УСТРОЙСТВО ВПРЫСКИВАНИЯ, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ВПРЫСКИВАНИЯ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ В НЕФТЕХИМИЧЕСКУЮ УСТАНОВКУ Российский патент 2019 года по МПК B01J8/24 B05B7/00 

Настоящее изобретение относится к устройству впрыскивания, в частности к устройству впрыскивания углеводородного сырья в нефтехимическую установку, в частности установку каталитического флюид-крекинга (FCC).

Жидкое углеводородное сырьё, обрабатываемое в нефтехимических установках, обычно приводится в контакт с твердым катализатором, который способствует химической реакции (реакциям) по переработке такого сырья. Для того, чтобы улучшить этот контакт, и для максимизации выхода реакций, это жидкое углеводородное сырьё пульверизируется в мелкие капли при помощи устройств впрыскивания. Такая пульверизация обеспечивает максимизацию площади контакта жидкости (жидкое углеводородное сырьё) и твердого (катализатора), что обеспечивает перенос тепла и способствует гомогенному распределению углеводородов в пределах зоны реакции. При том, что нет консенсуса насчет оптимального диаметра таких капель, обычно стремятся создать капли с диаметром такого же порядка, что и диаметр частиц катализатора, а именно, менее 200 микрон, например, порядка 50 - 80 микрон.

Обычно, используются устройства впрыскивания, также называемые «двухфазными», которые имеют полый цилиндрический корпус и два впускных отверстия, через которые жидкое углеводородное сырьё и газ пульверизации, обычно пар, соответственно, впрыскиваются в указанный корпус. Внутри корпуса имеется камера контакта, и в ней углеводородное сырьё и газ пульверизации и вступают в контакт для пульверизации углеводородного сырья. После пульверизации, углеводородное сырьё выпускается через выпускное отверстие, которое открывается внутрь реактора. Каждое устройство впрыскивания устанавливается на стенку реактора таким образом, что один конец устройства впрыскивания, содержащий выпускное отверстие, расположен внутри реактора. Известны ударные устройства впрыскивания, в частности, такие, в которых углеводородное сырьё вводится радиально и ударяет по мишени, расположенной в центре корпуса, тем самым давая начало формированию капель. Газ пульверизации течет в направлении по оси, увлекая эти каплям вдоль оси, и разбивая их дополнительно на части, у выпускного отверстия корпуса. Такие устройства впрыскивания, однако, сложны и дороги в производстве. В дополнение, может возникнуть проблема эрозии мишени, особенно если впрыскиваемое углеводородное сырьё содержит частицы, которая потребует усиления мишени, дополнительно повышая стоимость. В дополнение, при использовании имели место проблемы с отказом сварного соединения мишени и её опорного борта, что влечет за собой необходимость изготавливать мишень и борт из одной твердой части, что дополнительно повышает стоимость.

В нефтехимических установках, в частности, установках каталитического флюид-крекинга (FCC), обрабатывается всё более тяжелое углеводородное сырьё. Пульверизация тяжелого углеводородного сырья приводит к значительному падению давления в инжекторах, что в результате приводит к повышению давления при подаче сырья в инжекторы. Поэтому необходимо использовать мощные и дорогостоящие насосы для достижения нужных давлений на выпуске инжектора. В зависимости от конФигура (Fig.)ции двухфазных устройств впрыскивания, может также потребоваться значительное увеличение скорости потока газа пульверизации для пульверизации тяжелого сырья. Однако, впрыскивание больших количеств газа пульверизации увеличивает общую стоимость обработки, и может также отрицательно влиять на выход реакций, провоцируя ненужные параллельные реакции, особенно, если газ пульверизации - это пар. Это тот случай, когда большие количества пара впрыскиваются в FCC-реакторы. Поэтому предпочтительно не увеличивать скорость потока газа пульверизации. В дополнение, впрыскивание больших количеств пара требует увеличения размеров установок сепарации вниз по потоку от установки каталитического флюид-крекинга, в частности, для конденсации пара, что увеличивает стоимость производства.

Пониженное использование пара для пульверизации сырья делает возможным лучший контроль распределения потоков пара, с возможностью доставки его излишков в чувствительные зоны установки каталитического флюид-крекинга, например, к клапанам, где циркулирует катализатор, или ещё увеличения количества газа ожижения на дне подъёмника («газлифт»), способствуя циркуляции катализатора.

