CN105722603B - 适于流体化的催化裂化的喷雾喷嘴 - Google Patents
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Abstract
一种气体辅助的喷雾喷嘴组件，其具有为单件中空管状构件形式的喷嘴主体，诸如单件圆柱形的管段，它限定了混合区和下游的筒体延伸区。液体入口和撞击销由所述管状构件在混合区以彼此相对的方式支撑，并且加压气体入口设置在管状构件的上游端部处。在这种情况下，撞击销具有撞击表面，其从所述混合区的中心轴线在与用于接收加压液体的液体入口相对的一侧上径向偏移，并将液体朝向中心轴线重新引导以便加强液体与加压气流的混合以及由所述加压气流的雾化。
Description
相关申请的交叉引用
该专利申请要求于2013年9月20日提交的申请号为61/880,268的美国临时专利申请的权益，现通过引用将该美国临时专利申请并入本文。
技术领域
本发明一般涉及喷雾喷嘴，且更具体地涉及特别适于将液体进料雾化和喷射到流体化的催化裂化立管反应器的喷雾喷嘴组件。
背景技术
在专利号为5,921,472的美国专利中示出并描述了上述类型的喷雾喷嘴组件，现通过引用将该美国专利的公开内容并入本文。这种喷雾喷嘴组件通常包括限定混合腔室的喷嘴主体，液态烃和压缩气体（诸如蒸汽）被引入到混合腔室内，并且液态烃在混合腔室内被雾化。为了增强在混合腔室内的液体雾化，撞击销延伸到腔室内，并且在混合腔室的中心线上限定与液体入口径向相对的液体撞击表面，加压液体流撞击到该液体撞击表面上并横向分散，以及来自气体入口的加压蒸汽流横跨液体撞击表面被引导以便进一步相互作用以及将液体剪切成细小的液滴。混合腔室内的雾化液体在加压蒸汽的力的作用下被引导通过细长的管状筒体，该管状筒体通常设置在催化反应器立管的壁内，以便从其在立管内的下游端部处的喷嘴端头排放。
这种喷嘴主体限定混合腔室并接收撞击销、液态烃入口和加压蒸汽入口，是喷雾喷嘴组件中相对昂贵的部件。喷嘴主体通常由实心金属原料进行加工。由于喷嘴主体的复杂性，该加工是费力和耗时的，并显著地增加了喷嘴组件的成本。此外，由于撞击销的端部被设置在加压流的行进路径内，其更容易受到由蒸汽喷射造成的冲蚀，导致需要定期昂贵的更换。为了有效地操作，进一步要求雾化的液态烃和蒸汽在行进通过喷嘴组件的细长筒体的过程中继续混合而没有不希望的分层（stratification）。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种液态烃进料喷雾喷嘴组件，其在结构上相对简单，使其可被更显著的经济地制造。
另一个目的是提供具有如上所述特征的喷雾喷嘴组件，其可有效地高效地在催化裂化系统中将液态烃雾化和喷射，而在长期使用中不容易受到磨损和冲蚀。
附图说明
在阅读了以下的详细描述并参照附图之后，本发明的其它目的和优点将变得显而易见，其中：
图1是根据本发明安装在催化裂化反应器的立管壁内的喷雾喷嘴组件的示意图；
图2是图1所示的喷雾喷嘴组件的放大纵向截面视图。
虽然本发明可具有各种变型和替代性的结构，但在附图中示出了并在下文中详细描述了其特定的示例性实施例。然而，应当理解的是，在这里并不旨在将本发明限制到所公开的具体形式。相反，在这里旨在涵盖落入本发明的精神和范围之内的所有变型、替代构造和等同物。在这一点上，虽然所示的喷雾喷嘴组件特别适于在催化裂化系统中雾化和喷射液态烃，但是应当理解的是，喷嘴组件的实用性并不局限于该用途。
具体实施方式
现在更具体的参照附图，示出根据本发明的示例性喷雾喷嘴组件10，其以传统的方式安装在流体化催化反应器的立管的绝缘壁11（以虚线示出）内。喷雾喷嘴组件10被支撑在管状套筒12内，以与垂直方向成一锐角的方式被固定在壁11内，从而将雾化液态烃向上排放到立管内。管状套筒12具有向外延伸的凸缘14，固定到喷雾喷嘴组件10的支撑凸缘15可固定到凸缘14。
