《霧化噴嘴及固定床》涉及一種霧化噴嘴及包括該霧化噴嘴的固定床。

圖1是一種傳統(tǒng)的用于固定床的霧化噴嘴。

圖2是《霧化噴嘴及固定床》的霧化噴嘴的一種優(yōu)選實(shí)施例。

圖3是圖2中A-A向的剖面圖。

圖4是圖2中旋流器的結(jié)構(gòu)圖。

霧化噴嘴及固定床技術(shù)方案

《霧化噴嘴及固定床》提供了一種霧化均勻性好、防堵塞、耐磨損的霧化噴嘴及固定床，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷。

《霧化噴嘴及固定床》提供了一種霧化噴嘴，所述霧化噴嘴包括旋流器、內(nèi)噴嘴和外噴嘴，所述內(nèi)噴嘴穿設(shè)于所述外噴嘴中，所述旋流器穿設(shè)于所述內(nèi)噴嘴中；所述外噴嘴的內(nèi)壁與所述內(nèi)噴嘴的外壁界定出一個(gè)環(huán)形的氣相通道，所述旋流器的外壁與所述內(nèi)噴嘴的內(nèi)壁界定出一個(gè)環(huán)形的氣液混合通道，所述氣液混合通道與外部的液相通道相通；所述內(nèi)噴嘴的側(cè)壁開設(shè)有多個(gè)氣流孔，所述氣液混合通道通過所述氣流孔與所述氣相通道連通；所述旋流器的頭部設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)第一旋流槽，所述內(nèi)噴嘴的端部開設(shè)有噴霧出口，所述外噴嘴的端部開設(shè)有一個(gè)或多個(gè)旋流孔，所述氣液混合通道經(jīng)所述第一旋流槽、所述噴霧出口和所述旋流孔與外部相通；所述內(nèi)噴嘴上開設(shè)有一個(gè)或多個(gè)第二旋流槽，所述氣相通道通過所述第二旋流槽和所述旋流孔與外部相通。

優(yōu)選地，所述霧化噴嘴還包括：安裝端座，沿所述安裝端座的軸向設(shè)置有第一通孔，所述安裝端座上繞所述第一通孔設(shè)置有環(huán)形的第二通孔；連接件，沿所述連接件的軸向設(shè)置有第三通孔，所述連接件的第一端與所述安裝端座的端部連接，并且所述第三通孔與所述第一通孔對齊，所述第一通孔和所述第三通孔共同形成所述液相通道。

優(yōu)選地，所述內(nèi)噴嘴上設(shè)置有容納槽，所述容納槽的槽口位于所述內(nèi)噴嘴的第一端的端面，所述內(nèi)噴嘴的第一端與所述連接件的第二端連接，并且所述容納槽的槽口與所述第三通孔對齊；所述旋流器固定在所述容納槽中，并且所述旋流器的頭部朝向所述容納槽的槽底；所述容納槽的槽面與所述旋流器的外軸面界定出環(huán)形的所述氣液混合通道。

優(yōu)選地，所述外噴嘴是一端開口的槽型結(jié)構(gòu)，所述外噴嘴套設(shè)在所述內(nèi)噴嘴的外部，并且所述外噴嘴的槽口朝向所述安裝端座設(shè)置，所述外噴嘴上槽口所在的端部與所述安裝端座連接，所述容納槽上的噴霧出口位于所述外噴嘴的槽底；所述氣相通道與所述第二通孔對齊。

優(yōu)選地，所述連接件與所述內(nèi)噴嘴之間設(shè)置有環(huán)形的墊片。

優(yōu)選地，所述墊片是紫銅墊片。

優(yōu)選地，所述旋流器、所述內(nèi)噴嘴、所述連接件和所述外噴嘴共軸設(shè)置。

優(yōu)選地，所述氣流孔沿著所述容納槽的橫截面的切向設(shè)置。

優(yōu)選地，所述連接件與所述安裝端座螺紋連接。

優(yōu)選地，所述內(nèi)噴嘴與所述外噴嘴過盈配合連接。

《霧化噴嘴及固定床》還提供了一種固定床，所述固定床包括如上所述的任意一種霧化噴嘴。

霧化噴嘴及固定床改善效果

采用《霧化噴嘴及固定床》所提供的霧化噴嘴及固定床，可以有效地解決MTP噴嘴的堵塞，磨損，螺紋咬死以及霧化均勻性差等問題，從而可以提高催化劑床層的壽命和產(chǎn)品收率。

