ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СОПЛА
GAS DISTRIBUTION NOZZLES

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/780742, поданной 13 марта 2013 г., которая включена в настоящий документ путем ссылки.
Уровень техники
Область техники, к которой относится изобретение
В общем случае описанные варианты осуществления изобретения относятся к системам и способам вдувания текучей среды в кипящий слой твердых частиц. Более конкретно, такие варианты осуществления изобретения относятся к соплам, применяемым для вдувания текучей среды в кипящий (псевдоожиженный) слой твердых частиц.
Описание предшествующего уровня техники
Кипящие слои твердых частиц применяются во многих процессах нефтепереработки и в химических процессах для равномерного смешения газа с твердыми частицами, чтобы поддерживать химическую реакцию или другие процессы. Для вдувания газов в емкость, содержащую твердые частицы, для образования "флюидизированного" слоя, можно применять различные газораспределительные системы, включая, но, не ограничиваясь перечисленным, пластинчатые решетки, трубчатые решетки и трубчатые кольца.
Во многих газораспределительных системах в качестве распределительного коллектора для распределения находящегося под давлением газа среди множества выпускных отверстий (выпусков) применяют пластину и/или трубу. Выпускные отверстия могут быть оборудованы соплами, чтобы обеспечивать перепад давления по мере вдувания газа в слой. Перепад давления в поперечнике сопел позволяет газу внутри коллектора равномерно распределяться между всеми соплами.
Один из типов сопла, который можно применять в газораспределительной системе, представляет собой сопло Борда ("Borda Tube"). Простое сопло Борда (насадок Борда) включает в себя прямую трубу с соосным выпускным отверстием, расположенным поблизости от наружной поверхности коллектора. Противоположный конец прямой трубы, который расположен внутри коллектора, имеет впускное отверстие с соосным расположением, через которое газ втягивается из коллектора. Впуск может быть оборудован отверстием определенного размера для того, чтобы генерировать требуемый перепад давления в поперечнике сопла.
Одна из проблем, связанных с общепринятыми соплами Борда (Borda Tube), заключается в эрозии выпускного отверстия сопла под действием твердых частиц кипящего слоя. По мере того, как газ вдувается в кипящий слой, давление текучей среды внутри кипящего слоя испытывает флуктуации из-за турбулентного характера слоя и перемещения газа через слой. Такая флуктуация давления текучей среды может заставлять твердые вещества мигрировать в выпускные отверстия сопел, что может вызывать эрозию сопла. Эрозия сопел может влиять на эксплуатационные качества газораспределительной системы, приводя со временем к неизбежному ремонту или замене системы.
Такая эрозия может являться особенно проблематичной, когда сопло ориентировано по существу перпендикулярно потоку через коллектор. По мере того, как газ в коллекторе течет сквозь впускное отверстие сопла, он вынужден менять направление, чтобы двигаться через сопло. Такой "поперечный поток" газа относительно сопла может создавать неравномерный профиль скоростей у выпускного отверстия сопла, который может позволять твердым частицам мигрировать внутрь выпускного отверстия сопла, вызывая эрозию.
Следовательно, существует потребность в усовершенствованных системах и способах вдувания газа в кипящие слои частиц.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 изображен вид в разрезе типичного сопла, содержащего промежуточное отверстие согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 2 изображен вид в разрезе типичного сопла, содержащего промежуточное отверстие и впускное торцевое отверстие согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 3 изображен вид в разрезе типичного сопла, содержащего множество промежуточных отверстий и впускное торцевое отверстие согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 4 изображен вид в разрезе типичного сопла, содержащего промежуточное отверстие с соосным расположением согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 5 изображен вид в разрезе типичного сопла, содержащего промежуточное отверстие с соосным расположением и впускное отверстие согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 6 изображен вид в разрезе типичного сопла, содержащего промежуточное отверстие с соосным расположением и имеющего конусообразный впуск согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 7 приведено частичное изображение поперечного разреза типичной газораспределительной системы из трубчатых колец согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 8 приведено частичное изображение поперечного разреза типичной газораспределительной системы из трубчатых решеток согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 9 приведено схематическое изображение регенератора катализатора согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 10 изображена типичная система каталитического крекинга с кипящим слоем согласно одному или нескольким описанным вариантам осуществления изобретения.
На фигуре 11A изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 1, в разрезе; и на фигуре 11B изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 1, со стороны выпускного конца.
На фигуре 12A изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 3, в разрезе; и на фигуре 12B изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 3, со стороны выпускного конца.
На фигуре 13A изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 4, в разрезе; и на фигуре 13B изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 4, со стороны выпускного конца.
На фигуре 14A изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 5, в разрезе; и на фигуре 14B изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 5, со стороны выпускного конца.
На фигуре 15A изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 6, в разрезе; и на фигуре 15B изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 6, со стороны выпускного конца.
На фигуре 16 изображен вид в разрезе сопла Борда (Borda Tube).
На фигуре 17A изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 16, в разрезе; и на фигуре 17B изображен вид модельного потока через сопло, показанное на фигуре 16, со стороны выпускного конца.
Подробное описание
Предлагаются системы и способы вдувания газа в кипящий слой частиц или твердых веществ. Система может включать в себя газораспределительную систему. Газораспределительная система может включать в себя коллектор, содержащий канал, и корпус сопла, соединенный с коллектором. Корпус сопла может иметь впускной конец, сообщающийся по текучей среде с каналом, и выпускной конец, расположенный снаружи коллектора. Корпус сопла может иметь продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал. Корпус сопла может иметь отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
Обсуждаемые и описанные в данном документе сопла проиллюстрированы как сопла, имеющие корпус сопла и проходные каналы (отверстия) с круглым или по существу круглым поперечным сечением, однако следует понимать, что можно применять проходные каналы с другими формами поперечного сечения, включая, но, не ограничиваясь перечисленным, эллиптическую, овальную, треугольную, прямоугольную, гексагональную, октагональную, другие полигональные формы, или можно применять любую их комбинацию. Следует понимать, что в случае вариантов осуществления изобретения с применением некруглых проходных каналов (отверстий), ссылки на диаметры, сделанные в данном документе, относятся к эквивалентному диаметру, например, усредненной длине поперечного сечения.
На фигуре 1 изображено типичное инжекторное сопло 100, которое содержит отверстие 118, согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Инжекторное сопло 100 может включать в себя корпус 102 сопла, содержащий выпускной конец 104 и впускной конец 106. Корпус 102 сопла может тянуться через стенку 108 коллектора 110 и соединяться с ней таким образом, чтобы выпускной конец 104 находился с наружной стороны коллектора 110. Впускной конец 106 корпуса 102 сопла может быть расположен в канале 112 коллектора 110 таким образом, что продольная ось корпуса 102 сопла ориентирована по существу перпендикулярно направлению потока 114 через канал 112. На выпускном конце 104 может быть образовано выпускное отверстие или отверстия, через которые может протекать текучая среда или газ. Впускной конец 106 может иметь одно отверстие (показано) или на нем может быть образовано одно или несколько впускных отверстий (не показаны), через которые может протекать текучая среда или газ.
В стенке 120 корпуса 102 сопла может быть образовано отверстие 118 в месте, расположенном вдоль корпуса 102 сопла между впускным концом 106 и выпускным концом 104. Как таковое отверстие 118 также может упоминаться как "промежуточное" отверстие. Отверстие 118 может быть расположено на стороне корпуса 102 сопла дальше относительно направления потока 114 или на стороне 122 инжекторного сопла 100 дальше по потоку. Хотя это не показано на чертеже, отверстие 118 также может быть расположено на стороне корпуса 102 сопла ближе относительно направления потока 114 или на любой другой стороне корпуса 102 сопла, например, на стороне корпуса 102 сопла, перпендикулярной направлению потока 114. Отверстие 118 можно подбирать по размеру и располагать таким образом, чтобы поддерживать по существу равномерный профиль скоростей в поперечнике выпускного конца 104 и требуемый перепад давления в поперечнике сопла 100. Например, при размещении отверстия 118 на стороне 122 корпуса 102 сопла дальше по потоку поток через отверстие 118 может вызывать сдвиг максимальной скорости в сторону от внутренней поверхности 120 корпуса 102 сопла и способствовать более сглаженному профилю скоростей в поперечнике корпуса 102 сопла и в поперечнике выпускного конца 104.
