專利名稱：催化裂化霧化進料噴嘴的制作方法
技術領域：
本實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(yōu)劣對裂化反應、產(chǎn)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，提高輕質油收率、降低焦炭產(chǎn)率、改善產(chǎn)品分布、防止過度裂化， 消除提升管反應器內(nèi)的結焦現(xiàn)象，帶來可觀的經(jīng)濟效益。因此，國內(nèi)外相關研究機構一直在不斷開發(fā)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(fā)展的需要并獲取更大的經(jīng)濟效益。目前國內(nèi)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-擴張形喉道盡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，形成氣液兩相霧化流，最后在噴頭噴口處加速，實現(xiàn)二次霧化。該噴嘴霧化強度高，但需要很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(chǎn)成本和設備改造的投資；第三類是雙喉道內(nèi)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旋流室，在旋流室里嵌著一個旋流器，使油料與蒸汽的混合物通過旋流室上的內(nèi)噴口進行離心霧化，在霧化室后面焊接一個加速段和一個穩(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(wěn)定而出現(xiàn)機械振動)，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料壓力較高、霧化蒸汽較多，導致能耗較高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種催化裂化霧化進料噴嘴，以解決現(xiàn)有的催化裂化進料噴嘴所存在的霧化粒徑較大、霧化不均勻、所需的進料壓力較高和霧化蒸汽較多導致管線震動、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霧化進料噴嘴，其技術方案是 該催化裂化霧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(jīng)過磁化機構形成的磁場后與進料管相連。霧化機構設有嘴體、進料管、一次蒸汽入口，其特征在于嘴體內(nèi)部設有二次蒸汽分布器和一個嘴體內(nèi)腔，嘴體的出口端設有噴頭，噴頭上設有噴口，嘴體上設置二次蒸汽入口，嘴體的另一端依次連接與其同軸設置的旋流段錐管和旋流段圓管，旋流段圓管的另一端設有封蓋，封蓋上設有與其同軸的一次蒸汽入口，嘴體內(nèi)部設置的嘴體內(nèi)腔的一端與二次蒸汽分布器相連，另一端與旋流段錐管相連，二次蒸汽分布器的另一端與噴頭相連，二次蒸汽分布器上至少設置一圈向噴頭方向傾斜的二次蒸汽孔，嘴體內(nèi)腔設有擴散段、喉口段、收縮段和預混段，進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、二次蒸汽分布器和嘴體內(nèi)腔內(nèi)部形成混合腔，嘴體、二次蒸汽分布器、 嘴體內(nèi)腔和旋流段錐管之間形成一個二次氣室。本實用新型進一步特征在于所述磁化機構有一組或多組磁性材料，每組磁性材料分兩塊，呈相對設置，其形狀可以是長方形或正方形、圓形或橢圓形任何形狀。本實用新型進一步特征在于所述磁性材料是永久磁鐵或其他具有強磁性的材料制成，如釹鐵硼稀土永磁材料，一面為N極，另一面則為S極。本實用新型進一步特征在于進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)徑與噴體的內(nèi)徑之比為1.1 2. 5，擴散段和收縮段為錐形，擴散段和收縮段與噴嘴軸心線的夾角α和β均為1 30度， 喉口段和預混段為圓柱形，喉口段的長徑之比為0. 5 4. 0。本實用新型進一步特征在于二次蒸汽分布器為錐形，其上設有1 10圈二次蒸汽孔，每圈設有2 30個二次蒸汽孔，二次蒸汽分布器上的二次蒸汽孔與軸線的夾角ε為 0 90度，二次蒸汽孔的直徑為1 10毫米。