如在图2中最好的显示那样，喷雾喷嘴组件10基本上包括：混合区20、与混合区20连通的细长筒体延伸区24和具有一个或多个排放孔口26的喷嘴端头25。混合区20具有液态烃入口21和设置在立管壁11外侧上的加压蒸汽或气体入口22。细长筒体延伸区24设置在喷嘴支撑套筒12和立管壁11内且延伸通过喷嘴支撑套筒12和立管壁11。喷嘴端头25设置在立管内以用于排放和引导雾化的液体喷雾。
根据本发明，喷雾喷嘴组件具有相对简单的结构，使其可被经济地制造，同时可操作成对催化裂化系统中的液态烃进料进行高效的雾化和引导。为此，在所示的实施例中，混合区20和筒体区24由共用喷嘴主体限定，该喷嘴主体为不间断的细长管状构件30的形式，细长管状构件30大体延伸喷雾喷嘴组件的长度。管状构件30可以是单一长度的管件，诸如Schedule 80钢管，其具有在约2英寸至8英寸的内径。在这种情况下，管状构件30具有邻近于上游端部的径向相对的钻孔31，32，以用于分别接收液体入口21和相对的撞击销34。
所示的液体入口21包括入口装配件38，其具有适配在钻孔31内的直径减小的埋头孔部段39，在这种情况下其形成有向内渐缩的圆锥形侧壁，以便于由适当的环形焊接件将装配件38固定到管状构件30。液体入口装配件38具有用于将装配件38固定到供给管线41的上游安装凸缘40，供给管线41进而耦联到适当的液态烃供给。液体入口装配件38接收内部安装的孔口构件42，孔口构件42限定具有预定直径的液体入口流动通道44，进料液体通过其被引导到混合区20内。所示的孔口构件42和装配件38具有相应的锥形入口部段44，45，以用于引导进料液体进入孔口构件42并通过孔口构件42。
在这种情况下，撞击销34为安装在内螺纹衬套或螺纹支管台（threadolet）50内的螺纹螺栓的形式，其具有邻近于孔32的向内倒角侧的向内倒角的端部51，以用于促进衬套50围绕钻孔32焊接。在这种情况下，撞击销34具有用于与衬套50可调节地螺纹接合的外螺纹外侧部段54，设置于管状构件30内的向内延伸的圆柱形柱部段55，以及具有向外延伸的凸缘56的头部，该凸缘56用于将柱部段55以与液体入口21相对的方式固定在混合区20内的预定位置。
蒸汽入口22（类似于液体入口21）包括装配件60，其具有安装凸缘61和下游圆柱形部段。安装凸缘61用于固定到耦联到蒸汽或其它压缩气体或空气供给的供给管线62，而下游圆柱形部段则用于固定到管状构件30的上游轴向端部。蒸汽入口装配件60和管状构件30的端部同样被倒角以便由焊接件64固定。蒸汽入口装配件60包括孔口构件66，其用于限定适于加压蒸汽的具有预定直径的蒸汽入口通道68。蒸汽入口通道68具有上游锥形部段69，其用于将蒸汽引导进入并通过入口通道68。
根据该实施例的进一步的特征，撞击销34被设计成通过加压的蒸汽横流来提高液体的破碎和雾化，使得撞击销较不容易受到磨损和冲蚀。为此，销34的撞击表面具有外侧撞击表面70，该外侧撞击表面70以与混合区20的中心轴线径向偏移的方式设置在与液体入口21相对的中心线的一侧上，并具有向内凹入的配置以用于将撞击到撞击表面70上的液体重新引导回到混合区的中心，以加强与从蒸汽入口22的加压蒸汽横流的相互作用。在这种情况下，凹入的撞击表面70具有向内弯曲的球形配置。备选地，撞击表面的向内凹入的凹部可具有圆柱形配置，其中圆柱形表面的轴线优选地横向于管状构件30的中心轴线72设置。在优选的实施例中，撞击表面70从混合区的中心轴线调回距离“d”，该距离“d”在混合腔室半径的1/8和1/3之间（并且最优选为混合区的半径的约1/4）。
因此，在喷雾喷嘴组件10的操作过程中，被引导到混合区20内的液态烃将通过从蒸汽入口22被引导到喷雾喷嘴组件内的加压蒸汽的横流并接触撞击销34的凹入撞击表面70，其粉碎液体、将液体横向分散、并将液体重新引导回到混合区20的中心，以便进一步提高液体颗粒的粉碎，并在蒸汽的力的作用下被引导进入并通过筒体延伸区24。由于凹入的撞击表面70在径向上移离混合区20的轴线72，因此蒸汽的加压横流提高液体颗粒的粉碎，而较少受到撞击销对于通过混合区并进入筒体区的蒸汽轴向流的阻力。撞击表面70相对于混合区20的中心轴线72的径向间隔进一步将该流在撞击销34端部上的直接冲击以及由此在撞击表面70的冲蚀最小化，其中对撞击表面70的冲蚀可不利地影响喷雾性能并导致需要更换撞击销。