專利名稱：一種旋流霧化噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種霧化噴嘴，更具體地說(shuō)，涉及一種可用于催化裂化裝置進(jìn)料的旋 流霧化噴嘴。
背景技術(shù)：
本實(shí)用新型涉及用于霧化液體的方法和裝置，該方法和裝置可用于將熱的原料油 霧化并注入流化催化裂化裝置的反應(yīng)區(qū)，以獲得相對(duì)小的液滴尺寸，以及均勻的液滴尺寸 分布。原料油進(jìn)料噴嘴是催化裂化裝置的一個(gè)重要部分，其作用是將催化裂化裝置的原料 油(重油或渣油或其混合物)霧化成細(xì)小的液滴，以良好的霧化狀態(tài)噴入催化裂化裝置的 提升管反應(yīng)器內(nèi)，與進(jìn)入提升管反應(yīng)器的催化劑混合反應(yīng)，以達(dá)到提高輕質(zhì)油收率、降低焦 炭產(chǎn)率、改善產(chǎn)品分布、防止過(guò)度裂化的目的，還能有效減少提升管反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)焦，提高 企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。目前用于催化裂化裝置的原料油進(jìn)料噴嘴，有支管型、喉管型、Y型，如埃 克森石油公司的螺旋葉型、太陽(yáng)石油公司的錐靶型和國(guó)產(chǎn)的單管型噴嘴。雖然原料油噴嘴的尺寸較小、價(jià)格也不是很貴，但卻是非常關(guān)鍵的一個(gè)部件，因?yàn)?它的霧化性能對(duì)設(shè)備最終的產(chǎn)品收率影響很大，所以引起多方重視?，F(xiàn)有噴嘴在應(yīng)用過(guò)程 中有的霧化粒徑較大，液滴不能夠快速充分地與催化劑顆粒接觸，原料油會(huì)熱裂化為輕氣 體例如甲烷、焦炭；有的噴出速率過(guò)大，導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定而出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)；有的所需進(jìn)油壓 力較高，霧化介質(zhì)較多，導(dǎo)致能耗較高。在催化裂化裝置中，噴嘴相對(duì)提升管兩兩對(duì)稱設(shè)置，經(jīng)霧化的原料油噴入角度與 提升管母線之間的夾角為30 45°左右，原料油進(jìn)入提升管后至少一對(duì)噴射油流相碰撞， 在每股噴射油流與提升管管壁之間形成負(fù)壓區(qū)，負(fù)壓對(duì)原料油及催化劑產(chǎn)物引射而出現(xiàn)回 流，從而在噴嘴上方的管壁上形成結(jié)焦，且結(jié)焦現(xiàn)象會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，由此在提升管內(nèi)形成阻 力且阻力也隨之越來(lái)越大，影響提升管反應(yīng)器的工作，嚴(yán)重時(shí)甚至要停產(chǎn)進(jìn)行清焦處理。 另外，經(jīng)霧化的原料油在噴頭的原料油出口兩端，噴頭的內(nèi)壁面上產(chǎn)生油膜而存在大直徑 液滴，從而影響霧化效果。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種霧化液滴粒度均勻且細(xì)小、霧化角度 大、使用壽命長(zhǎng)的高性能旋流霧化噴嘴。本實(shí)用新型提供的一種旋流霧化噴嘴，包括內(nèi)管1、外管2、與外管2連通的液體入 口 9、安裝在內(nèi)管中的氣體擋板3和設(shè)置在內(nèi)外管之間的旋流器5 ；所述的氣體擋板3上開(kāi) 有拉瓦爾孔8，氣體擋板3和旋流器5之間的內(nèi)管管壁上開(kāi)有液體通孔4，旋流器前部的內(nèi) 管1頂端管壁開(kāi)有二次噴孔6，所述的外管2頂端開(kāi)口，氣體擋板3與內(nèi)管1頂端的內(nèi)部空 間為混合腔7。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴的有益效果為本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴，充分利用了氣體的兩次霧化效果，在整個(gè)氣液