丙烯是重要的基本有機(jī)原料。長期以來，丙烯的來源主要來自煉油廠催化裂化和烴類蒸汽裂解等，面對我國多煤少油缺氣的能源格局以及日益增長的丙烯需求，迫切需要開發(fā)以丙烯為目標(biāo)產(chǎn)物的新工藝。以煤或天然氣為原料生產(chǎn)甲醇制備丙烯（MTP）的生產(chǎn)路線越來越受到人們的關(guān)注，也是我國煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

截至2015年11月20日，在MTP反應(yīng)工藝過程中，要保證每個(gè)床層催化劑區(qū)間內(nèi)溫度調(diào)節(jié)精確，在給定負(fù)荷條件下就要求霧化粒徑很細(xì)而且分布均勻，為此所需要布置的噴嘴數(shù)量較多的情況下，每個(gè)噴嘴的流量較小，出口孔徑較小且精度要求嚴(yán)格。由于管路系統(tǒng)中存在雜質(zhì)，導(dǎo)致噴嘴經(jīng)常性堵塞或者磨損，造成催化劑床層溫度調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，影響轉(zhuǎn)化效率，增加了噴嘴的更換次數(shù)和工作量。此外，對于用于固定床的霧化噴嘴，中國國內(nèi)的廠家基本都依賴中國國外產(chǎn)品，其供貨周期長，維護(hù)不方便，不利于MTP工藝的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。這些問題一直限制著MTP工藝產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

圖1是一種傳統(tǒng)的用于固定床的霧化噴嘴。如圖1所示，傳統(tǒng)的霧化噴嘴主要包括液相噴嘴1、旋流器2和氣相噴嘴3，其中，整體結(jié)構(gòu)以旋流器2為中心，旋流器2與液相噴嘴1依靠螺紋結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，氣相噴嘴3與液相噴嘴1相互配合定位連接。這種傳統(tǒng)的霧化噴嘴為氣液外混合的形式，具體地，高速流動(dòng)的氣體在氣相通道內(nèi)呈射流狀噴出，相對氣體而言，液體通過噴口低速流出，最終氣體通過快速地膨脹實(shí)現(xiàn)液體的剪切、液滴的破碎，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)霧化過程。在工作過程中，氣體流入兩個(gè)噴嘴之間的環(huán)隙通道，經(jīng)液相噴嘴外壁上的旋流槽實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，從噴口高速噴出；液體經(jīng)旋流器2旋轉(zhuǎn)噴出后在外部與高速旋轉(zhuǎn)的氣體混合，最終形成氣液混合均勻的錐形噴霧場。

但是，圖1中所示出的霧化噴嘴存在以下缺陷：首先，傳統(tǒng)的霧化噴嘴的氣相通道是由液相噴嘴與氣相噴嘴之間的環(huán)隙所形成的，這種結(jié)構(gòu)中氣相流對液相流的擠壓作用非常明顯，其霧化角度甚至不到15°，液相分布呈現(xiàn)中間高兩邊低的狀態(tài)，從而使床層表面形成的霧化范圍非常有限，甚至不足要求覆蓋范圍的1/3，霧化均勻性差。此外，由于MTP反應(yīng)系統(tǒng)中液相管路存在尺寸不均的固體雜質(zhì)，非常易于產(chǎn)生堵塞與磨損問題。