Наконец, если возможно работать при более низком давлении, то возможно уменьшить толщину металла при изготовлении линий предварительного нагрева сырья, таким образом уменьшив стоимость производства.

Поэтому имеется потребность в устройствах впрыскивания, которые вызывают только малое падение давление впрыскивания, способных работать с тяжелым сырьем без необходимости увеличить скорость потока газа пульверизации, или мощности используемых насосов.

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть, по меньшей мере частично, вышеупомянутые недостатки. Для этой цели представлено устройство впрыскивания, выполненное с возможностью пульверизации жидкости в капли посредством газа, и содержащее корпус, имеющий:

- отверстие впуска газа, предназначенное для соединения с протоком подачи газа;

- отверстие выпуска для сброса пульверизированной жидкости;

- прямой внутренний проток, соединяющий отверстие впуска с отверстием выпуска, вдоль осевого направления указанного корпуса;

отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере два протока впуска жидкости, предназначенных для соединения по меньшей мере с одним протоком подачи жидкости, при этом указанные протоки впуска жидкости проходят через указанный корпус радиально или практически радиально, и открываются в указанный внутренний проток, при этом эти протоки впуска жидкости каждый имеет ось и расположение таким образом, что их оси пересекаются в одной и той же точке на осевой линии, простирающейся внутри внутреннего протока.

Выражение «осевая линия» означает линию, которая простирается параллельно осевому направлению корпуса устройства впрыскивания.

Ось протока впуска, в рамках настоящего изобретения, можно определить со ссылкой на эквидистанту, каждая точка которой равноудалена от боковых стенок протока впуска, внутри последнего. Ось протока впуска совпадает с этой эквидистантой; и тогда, когда проток впуска прямой, эквидистанта прямая тоже. Если проток впуска имеет осевую симметрию, то ось протока впуска соответствует его оси симметрии. Если проток впуска искривлен, эквидистанта тоже является кривой. Ось протока впуска тогда соответствует касательной к этой эквидистанте на отверстии протока впуска во внутренний проток, иными словами там, где проток впуска открывается во внутренний проток. Поэтому, обычно ось протока впуска соответствует направлению потока жидкости, когда он покидает проток впуска жидкости. Предпочтительно, протоки впуска имеют форму цилиндра и/или усеченного конуса, и поэтому имеют ось симметрии.

Благодаря особенному расположению протоков впуска жидкости устройства впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением, струи жидкости, вводимой через эти протоки впуска, ударяют друг друга. Неожиданно было обнаружено, при том, что это удары не о твердую мишень, они оказались достаточны для формирования капель, которые затем устремляются, увлеченные потоком газа, вдоль осевого направления во внутреннем протоке, с повышением дробления капель. В дополнение, наблюдается малое падение давления между впуском и выпуском устройства впрыскивания. Поэтому можно обрабатывать тяжелое сырье без необходимости использования мощных и дорогостоящих насосов, и без необходимости повышать скорость потока газа.

Предпочтительно, протоки впуска жидкости могут располагаться в непосредственной близости от отверстия впуска газа, чтобы капли, образованные соударением струй жидкости, покидая протоки впуска жидкости, захватывались немедленно.

Предпочтительно, протоки впуска жидкости могут быть равномерно распределены по периметру внутреннего протока.

Предпочтительно, но без характера ограничения, оси протоков впуска могут пересекаться на центральной осевой линии корпуса, в частности, на оси симметрии указанного корпуса. Это позволяет повысить эффективность устройства впрыскивания, посредством расположения точки соударения струй флюида напротив отверстия впуска, обычно по центру оси симметрии корпуса.

Протоки впуска жидкости проходят через корпус устройства впрыскивания радиально или практически радиально. Термин «радиально» означает направление, которое простирается перпендикулярно осевому направлению, в котором простирается корпус. Если ось протока впуска практически радиальная, считается, что она может быть немного наклонена относительно радиального направления, например, максимум на 20°, или даже максимум на 10°, предпочтительно максимум на 5°.

Однако, для повышения эффективности устройства впрыскивания и для облегчения его изготовления, ось каждого протока впуска жидкости может предпочтительно простираться перпендикулярно осевому направлению указанного корпуса. Предпочтительно, оси всех протоков впуска могут простираться в одной и той же радиальной плоскости. Оси двух протоков впуска могут совпадать, если эти протки обращены друг к другу. В зависимости от имеющегося окружения, однако, можно предусмотреть протоки впуска, из которых некоторые (по меньшей мере два) имеют оси в одной и той же радиальной плоскости, тогда как другие (по меньшей мере два) имеют оси в другой отдельной радиальной плоскости.