0
0
0
0
0
Корпус 102 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D) в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого значения, равного приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, корпус 102 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D) в диапазоне значений приблизительно от 4 до приблизительно 6, приблизительно от 5 до приблизительно 7, приблизительно от 6 до приблизительно 8, приблизительно от 7 до приблизительно 9 или приблизительно от 8 до приблизительно 10. Центр отверстия 118 может быть расположен на расстоянии (L) от впускного конца 106. Длина расстояния (L) может быть равна длине диаметра отверстия 118 ("диаметр отверстия") или длине диаметра "D", умноженной на число в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 0,5, приблизительно 1, приблизительно 2 или приблизительно 4, до высокого значения, равного приблизительно 5, приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, центр отверстия 118 может быть расположен на расстоянии (L) от впускного конца 106, которое может равняться диаметру бокового отверстия (D), умноженному на число в диапазоне приблизительно от 0,5 до приблизительно 2, приблизительно 1 до приблизительно 2,5, приблизительно 2 до приблизительно 4, приблизительно 3 до приблизительно 5, приблизительно 4 до приблизительно 6, приблизительно 2,5 до приблизительно 4,5 или приблизительно от 3,5 до приблизительно 5,5.
Канал 112 может содержать текучую среду или газ, движущийся со скоростью в диапазоне от низкой, равной приблизительно 0,1 м/с, приблизительно 1 м/с, приблизительно 5 м/с, приблизительно 10 м/с или приблизительно 20 м/с, до высокой, равной приблизительно 40 м/с, приблизительно 60 м/с, приблизительно 80 м/с, приблизительно 90 м/с или приблизительно 100 м/с. Текучая среда или газ внутри канала 112 может находиться под давлением в интервале от низкого давления, равного приблизительно 7 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 100 кПа, приблизительно 200 кПа или приблизительно 300 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 500 кПа, приблизительно 700 кПа, приблизительно 800 кПа, приблизительно 900 кПа или приблизительно 1000 кПа. Инжекторное сопло 100 может быть подобрано по размеру и отконфигурировано таким образом, чтобы создавался перепад давления в интервале от низкого давления, равного приблизительно 0,1 кПа, приблизительно 1 кПа, приблизительно 5 кПа, приблизительно 10 кПа или приблизительно 20 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 30 кПа, приблизительно 40 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 60 кПа или приблизительно 70 кПа. Инжекторное сопло также может обеспечивать профиль скоростей на выходе в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1 м/с, приблизительно 4 м/с, приблизительно 8 м/с, приблизительно 15 м/с или приблизительно 25 м/с, до высокого значения, равного приблизительно 50 м/с, приблизительно 70 м/с, приблизительно 90 м/с, приблизительно 95 м/с или приблизительно 100 м/с.
На фигуре 2 изображено типичное инжекторное сопло 200, содержащее отверстие 218 и впускное торцевое отверстие 216 согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Инжекторное сопло 200 может включать в себя корпус 202 сопла, имеющий выпускной конец 204 и впускной конец 206. Корпус 202 сопла может тянуться через стенку 208 коллектора 210 и соединяться с ней таким образом, чтобы выпускной конец 204 находился с наружной стороны коллектора 210. Впускной конец 206 корпуса 202 сопла может быть расположен в канале 212 коллектора 210 таким образом, что продольная ось корпуса сопла 202 ориентирована по существу перпендикулярно направлению потока 214 через канал 212.
В стенке 220 корпуса сопла 202 может быть образовано отверстие 218 в месте, находящемся вдоль корпуса 202 сопла между впускным концом 206 и выпускным концом 204. Как таковое отверстие 218 также может упоминаться как "промежуточное" отверстие. Отверстие 218 может быть расположено на стороне 222 корпуса 202 сопла дальше по потоку. Хотя это не показано, отверстие 218 также может быть расположено на стороне корпуса 202 сопла ближе по потоку или на любой другой стороне корпуса 202 сопла, например, на стороне сопла, перпендикулярной направлению потока 214. Отверстие 218 можно подбирать по размеру и располагать таким образом, чтобы поддерживать по существу равномерный профиль скоростей в поперечнике выпускного конца 204 и требуемый перепад давления в поперечнике сопла 200.
Благодаря размещению отверстия 218 на стороне 222 корпуса 202 сопла дальше по потоку поток через отверстие 218 может вызывать сдвиг максимальной скорости в сторону от внутренней поверхности 220 корпуса 202 сопла и способствовать более сглаженному профилю скоростей в поперечнике корпуса 202 сопла и в поперечнике выпускного конца 204. Инжекторное сопло 200 также может включать в себя впускное отверстие 216, образованное на впускном конце 206 таким образом, что поток внутрь сопла 200 может поступать как через отверстие 218, так и через впускное отверстие 216. Например, первая часть потока внутрь корпуса 202 сопла может втекать через впускное отверстие 216, и вторая часть потока внутрь корпуса 202 сопла может втекать через отверстие 218.
0
0
0
0
0
Корпус 202 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), находящимся в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого значения, равного приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, корпус 202 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), находящимся в диапазоне значений приблизительно от 4 до приблизительно 6, приблизительно от 5 до приблизительно 7, приблизительно от 6 до приблизительно 8, приблизительно от 7 до приблизительно 9 или приблизительно от 8 до приблизительно 10. Центр отверстия 218 может быть расположен на расстоянии (L) от впускного конца 206. Длина расстояния (L) может быть равна длине диаметра отверстия 218 ("диаметр отверстия" или "D"), умноженной на число в диапазоне от низкого, равного приблизительно 0,5, приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого, равного приблизительно 8, приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, центр отверстия 218 может быть расположен на расстоянии (L) от впускного конца 206, которое может быть равно диаметру D отверстия 218, умноженному на число приблизительно от 0,5 до приблизительно 2, приблизительно от 1 до приблизительно 2,5, приблизительно от 2 до приблизительно 3, приблизительно от 2 до приблизительно 4, приблизительно от 2,5 до приблизительно 3,5, приблизительно от 4 до приблизительно 6 или приблизительно от 4,5 до приблизительно 5,5.
i
i
Если имеется как отверстие 218, так и впускное отверстие 216, отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру (D) впускного отверстия 216 может находиться в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1, приблизительно 5, приблизительно 10 или приблизительно 25, до высокого значения, равного приблизительно 50, приблизительно 75, приблизительно 90 или приблизительно 100. Например, отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру (D) впускного отверстия 216 может составлять приблизительно от 2 до приблизительно 15 или приблизительно от 15 до приблизительно 35 или приблизительно от 35 до приблизительно 50.
Канал 212 может содержать текучую среду или газ, движущийся со скоростью в диапазоне от низкой, равной приблизительно 0,1 м/с, приблизительно 1 м/с, приблизительно 5 м/с, приблизительно 10 м/с или приблизительно 20 м/с, до высокой, равной приблизительно 40 м/с, приблизительно 60 м/с, приблизительно 80 м/с, приблизительно 90 м/с или приблизительно 100 м/с. Текучая среда или газ внутри канала 212 может находиться под давлением в диапазоне от низкого давления, равного приблизительно 7 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 100 кПа, приблизительно 200 кПа или приблизительно 300 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 500 кПа, приблизительно 700 кПа, приблизительно 800 кПа, приблизительно 900 кПа или приблизительно 1000 кПа. Инжекторное сопло 200 может быть подобрано по размеру и отконфигурировано таким образом, чтобы создавался перепад давления от низкого давления, равного приблизительно 0,1 кПа, приблизительно 1 кПа, приблизительно 5 кПа, приблизительно 10 кПа или приблизительно 20 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 30 кПа, приблизительно 40 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 60 кПа или приблизительно 70 кПа. Инжекторное сопло также может обеспечивать профиль скоростей на выходе в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1 м/с, приблизительно 4 м/с, приблизительно 8 м/с, приблизительно 15 м/с или приблизительно 25 м/с, до высокого значения, равного приблизительно 50 м/с, приблизительно 70 м/с, приблизительно 90 м/с, приблизительно 95 м/с или приблизительно 100 м/с.
На фигуре 3 изображено типичное инжекторное сопло 300, содержащее множество отверстий 318 и впускное торцевое отверстие 316 согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Инжекторное сопло 300 может включать в себя корпус 302 сопла, имеющий выпускной конец 304 и впускной конец 306. Корпус 302 сопла может тянуться через стенку 308 коллектора 310 и соединяться с ней таким образом, чтобы выпускной конец 304 мог находиться снаружи коллектора 310. Впускной конец 306 корпуса 302 сопла может быть расположен в канале 312 коллектора 310 таким образом, что продольная ось корпуса 302 сопла по существу может быть перпендикулярна направлению потока 314 через канал 312.
