专利名称：一种旋流雾化喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种雾化喷嘴，更具体地说，涉及一种可用于催化裂化装置进料的旋 流雾化喷嘴。
背景技术：
本实用新型涉及用于雾化液体的方法和装置，该方法和装置可用于将热的原料油 雾化并注入流化催化裂化装置的反应区，以获得相对小的液滴尺寸，以及均勻的液滴尺寸 分布。原料油进料喷嘴是催化裂化装置的一个重要部分，其作用是将催化裂化装置的原料 油(重油或渣油或其混合物)雾化成细小的液滴，以良好的雾化状态喷入催化裂化装置的 提升管反应器内，与进入提升管反应器的催化剂混合反应，以达到提高轻质油收率、降低焦 炭产率、改善产品分布、防止过度裂化的目的，还能有效减少提升管反应器内的结焦，提高 企业的经济效益。目前用于催化裂化装置的原料油进料喷嘴，有支管型、喉管型、Y型，如埃 克森石油公司的螺旋叶型、太阳石油公司的锥靶型和国产的单管型喷嘴。虽然原料油喷嘴的尺寸较小、价格也不是很贵，但却是非常关键的一个部件，因为 它的雾化性能对设备最终的产品收率影响很大，所以引起多方重视。现有喷嘴在应用过程 中有的雾化粒径较大，液滴不能够快速充分地与催化剂颗粒接触，原料油会热裂化为轻气 体例如甲烷、焦炭；有的喷出速率过大，导致流动不稳定而出现机械振动；有的所需进油压 力较高，雾化介质较多，导致能耗较高。在催化裂化装置中，喷嘴相对提升管两两对称设置，经雾化的原料油喷入角度与 提升管母线之间的夹角为30 45°左右，原料油进入提升管后至少一对喷射油流相碰撞， 在每股喷射油流与提升管管壁之间形成负压区，负压对原料油及催化剂产物引射而出现回 流，从而在喷嘴上方的管壁上形成结焦，且结焦现象会越来越严重，由此在提升管内形成阻 力且阻力也随之越来越大，影响提升管反应器的工作，严重时甚至要停产进行清焦处理。 另外，经雾化的原料油在喷头的原料油出口两端，喷头的内壁面上产生油膜而存在大直径 液滴，从而影响雾化效果。
发明内容本实用新型的要解决的技术问题是提供一种雾化液滴粒度均勻且细小、雾化角度 大、使用寿命长的高性能旋流雾化喷嘴。本实用新型提供的一种旋流雾化喷嘴，包括内管1、外管2、与外管2连通的液体入 口 9、安装在内管中的气体挡板3和设置在内外管之间的旋流器5 ；所述的气体挡板3上开 有拉瓦尔孔8，气体挡板3和旋流器5之间的内管管壁上开有液体通孔4，旋流器前部的内 管1顶端管壁开有二次喷孔6，所述的外管2顶端开口，气体挡板3与内管1顶端的内部空 间为混合腔7。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴的有益效果为本实用新型提供的旋流雾化喷嘴，充分利用了气体的两次雾化效果，在整个气液
3两相区域内均具有较高的气液速度差，实现良好的液体雾化。采用本实用新型的旋流喷嘴作为催化裂化装置的进料喷嘴时，雾化效果好，喷出 的液滴粒径均勻而细小，在提升管内的温度下迅速气化，使裂化反应在气态进行，提高原料 油转化率，提高轻质油的产率，并降低生焦。由于喷嘴产生的喷雾射流具有一定的初速，在 提升管进料段的催化剂密相流动中有一定的穿透力，可使喷雾射流达到提升管中部。喷雾 射流有扁平扇面的形状，对提升管截面有良好的覆盖，减小返混。另外，可以降低蒸汽用量， 使反应器可以在更大的气量范围内操作，大大提高了催化裂化装置的操作弹性。
图1为本实用新型提供的一种旋流雾化喷嘴的结构示意图；图2为旋流器的截面示意图。
具体实施方式
本实用新型具体是这样实施的本实用新型提供的旋流雾化喷嘴，包括内管1、外管2和与外管2连通的液体入口 9，安装在内管中的气体挡板3和设置在内外管之间的旋流器5 ；所述的气体挡板3上开有 拉瓦尔孔8，气体挡板3和旋流器5之间的内管管壁上开有液体通孔4，旋流器前部的内管 1顶端开有二次喷孔6，旋流器前部的内管1顶端开有二次喷孔6，所述的外管2顶端开口， 气体挡板3与内管1顶端的内部空间为混合腔7。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，喷嘴喷出物流的一端为喷嘴头部，气相和液 相引入喷嘴的一端为喷嘴的底部，所述的旋流器5安装在内外管环隙中靠近喷嘴头部的位 置，旋流器中心与顶端的距离为内管长度的10% 45%。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的内管直径与外管直径的比值为 (0.4 0.8) 1。