Число протоков впуска жидкости может варьироваться. Двух протоков впуска, которые в этом случае предпочтительно расположены один напротив другого, с их осями, простирающимися в одной и той же радиальной плоскости, достаточно для пульверизации жидкости в капли. Производство только двух протоков впуска может дополнительно облегчить производство инжектора, в соответствии с настоящим изобретением.

Однако, можно предусмотреть большее число протоков впуска, в зависимости от размеров инжектора.

Число протоков впуска жидкости может быть четным. В этом случае, протоки впуска можно разбить по парам, при этом оси двух протоков одной пары простираются в одной и той же плоскости, содержащей осевую линию. Два парных протока впуска предпочтительно располагаются друг напротив друга.

Может быть предпочтительно, чтобы парные протоки впуска жидкости имели поперечное сечение одинаковой площади. Это может избавить от необходимости контролировать расход и/или скорости потока жидкости каждого протока впуска для получения точки соударения струй жидкости практически в центре корпуса, априори оптимальном положении для увлечения капель газом, поступающим в корпус через отверстие впуска. Однако, два парных протока впуска могут иметь поперечное сечение с одинаковой площадью, которая отличается от площади поперечного сечения протоков впуска из другой пары.

Может, однако, быть проще, если все протоки впуска имеют поперечное сечение с одинаковой площадью, в частности, идентичные поперечные сечения.

Число протоков впуска жидкости может также быть нечетным, например, по меньшей мере три. В этом случае, протоки впуска предпочтительно распределяются равномерно по периметру корпуса.

Может быть предпочтительно, чтобы все протоки впуска жидкости имели поперечное сечение одинаковой площади, в частности, идентичные поперечные сечения, во избежание необходимости контролировать расход и/или скорости потока жидкости каждого протока впуска для получения точки соударения струй жидкости практически в центре корпуса.

Предпочтительно, и без характера ограничения, протоки впуска жидкости могут выступать во внутренний проток. Это может позволить избежать образования потока жидкости вдоль внутренних стенок корпуса устройства впрыскивания. В дополнение, наблюдается лучшая пульверизация жидкости. В частности, касательно варианта осуществления, в котором протоки впуска жидкости не выступают во внутренний проток, для получения идентичной скорости потоков газа и жидкости, устройство впрыскивания, в котором протоки впуска жидкости выступают во внутренний проток, обеспечивает лучшую пульверизацию, без значительного варьирования падения давления между впуском и выпуском устройства впрыскивания. В качестве примера, протоки впуска жидкости могут выступать на заданное расстояние, в частности, от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, например, от 4 до 20 мм. Продолжение протоков жидкости внутри позволяет направлять потоки жидкости из каждого из протоков впуска жидкости таким образом, чтобы указанные потоки соударялись настолько эффективно, насколько это возможно.

Каждый проток впуска жидкости может быть соединен непосредственно с протоком подачи жидкости. В этом случае, может быть предпочтительно ограничить число протоков впуска жидкости, например, двумя, в частности, если доступное пространство вокруг устройства впрыскивания ограничено.

Чтобы расположить устройство впрыскивания в ограниченном пространстве, может быть предпочтительно предоставить камеру, внешнюю относительно корпуса, и соосную с ним, с таким расположением, что указанные протоки впуска жидкости осуществляют жидкостную коммуникацию с указанной внешней камерой. Тогда можно соединить эту внешнюю камеру с одним или несколькими протоками подачи жидкости, в зависимости от доступного пространства. Поэтому, если пространство очень ограничено, внешняя камера может быть соединена с одним протоком подачи жидкости. В дополнение, это позволит обойтись без модификации установки, в которой устанавливается устройство впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением; такие установки обычно содержат один проток подачи жидкости для каждого устройства впрыскивания.

Эта внешняя камера предпочтительно может иметь такую форму, чтобы жидкость распределялась равномерно между различными протоками подачи жидкости.

Указанный по меньшей мере один проток подачи может располагаться перпендикулярно осевой линии.

Также можно предположить расположение указанного по меньшей мере одного протока подачи жидкости по касательной относительно указанной внешней камеры, другими словами, по касательной относительно её стенки. Это позволило бы обеспечить постоянную скорость жидкости по внутреннему объёму внешней камеры.