本實用新型進一步特征在于二次蒸汽分布器上的各圈二次蒸汽孔與軸線的夾角沿噴嘴徑向由內(nèi)到外依次減小，相鄰兩圈二次蒸汽孔與軸線的夾角的角度差為5 45度。本實用新型與現(xiàn)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，由于磁場的作用，使得原料內(nèi)聚力減小， 表面張力下降，從而使原料分子勢壘下降、分子內(nèi)部結構松弛、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，動能損耗降低。進料在旋流腔內(nèi)進行旋轉流動，在旋流段錐管處加速后進入混合腔，并與蒸汽入口進入的霧化蒸汽混合。進料在離心力的作用下被展成薄膜，增大了液體的表面積，進一步降低了液體的粘性和表面張力；同時，原料在湍流脈動產(chǎn)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(nèi)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。二次蒸汽分布器噴出的二次霧化蒸汽在混合腔末端沿噴嘴的徑向，由外向內(nèi)射入氣液兩相霧化流，可以破碎氣液兩相霧化流在油氣管內(nèi)壁形成的液膜，避免大液滴的出現(xiàn)。由二次霧化蒸汽分布器噴出的霧化蒸汽與由一次蒸汽分布管噴出的霧化蒸汽沿噴嘴的徑向方向的速度不同，從而增加了氣液兩相霧化流的湍動強度，提高氣液摻混效果。同時二次霧化蒸汽分布器設置在混合腔的末端，其上的各圈蒸汽分布孔與軸線的夾角不同，霧化蒸汽以不同的角度射向噴頭內(nèi)壁，避免進入噴頭的氣液兩相霧化流在噴頭內(nèi)壁的滯流，避免大液滴出現(xiàn)。最后氣液兩相霧化流在噴口處加速，然后由噴口噴出，將進料霧化成均勻細小的液滴。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(chǎn)率并降低生焦量。本實用新型催化裂化霧化進料技術經(jīng)測試表明，進料霧化粒徑(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)可以達到 3以上。并且，只需使用較低的進料壓力(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，前述霧化蒸汽與進料在混合腔內(nèi)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、易于推廣的優(yōu)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
并不限制本實用新型要求保護的范圍。
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本實用新型催化裂化霧化進料噴嘴的霧化機構噴頭部位的噴口示意圖。圖4是圖2中的A-A旋轉剖視圖。圖5是二次蒸汽分布器上霧化蒸汽孔的布置示意圖。圖中1-噴口、2-噴頭、3- 二次蒸汽孔、4- 二次蒸汽分布器、5-擴散段、6-喉口段、7_嘴體、8-收縮段、9-預混段、10-旋流段圓管、11-嘴體內(nèi)腔、12-二次氣室、13-旋流段錐管、 14-進料管、15-—次蒸汽入口、16-二次蒸汽入口、17-旋流腔、18-封蓋、19-混合腔、20-進料導管，21-磁性材料，22-固定件。圖1、圖2、圖3、圖4和圖5中，相同附圖標記所對應的結構，其技術特征相同。
具體實施方式
參見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示的本實用新型催化裂化霧化進料噴嘴。該噴嘴包含磁化機構和霧化機構。磁化機構設有磁性材料21和固定件22，磁化機構設置在霧化機構的進料管14前端，進料導管20經(jīng)過磁化機構形成的磁場后與進料管14相連。參見圖2、圖3、圖4和圖5所示的本實用新型催化裂化進料噴嘴的霧化機構。它設有嘴體7、進料管14、一次蒸汽入口 15。嘴體7的出口端設有噴頭2，噴頭2上設有噴口 1，嘴體7內(nèi)部設置二次蒸汽分布器4和一個嘴體內(nèi)腔11。其中噴頭2為常規(guī)結構，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 1，Ib為多孔狀噴 Π 1。