减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴的制作方法

本实用新型属于石油化工领域，具体涉及一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴。

背景技术：

乙烯装置是大型石化企业的龙头装置，生产能耗大部分消耗于裂解炉，裂解炉的运行状况对乙烯装置的效益具有举足轻重的作用。目前大部分乙烯生产采用管式炉裂解工艺，即烃类原料经气化预热后与过热蒸汽混合，进入对流段被加热到600℃左右，经横跨段炉管通过文丘里再分配到各组辐射段炉管中，混合原料经历高温、短停留、低烃分压条件下进行裂解反应，辐射段出口温度达850℃左右。在生产过程中存在着一个很突出的问题是伴随着生焦反应，炉管内壁焦炭的沉积带来了很大不良影响，结焦严重时可堵塞管道使装置无法正常运转。

人们提出了许多抑制结焦的办法，其中在裂解过程中添加结焦抑制剂是最有效的方法。已知可用做炉管结焦的抑制剂主要有硫磷类化合物、金属盐类化合物以及有机聚硅氧烷类化合物，其中有机类抑制剂抑焦效果欠佳，因其易于气化(如二甲基二硫等)，分散问题不是很突出，故其应用较为普遍，而金属盐类抑焦效果最好，但应用于工业装置时因无完善的注入技术，会遇到分散不均匀、盐类结块堵塞等问题而受到限制。

已公开的抑制剂专利大多基于实验室小型装置，实施对象为单程小管径炉管，未涉及抑制剂的注入设备，一般普通的加入方式基本能满足分散要求；而工业生产装置为多程大管径炉管，加入的抑制剂溶液会面临气化不完全、分散不均匀及盐分解产物沉积的突出问题。

如专利cn1367225公开了一种烃类蒸气裂解装置抑制结焦的方法，炉管除焦完毕后在恢复进料前后向水蒸汽中加入金属盐类或有机硅氧烷类抑焦剂，持续时间为1～3小时，未涉及抑制剂的注入设备；专利us8533090称可以将有机酸盐溶液悬浮在原料烃中然后送入裂解炉，或将其溶液注入到蒸汽管线中用来抑制炉管结焦；专利cn102880544a公开了一种抑制乙烯裂解装置结焦的复合方法，要求在裂解过程中将含硅、硫和磷的有机类抑制剂加入裂解原料中；专利cn1928020公开了一种烃类裂解装置预处理抑制结焦的方法，用含有硫、硅和镁的一种或几种化学物质一批或分批加入对炉管进行预处理，也可以随原料一起加入到裂解炉。事实上大部分炉管结焦发生在辐射段炉管，而对流段结焦量很少，如此直接的加入方式会造成抑制剂在蒸汽管线及对流段炉管一部分沉积，不能全部有效地到达辐射段炉管，同时抑制剂溶液气化、分散不均匀。

专利cn101274873公开了一种抑制乙烯裂解炉结焦的方法，要求注入有机硫磷类抑制剂，同时要求辐射段安装强化扭曲片；未对注入设备做特定要求，炉管内安装的扭曲片强化了传热效果，也改善了抑制剂的分散效果，但扭曲片上也会结焦。

抑制剂的注入技术对炉管抑焦效果与装置的平稳运行很重要；如注入的抑制剂溶液气化不迅速，液体会喷洒到高温炉管上，炉管因不断冷缩热涨的蠕变应力会使其疲劳损坏；而注入的无机盐类抑制剂如分散不均匀会在炉管内沉积，一方面失去抑焦的应有效果，另一方面也会造成装置的不稳定。

不论是有机类抑制剂还是无机盐类抑制剂，应用到工业装置都必须考虑其注入技术，解决注剂快速气化、高度分散等问题，才能使抑制剂发挥最佳作用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，以满足在高温横跨段炉管内特定条件下使用的要求，确保注剂溶液瞬时气化分解、迅速干燥和均匀分散，随裂解原料进入最易结焦的辐射段。