Внешняя камера может иметь форму, симметричную относительно оси вращения, например, форму цилиндра, при этом корпус устройства впрыскивания также имеет поперечное сечение в форме основания цилиндра.

Изобретение также относится к реактору для обработки углеводородного сырья, в частности, к реактору каталитического крекинга, содержащему по меньшей мере одно устройство впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением, установленное таким образом, что его отверстие выпуска открывается в указанный реактор.

Изобретение также относится к процессу для каталитического крекинга углеводородного сырья, по меньшей мере в одном реакторе, в который углеводородное сырьё впрыскивается, предпочтительно непрерывно, при этом в указанный по меньшей мере один реактор, указанное углеводородное сырьё впрыскивается через протоки впуска жидкости по меньшей мере одного устройства впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением, при этом одновременно подается газ в каждое устройство впрыскивания через отверстие впуска газа.

Углеводородное сырьё обычным порядком впрыскивается, по меньшей мере, частично в жидком состоянии, при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°С, например, от 80°С до 300°С, но обычно от 200°С до 300°С. Углеводородное сырьё можно впрыскивать под давлением порядка от 4 до 8 бар, вверх по потоку от инжектора. Обычно, разница давления углеводородного сырья между впуском и выпуском инжектора, в соответствии с настоящим изобретением, находится между 1 и 10 бар, предпочтительно между 2 и 5 бар, при этом в случае ударных инжекторов, в соответствии с известным уровнем техники, необходимо удвоить разницу давления между впуском и выпуском, чтобы получить то же качество пульверизации.

Используемым газом может быть пар или любой другой подходящий газ, такой, как, например, газообразный поток, полученный после переработки углеводородов, легких олефинов или смеси этих газов.

Предпочтительно, в каждом устройстве впрыскивания пропорция газа относительно углеводородного сырья находится между 1.5 и 5 весовых %, например, от 2 до 4 весовых %.

Скорость потока углеводородного сырья, подаваемого в каждое устройство впрыскивания, может предпочтительно контролироваться так, чтобы получить скорость потока углеводородного сырья на выпуске каждого устройства впрыскивания в пределах от 15 до 80 т/ч, предпочтительно, от 40 до 60 т/ч. Такой контроль можно получить при помощи традиционных средств, таких как насосы, расходомеры или другого средства.

Скорость углеводородного сырья на выпуске протока впуска жидкости устройства впрыскивания может быть от 10 до 40 м/с, например, в идеале 15 м/с.

Падение давления газа, поступающего через отверстие впуска устройства впрыскивания может быть от 60% до 110% падения давления, в соответствии с критическим режимом потока, и может быть от 80% до 100%, например, 90%.

Далее изобретение описывается со ссылкой на сопроводительные чертежи, не имеющие ограничительного характера, на которых:

Фигура (Fig.) 1 представляет вид, с поперечным сечением по оси, устройства впрыскивания, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фигура (Fig.) 2 представляет вид, с поперечным сечением по оси, устройства впрыскивания, в соответствии с ещё одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фигуры 3а и 3b - это фотографии распыления, с получением, соответственно, при помощи традиционного ударного устройства впрыскивания, и при помощи устройства впрыскивания, в соответствии с вариантом осуществления по фигуре 1;

Фигура (Fig.) 4 - это графическое представление распределения среднего размера капли, как функции угла распыления при относительном расстоянии от отверстия выпуска, для традиционного ударного устройства впрыскивания (эталон) и для устройства впрыскивания, в соответствии с вариантом осуществления по фигуре 1 (изобретение), как функции расстояния до оси сброса (ось Х по фигуре 1).

Выражение «практически параллельно или перпендикулярно» означает направление, которое расходится максимум на ±20°, или даже максимум 10°, или максимум 5° от направления, которое параллельно или перпендикулярно.

Фигура (Fig.) 1 представляет устройство 10 впрыскивания, предназначенное для пульверизации жидкости в капли посредством газа. Это устройство 10 впрыскивания содержит корпус 12, имеющий:

- отверстие 14 впуска газа, соединенное с протоком 16 подачи газа,

- отверстие 18 выпуска, для сброса пульверизированной жидкости,

- прямой внутренний проток 20, соединяющий отверстие 14 впуска и отверстие 18 выпуска, вдоль осевого направления Х корпуса 12.

