一种催化裂化进料雾化喷嘴的制作方法

本发明属于催化裂化装置，具体涉及一种催化裂化进料雾化喷嘴。

背景技术：

1、原料油进料雾化喷嘴是石油炼制领域催化裂化装置的一个重要设备，其作用是：将原料油破碎、雾化为大量的细小液滴，雾化后的原料油滴喷入到催化裂化提升管反应器中，与提升管反应器内的催化剂混合、反应。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。雾化良好的原料与高温催化剂接触，能够使得原料油迅速汽化，减少“湿催化剂”(未汽化油粘附在催化剂表面)的形成，改善产品分布，降低催化裂化反再系统中的结焦现象，带来可观的经济效益。

2、目前，催化裂化进料喷嘴大体分为以下几类：1.喉管式雾化喷嘴，其利用收缩-扩张型喉道提高气体和液体的相对速度，依靠气液两相的速度差实现原料的雾化；2.靶式喷嘴，其原料在高压作用下垂直撞击金属靶，再与横向气流作用进行第一次雾化，形成气液两相流，后在喷嘴出口处加速，实现二次雾化，该喷嘴的雾化效果较好，但是需要较高的进料压力和较多的雾化介质，能耗较高，设备及运行成本较高；3.旋流式喷嘴，气液混合物在气液两相旋流器中快速回旋作用，实现一次雾化，后在喷嘴喷口处实现二次雾化；4.气泡雾化喷嘴，高压雾化蒸汽经多个小孔注入流动的原料油中，使原料中含有大量的气泡，形成均匀的气泡流，用气泡作为动力，利用气泡的产生、运动、变形直到从喷嘴出口喷出、气泡爆破，从而实现原料的雾化。以上各类喷嘴存在雾化粒径较大、喷出速度大、雾化不均匀、能耗高等问题。

3、专利201610537088.x公布了一种催化原料油预处理方法，其利用乳化管(孔道孔径为1-60000nm)将乳化水分散到原料油中进行油包水型乳化，使所得乳化原料油中油滴的粒径小于50微米，后经喷嘴喷出，其可使原料油得到有效雾化，该方法简单，但该方法中增加了乳化水的使用，继而增加了进入提升管反应器中的水含量，会造成催化裂化催化剂的水热失活，不利于催化裂化反应。且该专利增加了原料油的预处理过程，增加了设备投资。

4、基于以上问题，本发明提出一种进料雾化喷嘴，以解决现有喷嘴雾化粒径大、雾化不均匀、喷出速度大、能耗高等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种催化裂化进料雾化喷嘴，该喷嘴能实现对原料油的多级雾化，有效的消除大直径液滴，同时从喷嘴喷出的原料油雾滴尺寸分布得到明显改善，继而改善原料油与催化剂的接触，优化催化裂化的产品分布。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种催化裂化进料雾化喷嘴，所述雾化喷嘴包括依次连通且同轴设置的蒸汽腔、预混腔、分散腔和喷头，所述蒸汽腔与雾化蒸汽入口相连通，所述蒸汽腔与预混腔之间设有固定板，所述固定板上开设有若干通孔，所述通孔上固定连接有布气管，所述预混腔外侧设置有切向原料油入口，所述预混腔内沿轴线方向上设置有螺旋板，所述布气管贯穿所述螺旋板延伸至分散腔，所述分散腔内设有分散结构。

4、优选的，所述螺旋板与预混腔轴线之间的夹角设置为β，且β＝5°-60°。

5、优选的，所述分散结构由依次连通且同轴设置的缩径段、直管段和扩径段构成，所述扩径段和缩径段的锥度为4°-15°，所述分散结构至少设置一组。

6、优选的，所述原料油入口为圆形或矩形，所述原料油入口与预混腔轴线的夹角设置为α，且α＝30°-90°。

7、优选的，所述螺旋板的起始位置设置在所述切向原料油入口前端，终止位置设置于所述布气管远离固定板的一端；所述螺旋板的旋转方向与原料油进入预混腔后流向分散腔的方向一致，所述螺旋板上设有若干平衡孔。