因此，非常有必要設(shè)計(jì)一種霧化均勻性好、防堵塞、耐磨損的霧化噴嘴及固定床。

1.一種霧化噴嘴，其特征在于，所述霧化噴嘴包括旋流器、內(nèi)噴嘴和外噴嘴，所述內(nèi)噴嘴穿設(shè)于所述外噴嘴中，所述旋流器穿設(shè)于所述內(nèi)噴嘴中；所述外噴嘴的內(nèi)壁與所述內(nèi)噴嘴的外壁界定出一個(gè)環(huán)形的氣相通道，所述旋流器的外壁與所述內(nèi)噴嘴的內(nèi)壁界定出一個(gè)環(huán)形的氣液混合通道，所述氣液混合通道與外部的液相通道相通；所述內(nèi)噴嘴的側(cè)壁開設(shè)有多個(gè)氣流孔，所述氣液混合通道通過所述氣流孔與所述氣相通道連通；所述旋流器的頭部設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)第一旋流槽，所述內(nèi)噴嘴的端部開設(shè)有噴霧出口，所述外噴嘴的端部開設(shè)有一個(gè)或多個(gè)旋流孔，所述氣液混合通道經(jīng)所述第一旋流槽、所述噴霧出口和所述旋流孔與外部相通；所述內(nèi)噴嘴上開設(shè)有一個(gè)或多個(gè)第二旋流槽，所述氣相通道通過所述第二旋流槽和所述旋流孔與外部相通。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述霧化噴嘴還包括：安裝端座，沿所述安裝端座的軸向設(shè)置有第一通孔，所述安裝端座上繞所述第一通孔設(shè)置有環(huán)形的第二通孔；連接件，沿所述連接件的軸向設(shè)置有第三通孔，所述連接件的第一端與所述安裝端座的端部連接，并且所述第三通孔與所述第一通孔對齊，所述第一通孔和所述第三通孔共同形成所述液相通道。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)噴嘴上設(shè)置有容納槽，所述容納槽的槽口位于所述內(nèi)噴嘴的第一端的端面，所述內(nèi)噴嘴的第一端與所述連接件的第二端連接，并且所述容納槽的槽口與所述第三通孔對齊；所述旋流器固定在所述容納槽中，并且所述旋流器的頭部朝向所述容納槽的槽底；所述容納槽的槽面與所述旋流器的外軸面界定出環(huán)形的所述氣液混合通道。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述外噴嘴是一端開口的槽型結(jié)構(gòu)，所述外噴嘴套設(shè)在所述內(nèi)噴嘴的外部，并且所述外噴嘴的槽口朝向所述安裝端座設(shè)置，所述外噴嘴上槽口所在的端部與所述安裝端座連接，所述容納槽上的噴霧出口位于所述外噴嘴的槽底；所述氣相通道與所述第二通孔對齊。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述連接件與所述內(nèi)噴嘴之間設(shè)置有環(huán)形的墊片。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述墊片是紫銅墊片。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述旋流器、所述內(nèi)噴嘴、所述連接件和所述外噴嘴共軸設(shè)置。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述氣流孔沿著所述容納槽的橫截面的切向設(shè)置。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述連接件與所述安裝端座螺紋連接。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的霧化噴嘴，其特征在于，所述內(nèi)噴嘴與所述外噴嘴過盈配合連接。

11.一種固定床，其特征在于，所述固定床包括根據(jù)權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的霧化噴嘴。

下面結(jié)合實(shí)施例對《霧化噴嘴及固定床》進(jìn)行詳細(xì)說明。其中相同的零部件用相同的附圖標(biāo)記表示。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。

圖2是《霧化噴嘴及固定床》的霧化噴嘴的一種優(yōu)選實(shí)施例；圖3是圖2中A-A向的剖面圖；圖4是圖2中旋流器1的結(jié)構(gòu)圖。結(jié)合圖2、圖3和圖4所示，《霧化噴嘴及固定床》所提供的霧化噴嘴包括旋流器1、內(nèi)噴嘴2、外噴嘴4、安裝端座9和連接件3。所述旋流器1、所述內(nèi)噴嘴2和所述外噴嘴4形成一個(gè)整體，并通過所述連接件3連接在安裝端座9上。優(yōu)選地，《霧化噴嘴及固定床》所提供的霧化噴嘴可以用于固定床上。

所述旋流器1、所述內(nèi)噴嘴2和所述外噴嘴4由內(nèi)到外層層套設(shè)，具體地，所述內(nèi)噴嘴2穿設(shè)于所述外噴嘴4中，所述旋流器1穿設(shè)于所述內(nèi)噴嘴2中。所述外噴嘴4的內(nèi)壁與所述內(nèi)噴嘴2的外壁界定出一個(gè)環(huán)形的氣相通道6，所述氣相通道6中通有噴霧過程中所用的氣體。所述旋流器1的外壁與所述內(nèi)噴嘴2的內(nèi)壁界定出一個(gè)環(huán)形的氣液混合通道8，所述氣液混合通道8與外部的液相通道7相通。在具體實(shí)施過程中，所述氣相通道6中的氣體和液相通道7中的液體最后在所述氣液混合通道8中進(jìn)行混合，以產(chǎn)生噴霧。

所述內(nèi)噴嘴2的側(cè)壁開設(shè)有多個(gè)氣流孔21，所述氣液混合通道8通過所述氣流孔21與所述氣相通道6連通；所述旋流器1的頭部設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)第一旋流槽11，所述內(nèi)噴嘴2的端部開設(shè)有噴霧出口22，所述外噴嘴4的端部開設(shè)有一個(gè)或多個(gè)旋流孔41，所述氣液混合通道8經(jīng)所述第一旋流槽11、所述噴霧出口22和所述旋流孔41與外部相通；所述內(nèi)噴嘴2上開設(shè)有一個(gè)或多個(gè)第二旋流槽23，所述氣相通道6通過所述第二旋流槽23和所述旋流孔41與外部相通。