3兩相區(qū)域內(nèi)均具有較高的氣液速度差，實(shí)現(xiàn)良好的液體霧化。采用本實(shí)用新型的旋流噴嘴作為催化裂化裝置的進(jìn)料噴嘴時(shí)，霧化效果好，噴出 的液滴粒徑均勻而細(xì)小，在提升管內(nèi)的溫度下迅速氣化，使裂化反應(yīng)在氣態(tài)進(jìn)行，提高原料 油轉(zhuǎn)化率，提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率，并降低生焦。由于噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流具有一定的初速，在 提升管進(jìn)料段的催化劑密相流動(dòng)中有一定的穿透力，可使噴霧射流達(dá)到提升管中部。噴霧 射流有扁平扇面的形狀，對(duì)提升管截面有良好的覆蓋，減小返混。另外，可以降低蒸汽用量， 使反應(yīng)器可以在更大的氣量范圍內(nèi)操作，大大提高了催化裂化裝置的操作彈性。

圖1為本實(shí)用新型提供的一種旋流霧化噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為旋流器的截面示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型具體是這樣實(shí)施的本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴，包括內(nèi)管1、外管2和與外管2連通的液體入口 9，安裝在內(nèi)管中的氣體擋板3和設(shè)置在內(nèi)外管之間的旋流器5 ；所述的氣體擋板3上開(kāi)有 拉瓦爾孔8，氣體擋板3和旋流器5之間的內(nèi)管管壁上開(kāi)有液體通孔4，旋流器前部的內(nèi)管 1頂端開(kāi)有二次噴孔6，旋流器前部的內(nèi)管1頂端開(kāi)有二次噴孔6，所述的外管2頂端開(kāi)口， 氣體擋板3與內(nèi)管1頂端的內(nèi)部空間為混合腔7。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，噴嘴噴出物流的一端為噴嘴頭部，氣相和液 相引入噴嘴的一端為噴嘴的底部，所述的旋流器5安裝在內(nèi)外管環(huán)隙中靠近噴嘴頭部的位 置，旋流器中心與頂端的距離為內(nèi)管長(zhǎng)度的10% 45%。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的內(nèi)管直徑與外管直徑的比值為 (0.4 0.8) 1。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的外管2的頂端開(kāi)口的中心延長(zhǎng)線和內(nèi) 管頭部二次噴孔6的軸線相交。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述擋板3上開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)拉瓦爾孔，所 述的拉瓦爾孔為收縮-擴(kuò)張的小孔，所述的氣體擋板3和旋流器5之間的內(nèi)管邊壁上開(kāi)有 一個(gè)或多個(gè)液體通孔4。優(yōu)選的方案是內(nèi)管1邊壁的液體通孔4與擋板上的拉瓦爾孔8的 數(shù)目相等，其中，任一拉瓦爾孔8都與至少一個(gè)液體通孔4的軸線相交。所述的液體通孔的 直徑略大于拉瓦爾孔，液體通孔4與擋板中心的軸向距離與拉瓦爾孔8至擋板3外緣的距 離相當(dāng)。以上的結(jié)構(gòu)可以保證由拉瓦爾孔8噴出的高速氣體與液體通孔噴出的液體相遇、 充分利用氣體的動(dòng)能，從而更好地發(fā)揮氣液速度差的作用，將液體霧化。優(yōu)選的方案在氣體 擋板上均勻開(kāi)有多個(gè)拉瓦爾孔，使得氣速?gòu)较蚍植几鼮榫鶆?，降低了邊界效?yīng)的影響，在整 個(gè)氣液兩相區(qū)域內(nèi)均具有較高的氣液速度差，實(shí)現(xiàn)良好的液體霧化。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的內(nèi)管頭部和擋板3圍成混合腔7，所述 的混合腔7的長(zhǎng)徑比為(0.5 4) 1。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的液體入口 9與外管2相連通，液體入口9為一個(gè)或多個(gè)，其中優(yōu)選設(shè)置至少兩個(gè)液體入口 9。優(yōu)選所述的液體入口 9沿外管2的斜 切向進(jìn)入內(nèi)外管的間隙，即液體入口軸線位于外管2入口處的切面上，其軸線與外管軸線 的夾角為30 60°。由擋板3與內(nèi)管1前段所圍成的混合腔7的長(zhǎng)徑比介于(0. 