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，涉及一種可用于催化裂化裝置進料的旋 流霧化噴嘴。
背景技術(shù)：
本實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區(qū)，以獲得相對小的液滴尺寸，以及均勻的液滴尺寸 分布。原料油進料噴嘴是催化裂化裝置的一個重要部分，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 提升管反應器內(nèi)，與進入提升管反應器的催化劑混合反應，以達到提高輕質(zhì)油收率、降低焦 炭產(chǎn)率、改善產(chǎn)品分布、防止過度裂化的目的，還能有效減少提升管反應器內(nèi)的結(jié)焦，提高 企業(yè)的經(jīng)濟效益。目前用于催化裂化裝置的原料油進料噴嘴，有支管型、喉管型、Y型，如埃 克森石油公司的螺旋葉型、太陽石油公司的錐靶型和國產(chǎn)的單管型噴嘴。雖然原料油噴嘴的尺寸較小、價格也不是很貴，但卻是非常關(guān)鍵的一個部件，因為 它的霧化性能對設備最終的產(chǎn)品收率影響很大，所以引起多方重視。現(xiàn)有噴嘴在應用過程 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，原料油會熱裂化為輕氣 體例如甲烷、焦炭；有的噴出速率過大，導致流動不穩(wěn)定而出現(xiàn)機械振動；有的所需進油壓 力較高，霧化介質(zhì)較多，導致能耗較高。在催化裂化裝置中，噴嘴相對提升管兩兩對稱設置，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，原料油進入提升管后至少一對噴射油流相碰撞， 在每股噴射油流與提升管管壁之間形成負壓區(qū)，負壓對原料油及催化劑產(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)象會越來越嚴重，由此在提升管內(nèi)形成阻 力且阻力也隨之越來越大，影響提升管反應器的工作，嚴重時甚至要停產(chǎn)進行清焦處理。 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)容本實用新型的要解決的技術(shù)問題是提供一種霧化液滴粒度均勻且細小、霧化角度 大、使用壽命長的高性能旋流霧化噴嘴。本實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和設置在內(nèi)外管之間的旋流器5 ；所述的氣體擋板3上開 有拉瓦爾孔8，氣體擋板3和旋流器5之間的內(nèi)管管壁上開有液體通孔4，旋流器前部的內(nèi) 管1頂端管壁開有二次噴孔6，所述的外管2頂端開口，氣體擋板3與內(nèi)管1頂端的內(nèi)部空 間為混合腔7。本實用新型提供的旋流霧化噴嘴的有益效果為本實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，在整個氣液
3兩相區(qū)域內(nèi)均具有較高的氣液速度差，實現(xiàn)良好的液體霧化。采用本實用新型的旋流噴嘴作為催化裂化裝置的進料噴嘴時，霧化效果好，噴出 的液滴粒徑均勻而細小，在提升管內(nèi)的溫度下迅速氣化，使裂化反應在氣態(tài)進行，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 提升管進料段的催化劑密相流動中有一定的穿透力，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。另外，可以降低蒸汽用量， 使反應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。
具體實施方式
本實用新型具體是這樣實施的本實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和設置在內(nèi)外管之間的旋流器5 ；所述的氣體擋板3上開有 拉瓦爾孔8，氣體擋板3和旋流器5之間的內(nèi)管管壁上開有液體通孔4，旋流器前部的內(nèi)管 1頂端開有二次噴孔6，旋流器前部的內(nèi)管1頂端開有二次噴孔6，所述的外管2頂端開口， 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)管長度的10% 45%。本實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。本實用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的外管2的頂端開口的中心延長線和內(nèi) 管頭部二次噴孔6的軸線相交。本實用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述擋板3上開有一個或多個拉瓦爾孔，所 述的拉瓦爾孔為收縮-擴張的小孔，所述的氣體擋板3和旋流器5之間的內(nèi)管邊壁上開有 一個或多個液體通孔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。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 擋板上均勻開有多個拉瓦爾孔，使得氣速徑向分布更為均勻，降低了邊界效應的影響，在整 個氣液兩相區(qū)域內(nèi)均具有較高的氣液速度差，實現(xiàn)良好的液體霧化。本實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的長徑比為(0.5 4) 1。本實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為一個或多個，其中優(yōu)選設置至少兩個液體入口 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的長徑比介于(0. 5 4) 1之間，距 離過大，會由于氣體的湍動強度降低，使液滴重新聚并，使油滴尺寸增加并且尺寸分布也不 均勻；而距離過小，會使液體油膜還沒來得及被破碎即離開噴嘴，不利于油滴尺寸的減小及 更均勻的尺寸分布。實驗研究表明，混合腔7的長徑比控制在(0.5 4) 1之間比較適且。本實用新型提供的旋流霧化噴嘴中，所述的旋流器前部的內(nèi)管頂端管壁上開有二 次噴孔6，二次噴孔的軸線垂直于開口處的切面。內(nèi)管頂端可以為半圓球形或圓錐臺形，優(yōu) 選內(nèi)管頂端為圓錐臺形，在圓錐臺的斜錐面上開有多個二次噴孔，優(yōu)選3 6個，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，具有強化液相湍動的作用。本實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形狀，其收 縮角即圓臺錐面與軸線的夾角為α，外管頭部為開口的圓錐臺形狀，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前端開口的中心延長線與內(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，達到更好的霧化 效果。本實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說明本實用新型用 于催化裂化裝置的工作過程，但本實用新型并不因此而受到任何限制由圖1可見，采用本實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，原料油以較低速度由液體入口 9進入內(nèi)外管間的環(huán)隙，經(jīng)緩沖混合從液體通孔4進入 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，通過氣體擋板3上的拉瓦爾孔8 進入混合腔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 于蒸汽的速度遠遠大于原料油的速度，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度，而且具有較高的速度，從外管頭 部的開口射出，與從二次噴孔6噴出的氣液混合物碰撞、破碎，實現(xiàn)原料油的第二次霧化。采用本實用新型的旋流噴嘴作為催化裂化裝置的進料噴嘴時，噴出的液滴粒徑均 勻而細小，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，使裂化反應在 氣態(tài)進行，提高輕質(zhì)油的產(chǎn)率，并降低生焦，使更多的原料油轉(zhuǎn)化成有價值的產(chǎn)品，尤其當 流化床催化裂化原料中混合有重原料時。由于噴嘴產(chǎn)生的噴霧射流具有一定的初速，在提升管進料段的催化劑密相流動中有一定的穿透力，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，避免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。另外，可以降低蒸汽用量，使反應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)和設置在內(nèi)外管之間的旋流器(5)；所述的氣體擋板(3) 上開有拉瓦爾孔(8)，氣體擋板(3)和旋流器(5)之間的內(nèi)管管壁上開有液體通孔，旋 流器前部的內(nèi)管(1)頂端管壁開有二次噴孔(6)，所述的外管( 頂端開口，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)頂端開口的 中心延長線和內(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。
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)和設置在內(nèi)外管之間的旋流器(5)；所述的氣體擋板(3)上開有拉瓦爾孔(8)，氣體擋板(3)和旋流器(5)之間的內(nèi)管管壁上開有液體通孔(4)，旋流器前部的內(nèi)管(1)頂端前部開有二次噴孔(6)，所述的外管(2)頂端開口。本實用新型提供的旋流霧化噴嘴，采用氣液兩次霧化，在整個氣液兩相區(qū)域內(nèi)均具有較高的氣液速度差，實現(xiàn)良好的液體霧化。作為催化裂化裝置的進料噴嘴時，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B05B7/04GK201900064SQ201020547379
公開日2011年7月20日 申請日期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 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院