一方面，液相通道7中的液體和氣相通道6中的一部分氣體進(jìn)入氣液混合通道8中進(jìn)行混合形成噴霧，另一方面氣相通道6中的另一部分氣體通過第二旋流槽23與旋流孔41旋轉(zhuǎn)噴出，以擴(kuò)大噴霧范圍。

在圖2-4中所示的優(yōu)選實(shí)施例中，液相通道7和氣相通道6是通過以下方式實(shí)現(xiàn)：沿所述安裝端座9的軸向設(shè)置有第一通孔91，所述安裝端座9上繞所述第一通孔91設(shè)置有環(huán)形的第二通孔92；沿所述連接件3的軸向設(shè)置有第三通孔31，所述連接件3的第一端與所述安裝端座9的端部連接，并且所述第三通孔31與所述第一通孔91對齊，所述第一通孔91和所述第三通孔31共同形成所述液相通道7。

在優(yōu)選實(shí)施例中，所述旋流器1、所述內(nèi)噴嘴2、所述連接件3和所述外噴嘴4共軸設(shè)置。如圖2-4所示，所述內(nèi)噴嘴2上設(shè)置有容納槽，所述容納槽的槽口位于所述內(nèi)噴嘴2的第一端的端面，所述內(nèi)噴嘴2的第一端與所述連接件3的第二端連接，并且所述容納槽的槽口與所述第三通孔31對齊；所述旋流器1固定在所述容納槽中，并且所述旋流器1的頭部朝向所述容納槽的槽底；所述容納槽的槽面與所述旋流器1的外軸面界定出環(huán)形的所述氣液混合通道8。所述外噴嘴4是一端開口的槽型結(jié)構(gòu)，所述外噴嘴4套設(shè)在所述內(nèi)噴嘴2的外部，并且所述外噴嘴4的槽口朝向所述安裝端座9設(shè)置，所述外噴嘴4上槽口所在的端部與所述安裝端座9連接，所述容納槽上的噴霧出口22位于所述外噴嘴4的槽底；所述氣相通道6與所述第二通孔92對齊。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，對于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，旋流器1的旋流槽非常小，而且由于液相進(jìn)料溫度為35℃左右，氣相進(jìn)料溫度為280℃左右，床層局部最高溫度可達(dá)600℃以上，噴嘴內(nèi)外溫差變化較大，在噴嘴的連接處，螺紋受到熱應(yīng)力的作用易發(fā)生變形和咬死現(xiàn)象。針對這種情況，《霧化噴嘴及固定床》優(yōu)選地在所述連接件3與所述內(nèi)噴嘴2之間設(shè)置有環(huán)形的墊片5，例如紫銅墊片；所述連接件3與所述安裝端座9通過螺紋連接。這種設(shè)計(jì)中，紫銅墊片既可以實(shí)現(xiàn)密封，又可以吸收螺紋的熱變形量，使外噴嘴4與安裝端坐的連接螺紋不易發(fā)生咬死。

更優(yōu)選地，所述內(nèi)噴嘴2與所述外噴嘴4過盈配合連接。外噴嘴4與內(nèi)噴嘴2過盈配合為一體之后，一方面通過螺紋與安裝端座連接，另一方面通過紫銅墊片與連接件3實(shí)現(xiàn)密封，由于紫銅墊片良好的的熱膨脹性及密封性能，同時(shí)可以滿足這兩方面的作用。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，《霧化噴嘴及固定床》所提供的霧化噴嘴主要包括旋流器1、內(nèi)噴嘴2、連接件3和外噴嘴4、銅墊片5。旋流器1在錐面上開有較大尺寸的旋流槽，使流體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。旋流器1通過螺紋與內(nèi)噴嘴2相應(yīng)的錐面緊配合。連接件3與安裝端座9通過螺紋連接，連接件3通過紫銅墊片5與內(nèi)噴嘴2連接并密封。外噴嘴4與內(nèi)噴嘴2的環(huán)隙構(gòu)成氣相通道6，出口處開有旋流孔41。其中，外噴嘴4與內(nèi)噴嘴2通過過盈端面連接，二者裝配成為一體。在內(nèi)噴嘴2的氣相旋流槽之前開有切向的氣流孔21（如圖3），小股氣流切向進(jìn)入液相通道7，與液相混合后經(jīng)旋流器1（如圖4）旋轉(zhuǎn)噴出。大部分氣相經(jīng)內(nèi)噴嘴2上的旋流槽后由外噴嘴4的旋流孔41旋轉(zhuǎn)噴出，進(jìn)一步霧化和增大霧化范圍。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，液相噴嘴分離為內(nèi)噴嘴2與內(nèi)連接件3，依靠內(nèi)連接件3與端座連接，內(nèi)噴嘴2與內(nèi)連接件3之間依靠經(jīng)固溶處理的紫銅墊片5密封。同時(shí)，內(nèi)噴嘴2和外噴嘴4通過過盈配合裝配成一體，通過外噴嘴4的螺紋與端座連接，并且紫銅墊片5可吸收其螺紋的熱變形量，這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)保證了噴嘴與端座間不易發(fā)生螺紋咬死難拆卸的問題。其原因是：紫銅墊片熱膨脹性能良好，具有很好的韌性和抗壓性；并且紫銅墊片吸收了螺紋的熱變形量，使螺牙沒有變形和損壞，可以順利拆下。

