一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于石油加工行業(yè)領(lǐng)域，涉及一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，主要包括一次蒸汽內(nèi)通道、原料油通道、二次蒸汽外環(huán)通道、一次蒸汽孔、旋流器、混合腔、收縮段、喉管、擴(kuò)張段、二次蒸汽孔、噴頭、噴孔幾部分組成。本實(shí)用新型催化裂化進(jìn)料噴嘴將機(jī)械霧化與氣動(dòng)霧化方式結(jié)合，綜合運(yùn)用了離心力作用、氣液速度差作用、氣泡霧化作用三種霧化方式，霧化效果好，霧滴粒徑小；噴頭上開設(shè)若干噴孔，增大了噴霧場(chǎng)范圍，改善了提升管內(nèi)油霧與催化劑分布狀況，減小了霧化液滴二次聚合成大液滴；本實(shí)用新型的進(jìn)料噴嘴能有效提高整個(gè)催化裂化裝置的效率，增加輕質(zhì)油品收率，減小生焦量，提高經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】
一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于石油加工行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類對(duì)石油能源的消耗，全球原油呈現(xiàn)劣質(zhì)化趨勢(shì)，為最大限度的提高原油利用率，重質(zhì)油深度加工技術(shù)成為煉油行業(yè)亟待開發(fā)投入的重點(diǎn)，平均輕質(zhì)油收率是一個(gè)國(guó)家重質(zhì)油加工水平的關(guān)鍵衡量標(biāo)準(zhǔn)。催化裂化是一種最重要的原油深度加工工藝，在煉油行業(yè)中占有絕對(duì)重要的位置。催化裂化工藝是指重質(zhì)油品或渣油等原料油經(jīng)過進(jìn)料噴嘴霧化成細(xì)小的油霧，噴射進(jìn)反應(yīng)器，油霧迅速氣化并與高溫催化劑結(jié)合，發(fā)生裂解反應(yīng)，長(zhǎng)鏈斷裂，生成高辛烷值汽油、煤油、柴油及輕烯烴等輕質(zhì)油品產(chǎn)物。
[0003]進(jìn)料噴嘴是催化裂化裝置的重要設(shè)備之一，采用霧化效能高的進(jìn)料噴嘴，不僅能夠減小油霧粒徑，加速油霧氣化和裂解反應(yīng)，并且能改善反應(yīng)器內(nèi)油霧與催化劑接觸狀況，從而提高裂解反應(yīng)效率，提高輕質(zhì)油品產(chǎn)率，改善產(chǎn)品分布，減少焦炭生成量，帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]目前國(guó)內(nèi)有代表性的催化裂化噴嘴主要分為一下四類:(I)喉管類，包括LPC噴嘴、KH系列噴嘴等，其霧化機(jī)理是利用收縮-擴(kuò)張的喉道形結(jié)構(gòu)，通過氣液兩相的速度差來撕裂液體薄膜，利用氣體的能量使原料油破碎成微細(xì)顆粒。(2)靶式噴嘴，包括BX-Π型、Hff型等。原料油在壓力作用下，在垂直方向上高速撞擊金屬靶使之形成破碎的液滴，在橫向霧化氣流作用下進(jìn)行第一次霧化，在噴嘴頭出口處實(shí)現(xiàn)第二次霧化。(3)旋流型霧化噴嘴，包括BWJ噴嘴等。該類噴嘴通過安裝旋流裝置，利用離心力的作用將液體展成液膜，并減小液體的粘度和表面張力，促進(jìn)氣體對(duì)液體的破碎和霧化。(4)氣泡式霧化，包括UPC噴嘴等。其霧化機(jī)理是氣體通過小孔進(jìn)入液體中形成均勻的氣液兩相泡狀流動(dòng)，在離開噴嘴出口時(shí)氣泡由于內(nèi)外壓差的驟然變化而急劇膨脹爆炸，將液體瞬間霧化成細(xì)微液滴。
[0005]以上常見的催化裂化進(jìn)料噴嘴存在的主要問題有:(I)霧化粒徑偏大。原料油霧滴粒徑最好接近催化劑的平均粒徑(60μπι)，以保證原料油的汽化速度和反應(yīng)速度，抑制焦炭的生成，保證催化裂化反應(yīng)效率，而目前催化裂化進(jìn)料噴嘴的霧化效能有待提高。(2)噴嘴的噴霧場(chǎng)分布范圍小，導(dǎo)致原料油不能覆蓋整個(gè)提升管區(qū)域，存在死區(qū)，油霧不能與催化劑流均勻、充分地接觸并反應(yīng)。(3)傳統(tǒng)噴頭多采用單噴口，油霧大量聚集在噴口處，容易二次匯聚成大液滴，削弱霧化效果。