На впускном конце 306 корпуса 302 сопла может быть образовано впускное торцевое отверстие 316. Корпус 302 сопла также может включать в себя множество отверстий 318 (показаны два), образованных в стенке 320 корпуса 302 сопла. Отверстия 318 могут быть расположены в месте, находящемся вдоль корпуса 302 сопла между впускным концом 306 и выпускным концом 304. Как таковые отверстия 318 также могут упоминаться как "промежуточные" отверстия. Отверстия 318 могут быть равномерно или неравномерно распределены по окружности корпуса 302 сопла. Отверстия 318 могут быть равномерно или неравномерно распределены по длине корпуса 302 сопла между впускным концом 306 и выпускным концом 304. Отверстия 318 могут быть подобраны по размеру и расположены таким образом, чтобы поддерживать по существу равномерный профиль скоростей в поперечнике выпускного конца 304 и требуемый перепад давления в поперечнике сопла 300.
Поток газа через впускное отверстие 316 может генерировать более высокие скорости на стороне 322 корпуса 302 сопла дальше по потоку. Благодаря размещению отверстий 318 по окружности корпуса 302 сопла, поток через отверстия 318 может вызывать сдвиг потока в корпусе 302 сопла в направлении продольной оси корпуса 302 сопла и может способствовать более центрованному относительно оси профилю скоростей в поперечнике корпуса 302 сопла и в поперечнике выпускного конца 304.
i
i
Корпус 302 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), находящимся в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого значения, равного приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, корпус 302 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), равным приблизительно от 4 до приблизительно 6, приблизительно от 5 до приблизительно 7, приблизительно от 6 до приблизительно 8, приблизительно от 7 до приблизительно 9 или приблизительно от 8 до приблизительно 10. Отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру (D) впускного отверстия 316 может находиться в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1, приблизительно 5, приблизительно 10 или приблизительно 25, до высокого значения, равного приблизительно 50, приблизительно 75, приблизительно 90 или приблизительно 100. Например, отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру (D) впускного отверстия 316 может составлять приблизительно от 2 до приблизительно 15, приблизительно от 15 до приблизительно 35 или приблизительно от 35 до приблизительно 50.
i
i
0
0
0
0
0
Может присутствовать от 2, 4 или 6 до 10, 15 или 20 или более отверстий 318, распределенных по окружности корпуса 302 сопла. Отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру (D) впускного отверстия 318 может находиться диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1, приблизительно 5, приблизительно 10 или приблизительно 25, до высокого значения, равного приблизительно 50, приблизительно 75, приблизительно 90 или приблизительно 100. Например, отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру (D) может составлять приблизительно от 2 до приблизительно 15 или приблизительно от 15 до приблизительно 35 или приблизительно от 35 до приблизительно 50. Центр отверстий 318 может быть расположен на расстоянии (L) от впускного конца 306. Длина расстояния (L) может быть равна длине диаметра отверстий 318 ("диаметр отверстия" или "D"), умноженной на число в диапазоне от низкого, равного приблизительно 0,5, приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого, равного приблизительно 8, приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, центры отверстий 318 могут быть расположены на расстоянии (L) от впускного конца 306, которое может составлять диаметр отверстия (D), умноженный на число, равное приблизительно от 0,5 до приблизительно 2, приблизительно от 1 до приблизительно 3, приблизительно от 1,5 до приблизительно 3,5, приблизительно от 2 до приблизительно 4, приблизительно от 3 до приблизительно 5, приблизительно от 4 до приблизительно 6 или приблизительно от 4,5 до приблизительно 5,5.
Канал 312 может содержать текучую среду или газ, движущийся со скоростью в диапазоне от низкой, равной приблизительно 0,1 м/с, приблизительно 1 м/с, приблизительно 5 м/с, приблизительно 10 м/с или приблизительно 20 м/с, до высокой, равной приблизительно 40 м/с, приблизительно 60 м/с, приблизительно 80 м/с, приблизительно 90 м/с или приблизительно 100 м/с. Текучая среда или газ внутри канала 312 может находиться под давлением в диапазоне от низкого давления, равного приблизительно 7 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 100 кПа, приблизительно 200 кПа или приблизительно 300 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 500 кПа, приблизительно 700 кПа, приблизительно 800 кПа, приблизительно 900 кПа или приблизительно 1000 кПа. Инжекторное сопло 300 может быть подобрано по размеру и отконфигурировано таким образом, чтобы создавался перепад давления от низкого давления, равного приблизительно 0,1 кПа, приблизительно 1 кПа, приблизительно 5 кПа, приблизительно 10 кПа или приблизительно 20 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 30 кПа, приблизительно 40 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 60 кПа или приблизительно 70 кПа. Инжекторное сопло также может обеспечивать профиль скоростей на выходе в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1 м/с, приблизительно 4 м/с, приблизительно 8 м/с, приблизительно 15 м/с или приблизительно 25 м/с, до высокого значения, равного приблизительно 50 м/с, приблизительно 70 м/с, приблизительно 90 м/с, приблизительно 95 м/с или приблизительно 100 м/с.
На фигуре 4 изображено типичное инжекторное сопло 400, имеющее отверстие 418 с соосным расположением согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Инжекторное сопло 400 может включать в себя корпус 402 сопла, имеющий выпускной конец 404 и впускной конец 406. Корпус 402 сопла может тянуться через стенку 408 коллектора 410 и соединяться с ней таким образом, чтобы выпускной конец 404 мог находиться снаружи коллектора 410. Впускной конец 406 корпуса 402 сопла может находиться в канале 412 коллектора 410 таким образом, что продольная ось корпуса 402 сопла может быть ориентирована по существу перпендикулярно направлению потока 414 через канал 412.
Корпус 402 сопла может включать в себя отверстие 418, расположенное внутри корпуса 402 сопла в месте, находящемся между впускным концом 406 и выпускным концом 404 вдоль корпуса 402 сопла. Как таковое отверстие 418 также может упоминаться как "промежуточное" отверстие. Например, отверстие 418 может совпадать с продольной осью корпуса 402 сопла и быть смещенным на некоторое расстояние в продольном направлении от впускного конца 406. В еще одном примере отверстие 418 может быть расположено внутри корпуса 402 сопла в положении, которое не совпадает с продольной осью корпуса 402 сопла (не показано). Корпус 402 сопла также может включать в себя множество расположенных в нем отверстий 418 (не показаны). Отверстие 418 может подбираться по размеру и располагаться таким образом, чтобы поддерживать по существу равномерный профиль скоростей в поперечнике выпускного конца 404 и требуемый перепад давления в поперечнике сопла 400.
Размещение отверстия 418 со смещением в продольном направлении относительно впускного конца 406 может создавать бандаж для регулирования потока, который может уменьшать эффект сопла 400, ориентированного по существу перпендикулярно направлению потока 414 через канал 412. Благодаря размещению отверстия 418 вдали от непосредственного контакта с потоком 414 в соединительном канале 412 поток через отверстие 418 может проходить по существу вдоль продольной оси корпуса 402 сопла, что может способствовать более центрованному по оси профилю скоростей в поперечнике корпуса 402 сопла и у выпускного конца 404.
0
0
0
0
0
Корпус 402 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), находящимся в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого значения, равного приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, корпус 402 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), находящимся в диапазоне приблизительно от 4 до приблизительно 6, приблизительно 6 до приблизительно 8, приблизительно 8 до приблизительно 10. Отверстие 418 может быть расположено на расстоянии (L) от впускного конца 406. Длина расстояния (L) может быть равна длине диаметра отверстия 418 ("диаметр отверстия" или "D"), умноженной на число в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 10, приблизительно 25 или приблизительно 30, до высокого значения, равного приблизительно 60, приблизительно 80, приблизительно 90 или приблизительно 100. Например, отверстие 418 может быть расположено на расстоянии (L) от впускного конца 406, которое может равняться диаметру отверстия (D), умноженному на число в диапазоне приблизительно от 4 до приблизительно 10 или приблизительно от 10 до приблизительно 20 или приблизительно от 20 до приблизительно 40.