Внутренний проток 20 образует зону смешивания для газа и пульверизированной жидкости. Он обычно имеет форму цилиндра, как и корпус 12, подобно приведенному в настоящем примере.

Обычно устройство 10 впрыскивания может быть сделано из одной или нескольких частей, и выполнено из стали, в частности, нержавеющей стали, или иного материала.

В соответствии с настоящим изобретением, это устройство 10 впрыскивания содержит по меньшей мере два протока впуска жидкости, предназначенные для соединения по меньшей мере с одним протоком подачи жидкости. Эти протоки впуска жидкости проходят через корпус 12 радиально, или практически радиально, и открываются во внутренний проток 20. Каждый из них имеет оси, и они расположены таким образом, что эти оси пересекаются в одной и той же точке на осевой линии, простирающейся внутри внутреннего протока.

В примере, представленном на фигуре 1, устройство 10 впрыскивания содержит два протока 22 и 24 впуска жидкости, при этом каждый из них соединен с протоком 26, 28 подачи жидкости, соответственно. Эти два протока 22 и 24, каждый имеет ось Х1, Х2, которые здесь совпадают. Осевая линия совпадает с осевым направлением Х, которое здесь образует ось симметрии корпуса 12, и внутреннего протока 20. Оси Х1, Х2, таким образом, пересекают осевую линию Х в точке I.

Внутренние размеры устройства впрыскивания, представленного на фигуре 1, подобны размерам, традиционно использующимся в ударных устройствах впрыскивания для соударения с мишенью, с поверхностью, простирающейся в плоскости, содержащей осевую линию Х. В качестве примера, внутренний диаметр отверстий 22а, 24а, и отверстия 14 впуска, обычно круглой формы, как в представленном примере, составляет порядка одного дюйма, то есть примерно 2.5 см. Внутренний диаметр внутреннего протока 20 может быть порядка трех-шести дюймов, другими словами порядка 7-16 см, или даже, возможно, достигать восьми дюймов, то есть примерно 20 см. Как показано на фигуре 1, проток 16 подачи газа имеет сходящуюся форму, здесь это усеченный конус, вдоль направления потока газа, позволяя ускорять газы на впуске во внутренний проток 20 корпуса 12. Подобным образом, протоки 22, 24 впуска открываются во внутренний проток 20 через отверстия 22а, 24а, соответственно, с поперечным сечением уменьшенной площади относительно площади поперечных сечений этих протоков, тоже для ускорения углеводородного сырья после его поступления во внутренний проток 20. Здесь, протоки 22, 24 впуска имеют коническую форму, при этом их отверстия 22а, 24а - круглые.

Необходимо также отметить, что протоки 22, 24 впуска расположены в непосредственной близости от отверстия 14 впуска корпуса 12. Это соответствует традиционному положению протока впуска в ударном устройстве 20 впрыскивания, для соударения с твердой мишенью, для обеспечения, в достаточной степени, увлечения капель, образованных газом.

Конец устройства 10 впрыскивания, через который выходит пульверизированная жидкость, обычно закругляется, например, сферически. Отверстие 18 выпуска на этом конце может иметь форму, подобную форме традиционных ударных устройств впрыскивания, и может выбираться, как функция нужной формы пульверизации. Форма отверстия может быть цилиндром или усеченным конусом, щелью и т.д.

Устройство 10 впрыскивания, представленное на фигуре 1, работает следующим образом. Углеводородное сырьё впрыскивается через протоки 22 и 24 во внутренний проток 20 корпуса 12, вдоль направлений стрелок F1, F2, соответственно. Сам газ пульверизации вводится во внутренний проток 20 через проток 16, затем отверстие 14 впуска, вдоль направления стрелки F3. Две струи углеводородного сырья из протоков 22 и 24 вступают в контакт друг с другом в центре внутреннего протока, практически на осевой линии Х, тем самым провоцируя образование капель. Эти капли увлекаются газом, текущим в направлении F3 до отверстия 18 выпуска устройства 10 впрыскивания. В зоне внутреннего протока 20, с расположением вниз по потоку от точки I соударения струй, капли углеводородного сырья в конечном счёте смешиваются с газом гомогенно, прежде чем выходят через отверстие 18 выпуска.

В примере, представленном на фигуре 1, протоки 22, 24 впуска соединены с двумя раздельными протоками подачи углеводородного сырья. Может быть предпочтительно изготовление устройства впрыскивания, как представлено на фигуре 2.

