МОДУЛЬ ПИТАЮЩЕЙ ФОРСУНКИ Российский патент 2016 года по МПК B01J4/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к питающей форсунке для прямоточного введения газа и жидкости в объем реактора, конкретно для введения водяного пара и углеводородного сырья в реактор каталитического крекинга.

Уровень техники

На многих установках нефтеперерабатывающих и химических заводов используются форсунки для распределения жидкого и/или газообразного сырья в установке. В некоторых процессах способность форсунки распределять сырье в установке является важной для производительности установки. Примером такого процесса является флюидизированный каталитический крекинг, в котором находящиеся в сырой нефти углеводородные молекулы с длинной цепью с помощью катализатора расщепляются с образованием меньших и более ценных промышленных продуктов, таких как углеводороды, диапазона бензина и дизельного топлива. Обычно вакуумные дистилляты вводятся через питающие форсунки в реактор-стояк с восходящим слоем, в котором сырье контактирует с регенерированными частицами твердого катализатора. Селективность катализатора способствует протеканию желательных реакций крекинга.

Обычно указанная питающая форсунка содержит внутреннюю трубку, ограничивающую паропровод, и внешнюю трубку, расположенную вокруг внутренней трубки, где внешняя поверхность внутренней трубки и внутренняя поверхность внешней трубки ограничивают кольцевой трубопровод для углеводородов, и где каждая из трубок имеет входной патрубок и противоположный выходной патрубок, причем каждый выходной патрубок имеет форсунку, присоединенную к наружной стороне. Хотя процесс каталитического крекинга обычно имеет длительный пробег, является дешевым и надежным в эксплуатации процессом, могут возникать аварийные ситуации, когда требуется отключение установки, такие как потеря мощности нефтеперерабатывающего завода, повреждение насоса, авария охлаждающей воды, повреждение главной воздуходувки и повреждение золотникового клапана. Если наступает такая аварийная ситуация, подача углеводородного сырья будет прекращена. Однако было обнаружено, что при прекращении подачи сырья катализатор засасывается в углеводородный трубопровод питающей форсунки. Это нежелательно, так как катализатор имеет тенденцию блокировать трубопровод из-за потери подвижности частиц катализатора с образованием суспензии. Полагают, что катализатор засасывается в форсунку, поскольку водяной пар проходит через форсунку подачи газа без поступления углеводородного сырья по кольцевому трубопроводу. По-видимому, при этом возникают области пониженного давления внутри питающей форсунки, что, в свою очередь, вызывает засасывание катализатора внутрь углеводородного трубопровода.

Была найдена возможность модификации питающей форсунки таким образом, чтобы частицы катализатора уже не поступали в питающую форсунку, когда прекращается подача углеводородов, при продолжающемся поступлении водяного пара. Более того, указанная модификация является простой и не мешает нормальной эксплуатации.

В документе US-A-2002/0185552 описано многоступенчатое впрыскивание распыленного флюида в поступающий сырьевой материал и прохождение смеси сырья/распыленного флюида через форсунку. Зоны смешивания могут полностью или, по меньшей мере, частично перекрываться или одна зона может полностью направляться вниз по потоку из другой зоны таким образом, что отсутствует перекрывание между зонами смешивания. Описано, что множественные зоны смешивания создают равномерный поток флюида, поступающий в форсунку. В нисходящем конце форсунки не предусмотрены газопроводы, содержащие проходные отверстия.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к модулю питающей форсунки для прямоточного введения газа и жидкости в объем реактора, причем модуль питающей форсунки содержит:

(a) внутреннюю трубку, ограничивающую газопровод, и внешнюю трубку, вокруг внутренней трубки, где внешняя поверхность внутренней трубки и внутренняя поверхность внешней трубки ограничивают кольцевой трубопровод для жидкости, и где каждая из трубок имеет входной патрубок и противоположный выходной патрубок;

(b) первую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внутренней трубки;

(c) вторую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внешней трубки и расположенную ниже первой форсунки по ходу потока, причем внутренняя трубка содержит продувочные отверстия.

Продувочные отверстия представляют собой проходные отверстия, которые обеспечивают прохождение флюида между внутренней и внешней трубками. Обычно продувочные отверстия будут представлять собой диафрагмы во внутренней трубке.

Краткое описание чертежей

Теперь изобретение будет описано более подробно с помощью примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:

на фигуре 1 показано продольное сечение модуля питающей форсунки согласно изобретению;

на фигуре 2 показано продольное сечение модуля питающей форсунки согласно изобретению, который дополнительно содержит разделяющее устройство для разграничения внутренней и внешней трубок.

Осуществление изобретения

На фигурах 1 и 2 показан модуль питающей форсунки для введения газа и жидкости в сосуд (не показан), например, в реактор каталитического крекинга. Предпочтительно, газ представляет собой диспергирующий газ, такой как водяной пар или инертный газ, например азот. Наиболее предпочтительно диспергирующим газом является водяной пар.