Канал 412 может содержать текучую среду или газ, движущийся со скоростью в диапазоне от низкой, равной приблизительно 0,1 м/с, приблизительно 1 м/с, приблизительно 5 м/с, приблизительно 10 м/с или приблизительно 20 м/с, до высокой, равной приблизительно 40 м/с, приблизительно 60 м/с, приблизительно 80 м/с, приблизительно 90 м/с или приблизительно 100 м/с. Текучая среда или газ внутри канала 412 может находиться под давлением в диапазоне от низкого, равного приблизительно 7 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 100 кПа, приблизительно 200 кПа или приблизительно 300 кПа, до высокого, равного приблизительно 500 кПа, приблизительно 700 кПа, приблизительно 800 кПа, приблизительно 900 кПа или приблизительно 1000 кПа. Инжекторное сопло 400 может быть подобрано по размеру и отконфигурировано таким образом, чтобы создавался перепад давления в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 0,1 кПа, приблизительно 1 кПа, приблизительно 5 кПа, приблизительно 10 кПа или приблизительно 20 кПа, до высокого значения, равного приблизительно 30 кПа, приблизительно 40 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 60 кПа или приблизительно 70 кПа. Инжекторное сопло также может обеспечивать профиль скоростей на выходе в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1 м/с, приблизительно 4 м/с, приблизительно 8 м/с, приблизительно 15 м/с или приблизительно 25 м/с, до высокого значения, равного приблизительно 50 м/с, приблизительно 70 м/с, приблизительно 90 м/с, приблизительно 95 м/с или приблизительно 100 м/с.
На фигуре 5 изображено типичное инжекторное сопло 500, содержащее отверстие 518 с соосным расположением и впускное отверстие 516 согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Инжекторное сопло 500 может включать в себя корпус 502 сопла, имеющий выпускной конец 504 и впускной конец 506. Корпус 502 сопла может тянуться через стенку 508 коллектора 530 и соединяться с ней таким образом, чтобы выпускной конец 504 мог находиться снаружи коллектора 510. Впускной конец 506 корпуса 502 сопла может быть расположен в канале 512 коллектора 510 таким образом, что продольная ось корпуса 502 сопла может быть по существу перпендикулярна направлению потока 514 через канал 512.
Впускное отверстие 516 может быть образовано на впускном конце 506 корпуса 502 сопла. Корпус 502 сопла также может включать в себя отверстие 518, расположенное внутри корпуса 502 сопла в месте, находящемся между впускным концом 506 и выпускным концом 504 вдоль корпуса 502 сопла. Как таковое отверстие 518 также может упоминаться как "промежуточное" отверстие. Отверстие 518 может совпадать с продольной осью корпуса 502 сопла и быть смещенным на некоторое расстояние в продольном направлении от впускного конца 506. В еще одном примере отверстие 518 может быть расположено внутри корпуса 502 сопла в положении, не совпадающим с продольной осью корпуса 502 сопла (не показано). Корпус 502 сопла также может включать в себя множество расположенных в нем отверстий 518 (не показаны). Отверстие 518 может быть подобрано по размеру и расположено таким образом, чтобы поддерживать по существу равномерный профиль скоростей в поперечнике выпускного конца 504 и требуемый перепад давления в поперечнике сопла 500.
Размещение отверстия 518 последовательно с впускным отверстием 516 может уменьшать эффекты сопла 500, ориентированного по существу перпендикулярно направлению потока 514 через канал 512. Благодаря последовательному размещению отверстия 518 с впускным отверстием 516 поток через отверстие 518 может быть локализован по существу вдоль продольной оси корпуса 502 сопла, что может способствовать более центрованному по оси профилю скоростей в поперечнике корпуса 502 сопла и в поперечнике выпускного конца 504.
i
i
Корпус 502 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D) в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого значения, равного приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, корпус 502 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D) в диапазоне приблизительно от 4 до приблизительно 6, приблизительно от 6 до приблизительно 8, приблизительно от 8 до приблизительно 10. Отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру (D) впускного отверстия 516 может находиться в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 15, приблизительно 25 или приблизительно 40, до высокого значения, равного приблизительно 65, приблизительно 85, приблизительно 95 или приблизительно 100. Например, отношение внутреннего диаметра (D) к входному диаметру ((D) впускного отверстия 516 может составлять приблизительно от 2 до приблизительно 15 или приблизительно от 15 до приблизительно 35 или приблизительно от 35 до приблизительно 50.
0
0
0
0
0
0
0
Отношение внутреннего диаметра (D) к диаметру отверстия 518 ("диаметр отверстия" или "D") может находиться в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1, приблизительно 5, приблизительно 10 или приблизительно 25, до высокого значения, равного приблизительно 50, приблизительно 75, приблизительно 90 или приблизительно 100. Например, отношение диаметра отверстия (D) к внутреннему диаметру (D) может составлять приблизительно от 2 до приблизительно 15 или приблизительно от 15 до приблизительно 35 или приблизительно от 35 до приблизительно 50. Отверстие 518 может быть расположено на расстоянии (L) от впускного конца 506. Длина расстояния (L) может быть равна длине диаметра отверстия (D), умноженной на число в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 15, приблизительно 25, или приблизительно 40, до высокого значения, равного приблизительно 65, приблизительно 85, приблизительно 95 или приблизительно 100. Например, отверстие 518 может быть расположено на расстоянии (L) от впускного конца 506, которое может быть равно длине диаметра отверстия (D), умноженной на число в диапазоне приблизительно от 4 до приблизительно 10 или приблизительно от 10 до приблизительно 20 или приблизительно от 20 до приблизительно 40.
Канал 512 может содержать текучую среду или газ, движущийся со скоростью в диапазоне от низкой, равной приблизительно 0,1 м/с, приблизительно 1 м/с, приблизительно 5 м/с, приблизительно 10 м/с или приблизительно 20 м/с, до высокой, равной приблизительно 40 м/с, приблизительно 60 м/с, приблизительно 80 м/с, приблизительно 90 м/с или приблизительно 100 м/с. Текучая среда или газ внутри канала 512 может находиться под давлением в диапазоне от низкого давления, равного приблизительно 7 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 100 кПа, приблизительно 200 кПа или приблизительно 300 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 500 кПа, приблизительно 700 кПа, приблизительно 800 кПа, приблизительно 900 кПа или приблизительно 1000 кПа. Инжекторное сопло 500 может быть подобрано по размеру и отконфигурировано таким образом, чтобы создавался перепад давления в интервале от низкого давления, равного приблизительно 0,1 кПа, приблизительно 1 кПа, приблизительно 5 кПа, приблизительно 10 кПа или приблизительно 20 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 30 кПа, приблизительно 40 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 60 кПа или приблизительно 70 кПа. Инжекторное сопло также может обеспечивать профиль скоростей на выходе в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1 м/с, приблизительно 4 м/с, приблизительно 8 м/с, приблизительно 15 м/с или приблизительно 25 м/с, до высокого значения, равного приблизительно 50 м/с, приблизительно 70 м/с, приблизительно 90 м/с, приблизительно 95 м/с или приблизительно 100 м/с.
На фигуре 6 изображено типичное инжекторное сопло 600, содержащее отверстие 618 с соосным расположением и конусообразным входом 616 согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Инжекторное сопло 600 может включать в себя корпус 602 сопла, содержащий выпускной конец 604 и впускной конец 606. Корпус 602 сопла может тянуться через стенку 608 коллектора 610 и соединяться с ней таким образом, чтобы выпускной конец 604 мог находиться снаружи коллектора 610. Впускной конец 606 корпуса 602 сопла может быть расположен в канале 612 коллектора 610 таким образом, что продольная ось корпуса 602 сопла может быть ориентирована по существу перпендикулярно направлению потока 614 через канал 612.
Корпус 602 сопла может включать в себя отверстие 618, расположенное внутри корпуса 602 сопла в месте, находящемся между впускным концом 606 и выпускным концом 604 вдоль корпуса 602 сопла. Как таковое отверстие 618 также может упоминаться как "промежуточное" отверстие. Отверстие 618 может совпадать с продольной осью корпуса 602 сопла и быть смещенным на некоторое расстояние в продольном направлении от впускного конца 606. В еще одном примере отверстие 618 может быть расположено внутри корпуса 602 сопла в положении, не совпадающим с продольной осью корпуса 602 сопла (не показано). Стенка 616 корпуса 602 сопла может сужается внутрь от впускного конца 606 к отверстию 618. Отверстие 618 может быть подобрано по размеру и расположено таким образом, чтобы поддерживать по существу равномерный профиль скоростей в поперечнике выпускного конца 604 и требуемый перепад давления в поперечнике сопла 600. Хотя это не показано, корпус 602 сопла может включать в себя множество образованных в нем отверстий 618.