Вариант осуществления, представленный на фигуре 2, отличается от представленного на фигуре 1 в основном подачей углеводородного сырья по протокам впуска. Одни и те же элементы имеют одинаковые номера позиций, с добавленным символом «'».

На фигуре 2, устройство 10' впрыскивания также содержит корпус 12', содержащий отверстие 14' впуска, отверстие 18' выпуска и два протока 22' 24' впуска, соответственно. Подобно предыдущему варианту осуществления, проток 16' подачи газа соединен с отверстием 14' впуска. С другой стороны, протоки 22' 24' впуска жидкости больше не соединены каждый с протоком подачи, а осуществляют жидкостную коммуникацию с внешней камерой 30', которая соосно окружает корпус 12' устройства 10' впрыскивания. Здесь, внешняя камера 30' имеет кольцевое поперечное сечение, а корпус 12' имеет цилиндрическую форму. Протоки 22' 24' впуска расположены симметрично друг напротив друга, их оси Х'1, Х'2 совпадают и пересекают осевую линию Х' в точке I'.

Внешняя камера 30' сама осуществляет жидкостную коммуникацию с одним протоком 25' подачи. Эта внешняя камера 30' может иметь такую форму, чтобы жидкость распределялась равномерно между двумя отверстиями 22' 24' впуска. Например, в соответствии с первым вариантом осуществления, равномерное распределение между двумя отверстиями 22' и 24' впуска можно получить, когда они расположены на равном расстоянии от протока 25' подачи жидкости. Способ по второму варианту осуществления состоит в боковом движении протока 25', таким образом, что он открывается во внешнюю камеру 30' на одном из концов 60' или 70', при этом указанная внешняя камера 30' принимает форму напорной камеры 50', с расположением таким образом, что потоку, полученному из протока 25' подачи жидкости, приходится проходить вдоль стенки 40', перед прохождением через протоки 22', 24' впуска, с расположением на втором из концов 70' или 60'.

Этот проток 25' подачи жидкости имеет форму, подобную протокам 22, 24 впуска из предыдущего примера, а именно, коническую форму, поперечное сечение которой уменьшается в направлении движения флюида. В свою очередь, протоки 22', 24' впуска открываются на отверстиях 22'а, 24'а, соответственно, во внутренний проток 20'. Здесь эти отверстия 22'а, 24'а имеют поперечное сечение меньшее, чем поперечное сечение протоков 22', 24', соответственно. Однако, эти поперечные сечения могут быть тех же размеров, что и протоки 22', 24'. Здесь протоки 22' и 24' имеют цилиндрическую форму, а отверстия 22'а, 24'а - круглые.

В различных вариантах осуществления, представленных со ссылкой на фигуры 1 и 2, поперечные сечения 22а, 24а, или 22'а, 24'а, имеют одинаковую площадь и идентичны.

Работа устройства впрыскивания, представленного на фигуре 2, подобна работе устройства впрыскивания на фигуре 1, при этом представленные стрелки показывают направления течения различных флюидов.

Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, и не ограничено конкретными формами, описанными в этих вариантах осуществления. Можно, в частности, предположить более двух протоков впуска, например, три, с равномерным распределением, или больше, например, четыре или больше, в зависимости от размеров устройства впрыскивания и нужных размеров поперечного сечения протоков впуска.

ПРИМЕР:

Устройство впрыскивания, подобное описанному со ссылкой на фигуру 1 проверялось на предмет пульверизации воды, газом был воздух. Протестированное устройство было изготовлено с размерами, такими что диаметр внутреннего протока в 10 раз меньше, чем диаметр у устройства, обычно используемого для применения в реакторе каталитического крекинга.

Протестированное устройство впрыскивания имеет следующие размеры:

- диаметр отверстия, которое открывается во внутренний проток для впрыскивания жидкости: 1.56 мм;

- диаметр отверстия, которое открывается во внутренний проток для впрыскивания газа: 1.58 мм;

- диаметр внутреннего протока: 8 мм;

- длина внутреннего протока: 132.5 мм;

- отверстие выпуска: щель толщиной 2.52 мм и с угловой амплитудой открытия 105° (щель выполнена на сферическом конце с внешним радиусом 5.6 мм).

Также проверялось традиционное устройство впрыскивания с такими же размерами. Это традиционное ударное устройство впрыскивания имеет один проток впуска жидкости и твердую мишень, ударная поверхность которой содержит осевую линию Х, с расположением напротив протока впуска жидкости. Такое традиционное ударное устройство впрыскивания подобно тому, которое представлено в патенте US 4434049, однако, имеет отверстие выпуска отличающейся формы.