本实用新型提供了一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，包括安装在裂解炉横跨段炉管上的高温雾化喷嘴，所述喷嘴通过连接法兰连接在横跨段炉管的直角处。所述喷嘴包括导入管、隔热管、导流螺旋片、雾化喷头；所述导入管外设有隔热管，所述雾化喷头固定在隔热管顶端，导流螺旋片固定在雾化喷头的喷腔内，雾化喷头喷腔前端设有喷射片，喷射片上设有喷孔。

优选的，连接法兰将隔热管与横跨段炉管连接起来。

优选的，所述喷嘴伸入横跨段炉管内的长度l是炉管直径d的2-5倍，导入管直径为d1，d1:d＝1:10-15，所述隔热管直径为d2，d2:d＝1:3-5。

优选的，所述喷孔直径为0.12-1.2mm。

优选的，喷嘴材质采用耐腐蚀不锈钢，喷嘴的操作压力p为0.2-1.5mpa。

本实用新型通过喷嘴在横跨段向原料热气流中喷雾注入抑制剂，以达到减缓炉管的结焦。喷嘴中雾化喷头为组合体，喷头通过丝扣固定在隔热管的顶端，导流螺旋片通过压环固定在喷腔内，密封垫片采用紫铜垫、铝垫或石墨垫，气密性良好，喷射片上的喷孔通过电弧或激光打孔。注剂管道上设置过滤器，注剂溶液在导入管内加压输送，外套有隔热管，故喷孔不会因抑制剂析出而堵塞，停止注剂时从装置侧线引入防焦蒸汽。在裂解炉停运期间可以方便地将喷嘴从连接处整体抽出进行检修；安装简单，清洗方便。

已公开的裂解结焦抑制剂大多数都是以溶液的形式使用，有机类抑制剂由有机试剂溶解稀释，无机盐类抑制剂由水进行溶解稀释。本实用新型喷嘴通过法兰连接安装在横跨段的直角处。注剂时，喷腔内的抑制剂溶液经导流螺旋片涡旋式推进，使喷雾呈现锥型，与对流段相向而来的高温原料气体在炉管内相互交叉扰动，充分混合并瞬间完全蒸发，消除了液滴的形成，避免抑制剂的沉积，从而避免了炉管因冷缩热涨蠕变应力造成的疲劳损坏。

本实用新型螺旋压力式喷嘴参数的确定，考虑了横跨段尺寸和注剂条件的相匹配，并结合了裂解炉管内高温介质与物料流向的特点，是一个全面优化的结果；喷嘴伸入长度过长，溶液会在导入管内气化，达不到雾化效果或析出产物堵塞喷嘴；而伸入长度过短，则喷雾出的锥体与相向而来的原料气体扰动效果不好、混合不均匀；喷孔过小易被杂质堵塞，喷孔过大则无喷雾效果，或偏流直接打到炉管上。

本实用新型雾化喷嘴，不仅适用于在裂解过程中结焦抑制剂的注入，同时适用于裂解炉热备期间对炉管预处理时抑制剂的注入；助剂溶液由计量泵加压输送，注剂管线与设备使用同一流程，助剂切换方便；经喷嘴喷雾出的预处理剂溶液在高温水蒸气中瞬时气化分解，抑制剂溶液在烃类和蒸汽的混合原料中迅速干燥形成超细颗粒粉体，分别随对流段而来的气体，经过文丘里管近距离分配到各程辐射段炉管，各自发挥最佳作用。

本实用新型喷嘴可用于包括srt-iii、srt-iv、gk-vi等型工业裂解炉以及模拟裂解试验炉。

本实用新型有益效果

本实用新型提供的实用新型喷嘴，雾化特性良好，安装在裂解炉外横跨段拐角直管上，满足高温等条件下使用要求，解决了无机盐类抑制剂在高温炉管内注入困难以及均匀分散的问题，同样适用于其它各种助剂的注入。经喷嘴雾化的抑制剂溶液在高温裂解原料热气流中瞬时气化分解、迅速干燥，喷雾锥形体与节流后的原料气流交叉扰动，充分混合、均匀分散，随后进入最易结焦的辐射段。喷嘴配合高性能的抑制剂在蒸汽裂解炉上应用，可以大大降低炉管结焦量；安装简单，检修与清洗方便。