Благодаря расположению отверстия 618 в положении, смещенном в продольном направлении относительно впускного конца 606, можно уменьшать эффекты сопла 600, ориентированного по существу перпендикулярно направлению потока 614 через канал 612. Конусность корпуса 602 сопла может направлять поток в направлении отверстия 618 таким образом, что поток через отверстие 618 может по существу совпадать с продольной осью корпуса 602 сопла и может способствовать более центрованному по оси профилю скоростей в поперечнике корпуса 602 сопла и у выпускного конца 604.
0
0
0
0
0
Корпус 602 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), находящимся в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 4 или приблизительно 6, до высокого значения, равного приблизительно 10, приблизительно 15 или приблизительно 20. Например, корпус 602 сопла может представлять собой корпус трубчатой формы с отношением длины (L) к внутреннему диаметру (D), находящимся в диапазоне приблизительно от 4 до приблизительно 6, приблизительно от 6 до приблизительно 8, приблизительно от 8 до приблизительно 10. Промежуточное отверстие 618 может быть расположено на расстоянии (L) от впускного конца 606. Длина расстояния (L) может быть равна длине диаметра промежуточного отверстия (D), умноженной на число в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 2, приблизительно 15, приблизительно 25 или приблизительно 40, до высокого значения, равного приблизительно 65, приблизительно 85, приблизительно 95 или приблизительно 100. Например, промежуточное отверстие 618 может быть расположено на расстоянии (L) от впускного конца 606, которое может быть равно диаметру промежуточного отверстия (D), умноженному на число в диапазоне приблизительно от 4 до приблизительно 10 или приблизительно от 10 до приблизительно 20 или приблизительно от 20 до приблизительно 40. Стенка 616 корпуса 602 сопла может сужаться (сходить на конус) под углом "α", равным от 2 до 45 градусов, от 5 до 35 градусов или от 10 до 25 градусов.
Канал 612 может содержать текучую среду или газ, движущийся со скоростью в диапазоне от низкой, равной приблизительно 0,1 м/с, приблизительно 1 м/с, приблизительно 5 м/с, приблизительно 10 м/с или приблизительно 20 м/с, до высокой, равной приблизительно 40 м/с, приблизительно 60 м/с, приблизительно 80 м/с, приблизительно 90 м/с или приблизительно 100 м/с. Текучая среда или газ внутри канала 612 может находиться под давлением в диапазоне от низкого давления, равного приблизительно 7 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 100 кПа, приблизительно 200 кПа или приблизительно 300 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 500 кПа, приблизительно 700 кПа, приблизительно 800 кПа, приблизительно 900 кПа или приблизительно 1000 кПа. Инжекторное сопло 600 может быть подобрано по размеру и отконфигурировано таким образом, чтобы создавался перепад давления от низкого давления, равного приблизительно 0,1 кПа, приблизительно 1 кПа, приблизительно 5 кПа, приблизительно 10 кПа или приблизительно 20 кПа, до высокого давления, равного приблизительно 30 кПа, приблизительно 40 кПа, приблизительно 50 кПа, приблизительно 60 кПа или приблизительно 70 кПа. Инжекторное сопло также может обеспечивать профиль скоростей на выходе в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 1 м/с, приблизительно 4 м/с, приблизительно 8 м/с, приблизительно 15 м/с или приблизительно 25 м/с, до высокого значения, равного приблизительно 50 м/с, приблизительно 70 м/с, приблизительно 90 м/с, приблизительно 95 м/с или приблизительно 100 м/с.
Несмотря на то, что, как следует из обсуждения, угол между продольной осью корпусов 102, 202, 302, 402, 502 и/или 602 сопел и направлением соответствующих потоков 114, 214, 314, 414, 514 и 614, по существу описан как прямой, например, 90±5 градусов, следует понимать, что угол может меняться в широком диапазоне. Например, угол между продольной осью корпусов 102, 202, 302, 402, 502 и/или 602 сопел и направлением соответствующих потоков 114, 214, 314, 414, 514 и 614 может находиться в диапазоне от низких значений, равных приблизительно 50 градусов, приблизительно 60 градусов, 70 градусов, приблизительно 75 градусов, приблизительно 80 градусов или приблизительно 85 градусов, до высоких значений, равных приблизительно 95 градусов, приблизительно 100 градусов, приблизительно 105 градусов, приблизительно 110 градусов, приблизительно 115 градусов, приблизительно 125 градусов или приблизительно 135 градусов. В еще одном примере угол между продольной осью корпусов 102, 202, 302, 402, 502 и/или 602 сопел и направлением соответствующих потоков может составлять приблизительно от 84 градусов до приблизительно 96 градусов, приблизительно от 88 градусов до приблизительно 92 градусов, приблизительно от 89 градусов до приблизительно 91 градуса, приблизительно от 77 градусов до приблизительно 87 градусов, приблизительно от 93 градусов до приблизительно 103 градусов или приблизительно от 85 градусов до приблизительно 95 градусов. В еще одном примере угол между продольной осью корпусов 102, 202, 302, 402, 502 и/или 602 сопел и направлением соответствующих потоков может составлять приблизительно 85 градусов, приблизительно 86 градусов, приблизительно 87 градусов, приблизительно 88 градусов, приблизительно 89 градусов, приблизительно 90 градусов, приблизительно 91 градусов, приблизительно 92 градусов, приблизительно 93 градусов, приблизительно 94 градусов или приблизительно 95 градусов.
На фигуре 7 изображена типичная газораспределительная система 700, состоящая из трубчатых колец, согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Газораспределительная система 700 может включать в себя один или несколько впусков для газа 702, один или несколько нелинейных коллекторов 704, один или несколько соединяющих участков (спиц) 706, и одно или несколько инжекторных сопел 708. Инжекторные сопла 708 могут представлять собой или включать в себя одно или несколько инжекторных сопел 100, 200, 300, 400, 500 и/или 600, обсуждаемых и описанных выше со ссылкой на фигуры 1-6. Соединяющие участки (спицы) 706 могут обеспечивать сообщение по текучей среде между впуском для газа 702 и нелинейными коллекторами 704. Инжекторные сопла 708 могут быть расположены на нелинейных коллекторах 704 для распределения текучей среды или газа. Инжекторные сопла 708 могут выступать из нелинейных коллекторов 704 в горизонтальном направлении или могут располагаться выше или ниже горизонтали, под углом к ней в диапазоне приблизительно от 0 градусов до приблизительно 90 градусов, приблизительно от 5 градусов до приблизительно 75 градусов, приблизительно от 10 градусов до приблизительно 50 градусов, или приблизительно 15 градусов до приблизительно 35 градусов. Газораспределительная система 700 также может быть покрыта термостойкой футеровкой, такой как огнеупорная футеровка, которая во время эксплуатации может защищать систему от тепловых, химических или вызывающих эрозию воздействий.
На фигуре 8 приведено частичное изображение поперечного разреза типичной газораспределительной системы 800, состоящей из трубчатых решеток, согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Газораспределительная система 800 может включать в себя один или несколько впусков для газа 802, один или несколько центральных манифольдов 804, один или несколько коллекторов 806 с соплами и одно или несколько инжекторных сопел 808. Инжекторные сопла 808 могут представлять собой или включать в себя одно или несколько инжекторных сопел 100, 200, 300, 400, 500 и/или 600, обсуждаемых и описанных выше со ссылкой на фигуры 1-6. Центральный манифольд 804 может обеспечивать сообщение по текучей среде между коллекторами 806 с соплами и впуском для газа 802. Инжекторные сопла 808 могут располагаться на коллекторах с соплами 806 для равномерного распределения газа. Инжекторные сопла 808 могут выступать из коллекторов 804 с соплами в горизонтальном направлении или могут быть расположены выше или ниже горизонтали под углом в диапазоне приблизительно от 0 градусов до приблизительно 90 градусов, приблизительно от 5 градусов до приблизительно 75 градусов, приблизительно от 10 градусов до приблизительно 50 градусов или приблизительно 15 градусов до приблизительно 35 градусов. Газораспределительная система 800 также может быть покрыта термостойкой футеровкой, такой как огнеупорная футеровка, которая может защищать систему во время эксплуатации от тепловых, химических и/или вызывающих эрозию воздействий.
Описанные в настоящем документе газораспределительные системы могут размещаться в емкости, содержащей слой твердых частиц, и применяться для распределения газа в емкости для флюидизации слоя твердых частиц. Типичные области применения газораспределительных систем, описанных в настоящем документе, включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, регенераторы катализаторов, реакторы для полимеризации и системы газификации угля.