嘴體7的另一端依次連接與其同軸設置的旋流段錐管13和旋流段圓管10 ；其中的旋流段錐管13為圓錐面形。嘴體內(nèi)腔11外部為圓柱形，與嘴體7、旋流段錐管13和旋流段圓管10同軸設置，嘴體內(nèi)腔11的一端與旋流段錐管13連接，另一端與二次蒸汽分布器 4相連，二次蒸汽分布器4與噴頭2相連。所述的嘴體7內(nèi)部設有二次蒸汽分布器4和嘴體內(nèi)腔11，二次蒸汽分布器上分別至少設置1圈向噴頭2的方向傾斜的二次蒸汽孔3，二次蒸汽孔3為圓形孔(見圖幻，嘴體內(nèi)腔11設有擴散段5、喉口段6、收縮段8和預混段9。所述的進料管14沿旋流段圓管10的切線方向連接在旋流段圓管10上(見圖2 和圖4)，旋流段圓管10和旋流段錐管13內(nèi)部形成旋流腔17，旋流段圓管10的端部設有封蓋18 ；封蓋18上設置有與其同軸的一次蒸汽入口管，其端部的一次蒸汽入口 15位于封蓋 18的外側。[0029]所述的嘴體7、二次蒸汽分布器4、嘴體內(nèi)腔11和旋流段錐管13之間形成二次氣室，嘴體內(nèi)腔11、二次蒸汽分布器4和噴頭2內(nèi)部形成混合腔19。擴散段5和收縮段8的橫截面形狀為錐形，喉口段6和預混段9的橫截面形狀為圓柱形，二次氣室12的橫截面形狀為圓環(huán)形。參見圖2，本實用新型的結構參數(shù)一般如下進料管14的軸心線與噴嘴軸心線的夾角S為30 90度，旋流段錐管13的錐角θ為30 130度，旋流段圓管10的內(nèi)徑與噴體7的內(nèi)徑之比為1. 1 2. 5。二次蒸汽分布器4為錐形，其上設有1 10圈二次蒸汽孔3，每圈設有2 30個二次蒸汽孔3，二次蒸汽分布器4上的二次蒸汽孔3與軸線的夾角ε為0 90度，各圈二次蒸汽孔與軸線的夾角沿噴嘴徑向由內(nèi)到外依次減小，相鄰兩圈二次蒸汽孔與軸線的夾角的角度差為5 45度。二次蒸汽孔3的直徑為1 10毫米。嘴體內(nèi)腔11的擴散段5和收縮段8為錐形，擴散段5和收縮段8與噴嘴軸心線的夾角α和 β均為1 30度，喉口段6和預混段9為圓柱形，喉口段6的長徑之比為0. 5 4. 0。本實用新型其它未說明的結構參數(shù)需要根據(jù)實際使用情況來確定。例如，二次蒸汽分布器4上的各圈二次蒸汽孔3 —般是沿噴嘴軸心線的方向均勻分布， 每圈上的二次蒸汽孔3 —般是繞二次蒸汽分布器4的圓周方向均勻分布，以使由各二次蒸汽孔3噴出的水蒸汽能夠均勻地與混合物流混合。二次蒸汽分布器4上所有相鄰兩圈的二次蒸汽孔3最好是錯開布置，如圖4所示。這是本實用新型的一種優(yōu)選方案。本實用新型其它未說明的結構參數(shù)需要根據(jù)實際使用情況來確定。例如，磁化機構的形狀、長度，視現(xiàn)場情況和進料量而定，其位置應盡量接近霧化機構；嘴體7的直徑和一次蒸汽入口 15的直徑根據(jù)進料量和進汽量確定，噴嘴的總長度根據(jù)現(xiàn)場的具體情況確定。本實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)在進料導管20中通過磁化機構形成的磁場被磁化， 被磁化后的原料經(jīng)進料管14沿旋流段圓管10的切向注入旋流腔17，在旋流腔17內(nèi)進行旋轉流動，并在旋流段錐管13處進入混合腔19，進料受到蒸汽的作用，在混合腔19內(nèi)形成高強度湍流場，在離心力的作用下被展成薄膜；一次霧化蒸汽(一般為250 400°C的過熱水蒸汽)從一次蒸汽入口 15進入，經(jīng)過旋流腔進入混合腔19，由于湍流脈動產(chǎn)生的瞬時隨機剪切力作用下使原料破碎；物料在喉口段6加速，利用氣液兩者之間的速度差將進料破碎成很小的液滴，形成氣液兩相霧化流，實現(xiàn)原料的霧化。二次霧化蒸汽通過二次蒸汽分布器 4上二次蒸汽孔3進入混合腔末端，沖擊氣液兩相流，加強湍動強度，消除在噴頭內(nèi)的滯流， 強化霧化效果，抑制液膜在噴頭內(nèi)壁的生成，避免大液滴的出現(xiàn)。氣液兩相霧化流最后在噴口 1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，使進料液滴進一步破碎，實現(xiàn)原料的最終霧化。霧化后的進料繼而進入提升管反應器進行反應。本實用新型的催化裂化進料噴嘴，進料霧化粒徑(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)一般可以達到3以上。進料壓力一般為0. 3 0. 6MPa，水蒸汽用量一般為進料量的3 6重量％。
