CN202849335U - 催化裂化进料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种催化裂化进料喷嘴，以解决现有的喷嘴采用现有各种形状的喷口时分别存在的不利于雾化进料与催化剂的充分接触或催化剂使喷嘴喷口区域发生侵蚀，以及进料未经处理直接雾化而影响到雾化效果的问题。本实用新型设有雾化机构和磁化机构。雾化机构包括嘴体(5)、进料管(10)、蒸汽入口管(11)、设有喷口(1)的喷头(2)、旋流段锥管(8)和旋流段圆管(9)，嘴体的内腔依次分为预混段(7)、收缩段(6)、喉口段(4)和扩散段(3)，喷口为长圆环隙形。磁化机构包括进料导管、成对设置于进料导管外部的磁性材料和磁性材料固定架，进料导管与雾化机构的进料管相连。本实用新型主要用于石油加工行业的催化裂化装置。

Description

催化裂化进料喷嘴

技术领域

本实用新型涉及石油加工行业催化裂化装置所用的一种催化裂化进料喷嘴。

背景技术

在催化裂化(FCC)加工过程中，进料喷嘴性能的优劣对裂化反应、产品分布起着重要作用。雾化良好的进料与高温再生催化剂短时间接触，使进料气化速度快、反应迅速、催化剂上液体携带量降低，能提高轻质油收率、降低焦炭产率、改善产品分布、防止过度裂化，消除提升管反应器内的结焦现象，带来可观的经济效益。因此，国内外相关研究机构一直在不断开发和推出新型高效的催化裂化进料喷嘴，以适应催化裂化技术发展的需要并获取更大的经济效益。

目前国内外使用的催化裂化进料喷嘴大体分为以下几类：第一类是在喉管式喷嘴基础上改进而成的，其特点是利用收敛一扩张形喉道尽量提高气体流速和气液两相速度差以增加雾化强度(参见CN2069757U、CN2156189Y)；第二类是靶式喷嘴(参见US4434049)，其原理是进料油在高压差作用下形成高速射流撞击金属靶，再与横向气流作用进行第一次雾化，形成气雾两相流，最后在喷头喷口处加速，实现二次雾化。该喷嘴雾化强度高，但需要较高的进料压力和较多的雾化蒸汽，因而能耗较高，增加了生产成本和设备改造的投资；第三类是双喉道内混合式进料喷嘴(参见CN2054461U)；第四类是双流体离心式喷嘴(参见CN2356752Y)，其中采用了两相旋流器。

上述各类喷嘴主要存在如下两个问题。(1)喷嘴分别采用扁槽形、圆形、方形等形状的喷口，在流量较大时形成的射流层密度大、不利于催化剂的穿透，因此也不利于雾化进料与催化剂的充分接触。CN2156189Y采用双矩形喷口；由于双层片状射流之间存在真空效应，催化剂颗粒会在两个喷口之间的间隙高速运动，有可能使喷嘴喷口区域发生侵蚀。(2)进料未经处理就直接进入喷嘴进行雾化；由于进料的内聚力、表面张力和粘度较大，会影响到雾化效果。

上述各类喷嘴，进料的雾化粒径较大，索太尔直径(冷试)大多在60微米以上。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种催化裂化进料喷嘴，以解决现有的催化裂化进料喷嘴采用现有各种形状的喷口时分别存在的不利于雾化进料与催化剂的充分接触或催化剂使喷嘴喷口区域发生侵蚀，以及进料未经处理直接雾化而影响到雾化效果的问题。

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案是：一种催化裂化进料喷嘴，设有雾化机构，雾化机构包括嘴体、进料管、蒸汽入口管，嘴体有一个嘴体内腔，自嘴体的进料端至出口端依次分为预混段、收缩段、喉口段和扩散段，嘴体的出口端设有喷头，喷头上设有喷口，其特征在于：嘴体的进料端依次设有与嘴体同轴设置的旋流段锥管和旋流段圆管，进料管沿旋流段圆管的切向连接于旋流段圆管上，蒸汽入口管穿过旋流段圆管端部的封盖并与之相连，旋流段圆管和旋流段锥管内部形成旋流腔，所述的喷口为长圆环隙形，催化裂化进料喷嘴设有磁化机构，磁化机构包括进料导管、成对设置于进料导管外部的磁性材料和磁性材料固定架，进料导管与雾化机构的进料管相连。