8、优选的，所述布气管为微孔管，所述微孔管可为烧结金属粉末微孔管、金属丝网管或陶瓷粉末烧结管中一种。

9、优选的，所述微孔管的微孔孔径为50-1000μm，所述微孔管的管壁厚度为5-20mm。

10、优选的，所述喷口的开口形状为条缝状。

11、优选的，所述喷口与扩径段之间的空腔形成再混室。

12、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

13、(1)本发明提供的催化裂化进料雾化喷嘴，在预混腔内通过布气管、螺旋板的设置，使得微纳米气泡快速均匀地分散到原料油中，原料油与雾化蒸汽快速均匀混合，均匀分散有雾化蒸汽的气液混合物分多股分区精确混合；进入各个缩径段以及与各个缩径段对应的直管段和扩径段，气液两相被精确混合均匀，精确混合的各股气液混合物经再混室被再次掺混在一起后从喷口喷出；布气管、螺旋板、多区分散结构(多个缩径段、多个直管段、多个扩径段)、再混室的综合作用使得喷嘴的雾化效果被大大增强，原料油的出雾粒径(索泰尔平均粒径和质量中位径)达30μm左右。

14、(2)本发明提供的催化裂化进料雾化喷嘴，通过切向原料油入口以及螺旋板的设置使得原料油螺旋进入预混腔中，原料油受到自身表面张力和外力的作用，当原料油流速达到一定值时，原料油受到的外力大于表面张力，使得螺旋板以及原料油主体周边被抛出大量液滴，实现原料油的一次分散；通过布气管和螺旋板的设置使得微纳米级别的小气泡垂直射入原料油中，对原料油产生冲击，实现原料油的二次分散；均匀分散有小气泡的原料油分流股进入各个缩径段，随着气泡流进入到缩径段中，气液两相速度增加，螺旋作用增加，在螺旋作用下原料油被展成薄膜，增大了原料油的表面积，实现原料油的三次分散；气液混合物继续向前流动，在各个直管段内，由于气液两相速度差，雾化蒸汽对原料油产生强烈的撕裂与剪切作用，实现原料油的四次分散。与此同时，气液混合物经过直管段时，雾化蒸汽被压缩，当雾化蒸汽从直管段流入扩径段时，雾化蒸汽体积膨胀，挤压原料油，再次增加了雾化蒸汽对原料油的分散作用；多股气液混合物自扩径段流出后进入再混室掺混，多股气液混合物掺混均匀后经喷口喷出喷嘴，由于喷嘴外部环境压力低于喷嘴内部压力，小气泡雾化蒸汽在喷嘴的喷口处快速膨胀破裂将原料油破碎成液滴，实现原料油的五次分散，原料油被雾化。原料油经过五次分散混合，原料油的雾滴尺寸分布得到明显改善，继而改善了原料油与催化剂的接触，优化催化裂化的产品分布。

15、(3)本发明提供的催化裂化进料雾化喷嘴，原料油经原料油入口和螺旋板进入预混腔中，雾化蒸汽经过布气管进入预混腔中，螺旋板的设置使得原料油沿着直段做切向运动，并与布气管出来的雾化蒸汽方向垂直，原料油对雾化蒸汽的垂直切割作用促进微纳米小气泡的形成，继而使得雾化蒸汽均匀快速分散在原料油中；与此同时，螺旋板的设置，增长了气液混合物在预混腔中的运动轨迹，继而增加了气液混合物在预混腔中的停留时间，有利于雾化蒸汽和原料油在预混腔中的充分混合，而且螺旋板的设置增加了气液混合物之间的扰动，有利于雾化蒸汽与原料油之间的混合，有利于小气泡更加均匀地分散到原料油中形成均匀的气泡流。

16、(4)本发明提供的催化裂化进料雾化喷嘴，通过多孔管和螺旋板的设置使得大量的微纳米级小气泡快速均匀地分散到原料油中，微纳米级别气泡的形成，增加了同等体积雾化蒸汽的气泡数量，增大了雾化蒸汽的表面积，气液接触面积变大，从而增强了雾化蒸汽对原料油的剪切作用以及雾化蒸汽爆破对原料油的冲击作用，强化了喷嘴的雾化效果。

17、(5)本发明提供的催化裂化进料雾化喷嘴，由于微纳米气泡的形成以及微纳米气泡与原料油的均匀混合，相同体积的雾化蒸汽作用效果更加明显，故可适当减小雾化蒸汽消耗量，继而降低了原料油喷出速度。