Тестовые условия таковы:

- скорость потока воды: 226.2 кг/ч,

- скорость потока воздуха: 6.1 кг/ч,

- скорость газа на отверстии впуска: 300 м/с,

- скорость воды на отверстии 22а, 24а: 15 м/с,

- соотношение газ/вода: 2.7% по весу.

Форма полученного распыления:

Фигуры 3а, 3b представляют изображения распыления пульверизированной жидкости, покидающей каждое устройство впрыскивания. Эти изображения имеют черный фон и получены с использованием стробоскопа. Было отмечено, что полученные распыления имеют похожую форму, при этом распыление, полученное при помощи устройства впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением, представляется более плотным.

Измерение падения давления

Испытанные устройства впрыскивания рассеивают в окружающий воздух. Поэтому, относительное давление жидкости на отверстии впуска равно падению давления. Измерение было выполнено с использованием измерителя давления, с измерением давления на отверстии впуска. Относительное давление жидкости на впуске измерялось при 10 бар избытка для традиционного устройства впрыскивания. Это значение немного выше, чем значение, полученное посредством вычисления (8.2 бар избытка). Относительное давление жидкости на впуске измерено при 2.6 бар избытка для устройства впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением, то есть уменьшение на коэффициент от 3 до 4.

Измерение размера капли и распределения

Средний размер капель и также их распределение на выпуске устройств впрыскивания измерялось посредством анализатора размера частиц с использованием техники лазерной дифрактометрии, позволяющей измерение:

- диаметра набора сферических или несферических частиц,

- пространственную концентрацию частиц.

В качестве анализатора размера частиц использовался аппарат, продаваемый компанией Malvern, использующий гелий-неоновый газовый лазер, мощностью 4 мВт, вырабатываемый луч красного цвета, с диаметром 10 мм и длиной волны 632 нм. Свет, отбрасываемый частицами, собирался при помощи линзы Фурье через приёмную часть, коллинеарную лазеру, содержащую детектор, образованный посредством кремниевых фотодиодов, с расположением концентрическими кольцами. Это приёмная часть записывает паттерн дифракции, получаемой от лазерного луча, с пересечением струи частиц. Диапазон измерения размера частиц, который доступен для использованного анализатора размера частиц, составляет от 0.1 мкм до 1000 мкм.

Фигура (Fig.) 4 - это относительное сравнение производительности ударного инжектора, в соответствии с известным уровнем техники, и инжектора, в соответствии с настоящим изобретением. Ось Y представляет средние значения диаметра капель (относительное значение, произвольная единица), с измерением на расстоянии 300 мм от отверстия выпуска, параллельно оси сброса (соответственно осевой линии Х на фигуре 1), ось Х представляет относительное значение ширины распыления (или угол распыления) (относительное значение, произвольная единица), соответственно соотношению расстояния измерения относительно оси сброса, в направлении, перпендикулярном этой оси сброса и полной ширины распыления. Другими словами, значение 0.0 по оси Х соответствует измерению, проведенному на оси сброса, при этом значение 1.0 соответствует уровню по выполненному измерению при максимальной ширине распыления.

Было отмечено, что распыление, полученное при помощи устройства впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением, и традиционного ударного устройства впрыскивания, подобны и гомогенны. Средний размер капли - менее 150 мкм.

В заключение, устройство впрыскивания, в соответствии с настоящим изобретением, позволяет получить распыление капель, подобное таковому с использованием ударного устройства впрыскивания, но при значительно меньшем падении давления, допуская обработку тяжелого сырья без необходимости использования мощных насосов или чрезмерно большого количества пара.

Изобретение относится к устройству впрыскивания и может быть использовано для впрыскивания углеводородного сырья в нефтехимическую установку. Устройство впрыскивания, предназначенное для пульверизации жидкости в капли посредством газа, содержащее корпус, имеющий отверстие впуска газа, предназначенное для соединения с протоком подачи газа; отверстие выпуска для сброса пульверизированной жидкости; прямой внутренний проток, соединяющий отверстие впуска с отверстием выпуска, вдоль осевого направления указанного корпуса. По меньшей мере два протока впуска жидкости, предназначенные для соединения по меньшей мере с одним протоком подачи жидкости, проходят через указанный корпус радиально или практически радиально и открываются в указанный внутренний проток. Эти протоки впуска жидкости каждый имеет ось и расположение таким образом, что их оси пересекаются в одной и той же точке на осевой линии, простирающейся внутри внутреннего протока. При этом протоки впуска жидкости выступают во внутренний проток. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство (10, 10') впрыскивания, предназначенное для пульверизации жидкости в капли посредством газа, содержащее корпус (12, 12'), имеющий:

