運行，噴頭表面及噴口處要作耐磨處理。
當(dāng)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為大液滴，液滴可以得到進一步的霧化，經(jīng)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，呈扇平扇形的噴霧射流。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(shè)計，以調(diào)整噴霧射流的覆蓋角度。
這種霧化進料噴嘴具有很好的霧化效果，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70％-130％之間變化。這種噴嘴以用于煉油廠催化裂化裝置。
權(quán)利要求1．催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，包括蒸汽入口(1)、原料油入口(2)、蒸汽分布孔(4)、蒸汽分布器(5)、外管(6)、環(huán)形空間混合腔(7)、混合腔前端(8)、噴頭(9)、噴口(10)，外管(6)的一端有蒸汽入口(1)，外管(6)上有原料油入口(2)，其特征在于外管(6)另一端有噴頭(9)，噴頭(9)的前端開有噴口(10)，外管(6)內(nèi)有蒸汽分布器(5)，外管(6)與蒸汽分布器(5)之間有環(huán)形空間混合腔(7)及混合腔前端(8)，蒸汽分布器(5)上有蒸汽分布孔(4)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布器(5)的前端可以是平板形的，也可以是球形的，它構(gòu)成了霧化噴嘴的芯管，其上開有均布的1～30排的蒸汽分布孔(4)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布器(5)端部上的蒸汽分布孔(4)也可以是1～30圈。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布器(5)的整個圓管段上，開有1～90排沿圓周均勻分布的蒸汽分布孔(4)。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布孔(4)沿蒸汽分布器(5)的長度方向上可以是均布的，也可以是散布的。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布孔(4)的直徑在1～10mm。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布孔(4)的面積之和與蒸汽分布器(5)芯管截面積之比在0.1～5之間。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布器(5)芯管直徑與外管(6)直徑之比在0.2～0.95之間。
9．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布器(5)的前部與噴口(10)之間的距離是外管(6)直徑的0.1～20倍之間。
10．根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于蒸汽分布器(5)前部的數(shù)排蒸汽分布孔(4)可以與噴口(10)相對應(yīng)。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于噴頭(9)可以是球形的，還可以是橢球形的。
12．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于噴口(10)可以是一個，也可以是一個以上。
13．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于噴口(10)的形狀是狹長的。
14．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于噴口(10)的擴散角α的范圍在10°～180°，噴口(10)的寬度δ在2～20mm之間。
15．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于各噴口(10)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(10)之間的距離B在3～50mm之間。
16．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于各噴口(10)間夾角的平分線與噴嘴軸線的夾角￠在0°～±60°之間。
17．根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化裂化裝置的進料霧化噴嘴，其特征在于原料油入口(2)與外管(6)之間的夾角γ在10°～90°之間。
專利摘要一種用于煉油廠催化裂化裝置的進料霧化噴嘴,由蒸汽分布孔4、蒸汽分布器5、噴口10等組成,外管6一端有噴頭9,噴頭9的前端開有噴口10,外管6內(nèi)有蒸汽分布器5,蒸汽分布器5上有蒸汽分布孔4,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(yīng)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,減小返混。
文檔編號B05B7/04GK2439330SQ00238300
公開日2001年7月18日 申請日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者毛羽 申請人:中國石油天然氣集團公司, 石油大學(xué)(北京)