附图说明：

图1为本实用新型的喷嘴结构示意图；

图2为本实用新型的实施例示意图；

其中，1、连接法兰；2、导入管；3、隔热管；4、横跨段炉管；5、导流螺旋片；6、喷头；7、喷射片；8、抑制剂溶液；9、来自对流段原料；10、去辐射段原料；11、过滤器；12、喷嘴；13、热模段；14、预热段；15、空气；16、水。

具体实施方式

以下具体实施例用来进一步说明本实用新型。

实施例1：

一种减缓乙烯裂解炉管结焦的注剂喷嘴，包括安装在裂解炉横跨段炉管4上的高温雾化喷嘴12，所述喷嘴12通过连接法兰1连接在横跨段炉管4的直角处，喷嘴12包括导入管2、隔热管3、导流螺旋片5、雾化喷头6；所述导入管2外设有隔热管3，所述雾化喷头6固定在隔热管3顶端，导流螺旋片5固定在雾化喷头6的喷腔内，雾化喷头6喷腔前端设有喷射片7，喷射片7上设有喷孔。连接法兰1将隔热管3与横跨段炉管4连接起来。所述喷嘴伸入横跨段炉管4内的长度l是炉管直径d的3倍，导入管2直径为d1，d1:d＝1:11，所述隔热管3直径为d2，d2:d＝1:4。所述喷孔直径为0.12mm。喷嘴12材质采用耐腐蚀不锈钢，喷嘴12的操作压力p为1mpa。

本实用新型通过喷嘴12在横跨段向原料热气流中喷雾注入抑制剂溶液8，以达到减缓炉管的结焦。

喷嘴12中雾化喷头6为组合体，喷头6通过丝扣固定在隔热管3的顶端，导流螺旋片5通过压环固定在喷腔内，密封垫片采用紫铜垫、铝垫或石墨垫，气密性良好，喷射片7上的喷孔通过电弧或激光打孔。注剂管道上设置过滤器11，抑制剂溶液8在导入管2内加压输送，外套有隔热管3，故喷孔不会因抑制剂析出而堵塞，停止注入抑制剂溶液8时从装置侧线引入防焦蒸汽。在裂解炉停运期间可以方便地将喷嘴12从连接处整体抽出进行检修；安装简单，清洗方便。

已公开的裂解结焦抑制剂大多数都是以溶液的形式使用，有机类抑制剂由有机试剂溶解稀释，无机盐类抑制剂由水进行溶解稀释。本实用新型喷嘴12通过连接法兰1连接安装在横跨段炉管4的直角处。注剂时，喷腔内的抑制剂溶液8经导流螺旋片5涡旋式推进，使喷雾呈现锥型，与相向而来的高温气体对流段原料9在炉管内相互交叉扰动，充分混合并瞬间完全蒸发，消除了液滴的形成，避免抑制剂溶液8的沉积，从而避免了炉管因冷缩热涨蠕变应力造成的疲劳损坏。

本实用新型螺旋压力式喷嘴12参数的确定，考虑了横跨段尺寸和注剂条件的相匹配，并结合了裂解炉管内高温介质与物料流向的特点，是一个全面优化的结果；喷嘴12伸入长度过长，溶液会在导入管2内气化，达不到雾化效果或析出产物堵塞喷嘴；而伸入长度过短，则喷雾出的锥体与相向而来的原料气体扰动效果不好、混合不均匀；喷孔过小易被杂质堵塞，喷孔过大则无喷雾效果，或偏流直接打到炉管上。

本实用新型雾化喷嘴12，不仅适用于在裂解过程中结焦抑制剂的注入，同时适用于裂解炉热备期间对炉管预处理时抑制剂的注入；助剂溶液由计量泵加压输送，注剂管线与设备使用同一流程，助剂切换方便；经喷嘴12喷雾出的预处理剂溶液在高温水蒸气中瞬时气化分解，抑制剂溶液8在烃类和蒸汽的混合原料中迅速干燥形成超细颗粒粉体，分别随对流段而来的气体，经过文丘里管近距离分配到各程辐射段炉管，各自发挥最佳作用。