Одно из типичных применений газораспределительных систем, описанных в настоящем документе, может относиться к регенерации катализатора, применяемого в процессах каталитического крекинга с кипящим слоем (FCC). В FCC-процессах используются твердые катализаторы для облегчения крекинга потоков тяжелых углеводородов с получением при этом более легких углеводородных продуктов. В виде побочного продукта крекинга на катализаторе может откладываться углеродсодержащий кокс, что может вести к деактивации катализатора. Кокс можно извлекать из катализатора с помощью процесса выжигания, известного как регенерация катализатора.
На фигуре 9 изображен типичный регенератор 900 катализатора согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. Регенератор 900 может включать в себя регенераторную емкость 902, одно или несколько впускных отверстий 904 для катализатора, одно или несколько выпускных отверстий 906 для катализатора, один или несколько циклонных сепараторов 908, один или несколько выпускных отверстий 910 для отходящих газов и одну или несколько газораспределительных систем 912. Закоксованный катализатор из FCC-реактора (не показан) можно подводить в регенераторную емкость 902 через впускное отверстие 904 для катализатора с образованием слоя 914 катализатора. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения регенератор 900 может быть подключен к емкости FCC-реактора.
К газораспределительной системе 912 можно подводить один или несколько окислителей и вдувать их в слой катализатора 914 через инжекторные сопла 916. Инжекторные сопла 916 могут представлять собой или включать в себя инжекторные сопла 100, 200, 300, 400, 500 и/или 600, обсуждаемые и описанные выше со ссылкой на фигуры 1-6. В данном контексте термин "окислитель" может относиться к любому соединению или элементу, подходящему для окисления кокса на поверхности катализатора. Такие окислители включают в себя, но не ограничиваются перечисленным, воздух, воздух, обогащенный кислородом (воздух с концентрацией кислорода более 21 масс.%), кислород, воздух, обогащенный азотом (воздух с концентрацией азота менее 79 масс.%), или любую их комбинацию или смесь.
Добавление окислителя к слою катализатора 914 может приводить к окислению и/или выжиганию кокса с поверхности катализатора с образованием одного или нескольких отходящих газов, включая, но не ограничиваясь перечисленным, моноксид углерода, диоксид углерода, водород, водяной пар и/или их комбинации. В типичном варианте осуществления изобретения температуры выжигания в регенераторе 900 могут составлять приблизительно от 575°C до приблизительно 800°C или приблизительно от 600°C до приблизительно 760°C или приблизительно от 690°C до приблизительно 725°C. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения регенератор 900 также может включать в себя дополнительный нагреватель и/или дополнительную подачу топлива для поддержания требуемой температуры выжигания. Также регенератор может включать в себя один или несколько охладителей катализатора, предназначенных для отвода избыточного тепла, образующегося при процессах выжигания.
Путем удаления кокса с поверхности катализатора можно восстанавливать активность катализатора и/или регенерировать катализатор. Регенерированный катализатор можно извлекать из регенератора 900 через выпускное отверстие 906 для выхода катализатора и повторно направлять в FCC-реактор (не показано). Отходящие газы, образующиеся при процессах выжигания, можно направлять через циклонные сепараторы 908, которые могут улавливать частицы катализатора, взвешенные в отходящем газе. Затем отходящие газы можно отводить из регенератора 900 через выпускное отверстие 910 для выхода отходящих газов, чтобы подвергнуть их регенерации, повторному использованию, рециклингу, обработке и/или утилизации.
На фигуре 10 изображена типичная система 1000 каталитического крекинга с кипящим слоем (FCC) для облагораживания одного или нескольких углеводородов согласно одному или нескольким вариантам осуществления изобретения. FCC-система 1000 может включать в себя один или несколько лифт-реакторов 1002, один или несколько разгрузочных подъемников катализатора 1004 и один или несколько регенераторов или регенераторных емкостей 1006. Лифт-реактор 1002 может включать в себя любую систему, устройство или комбинацию систем и/или устройств, подходящих для крекинга одного или нескольких видов углеводородного сырья в присутствии одного или нескольких катализаторов. Лифт-реактор 1002 можно эксплуатировать при температуре приблизительно от 400°C до приблизительно 750°C, приблизительно от 425°C до приблизительно 725°C, приблизительно от 440°C до приблизительно 700°C, приблизительно от 450°C до приблизительно 675°C, приблизительно от 480°C до приблизительно 650°C или приблизительно от 510°C до приблизительно 565°C. Лифт-реактор 1002 может эксплуатироваться под давлением приблизительно от 101 кПа до приблизительно 1100 кПа, приблизительно от 150 кПа до приблизительно 900 кПа или приблизительно от 200 кПа до приблизительно 525 кПа.
Углеводородное сырье ("исходное углеводородное сырье") может подводиться к лифт-реактору 1002 с помощью трубопровода 1008. Исходное углеводородное сырье можно смешивать или другим образом объединять с одним или несколькими катализаторами, подводимыми с помощью трубопровода 1010, для получения смеси ("исходной смеси"). В лифт-реактор 1002 необязательно можно вводить водяной пар через трубопровод 1012. Исходное углеводородное сырье в трубопроводе 1008 может представлять собой или включать в себя один или несколько парафиновых углеводородов, один или несколько нафтеновых углеводородов, один или несколько ароматических углеводородов или любую их смесь. Исходное углеводородное сырье в трубопроводе 1008 может включать в себя, но не ограничивается перечисленным, нефтяные дистилляты, мазутное сырье для крекинга, легкие рецикловые газойли, тяжелые рецикловые газойли или т.п. Типичное исходное углеводородное сырье в трубопроводе 1008 может включать в себя, но не ограничивается перечисленным, газойли, газойли, полученные вакуумной перегонкой, остатки атмосферной перегонки, остатки вакуумной перегонки или любую их смесь. Исходное углеводородное сырье при атмосферном давлении может иметь начальную точку кипения приблизительно 300°C или более, приблизительно 340°C или более, приблизительно 380°C или более, приблизительно 400°C или более, приблизительно 425°C или более, приблизительно 450°C или более, или приблизительно 500°C или более.
Исходное углеводородное сырье в трубопроводе 1008 может быть жидким или может частично или полностью переводиться в газообразное состояние перед введением в лифт-реактор 1002. Например, перед введением в лифт-реактор 1002 может переводиться в газообразное состояние приблизительно 0 масс.% или более, приблизительно 5 масс.% или более, приблизительно 10 масс.% или более, приблизительно 15 масс.% или более, приблизительно 25 масс.% или более, приблизительно 50 масс.% или более, приблизительно 75 масс.% или более, приблизительно 90 масс.% или более, приблизительно 95 масс.% или более, приблизительно 99 масс.% или более, или приблизительно 99,9 масс.% или более исходного углеводородного сырья в трубопроводе 1008. Исходное углеводородное сырье в трубопроводе 1008 можно вводить в лифт-реактор 1002 при температуре окружающей среды или при повышенной температуре. Например, температура исходного углеводородного сырья в трубопроводе 1008 может быть минимальной, равной приблизительно 40°C, приблизительно 100°C, приблизительно 200°C, приблизительно 400°C, приблизительно 425°C или приблизительно 500°C.
Водяной пар, который необязательно можно вводить через трубопровод 1012, может представлять собой насыщенный водяной пар или перегретый (острый) водяной пар. Например, трубопровод 1012 для водяного пара может содержать насыщенный водяной пар и иметь минимальное нагнетающее давление приблизительно 135 кПа, приблизительно 310 кПа, приблизительно 510 кПа, приблизительно 720 кПа, приблизительно 1130 кПа или приблизительно 1250 кПа. В еще одном примере водяной пар в трубопроводе 1012 может представлять собой перегретый водяной пар и иметь минимальный перегрев приблизительно на 15°C, приблизительно на 30°C, приблизительно на 45°C; приблизительно на 60°C или приблизительно на 90°C.
Один или несколько катализаторов, подводимых через трубопровод 1010, могут включать в себя катализатор, подходящий для каталитического крекинга исходного и другого, уже описанного углеводородного сырья, чтобы обеспечивать один или несколько олефиновых углеводородов и/или один или несколько смешанных углеводородов, подходящих для смешивания с получением одного или нескольких продуктов, годных для совместной трубопроводной перекачки, включая, но, не ограничиваясь перечисленным, один или несколько олефиновых углеводородов, один или несколько парафиновых углеводородов, один или несколько нафтеновых углеводородов, один или несколько ароматических углеводородов, любую их комбинацию или любую их смесь. Типичные катализаторы могут включать в себя, но не ограничиваются перечисленным, один или несколько из следующих продуктов: ZSM-11, ZSM-12, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38; катализаторы, пропитанные металлом; цеолиты; цеолиты фожазитного типа; модифицированные цеолиты фожазитного типа; цеолиты Y-типа; ультрастабильные цеолиты Y-типа (USY); цеолиты Y-типа, замещенные редкоземельными элементами (REY); ультрастабильные цеолиты Y-типа, замещенные редкоземельными элементами (REUSY); Z-21, не содержащий редкоземельных элементов; цеолит "Socony Mobil#5" (ZSM-5); высокоактивные цеолитные катализаторы; любая их комбинация или любые их смеси.