为了在雾化的液体和蒸汽通过筒体延伸区24到达喷嘴端头25的期间增强雾化的液体和蒸汽的持续混合，环形分散环85被固定地设置在混合区20和筒体区24之间。在这种情况下，圆柱形分散环85有效地限定混合区20的下游端部和筒体延伸区24的上游端部。典型地，筒体延伸区24的轴向长度是混合区20的轴向长度的2至10倍。在这种情况下，环形分散环85被定位成与撞击销34中心的下游侧相距轴向距离“l”，该距离“l”小于混合区20的直径，且优选为对应于混合区20直径的约3/4的距离。
所示的分散环85是单独的金属圆柱形环，其具有以焊接或以其它方式固定在管状构件30内的相对小的径向深度。分散环85具有径向深度“x”，其小于混合区内径的1/8，并且优选为限定混合区的管内径的约1/10。已出乎意料地发现，由分散环85所限定的小的环形凸缘或唇缘将会把蒸汽和雾化液滴的轴向流的周边部分向内足够地引导，以促进液滴和蒸汽当其行进筒体区24的长度并从喷嘴端头25排出时的持续混合。然而，该分散环85的小的径向深度“x” 没有不希望地妨碍雾化液体从混合区20向筒体延伸区24流动。
从以上的内容可以看出，本发明提供了一种喷雾喷嘴组件，其在结构上相对简单，使其可经济地被制造。然而，喷雾喷嘴组件可有效地高效地在催化裂化系统中将液态烃雾化和喷射，而在长期使用中不容易受到磨损和冲蚀。
Claims (6)
1.一种催化裂化系统，其包括：
立管；
喷嘴主体(30)，其支撑在所述立管的壁中并且延伸通过所述立管的壁；所述喷嘴主体(30)具有混合区(20)和位于所述混合区(20)下游的、轴向长度比所述混合区(20)更长的筒体延伸区(24)；
液态烃入口(21)，所述液态烃入口由所述喷嘴主体(30)支撑并且连接至液态烃供给，液态烃流通过所述液态烃入口被引导到所述混合区(20)；
撞击销(34)，所述撞击销由所述喷嘴主体(30)支撑并延伸到所述混合区(20)内，所述撞击销具有与液态烃入口(21)大体对准的外侧撞击表面(70)，从所述液态烃入口(21)被引导到所述混合区(20)内的液态烃流撞击到所述外侧撞击表面；
加压蒸汽入口(22)，其安装在所述喷嘴主体(30)的上游端部内并且连接至蒸汽供给，加压蒸汽流通过所述加压蒸汽入口沿着所述混合区(20)的中心轴线(72)被引导到混合区(20)内以便雾化撞击到所述外侧撞击表面(70)上的液态烃；
所述撞击销(34)的所述外侧撞击表面(70)以与混合区(20)的中心轴线(72)径向偏移的方式设置在所述液态烃入口(21)的相对侧上，该径向偏移为所述混合区(20)的半径的1/8和1/3之间的距离，并且所述外侧撞击表面(70)形成有向内引导的凹部，所述凹部用于接收从所述液态烃入口(21)被引入到所述混合区(20)内的液态烃流，并引导液态烃远离所述外侧撞击表面(70)并朝向所述混合区(20)的所述中心轴线，以与从所述加压蒸汽入口(22)引入到所述混合区内的加压蒸汽混合，以便加强液态烃的破碎和雾化，从而被引导到并通过所述筒体延伸区(24)；以及
安装在所述喷嘴主体(30)的下游端部处的喷嘴端头(25)，所述喷嘴端头具有排放孔口(26)，雾化的液态烃以预定的喷雾模式通过所述排放孔口排出。
2.根据权利要求1所述的催化裂化系统，其中所述喷嘴主体(30)为管状构件，其邻近于其上游端部形成有接收所述液态烃入口(21)的第一开口(31)和与所述第一开口(31)相对的用于接收所述撞击销(34)的第二开口(32)。
3.根据权利要求2所述的催化裂化系统，其中所述管状构件是单件管段。
4.根据权利要求2所述的催化裂化系统，其中在所述外侧撞击表面(70)内的所述凹部具有向内弯曲的配置。
5.根据权利要求4所述的催化裂化系统，其中所述外侧撞击表面(70)内的所述凹部具有球形配置。
6.根据权利要求4所述的催化裂化系统，其中所述外侧撞击表面(70)内的所述凹部具有圆柱形配置。
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