本实用新型喷嘴可用于包括srt-iii、srt-iv、gk-vi等型工业裂解炉以及模拟裂解试验炉。

抑制剂溶液8既不能在喷嘴12内提前完全气化，以免分解物堵塞喷孔，也不能使喷射出的溶液偏流碰到炉管，以免炉管因不断冷缩热涨的蠕变造成疲劳损坏，或形成大液滴造成抑制剂组分在炉管上的沉积。该实用新型具有安装简单，检修、清洗方便的特点；在乙烯裂解装置上与抑制剂配合应用，达到大大降低炉管结焦量的目的。该实用新型结合注剂条件与裂解炉的特点，构思注剂喷嘴，优化条件，使喷射在横跨段气流中的溶液雾化效果达到最佳，抑制剂干燥分解产物随裂解原料进入辐射段炉管，发挥其抑制结焦的最佳作用，大大降低了炉管结焦量。

实施例2

依据本实用新型的结构，喷嘴12使用材质为00cr19ni10不锈钢管或棒材进行制作，其中，焊接采用氩弧焊，雾化喷头6用电弧打孔，采用两级导流螺旋，加工精度为0.8-1.6级，导入管2直径(d1)＝10mm、隔热管3(d2)＝32mm、喷孔直径(d0)＝0.30mm，喷嘴12伸入长度(l)＝400mm，喷嘴12连接采用法兰形式。制作的喷嘴12进行冷态模拟试验，以水做为模拟介质通过柱塞泵注入，在操作压力0.3mpa条件下进行喷雾特性的观察，可见雾化角小于30°、雾化液滴均匀，雾椎体形态良好。

实施例3

使用实施例2加工制作的喷嘴，通过法兰连接将其安装在图2所示装置的热模段，按照图2所示的流程，进行注入无机盐类抑制剂溶液的热模试验。其中，抑制剂在水溶液中浓度为300ppm，水16和空气15在预热段14加热，出口温度控制在580℃，抑制剂溶液8由柱塞泵输送，经过过滤器11后通过喷嘴12注入热模管，热模段13中间温度控制在600℃，混合气体在热模管流速35m/s左右。喷雾注入的抑制剂溶液8在热气流中迅速气化干燥，随后经过一段弯管流出。模拟工业裂解炉试验进行60h，通过实验现象观察，可见抑制剂干燥产物为均匀超细颗粒，卸开法兰观察热模管及弯头内壁无抑制剂沉积。

实施例4

依据本实用新型，喷嘴12使用材质为00cr19ni10不锈钢管或棒材进行制作，其中，焊接采用氩弧焊，雾化喷头6用激光打孔，导入管2直径(d1)＝2mm、隔热管3(d2)＝6mm、喷孔直径(d0)＝0.12mm，喷嘴12伸入长度(l)＝30mm，喷嘴12采用卡套连接。制作的喷嘴12安装在模拟裂解gk-vi型裂解炉的横跨段，辐射段炉管长度10.75m，辐射段体积336ml；按照gk-vi型裂解炉条件投入石脑油进行裂解，同时通过喷嘴雾化注入无机盐类复合抑制剂30ppm，此时，裂解原料气流速38m/s左右，横跨段温度600℃，辐射段出口858℃；模拟裂解试验进行32h后结束，测得炉管结焦量0.629g，与未注入抑制剂空白试验(5.201g)比较，结焦率降低88％。

对比例1

与实施例4相同的试验装置和方法，只是抑制剂注入喷嘴更换为ф4mm不锈钢管，抑制剂采用直接注入，试验结束后测得炉管结焦量4.531g，与实施例3比较，结焦率增加86％，仅比空白试验结焦率降低13％。本实用新型的实用新型喷嘴用于乙烯裂解炉管结焦抑制剂的注入设备，应用性能良好。