權利要求1.一種催化裂化霧化進料噴嘴，包含磁化機構和霧化機構，磁化機構設有磁性材料 (21)和固定件(22)，磁化機構設置在霧化機構的進料管(14)前端，進料導管00)經(jīng)過磁化機構形成的磁場后與進料管(14)相連，霧化機構設有嘴體(7)、進料管(14)、一次蒸汽入口(15)，其特征在于嘴體(7)內(nèi)部設有二次蒸汽分布器⑷和一個嘴體內(nèi)腔(11)，嘴體(7)的出口端設有噴頭O)，噴頭( 上設有噴口(1)，嘴體(7)上設置二次蒸汽入口(16)， 嘴體(7)的另一端依次連接與其同軸設置的旋流段錐管(1 和旋流段圓管(10)，旋流段圓管(10)的另一端設有封蓋(18)，封蓋(18)上設有與其同軸的一次蒸汽入口(15)，嘴體(7) 內(nèi)部設置的嘴體內(nèi)腔(11)的一端與二次蒸汽分布器(4)相連，另一端與旋流段錐管(13) 相連，二次蒸汽分布器(4)的另一端與噴頭( 相連，二次蒸汽分布器(4)上至少設置一圈向噴頭( 方向傾斜的蒸汽分布孔(3)，嘴體內(nèi)腔(11)設有擴散段(5)、喉口段(6)、收縮段(8)和預混段(9)，進料管(14)沿旋流段圓管(10)的切向連接于旋流段圓管(10)上，旋流段圓管(10)和旋流段錐管(1 內(nèi)部形成旋流腔(17)，噴頭O)、二次蒸汽分布器(4)和嘴體內(nèi)腔(11)內(nèi)部形成混合腔(19)，嘴體(7)、二次蒸汽分布器0)、嘴體內(nèi)腔(11)和旋流段錐管(1 之間形成一個二次氣室(12)。
2.根據(jù)權利要求1所述的催化裂化霧化進料噴嘴，其特征在于所述磁化機構有一組或多組磁性材料(21)，每組磁性材料分兩塊，呈相對設置。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的催化裂化霧化進料噴嘴，其特征在于所述磁性材料 (21)是永久磁鐵或釹鐵硼稀土永磁材料，一面為N極，另一面則為S極。
4.根據(jù)權利要求1所述的催化裂化霧化進料噴嘴，其特征在于進料管(14)的軸心線與噴嘴軸心線的夾角6為30 90度，旋流段錐管(13)的錐角θ為30 130度，旋流段圓管(10)的內(nèi)徑與嘴體(7)的內(nèi)徑之比為1.1 2. 5，嘴體內(nèi)腔(11)的擴散段(5)和收縮段(8)為錐形，擴散段(5)和收縮段(8)與噴嘴軸心線的夾角α和β均為1 30度，喉口段(6)和預混段(9)為圓柱形，喉口段(6)的長徑之比為0.5 4.0。
5.根據(jù)權利要求1所述的催化裂化霧化進料噴嘴，其特征在于二次蒸汽分布器(4) 為錐形，其上設有1 10圈二次蒸汽孔C3)，每圈設有2 30個二次蒸汽孔C3)，二次蒸汽分布器(4)上的二次蒸汽孔C3)與軸線的夾角ε為0 90度，二次蒸汽孔(3)的直徑為 1 10毫米。
6.根據(jù)權利要求1或權利要求5所述的催化裂化霧化進料噴嘴，其特征在于二次蒸汽分布器(4)上的各圈二次蒸汽孔與軸線的夾角沿噴嘴徑向由內(nèi)到外依次減小，相鄰兩圈二次蒸汽孔與軸線的夾角的角度差為5 45度。
專利摘要本實用新型公開了一種催化裂化霧化進料噴嘴，以解決現(xiàn)有催化裂化進料噴嘴所存在的霧化粒徑較大、霧化不均勻等問題。本實用新型設有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，霧化機構設有噴體，嘴體的出口端設有噴頭，嘴體內(nèi)部設置二次蒸汽分布器和嘴體內(nèi)腔，嘴體的另一端依次連接與嘴體同軸設置的旋流段錐管和旋流段圓管，旋流段圓管和旋流段錐管內(nèi)部形成旋流腔，嘴體、二次蒸汽分布器、嘴體內(nèi)腔和旋流段錐管之間形成一個二次氣室，嘴體內(nèi)腔設有擴散段、喉口段、收縮段和預混段，噴頭、二次蒸汽分布器和嘴體內(nèi)腔內(nèi)部形成混合腔。二次蒸汽分布器上分別至少設置1圈向噴頭的方向傾斜的蒸汽分布孔。
文檔編號B05B15/00GK202131286SQ201120138650
公開日2012年2月1日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權日2011年4月29日
發(fā)明者侯玉蘭, 劉丹, 葉安道, 王紹才, 王長嶺, 翁甲壯, 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, 廣州中元石油化工工程有限公司