Еще одно углеводородное сырье или "дополнительное углеводородное сырье" необязательно может вводиться в лифт-реактор 1002 через трубопровод 1014 в любой точке или месте или комбинации таких точек или мест. Например, дополнительное углеводородное сырье может вводиться из трубопровода 1014 в той же точке или в том же месте, что и исходное углеводородное сырье из трубопровода 1008. В еще одном примере, таком как типичный иллюстративный вариант осуществления изобретения, дополнительное углеводородное сырье из трубопровода 1014 может вводиться в лифт-реактор 1002 в точке или месте, расположенном дальше по потоку от места ввода исходного углеводородного сырья из трубопровода 1008. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения дополнительное углеводородное сырье из трубопровода 1014 может вводиться одновременно, последовательно, поочередно или любым другим способом или с любой периодичностью относительно исходного углеводородного сырья из трубопровода 1008. Дополнительное углеводородное сырье в трубопроводе 1014 (если оно имеется) может представлять собой то же самое исходное углеводородное сырье или отличаться от исходного углеводородного сырья.
Дополнительное углеводородное сырье в трубопроводе 1014 может быть жидким или перед введением в лифт-реактор 1002 может частично или полностью переводиться в газообразное состояние. Например, перед введением в лифт-реактор 1002 может переводиться в газообразное состояние приблизительно 0 масс.% или более, приблизительно 5 масс.% или более, приблизительно 10 масс.% или более, приблизительно 15 масс.% или более, приблизительно 25 масс.% или более, приблизительно 50 масс.% или более, приблизительно 75 масс.% или более, приблизительно 90 масс.% или более или приблизительно 99,9 масс.% или более дополнительного углеводородного сырья из трубопровода 1014. Дополнительное углеводородное сырье из трубопровода 1014 может вводиться в лифт-реактор 1002 при температуре окружающей среды или при повышенной температуре. Например, дополнительное углеводородное сырье из трубопровода 1014 может вводиться при температуре приблизительно 40°C или более, приблизительно 100°C или более, приблизительно 200°C или более или приблизительно 370°C или более.
Катализатор, подводимый через трубопровод 1010, может вводиться в лифт-реактор 1002 в соответствии с нормой, пропорциональной количеству исходного углеводородного сырья, дополнительного углеводородного сырья или комбинации исходного и дополнительного углеводородного сырья. Массовое отношение катализатор:углеводородное сырье может находиться в диапазоне от низкого значения, равного приблизительно 0,5:1 до приблизительно 15:1, приблизительно от 1:1 до приблизительно 13:1, приблизительно от 2:1 до приблизительно 12:1, приблизительно от 3:1 до приблизительно 10:1 или приблизительно от 3:1 до приблизительно 8:1. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения катализатор может вводиться в лифт-реактор 1002 при температуре, которая выше температуры исходной смеси, чтобы обеспечить подогрев для повышения температуры сырья до конечной температуры реакции и обеспечить осуществление эндотермических реакций крекинга. Например, температура катализатора может находиться в диапазоне от низкой температуры, равной приблизительно 500°C, приблизительно 525°C или приблизительно 550°C, до высокой температуры, равной приблизительно 575°C, приблизительно 625°C или приблизительно 650°C.
Исходное углеводородное сырье и дополнительное углеводородное сырье (если оно имеется) может подвергаться в лифт-реакторе 1002 крекингу, взаимодействию, рекомбинации и/или иному превращению в присутствии катализатора с получением при этом смеси или потока эффлюента, содержащего один или несколько крекированных углеводородов. По мере превращения углеводородов, присутствующих в лифт-реакторе 1002, с получением крекированного продукта, часть исходного и дополнительного углеводородного сырья может отлагаться на катализаторе в виде слоя углеродсодержащего кокса. Отложение кокса на поверхности катализатора деактивирует катализатор, приводя к образованию закоксованного катализатора. Закоксованный катализатор может выходить из лифт-реактора 1002 во взвешенном состоянии со смесью крекированных продуктов или с потоком эффлюента, извлекаемого через трубопровод 1016.
По меньшей мере в одном из вариантов осуществления изобретения количество горючего или дополнительного коксообразующего углеводородного сырья в трубопроводе 1014 может быть достаточным для поддержания требуемой температуры внутри лифт-реактора 1002. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения температуру катализатора, вводимого в лифт-реактор 1002, можно регулировать путем изменения отложений кокса на катализаторе. Количество кокса, отлагающегося на катализаторе, можно регулировать, например, путем изменения дополнительного углеводородного сырья, подаваемого в реактор 1002. Количество кокса, отлагающегося на катализаторе, может находиться в диапазоне от низкого количества, равного приблизительно 0,1 масс.%, приблизительно 0,5 масс.%, приблизительно 1 масс.%, приблизительно 1,5 масс.% или приблизительно 2 масс.%, до высокого количества, равного приблизительно 3 масс.%, приблизительно 4 масс.%, приблизительно 7 масс.%, приблизительно 10 масс.%, приблизительно 12 масс.% или приблизительно 15 масс.%, в расчете на массу закоксованного катализатора.
Работа лифт-реактора 1002 может способствовать крекингу и/или другому превращению исходного углеводородного сырья и дополнительного углеводородного сырья (если оно имеется) в один или несколько крекированных углеводородов, выходящих через трубопровод 1016 в виде смеси или потока эффлюента. Смесь или поток эффлюента может иметь концентрацию твердых частиц приблизительно от 500 частей на миллион по массе до приблизительно 98 масс.%, приблизительно от 2500 частей на миллион по массе до приблизительно 75 масс.%, приблизительно от 1 масс.% до приблизительно 50 масс.% или приблизительно от 5 масс.% до приблизительно 50 масс.%.
Смесь или поток эффлюента из трубопровода 1016 можно вводить в разгрузочный подъемник 1004 катализатора. Как показано на фигуре 10, разгрузочный подъемник 1004 катализатора может включать в себя один или несколько основных циклонных сепараторов 1018 или циклонных сепараторов 1018 "первой ступени", один или несколько дополнительных циклонных сепараторов 1020 или циклонных сепараторов 1020 "второй ступени", одну или несколько газосборных камер 1022, одну или несколько отпарных зон или одну или несколько "зон отпарки закоксованного катализатора" и один или несколько распределителей 1026 катализатора. В разгрузочном подъемнике 1004 катализатора смесь или поток эффлюента может перетекать в один или несколько циклонных сепараторов 1018 первой ступени, где, по меньшей мере, часть закоксованного катализатора можно селективно выделять из смеси или потока эффлюента. Крекированный продукт может выходить из одного или нескольких циклонных сепараторов 1018 первой ступени через трубопровод 1028 и перетекать в один или несколько циклонных сепараторов 1020 второй ступени, где из него может дополнительно выделяться закоксованный катализатор.
Поток газообразного эффлюента или крекированный продукт может отходить из одной или нескольких газосборных камер 1022 для отбора и последующего разделения на фракции и/или выделения одного или нескольких готовых углеводородных продуктов или для других применений. Крекированный продукт, отходящий из газосборной камеры 1022, может включать в себя, но не ограничивается перечисленным, этилен, пропилен, бутилен, другие олефиновые газы, бензол, толуол, ксилол, бензин, легкий рецикловый газойль, тяжелый рецикловый газойль, тяжелый остаток каталитического крекинга или любую их смесь. В других вариантах осуществления изобретения поток газообразного эффлюента или крекированный продукт может подвергаться охлаждению с образованием водяного пара в котле-утилизаторе (не показан) и направляться в закалочную колонну (не показана), где, по меньшей мере, часть оставшегося захваченного катализатора может вымываться из газов путем контактирования с циркулирующим жидким квенчем. В других вариантах осуществления изобретения крекированный продукт можно применять в качестве дополнительного источника горючего материала в регенераторе 1004. Крекированный продукт может иметь концентрацию твердых частиц приблизительно от 5 частей на миллион по массе до приблизительно 5 масс.%, приблизительно от 10 частей на миллион по массе до приблизительно 4 масс.%, приблизительно от 25 частей на миллион по массе до приблизительно 3,5 масс.% или приблизительно от 50 частей на миллион по массе до приблизительно 3 масс.%.