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的外管2的顶端开口的中心延长线和内 管头部二次喷孔6的轴线相交。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述挡板3上开有一个或多个拉瓦尔孔，所 述的拉瓦尔孔为收缩-扩张的小孔，所述的气体挡板3和旋流器5之间的内管边壁上开有 一个或多个液体通孔4。优选的方案是内管1边壁的液体通孔4与挡板上的拉瓦尔孔8的 数目相等，其中，任一拉瓦尔孔8都与至少一个液体通孔4的轴线相交。所述的液体通孔的 直径略大于拉瓦尔孔，液体通孔4与挡板中心的轴向距离与拉瓦尔孔8至挡板3外缘的距 离相当。以上的结构可以保证由拉瓦尔孔8喷出的高速气体与液体通孔喷出的液体相遇、 充分利用气体的动能，从而更好地发挥气液速度差的作用，将液体雾化。优选的方案在气体 挡板上均勻开有多个拉瓦尔孔，使得气速径向分布更为均勻，降低了边界效应的影响，在整 个气液两相区域内均具有较高的气液速度差，实现良好的液体雾化。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的内管头部和挡板3围成混合腔7，所述 的混合腔7的长径比为(0.5 4) 1。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的液体入口 9与外管2相连通，液体入口9为一个或多个，其中优选设置至少两个液体入口 9。优选所述的液体入口 9沿外管2的斜 切向进入内外管的间隙，即液体入口轴线位于外管2入口处的切面上，其轴线与外管轴线 的夹角为30 60°。由挡板3与内管1前段所围成的混合腔7的长径比介于(0. 5 4) 1之间，距 离过大，会由于气体的湍动强度降低，使液滴重新聚并，使油滴尺寸增加并且尺寸分布也不 均勻；而距离过小，会使液体油膜还没来得及被破碎即离开喷嘴，不利于油滴尺寸的减小及 更均勻的尺寸分布。实验研究表明，混合腔7的长径比控制在(0.5 4) 1之间比较适且。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的旋流器前部的内管顶端管壁上开有二 次喷孔6，二次喷孔的轴线垂直于开口处的切面。内管顶端可以为半圆球形或圆锥台形，优 选内管顶端为圆锥台形，在圆锥台的斜锥面上开有多个二次喷孔，优选3 6个，其中二次 喷孔6的轴线垂直于内管前端收缩段的斜锥面。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的液体入口 9与液体通孔4沿轴向的距 离限定于至少大于1. 5倍的外管直径。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的外管于内管之间的环隙中装有旋流器 5，如图2所示，使液体不仅具有轴向速度，而且具有一定角向速度，具有强化液相湍动的作用。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的内管头部为封闭的圆锥台形状，其收 缩角即圆台锥面与轴线的夹角为α，外管头部为开口的圆锥台形状，如图1所示，并且外管 头部的收缩角β比内管头部的收缩角α大5 15°。外管2前端开口的中心延长线与内管前端二次喷孔6的轴线相交，以保证经旋流 器从内外管缝隙喷出的液体与从二次喷孔6喷出的气液混合物接触碰撞，达到更好的雾化 效果。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴中，所述的二次喷孔6的轴线与内外管轴线的夹 角Y为20 70°。附图1为本实用新型的一种优选的结构示意图，下面结合图1说明本实用新型用 于催化裂化装置的工作过程，但本实用新型并不因此而受到任何限制由图1可见，采用本实用新型提供的旋流雾化喷嘴用于催化裂化装置的原料油喷 嘴时，原料油以较低速度由液体入口 9进入内外管间的环隙，经缓冲混合从液体通孔4进入 内管前部的混合腔7内；具有一定压力的蒸汽引入内管1，通过气体挡板3上的拉瓦尔孔8 进入混合腔7中，蒸汽经拉瓦尔孔被加速至超声速，在混合腔中冲击原料油形成的油膜，由 于蒸汽的速度远远大于原料油的速度，原料油被第一次破碎雾化，汽液两相在混合腔内高 速碰撞，形成很强的湍流，从喷嘴头部的二次喷孔6喷出。