(3)噴嘴壓降高，霧化介質(zhì)耗量大，運(yùn)行成本高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型提供了一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，以解決目前常用進(jìn)料噴嘴存在的霧化粒徑大、霧化場(chǎng)分布狀態(tài)不佳、油霧與催化劑不能充分接觸混合以及霧化氣體介質(zhì)耗量大等一系列問題，其采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，包括一次蒸汽內(nèi)通道、原料油通道、二次蒸汽外環(huán)通道、一次蒸汽孔、旋流器、混合腔、收縮段、喉管、擴(kuò)張段、二次蒸汽孔、噴頭、噴孔，所述的一次蒸汽內(nèi)通道上沿周向均勻開設(shè)一圈一次蒸汽孔;所述的一次蒸汽內(nèi)通道與原料油通道之間安裝旋流器;所述二次蒸汽孔沿周向均勻開設(shè)在擴(kuò)張段上，蒸汽從二次蒸汽外環(huán)通道噴入原料油中；所述的噴頭為半球形噴頭，噴頭端面上沿圓周方向均勻開設(shè)三圈噴孔。
[0008]所述的一次蒸汽孔沿周向均勻分布在一次蒸汽內(nèi)通道上，一次蒸汽孔數(shù)量為8個(gè)，相鄰兩孔間夾角為45°。
[0009]所述的二次蒸汽孔沿周向均勻分布在擴(kuò)張段上，其軸線垂直于擴(kuò)張段壁面;二次蒸汽孔數(shù)量為8個(gè)，相鄰兩孔間夾角為45°。
[0010]所述的噴頭端面上噴孔由內(nèi)到外共開設(shè)三圈，三圈噴孔軸線與噴嘴中心軸線之間的夾角的數(shù)值分別為5°?15°，35°?45°，75°?85°，每圈噴孔的數(shù)量為8個(gè)，相鄰噴孔之間夾角為45°。
[0011 ]本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012](I)霧化效率高。將機(jī)械霧化與氣動(dòng)霧化方式結(jié)合，綜合運(yùn)用了離心力作用、氣液速度差作用、氣泡霧化作用三種霧化方式，霧化效率高，霧滴粒徑小。有利于油霧迅速氣化，與催化劑接觸發(fā)生裂解反應(yīng)，提高了整個(gè)催化裂化反應(yīng)效率，并且減小了結(jié)焦現(xiàn)象。
[0013](2)油霧分布狀態(tài)佳。原料油通過噴頭上三圈噴孔噴射流出，分散的流束增大了噴霧場(chǎng)范圍，使得霧滴充分覆蓋提升管內(nèi)區(qū)域，霧滴與催化劑流接觸分布更加均勻;分散的流束還能避免了油霧大量堆積造成二次聚合成大液滴的現(xiàn)象。
[0014](3)蒸汽耗量低。蒸汽作用原理是氣泡霧化，并且將蒸汽分為一次蒸汽和二次蒸汽兩股，從不同位置進(jìn)入原料油通道中，蒸汽壓降都作用在原料油中，蒸汽利用效率高，節(jié)約了噴嘴的運(yùn)行成本。
【附圖說明】
[0015]圖1:本實(shí)用新型的旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴軸向剖視圖；
[0016]圖2:圖1所示噴嘴的噴頭右視圖；
[0017]圖3:圖1所示噴嘴的A-A橫截面剖視圖。
[0018]符號(hào)說明
[0019]1.—次蒸汽內(nèi)通道、2.原料油通道、3.二次蒸汽外環(huán)通道、4.一次蒸汽孔、5.旋流器、6.混合腔、7.收縮段、8.喉管、9.擴(kuò)張段、10.二次蒸汽孔、11.噴頭、12.噴孔。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0021 ]如圖1-3所示，一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，包括一次蒸汽內(nèi)通道1、原料油通道2、二次蒸汽外環(huán)通道3、一次蒸汽孔4、旋流器5、混合腔6、收縮段7、喉管8、擴(kuò)張段9、二次蒸汽孔10、噴頭11、噴孔12，所述的一次蒸汽內(nèi)通道I上沿周向均勻開設(shè)一圈一次蒸汽孔4;所述的一次蒸汽內(nèi)通道I與原料油通道2之間安裝旋流器5;所述二次蒸汽孔10沿周向均勻開設(shè)在擴(kuò)張段9上，蒸汽從二次蒸汽外環(huán)通道3噴入原料油中；所述的噴頭11為半球形嗔頭，嗔頭11纟而面上沿圓周方向均勾開設(shè)二圈嗔孔12。
[0022]上述的一次蒸汽孔4沿周向均勻分布在一次蒸汽內(nèi)通道I上，一次蒸汽孔4數(shù)量為8個(gè)，相鄰兩孔間夾角為45°。
[0023]上述的二次蒸汽孔10沿周向均勻分布在擴(kuò)張段9上，其軸線垂直于擴(kuò)張段9壁面；二次蒸汽孔10數(shù)量為8個(gè)，相鄰兩孔間夾角為45°。
[0024]上述的噴頭11端面上噴孔12由內(nèi)到外共開設(shè)三圈，三圈噴孔軸線與噴嘴中心軸線之間的夾角的數(shù)值分別為5°?15°，35°?45°，75°?85°，每圈噴孔的數(shù)量為8個(gè)，相鄰噴孔之間夾角為45°。