采用本实用新型，具有如下的有益效果：(1)喷口为长圆环隙形，喷出的射流层密度小，有利于催化剂的穿透。可提高雾化进料与催化剂的接触面积，从而改善催化裂化装置的反应状况，提高轻质油产率并降低生焦量。(2)长圆环隙形喷口喷出的射流层表面连续，可以保护喷嘴喷口区域，使之免受高速运动的催化剂颗粒的侵蚀。(3)进料先经磁化机构磁化后再进行雾化。在磁化机构的进料导管内，进料在磁性材料形成的磁场中被磁化；进料的内聚力减小、表面张力下降，从而使进料分子势垒下降、分子内部结构松弛、粘度降低。这些变化使进料在后续的雾化过程中能够得到较好的雾化效果。(4)采用本实用新型，进料雾化粒径(索太尔直径)一般在55微米左右，雾化均匀指数在3以上，并且只需要使用较低的进料压力(表压一般为0.3～0.6MPa)和较少的雾化蒸汽即可得到很好的雾化效果，这样就降低了喷嘴的能耗(详见本说明书具体实施方式部分本实用新型喷嘴操作过程的说明)。此外，水蒸汽与进料在雾化机构混合腔内的混合雾化方式，当进料量有所增减变化时，油汽两相流的体积流量变化相对较小，不会明显影响雾化质量，因而使本实用新型的操作弹性好、可靠性高。本实用新型还具有结构简单、使用方便、易于推广的优点。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本实用新型要求保护的范围。

附图说明

图1是本实用新型催化裂化进料喷嘴的雾化机构沿轴向的剖视图。

图2是图1所示喷嘴喷口的左视图(放大)。

图3是图1中的A-A旋转剖视图。

图4是本实用新型催化裂化进料喷嘴的磁化机构的横截面图。

图1至图4中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1至图4，本实用新型的催化裂化进料喷嘴(简称为喷嘴)设有雾化机构(见图1)，雾化机构包括嘴体5、进料管10、蒸汽入口管11。嘴体5有一个嘴体内腔，自嘴体5的进料端至出口端依次分为预混段7、收缩段6、喉口段4和扩散段3。预混段7和喉口段4为圆柱形，收缩段6和扩散段3为截头圆锥形。喉口段4可设置隔板14，隔板14将喉口段4分为两个半圆柱形。气液流经喉口段4时从两个半圆柱形通道流过，被分为两部分，从而增大了液膜面积、降低了液膜厚度，对雾化更有利。

嘴体5的出口端设有喷头2，喷头2上设有喷口1。嘴体5的进料端依次设有与嘴体5同轴设置的旋流段锥管8和旋流段圆管9，其中的旋流段锥管8为截头圆锥面形。进料管10沿旋流段圆管9的切向连接于旋流段圆管9上，参见图3。旋流段圆管9的端部设有封盖12，蒸汽入口管11穿过封盖12并与之相连。旋流段圆管9和旋流段锥管8内部形成旋流腔13。参见图2，喷口1为长圆环隙形。

嘴体5、旋流段锥管8、旋流段圆管9、蒸汽入口管11和喷头2同轴设置；预混段7、收缩段6、喉口段4、扩散段3和喷头2的内腔构成雾化机构混合腔。

本实用新型催化裂化进料喷嘴设有磁化机构。参见图4，磁化机构包括进料导管19、成对设置于进料导管19外部的磁性材料16、磁性材料固定架17和螺栓螺母18。将螺栓螺母18紧固后，即将磁性材料16固定于进料导管19的外部，同时也完成了磁化机构的组装。喷嘴组装时，将进料导管19与雾化机构的进料管10相连，磁化机构的位置尽量接近雾化机构(图略)。磁化机构中的磁性材料16，一般使用现有的永久磁铁或钕铁硼稀土永磁材料。

磁化机构中可以沿进料导管19的轴向设置一对或多对磁性材料16，每对磁性材料16为两块，相对设置，相对面的磁极(N极、S极)相反。每块磁性材料16的横截面形状可以是长方形、正方形、圆形或椭圆形等。

参见图1和图2，本实用新型长圆环隙形喷口1的一种形成方法是：在喷头2的内腔和扩散段3内设有T型构件15，喷头2的顶部设有长圆孔，T型构件15的一端***该长圆孔内，形成所述的长圆环隙形喷口1；喉口段4内设有隔板14，T型构件15的另一端与隔板14相连。图1所示T型构件15为一平板，俯视图大致呈T形；其***喷头2顶部长圆孔内的一端(相当于T形顶部)为圆弧形(图略)。上述长圆环隙形喷口1和长圆孔的形状，是指它们在垂直于喷头2轴心线的垂直平面上投影的形状。