- отверстие (14, 14') впуска газа, предназначенное для соединения с протоком подачи газа;

- отверстие (18, 18') выпуска для сброса пульверизированной жидкости;

- прямой внутренний проток (20, 20'), соединяющий отверстие (14, 14') впуска с отверстием (18,18') выпуска, вдоль осевого направления указанного корпуса,

отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере два протока (22, 24; 22', 24') впуска жидкости, предназначенные для соединения по меньшей мере с одним протоком подачи жидкости, при этом указанные протоки (22, 24; 22', 24') впуска жидкости проходят через указанный корпус (12, 12') радиально или практически радиально и открываются в указанный внутренний проток (20, 20'), и эти протоки (22, 24; 22', 24') впуска жидкости каждый имеет ось (X1, Х2; Х'1, Х'2) и расположение таким образом, что их оси пересекаются в одной и той же точке (I, I') на осевой линии (X, X'), простирающейся внутри внутреннего протока (20, 20'), при этом протоки (22, 24; 22', 24') впуска жидкости выступают во внутренний проток.

2. Устройство (10, 10') впрыскивания по п. 1, отличающееся тем, что указанная осевая линия (X, X') образует ось симметрии указанного корпуса (12, 12').

3. Устройство (10, 10') впрыскивания по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что ось (X1, Х2; Х'1, Х'2) каждого протока (22, 24; 22', 24') впуска жидкости расположена перпендикулярно осевому направлению указанного корпуса, в частности, в одной и той же радиальной плоскости.

4. Устройство (10, 10') впрыскивания по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что оно содержит четное число протоков (22, 24; 22', 24') впуска жидкости, при этом протоки впуска парные, оси двух протоков одной пары простираются в одной плоскости, содержащей осевую линию.

5. Устройство (10, 10') впрыскивания по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что оно содержит нечетное число протоков впуска жидкости.

6. Устройство (10, 10') впрыскивания по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что все протоки впуска (22, 24; 22', 24') имеют одинаковую площадь поперечного сечения.

7. Устройство (10') впрыскивания по любому из пп. 1, 2, отличающееся тем, что оно содержит внешнюю камеру (30'), расположенную соосно с корпусом (12') и охватывающую его, при этом указанные протоки (22'24') впуска жидкости осуществляют жидкостную коммуникацию с указанной внешней камерой (30'), при этом последняя соединена по меньшей мере с одним протоком (25') подачи жидкости.

8. Устройство (10') впрыскивания по п. 7, отличающееся тем, что указанный по меньшей мере один проток (25') подачи жидкости простирается перпендикулярно относительно осевой линии X'.

9. Реактор для обработки углеводородного сырья, в частности реактор для каталитического крекинга, содержащий по меньшей мере одно устройство (10, 10') впрыскивания по любому из пп. 1-8 с расположением таким образом, что его отверстие (18, 18') выпуска открывается в указанный реактор.

10. Способ каталитического крекинга углеводородного сырья, по меньшей мере в одном реакторе, в который углеводородное сырье впрыскивают, предпочтительно непрерывно, при этом в указанный по меньшей мере один реактор указанное углеводородное сырье впрыскивают через протоки впуска жидкости по меньшей мере одного устройства (10, 10') впрыскивания по любому из пп. 1-8, при этом одновременно подают газ в каждое устройство (10, 10') впрыскивания через отверстие впуска (14, 14') газа.

11. Способ каталитического крекинга углеводородного сырья по п. 10 в каждом устройстве (10, 10') впрыскивания, в котором пропорция газа относительно углеводородного сырья находится между 1.5 и 5 вес. %, например от 2 до 4 вес. %.

12. Способ каталитического крекинга углеводородного сырья по п. 11, в котором скорости потока углеводородного сырья и газа с подачей в каждое устройство (10, 10') впрыскивания контролируют с обеспечением скорости потока углеводородного сырья на выпуске каждого устройства впрыскивания в пределах от 15 до 80 т/ч, предпочтительно от 40 до 60 т/ч.