Предпочтительно, жидкость представляет собой углеводородную фракцию, более конкретно тяжелый нефтяной углеводород. Модуль питающей форсунки включает в себя корпус форсунки, содержащий практически цилиндрическую внутреннюю трубку 102, ограничивающую газопровод 103, и внешнюю трубку 101, расположенную вокруг внутренней трубки 102, причем внешняя поверхность внутренней трубки 102 и внутренняя поверхность внешней трубки 101 ограничивают кольцевой трубопровод 104 для жидкости. Внутренняя трубка 102 имеет входной патрубок 105 и напротив выходной патрубок 106, а внешняя трубка 101 имеет входной патрубок 107 и противоположный выходной патрубок 108. Предпочтительно центральная продольная ось внутренней трубки 102 совпадает с центральной продольной осью внешней трубки 101.

Кроме того, модуль питающей форсунки содержит форсунку 4, прочно присоединенную к выходному патрубку 106 внутренней трубки 102, и вторую форсунку 2, прочно присоединенную к выходному патрубку 108 внешней трубки 101 и расположенную вокруг первой форсунки 4.

Предпочтительно форсунка 4 имеет практически цилиндрический входной патрубок и противоположный куполообразный выходной патрубок. Форсунка 4 имеет, по меньшей мере, одно проходное отверстие, обеспечивающее проход газа из газопровода в трубопровод для жидкости и/или во вторую форсунку 2.

Вторая форсунка 2 имеет практически цилиндрический входной патрубок, присоединенный к выходному патрубку внешней трубки 101, причем в противоположном куполообразном выходном патрубке предусмотрено, по меньшей мере, одно проходное отверстие 3. Предпочтительно, проходное отверстие 3 представляет собой продолговатую щель с практически параллельными стенками. Куполообразный выходной патрубок второй форсунки 2 продолжается за пределами куполообразного выходного патрубка первой форсунки 4.

Предпочтительно, в каждой первой форсунке 4 и второй форсунке 2 имеется множество проходных отверстий. В первой форсунке 4, также называемой форсункой водяного пара, предпочтительно предусмотрен один или несколько рядов проходных отверстий, более конкретно от 1 до 8 рядов проходных отверстий, еще более конкретно от 1 до 6 рядов. Указанные проходные отверстия также называются рассеивающими отверстиями. Куполообразный выходной патрубок первой форсунки 4 предпочтительно имеет форму полусферы или форму полуэллипсоида.

Во внутренней трубке имеются продувочные отверстия 5. Указанные продувочные отверстия 5 обеспечивают проход диспергирующего газа через трубопровод 104 для жидкости в случае прекращения подачи углеводородов, например, в аварийной ситуации.

С целью обеспечения максимального использования добавленного диспергирующего газа, предпочтительно, проходные отверстия 5 располагаются выше половины внутренней трубки 102, расположенной внутри внешней трубки.

Площадь поверхности внутренней трубки 102, занимаемая продувочными отверстиями, может быть относительно небольшой, составляя от 0,001 до 1% от площади поверхности внутренней трубки, поскольку указанная площадь поверхности находится внутри внешней трубки, более конкретно от 0,005 до 0,9%, еще более конкретно от 0,01 до 0,8%. Более конкретно, площадь поверхности внутренней трубки, занимаемая продувочными отверстиями, составляет самое большее 0,7%, более конкретно, самое большее 0,6%, еще более конкретно, самое большее 0,5%. Площадь поверхности проходного отверстия или отверстия означает площадь, через которую может проходить флюид, то есть, открытое сечение.

Отношение площади поверхности всех продувочных отверстий к площади поверхности всех проходных отверстий первой форсунки в одном модуле питающей форсунки, предпочтительно, находится в диапазоне от 0,02 до 1, более конкретно от 0,05 до 0,8, более конкретно от 0,1 до 0,7, более конкретно до 0,6 наиболее конкретно вплоть до 0,5.

Более того, площадь поверхности каждого отдельного продувочного отверстия во внутренней трубке, предпочтительно, меньше или равна площади поверхности наибольшего прохода в первой форсунке.

Предпочтительно, чтобы внутренняя трубка дополнительно содержала внутреннюю форсунку ниже продувочных отверстий, но выше первой форсунки, по ходу потока. Эта внутренняя форсунка обеспечивает немного более высокое давление флюида во внутренней трубке вблизи продувочных отверстий, чем вблизи первой форсунки, что предотвращает поступление флюида во внутреннюю трубку из кольцевого пространства через продувочные отверстия.

На фигуре 2 приведен питающий модуль, который дополнительно содержит разделяющее устройство 110 для разграничения внутренней и внешней трубок. Предпочтительно разделяющие устройства 110 представляют собой трубы. Такие трубы обладают тем преимуществом, что они снижают или предотвращают вибрацию внутренней трубки 102. В связи с этим, указанные трубки также называются звукопоглощающими трубами. Предпочтительно, звукопоглощающие трубы удерживаются на месте с помощью кольцеобразной пластины, перпендикулярно оси звукопоглощающих труб, причем в кольцеобразной пластине имеются отверстия для размещения указанных труб. Предпочтительно, звукопоглощающие трубы имеют диаметр от 1 до 5 см, более предпочтительно от 2 до 4 см. Предпочтительно, количество звукопоглощающих труб составляет от 3 до 15, более конкретно от 3 до 12. Предпочтительно, указанные трубы распределены равномерно в пространстве вокруг внутренней трубки. Длина труб обычно составляет самое большее 0,5 м.