参见图1，本实用新型的主要结构参数一般如下：进料管10的轴心线与喷嘴雾化机构轴心线之间的夹角δ为30～90度，旋流段锥管8的锥角θ为30～130度，旋流段圆管9的内直径与预混段7的直径之比为1.1～2.5。扩散段3的圆锥顶角α和收缩段6的圆锥顶角β均为5～90度，喉口段4的长度与直径之比为0.5～4.0。

本实用新型雾化机构各部件的连接，一般均是采用焊接。

下面以附图所示喷嘴为例说明本实用新型的操作过程。进料(各种催化裂化原料油，例如蜡油、常压渣油、减压渣油等)首先进入磁化机构中的进料导管19，在磁性材料16形成的磁场中被磁化。接着，被磁化的进料经雾化机构的进料管10、沿旋流段圆管9的切向注入旋流腔13，使其在进料管10出口处的湍动和扰动程度减弱，能量损耗降低。进料在旋流腔13内进行旋转流动，并在旋流段锥管8处利用圆锥的收缩使旋转速度增大、离心力场得到强化。在旋流段锥管8处加速后的进料进入雾化机构混合腔，与经过蒸汽入口管11、旋流腔13进入的雾化蒸汽(一般为250～400℃的过热水蒸汽)混合。

在雾化机构混合腔内，进料继续旋转流动，受到水蒸汽作用形成高强度湍流场。进料在离心力的作用下被展成薄膜，增大了液体的表面积，进一步降低了液体的粘性和表面张力；同时，进料在湍流脉动产生的瞬时随机剪切力作用下破碎。另外，旋转流动使进料在雾化机构混合腔内的运动轨迹延长，增加了与雾化蒸汽的混合时间，提高了雾化蒸汽的利用率和雾化效果。在喉口段4，气液加速流动，气液两相之间的速度差使进料被破碎成很小的液滴，形成气液两相雾化流，实现进料的雾化。由于隔板14的作用，气液被分为两部分，从而增大了液膜面积、降低了液膜厚度，对雾化更有利。

气液两相雾化流最后在长圆环隙形喷口1处加速，由喷口1喷出。喷出后，由于压力降低，气液两相雾化流中的雾化蒸汽膨胀，使进料液滴进一步破碎、雾化成均匀细小的液滴，实现了进料的最终雾化。雾化后的进料继而进入提升管反应器进行反应。

本实用新型的催化裂化进料喷嘴，进料雾化粒径(索太尔直径)一般在55微米左右，喷口1处的喷射速度一般为60米/秒左右，雾化均匀指数一般可以达到3以上。进料压力(表压)一般为0.3～0.6MPa，雾化蒸汽用量一般为进料量的3～6重量％。

Claims (3)

1.一种催化裂化进料喷嘴，设有雾化机构，雾化机构包括嘴体(5)、进料管(10)、蒸汽入口管(11)，嘴体(5)有一个嘴体内腔，自嘴体(5)的进料端至出口端依次分为预混段(7)、收缩段(6)、喉口段(4)和扩散段(3)，嘴体(5)的出口端设有喷头(2)，喷头(2)上设有喷口(1)，其特征在于：嘴体(5)的进料端依次设有与嘴体(5)同轴设置的旋流段锥管(8)和旋流段圆管(9)，进料管(10)沿旋流段圆管(9)的切向连接于旋流段圆管(9)上，蒸汽入口管(11)穿过旋流段圆管(9)端部的封盖(12)并与之相连，旋流段圆管(9)和旋流段锥管(8)内部形成旋流腔(13)，所述的喷口(1)为长圆环隙形，催化裂化进料喷嘴设有磁化机构，磁化机构包括进料导管(19)、成对设置于进料导管(19)外部的磁性材料(16)和磁性材料固定架(17)，进料导管(19)与雾化机构的进料管(6)相连。

2.根据权利要求1所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：在喷头(2)的内腔和扩散段(3)内设有T型构件(15)，喷头(2)的顶部设有长圆孔，T型构件(15)的一端***该长圆孔内，形成所述的长圆环隙形喷口(1)，喉口段(4)内设有隔板(14)，T型构件(15)的另一端与隔板(14)相连。

3.根据权利要求1或2所述的催化裂化进料喷嘴，其特征在于：磁化机构中的磁性材料(16)为永久磁铁或钕铁硼稀土永磁材料。

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