對于《霧化噴嘴及固定床》的設(shè)計(jì)，液相通道不再只是依靠壓力霧化，氣流的混入推動(dòng)液相向前，配合更大的液相出口孔徑，解決了液相噴嘴容易堵塞的問題。液相噴嘴的螺紋連接部分與主噴嘴分離解決了內(nèi)噴嘴的易咬死的問題。氣相噴嘴與液相噴嘴使用過盈配合連為一體，通過銅墊片密封和吸收外噴嘴與端座螺紋的熱變形量，同樣可以解決外噴嘴的螺紋咬死問題。采用耐磨材料，保證噴嘴不易磨損。大股氣流在外圍旋轉(zhuǎn)撞擊霧化氣流，可以進(jìn)一步霧化和增大霧化范圍。

此外，《霧化噴嘴及固定床》還提供了一種固定床，所述固定床包括如上所述的任意一種霧化噴嘴。

采用《霧化噴嘴及固定床》所提供的霧化噴嘴及固定床，可以有效地解決MTP噴嘴的堵塞，磨損，螺紋咬死以及霧化均勻性差等問題，從而可以提高催化劑床層的壽命和產(chǎn)品收率。

進(jìn)一步，《霧化噴嘴及固定床》具有以下有益技術(shù)效果。

第一，《霧化噴嘴及固定床》的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，旋流槽以及液相出口孔徑增大，同時(shí)開有氣流切向孔，旋流器采用耐磨材料加工。因較大尺寸的旋流槽以及液相出口孔，再加上氣相的吹掃作用，使得液相的雜質(zhì)更加流暢的通過噴嘴，不易堵塞。使用耐磨材料，磨損問題也得到解決，使噴嘴不易發(fā)生堵塞以及磨損。

第二，內(nèi)連接件單獨(dú)與安裝端坐螺紋連接，外噴嘴與內(nèi)噴嘴過盈配合為一體與安裝端座連接，這種設(shè)計(jì)中安裝端座內(nèi)側(cè)的螺紋不會(huì)影響到噴嘴的安裝，從而在更換噴嘴時(shí)可以不必拆下連接件，減少了因螺紋咬死出現(xiàn)的安裝問題。

第三，外噴嘴的氣相出口為旋流孔，進(jìn)口噴嘴氣相出口為環(huán)隙。通過切向孔的旋轉(zhuǎn)，出口氣流具有了水平方向的速度分量，氣液兩相流向周邊擴(kuò)散，使得霧化角度和均勻性增大。使氣流旋轉(zhuǎn)噴出，增大氣液兩相的霧化角度和混合范圍，從而增大霧化范圍及均勻性。

第四，連接件與內(nèi)噴嘴之間加裝紫銅墊片。外噴嘴與內(nèi)噴嘴過盈配合為一體后，一方面通過螺紋與端座連接，另一方面通過紫銅墊片與連接件密封，由于紫銅墊片良好的的熱膨脹性及密封性能，同時(shí)可以滿足這兩方面的作用。銅墊既可以密封，又可以吸收螺紋的熱變形量，使外噴嘴與端座的連接螺紋不易發(fā)生咬死。

2018年12月20日，《霧化噴嘴及固定床》獲得第二十屆中國專利優(yōu)秀獎(jiǎng)。

固定床吸附塔即用十固定床樹脂清液吸附的離子交換裝置。用于鈾礦授出液離子交換過程的固定床吸附塔的塔體一般用普通碳鋼襯耐蝕材料制成。內(nèi)部管路和分布器多用塑料或不銹鋼制作。塔高一般為3.65rn,塔徑為2 . l3rn .樹脂充填體積為5.7rn= ,塔內(nèi)樹脂床仁部的自由空間體積一般與原型樹脂床的體積相等。