[0025]工作過程:本實(shí)用新型的旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴屬于氣動(dòng)霧化噴嘴，依靠氣體作為霧化介質(zhì)，將原料油霧化成細(xì)小液滴。一般采用水蒸氣作為霧化介質(zhì)，蒸汽分兩路分別進(jìn)入一次蒸汽內(nèi)通道I和二次蒸汽外環(huán)通道3，原料油進(jìn)入位于兩蒸汽通道中間的原料油通道2; —次蒸汽內(nèi)通道I上沿周向均勻分布一排一次蒸汽孔4，蒸汽通過蒸汽孔高速噴射到原料油中，蒸汽在原料油中降壓膨脹，速度急劇增加，形成含大量微小氣泡的泡狀流，此為第一級(jí)氣泡霧化。
[0026]—次蒸汽孔4后面安裝旋流器5，氣液混合物流經(jīng)旋流器5，在離心力作用下，液體被展成液膜，液體表面積增大，粘性和表面張力降低，氣體對(duì)于液體的剪切破碎作用增強(qiáng)，氣體將原料油撕裂破碎成細(xì)液膜或液絲，此為離心力作用霧化。
[0027]氣液混合物流經(jīng)收縮段7，壓力能轉(zhuǎn)化為氣液動(dòng)能，氣液速度增加，但氣體加速明顯快于液體，因此氣液之間產(chǎn)生速度差，氣體沖擊剪切原料油，造成液膜破碎。在喉管段8，氣液速度差達(dá)最大，氣液劇烈作用將原料油進(jìn)一步霧化。在擴(kuò)張段9，氣液速度均有所下降，但氣體減速快，液體減速慢，氣液之間的速度差再次對(duì)原料油產(chǎn)生霧化作用。
[0028]擴(kuò)張段9上沿周向開設(shè)一排二次蒸汽孔10，二次蒸汽通過噴射進(jìn)入原料油中，給氣液混合物中再次帶來大量微小氣泡，此為第二級(jí)氣泡霧化。
[0029]噴頭11采用的是球型噴頭，混合油氣通過各噴孔分散噴出，能有效減小油霧的二次匯聚，并且由于各噴孔尺寸相較于單噴口明顯減小，有利于氣泡瞬間降壓膨脹，增強(qiáng)霧化效果；另一方面，三排噴孔的設(shè)置有效增加了噴霧范圍，有利于油霧更好的覆蓋提升管，促進(jìn)了油霧與催化劑的均勻接觸，提高催化裂化反應(yīng)效率。
[0030]以上以舉例方式對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說明，但本實(shí)用新型不限于上述具體實(shí)施例，凡基于本實(shí)用新型所做的任何改動(dòng)或變型均屬于本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，其特征在于:包括一次蒸汽內(nèi)通道(I)、原料油通道(2)、二次蒸汽外環(huán)通道(3)、一次蒸汽孔(4)、旋流器(5)、混合腔(6)、收縮段(7)、喉管(8)、擴(kuò)張段(9)、二次蒸汽孔(10)、噴頭(11)、噴孔(12)，所述的一次蒸汽內(nèi)通道(I)上沿周向均勻開設(shè)一圈一次蒸汽孔(4);所述的一次蒸汽內(nèi)通道(I)與原料油通道(2)之間安裝旋流器(5);所述二次蒸汽孔(10)沿周向均勻開設(shè)在擴(kuò)張段(9)上，蒸汽從二次蒸汽外環(huán)通道(3)噴入原料油中；所述的噴頭(11)為半球形噴頭，噴頭(11)端面上沿圓周方向均勻開設(shè)三圈噴孔(12)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，其特征在于:一次蒸汽孔(4)沿周向均勻分布在一次蒸汽內(nèi)通道(I)上，一次蒸汽孔(4)數(shù)量為8個(gè)，相鄰兩孔間夾角為45° ο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，其特征在于:二次蒸汽孔(10)沿周向均勻分布在擴(kuò)張段(9)上，其軸線垂直于擴(kuò)張段(9)壁面;二次蒸汽孔(10)數(shù)量為8個(gè)，相鄰兩孔間夾角為45°。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種旋流氣泡霧化催化裂化進(jìn)料噴嘴，其特征在于:噴頭(II)端面上噴孔(12)由內(nèi)到外共開設(shè)三圈，三圈噴孔軸線與噴嘴中心軸線之間的夾角的數(shù)值分別為5°?15°，35°?45°，75°?85°，每圈噴孔的數(shù)量為8個(gè)，相鄰噴孔之間夾角為45°。
【文檔編號(hào)】B01J8/00GK205659650SQ201620539374
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日
【發(fā)明人】朱曉麗, 仇性啟, 宋乃迎
【申請(qǐng)人】中國(guó)石油大學(xué)(華東)