При наличии разделяющего устройства 110 предпочтительно, чтобы продувочные отверстия находились выше разделяющего устройства 110, по потоку.

Обычно входной патрубок внутренней трубки расположен на стороне внешней трубки. Такой боковой вход диспергирующего газопровода в модуль питающей форсунки обеспечивает улучшенный доступ к внутренней части питающей форсунки.

Во время обычной эксплуатации модуля питающей форсунки согласно настоящему изобретению диспергирующий газ проходит через практически цилиндрическую внутреннюю трубку 102, в то время как углеводородное сырье поступает во входной патрубок 107 внешней трубки 101 и проходит через кольцеобразный трубопровод 104 для жидкости.

Диспергирующий газ, более конкретно водяной пар, выходящий из первой форсунки 4, смешивается с углеводородом, давая тонкие струи, рассеивающие углеводородную смесь. Вторая форсунка 2 пропускает смесь диспергирующего газа и углеводорода из модуля питающей форсунки в резервуар, предпочтительно в реактор флюид-каталитического крекинга. Вторая форсунка 2 приспособлена для практически равномерного распыления смеси диспергирующего газа и тяжелого нефтяного углеводорода.

Модуль форсунки настоящего изобретения является особенно подходящим для подачи углеводородного сырья в реактор флюид-каталитического крекинга с восходящим слоем катализатора, в объеме которого углеводородное сырье испаряется и расщепляется на более мелкие молекулы за счет контакта и перемешивания с горячим катализатором из регенератора, причем предпочтительно, горячий катализатор имеет температуру, по меньшей мере 600°C. Пары продуктов крекинга в последующем отделяются от отработанного катализатора с помощью циклонов. Обычно углеводородное сырье подогревают, предпочтительно до температуры от 150 до 260°C, до поступления в питающую форсунку и реактор-стояк. В указанном применении обычно форсунки используют для подачи сырья со стороны стояка, причем они представляют собой так называемые питающие форсунки с боковым входом. Предпочтительно, они расположены на обечайке стояка.

С целью обеспечения равномерного распределения нефти в реакторе-стояке предпочтительно, чтобы множество питающих форсунок с боковым входом были расположены на обечайке стояка. Дополнительное преимущество размещения форсунок вокруг обечайки стояка состоит в том, что это приводит к смещению тенденции катализатора мигрировать к стенкам стояка.

Модуль питающей форсунки для прямоточного введения газа и жидкости в объем реактора, где модуль питающей форсунки включает в себя: (а) внутреннюю трубку, ограничивающую газопровод, и внешнюю трубку, расположенную вокруг внутренней трубки, где внешняя поверхность внутренней трубки и внутренняя поверхность внешней трубки ограничивают кольцевой трубопровод для жидкости, и где каждая из трубок имеет входной патрубок и противоположный выходной патрубок; (b) первую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внутренней трубки; (с) вторую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внешней трубки и расположенную ниже первой форсунки по ходу потока, причем внутренняя трубка содержит продувочные отверстия.5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Модуль питающей форсунки для прямоточного введения газа и жидкости в объем реактора, где модуль питающей форсунки содержит
(a) внутреннюю трубку, ограничивающую газопровод, и внешнюю трубку, вокруг внутренней трубки, где внешняя поверхность внутренней трубки и внутренняя поверхность внешней трубки ограничивают кольцевой трубопровод для жидкости, и где каждая из трубок имеет входной патрубок и противоположный выходной патрубок;
(b) первую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внутренней трубки;
(c) вторую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внешней трубки и расположенную ниже первой форсунки по ходу потока, причем внутренняя трубка содержит продувочные отверстия;
при этом продувочные отверстия находятся в верхней по потоку половине внутренней трубки, расположенной внутри внешней трубки.

2. Модуль питающей форсунки по п. 1, где модуль питающей форсунки дополнительно содержит
(d) разделяющее устройство для разграничения внутренней и внешней трубок.

3. Модуль питающей форсунки по п. 2, в которой продувочные отверстия расположены выше разделяющего устройства по ходу потока.

4. Модуль питающей форсунки по любому из пп. 1-3, в котором продувочные отверстия занимают от 0,001 до 1% от площади поверхности внутренней трубки, расположенной внутри внешней трубки.

5. Модуль питающей форсунки по любому из пп. 1-3, в котором внутренняя трубка дополнительно содержит внутреннюю форсунку ниже продувочных отверстий по ходу потока.

6. Модуль питающей форсунки по п. 4, в котором внутренняя трубка дополнительно содержит внутреннюю форсунку ниже продувочных отверстий по ходу потока.