5 4) 1之間，距 離過(guò)大，會(huì)由于氣體的湍動(dòng)強(qiáng)度降低，使液滴重新聚并，使油滴尺寸增加并且尺寸分布也不 均勻；而距離過(guò)小，會(huì)使液體油膜還沒(méi)來(lái)得及被破碎即離開(kāi)噴嘴，不利于油滴尺寸的減小及 更均勻的尺寸分布。實(shí)驗(yàn)研究表明，混合腔7的長(zhǎng)徑比控制在(0.5 4) 1之間比較適且。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的旋流器前部的內(nèi)管頂端管壁上開(kāi)有二 次噴孔6，二次噴孔的軸線垂直于開(kāi)口處的切面。內(nèi)管頂端可以為半圓球形或圓錐臺(tái)形，優(yōu) 選內(nèi)管頂端為圓錐臺(tái)形，在圓錐臺(tái)的斜錐面上開(kāi)有多個(gè)二次噴孔，優(yōu)選3 6個(gè)，其中二次 噴孔6的軸線垂直于內(nèi)管前端收縮段的斜錐面。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的液體入口 9與液體通孔4沿軸向的距 離限定于至少大于1. 5倍的外管直徑。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的外管于內(nèi)管之間的環(huán)隙中裝有旋流器 5，如圖2所示，使液體不僅具有軸向速度，而且具有一定角向速度，具有強(qiáng)化液相湍動(dòng)的作用。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的內(nèi)管頭部為封閉的圓錐臺(tái)形狀，其收 縮角即圓臺(tái)錐面與軸線的夾角為α，外管頭部為開(kāi)口的圓錐臺(tái)形狀，如圖1所示，并且外管 頭部的收縮角β比內(nèi)管頭部的收縮角α大5 15°。外管2前端開(kāi)口的中心延長(zhǎng)線與內(nèi)管前端二次噴孔6的軸線相交，以保證經(jīng)旋流 器從內(nèi)外管縫隙噴出的液體與從二次噴孔6噴出的氣液混合物接觸碰撞，達(dá)到更好的霧化 效果。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的二次噴孔6的軸線與內(nèi)外管軸線的夾 角Y為20 70°。附圖1為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)示意圖，下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)用新型用 于催化裂化裝置的工作過(guò)程，但本實(shí)用新型并不因此而受到任何限制由圖1可見(jiàn)，采用本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴用于催化裂化裝置的原料油噴 嘴時(shí)，原料油以較低速度由液體入口 9進(jìn)入內(nèi)外管間的環(huán)隙，經(jīng)緩沖混合從液體通孔4進(jìn)入 內(nèi)管前部的混合腔7內(nèi)；具有一定壓力的蒸汽引入內(nèi)管1，通過(guò)氣體擋板3上的拉瓦爾孔8 進(jìn)入混合腔7中，蒸汽經(jīng)拉瓦爾孔被加速至超聲速，在混合腔中沖擊原料油形成的油膜，由 于蒸汽的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原料油的速度，原料油被第一次破碎霧化，汽液兩相在混合腔內(nèi)高 速碰撞，形成很強(qiáng)的湍流，從噴嘴頭部的二次噴孔6噴出。內(nèi)外管間隙的液體被旋流體旋 轉(zhuǎn)，由于內(nèi)外壓差較大，使液體不僅具有較高的旋流強(qiáng)度，而且具有較高的速度，從外管頭 部的開(kāi)口射出，與從二次噴孔6噴出的氣液混合物碰撞、破碎，實(shí)現(xiàn)原料油的第二次霧化。采用本實(shí)用新型的旋流噴嘴作為催化裂化裝置的進(jìn)料噴嘴時(shí)，噴出的液滴粒徑均 勻而細(xì)小，能與催化劑充分接觸，在提升管內(nèi)的溫度下，原料油可迅速氣化，使裂化反應(yīng)在 氣態(tài)進(jìn)行，提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率，并降低生焦，使更多的原料油轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的產(chǎn)品，尤其當(dāng) 流化床催化裂化原料中混合有重原料時(shí)。由于噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流具有一定的初速，在提升管進(jìn)料段的催化劑密相流動(dòng)中有一定的穿透力，可使噴霧射流達(dá)到提升管中部。噴霧射 流有扁平扇面的形狀，對(duì)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，避免射到噴嘴對(duì)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(jìn)料霧化 噴嘴。另外，可以降低蒸汽用量，使反應(yīng)器可以在更大的氣量范圍內(nèi)操作，大大提高了催化 裂化裝置的操作彈性。