内外管间隙的液体被旋流体旋 转，由于内外压差较大，使液体不仅具有较高的旋流强度，而且具有较高的速度，从外管头 部的开口射出，与从二次喷孔6喷出的气液混合物碰撞、破碎，实现原料油的第二次雾化。采用本实用新型的旋流喷嘴作为催化裂化装置的进料喷嘴时，喷出的液滴粒径均 勻而细小，能与催化剂充分接触，在提升管内的温度下，原料油可迅速气化，使裂化反应在 气态进行，提高轻质油的产率，并降低生焦，使更多的原料油转化成有价值的产品，尤其当 流化床催化裂化原料中混合有重原料时。由于喷嘴产生的喷雾射流具有一定的初速，在提升管进料段的催化剂密相流动中有一定的穿透力，可使喷雾射流达到提升管中部。喷雾射 流有扁平扇面的形状，对提升管截面有良好的覆盖，减小返混，且喷雾射流的速度可以迅速 减弱，避免射到喷嘴对面的提升管管壁，造成提升管内的结焦的催化裂化装置的进料雾化 喷嘴。另外，可以降低蒸汽用量，使反应器可以在更大的气量范围内操作，大大提高了催化 裂化装置的操作弹性。
权利要求1.一种旋流雾化喷嘴，其特征在于包括内管(1)、外管O)、与外管连通的液体入口 (9)、安装在内管中的气体挡板C3)和设置在内外管之间的旋流器(5)；所述的气体挡板(3) 上开有拉瓦尔孔(8)，气体挡板(3)和旋流器(5)之间的内管管壁上开有液体通孔，旋 流器前部的内管(1)顶端管壁开有二次喷孔(6)，所述的外管( 顶端开口，气体挡板(3) 与内管顶端的内部空间为混合腔(7)。
2.按照权利要求1所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述的旋流器(5)安装在内外管 之间的环隙空间中，旋流器中心与顶端的距离为内管长度的10% 45%。
3.按照权利要求1或2所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述的外管(2)顶端开口的 中心延长线和内管头部二次喷孔(6)的轴线相交。
4.按照权利要求1或2所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述任一拉瓦尔孔(8)都与 至少一个液体通孔的轴线相交。
5.按照权利要求1或2所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述的混合腔(7)的长径比 为(0. 5 4) 1。
6.按照权利要求1或2所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述的液体入口(9)为至少 两个。
7.按照权利要求6所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述的液体入口(9)与液体通孔 ⑷之间的轴向距离大于1. 5倍的外管直径。
8.按照权利要求1或2所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述的液体入口(9)沿外管 ⑵的斜切向进入内外管的间隙，其轴向与外管轴线的夹角为30 60°。
9.按照权利要求1或2所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于外管头部的收缩角β比内管 头部的收缩角α大5 15°。
10.按照权利要求1所述的旋流雾化喷嘴，其特征在于所述的二次喷孔(6)轴线与内外 管轴线的夹角Y为20 70°。
专利摘要一种旋流雾化喷嘴，包括内管(1)、外管(2)、与外管连通的液体入口(9)、安装在内管中的气体挡板(3)和设置在内外管之间的旋流器(5)；所述的气体挡板(3)上开有拉瓦尔孔(8)，气体挡板(3)和旋流器(5)之间的内管管壁上开有液体通孔(4)，旋流器前部的内管(1)顶端前部开有二次喷孔(6)，所述的外管(2)顶端开口。本实用新型提供的旋流雾化喷嘴，采用气液两次雾化，在整个气液两相区域内均具有较高的气液速度差，实现良好的液体雾化。作为催化裂化装置的进料喷嘴时，可以提高原料油转化率，提高轻质油的产率，并降低生焦。还可以降低蒸汽用量，使反应器可以在更大的气量范围内操作，大大提高了催化裂化装置的操作弹性。
文档编号B05B7/04GK201900064SQ201020547379
公开日2011年7月20日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者侯栓弟, 张同旺, 武雪峰 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院