權(quán)利要求1.一種旋流霧化噴嘴，其特征在于包括內(nèi)管(1)、外管O)、與外管連通的液體入口 (9)、安裝在內(nèi)管中的氣體擋板C3)和設(shè)置在內(nèi)外管之間的旋流器(5)；所述的氣體擋板(3) 上開(kāi)有拉瓦爾孔(8)，氣體擋板(3)和旋流器(5)之間的內(nèi)管管壁上開(kāi)有液體通孔，旋 流器前部的內(nèi)管(1)頂端管壁開(kāi)有二次噴孔(6)，所述的外管( 頂端開(kāi)口，氣體擋板(3) 與內(nèi)管頂端的內(nèi)部空間為混合腔(7)。
2.按照權(quán)利要求1所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述的旋流器(5)安裝在內(nèi)外管 之間的環(huán)隙空間中，旋流器中心與頂端的距離為內(nèi)管長(zhǎng)度的10% 45%。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述的外管(2)頂端開(kāi)口的 中心延長(zhǎng)線和內(nèi)管頭部二次噴孔(6)的軸線相交。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述任一拉瓦爾孔(8)都與 至少一個(gè)液體通孔的軸線相交。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述的混合腔(7)的長(zhǎng)徑比 為(0. 5 4) 1。
6.按照權(quán)利要求1或2所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述的液體入口(9)為至少 兩個(gè)。
7.按照權(quán)利要求6所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述的液體入口(9)與液體通孔 ⑷之間的軸向距離大于1. 5倍的外管直徑。
8.按照權(quán)利要求1或2所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述的液體入口(9)沿外管 ⑵的斜切向進(jìn)入內(nèi)外管的間隙，其軸向與外管軸線的夾角為30 60°。
9.按照權(quán)利要求1或2所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于外管頭部的收縮角β比內(nèi)管 頭部的收縮角α大5 15°。
10.按照權(quán)利要求1所述的旋流霧化噴嘴，其特征在于所述的二次噴孔(6)軸線與內(nèi)外 管軸線的夾角Y為20 70°。
專利摘要一種旋流霧化噴嘴，包括內(nèi)管(1)、外管(2)、與外管連通的液體入口(9)、安裝在內(nèi)管中的氣體擋板(3)和設(shè)置在內(nèi)外管之間的旋流器(5)；所述的氣體擋板(3)上開(kāi)有拉瓦爾孔(8)，氣體擋板(3)和旋流器(5)之間的內(nèi)管管壁上開(kāi)有液體通孔(4)，旋流器前部的內(nèi)管(1)頂端前部開(kāi)有二次噴孔(6)，所述的外管(2)頂端開(kāi)口。本實(shí)用新型提供的旋流霧化噴嘴，采用氣液兩次霧化，在整個(gè)氣液兩相區(qū)域內(nèi)均具有較高的氣液速度差，實(shí)現(xiàn)良好的液體霧化。作為催化裂化裝置的進(jìn)料噴嘴時(shí)，可以提高原料油轉(zhuǎn)化率，提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率，并降低生焦。還可以降低蒸汽用量，使反應(yīng)器可以在更大的氣量范圍內(nèi)操作，大大提高了催化裂化裝置的操作彈性。
文檔編號(hào)B05B7/04GK201900064SQ201020547379
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者侯栓弟, 張同旺, 武雪峰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院