Закоксованный катализатор, выделенный из дополнительной крекированной смеси в одном или нескольких циклонных сепараторах 1018 первой ступени и в одном или нескольких циклонных сепараторах 1020 второй ступени, может вводиться в одну или несколько отпарных зон 1024. В отпарную зону 1024 может вводиться один или несколько отпарных текучих сред, которые вступают в контакт с закоксованным катализатором благодаря одной или нескольким системам 1030 распределения текучей среды (показаны две). Как известно в данной области техники, прохождение отпарной текучей среды через отпарную зону 1024 может способствовать извлечению остаточных углеводородов, захваченных или удерживаемых внутри закоксованного катализатора, перед регенерацией катализатора. Как таковая отпарная текучая среда может применяться для удаления из закоксованного катализатора одного или нескольких углеводородов и переноса его в один или несколько верхних циклонных сепараторов 1020 разгрузочного подъемника 1004 катализатора. Подходящие отпарные текучие среды могут включать в себя, но не ограничиваются перечисленным, водяной пар, инертные газы, такие как азот и/или аргон или любую их смесь.
Если отпарная текучая среда включает в себя водяной пар, водяной пар, подводимый к отпарной зоне 1024 с помощью одной или нескольких систем 1030 распределения текучей среды, может представлять собой насыщенный водяной пар или перегретый водяной пар. Например, водяной пар, вводимый с помощью одной или нескольких систем 1030 распределения текучей среды, может представлять собой насыщенный водяной пар с минимальным нагнетающим давлением приблизительно 135 кПа, приблизительно 310 кПа, приблизительно 510 кПа или приблизительно 720 кПа. В еще одном примере водяной пар, вводимый с помощью одной или нескольких систем 1030 распределения текучей среды, может представлять собой перегретый водяной пар, имеющий минимальный перегрев приблизительно 15°C, приблизительно 30°C, приблизительно 45°C, приблизительно 60°C или приблизительно 90°C.
В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения одна или несколько систем 1030 распределения текучей среды могут представлять собой или включать в себя газораспределительную систему 700 и/или 800, обсуждаемую и описанную выше со ссылкой на фигуры 7 и 8 соответственно. Соответственно, система 1030 распределения текучей среды также может включать в себя одно или несколько инжекторных сопел 100, 200, 300, 400, 500 и/или 600, обсуждаемых и описанных выше со ссылкой на фигуры 1-6. Например, система 1030 распределения текучей среды может включать в себя коллектор, содержащий канал, и корпус сопла, соединенный с коллектором. Корпус сопла может иметь впускной конец, сообщающийся по текучей среде с каналом, и выпускной конец, расположенный снаружи коллектора. Выпускной конец может направлять водяной пар в зону отпарки закоксованного катализатора (отпарную зону), где водяной пар может вступать в контакт с закоксованным катализатором. Путем контактирования закоксованного катализатора с водяным паром из выпускного конца можно, по меньшей мере, частично извлекать крекированные углеводороды, содержащиеся в закоксованном катализаторе или иным образом захваченные закоксованным катализатором. Система 1030 распределения текучей среды, например, корпус сопла, также может включать в себя термостойкую футеровку и/или может быть, по меньшей мере, частично покрыта термостойкой футеровкой, такой как огнеупорная футеровка, которая во время эксплуатации может защищать систему 1030 распределения текучей среды от тепловых, химических или вызывающих эрозию воздействий.
Из отпарной зоны 1024 закоксованный катализатор может перетекать в стояк 1032, имеющий коническую или шиберную задвижку 1034, установленную в центральном сборнике 1036 отработанного катализатора. В случае обычной эксплуатации закоксованный катализатор может перетекать в нижнюю часть стояка 1032 и проходить через шиберную задвижку 1034 для катализатора, после которой катализатор меняет направление и поднимается вверх через кольцеобразный зазор 1038 центрального сборника 1036 отработанного катализатора с помощью среды флюидизации, вводимой в центральный сборник 1036 отработанного катализатора через трубопровод 1040. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения среда флюидизации или газ флюидизации может представлять собой, например, водяной пар, инертный газ и/или отдувочный газ.
Закоксованный катализатор может двигаться через кольцеобразный зазор 1038 и с помощью одного или нескольких распределителей 1026 катализатора может отводиться наружу в плотнофазный слой катализатора 1039 регенераторной емкости 1006. В одном или нескольких вариантах осуществления изобретения приблизительно 5 масс.%, приблизительно 10 масс.%, приблизительно 25 масс.%, приблизительно 50 масс.%, приблизительно 75 масс.%, приблизительно 85 масс.%, приблизительно 90 масс.%, приблизительно 95 масс.% или приблизительно 99 масс.% закоксованного катализатора из стояка 1032 может вводиться в одну или несколько регенераторных емкостей 1006 с помощью одного или нескольких распределителей 1026 катализатора.
Одна или несколько регенераторных емкостей 1006 могут включать в себя один или несколько распределителей текучей среды или систем 1042 распределения текучей среды (показаны две), один или несколько циклонных сепараторов 1044 регенератора и один или несколько газосборных камер 1046 регенератора. Распределители 1042 текучей среды могут быть отконфигурированы для введения текучей среды, способной окислять и/или аэрировать закоксованный катализатор внутри плотнофазного слоя катализатора 1039 в регенераторе 1006. Добавление окислителя к закоксованному катализатору, выпускаемому из распределителей 1026 катализатора, может приводить к окислению и/или выжиганию кокса на поверхности катализатора с образованием одного или нескольких отходящих газов, включая, но не ограничиваясь перечисленным, моноксид углерода, диоксид углерода, водород, водяной пар и/или их смеси. В типичном варианте осуществления изобретения температуры выжигания в регенераторе 1006 могут составлять приблизительно от 600°C до приблизительно 1000°C или приблизительно от 650°C до приблизительно 800°C или приблизительно от 675°C до приблизительно 725°C.
Система 1042 распределения текучей среды может представлять собой или включать в себя газораспределительную систему 700 и/или 800, обсуждаемую и описанную выше со ссылкой на фигуру 7. Система 1042 распределения текучей среды может включать в себя одно или несколько инжекторных сопел, таких как инжекторные сопла 100, 200, 300, 400, 500 и/или 600, обсуждаемые и описанные выше со ссылкой на фигуры 1-6.
Удаление кокса с поверхности катализатора может повторно обнажать поверхность катализатора, благодаря чему происходит повторная активация и/или регенерация катализатора. Весь регенерированный катализатор или, по меньшей мере, часть повторно активированного и/или регенерированного катализатора может повторно направляться из регенератора 1006 в один или несколько лифт-реакторов 1002 с помощью задвижки 1050, расположенной в трубопроводе 1010. Кроме того, в FCC-систему 1000 можно добавлять все количество или, по меньшей мере, часть свежего катализатора для подпитки путем добавления либо в один, либо в несколько лифт-реакторов 1002 и/или регенератор 1006.
Один или несколько отходящих газов, образующихся при окислении и/или выжигании кокса, может перетекать в один или несколько циклонных сепараторов 1044 регенератора, в которых, по меньшей мере, часть катализатора, взвешенного в отходящих газах, может извлекаться и возвращаться в регенератор 1006. Отходящие газы могут выходить из циклонных сепараторов 1044 регенератора через один или несколько газопроводов 1052, чтобы, будучи собранными в газосборной камере 1046 регенератора, направляться затем для последующей регенерации, повторного использования, рециклинга, обработки и/или утилизации.
В случае областей применения, где применяется облегченное исходное сырье, которое может давать ненадлежащее образование кокса на катализаторе и, следовательно, не обеспечивать достаточный подогрев реакционной смеси для поддержания требуемого теплового режима в реакторе, один или несколько вариантов осуществления изобретения могут обеспечивать один или несколько нагревателей (не показаны), отконфигурированных для дополнения тепла, получаемого при выжигании кокса в регенераторе 1006. Типичный нагреватель, который может находиться в регенераторе 1006, может включать в себя нагреватели, обсуждаемые и описанные в патенте США № 8383052. Регенератор 1006 также может включать в себя одно или несколько сопел для горелок, также не показанных.
Типичные способы каталитического крекинга с кипящим слоем, виды исходного сырья, условия эксплуатации, продукты и другие аспекты могут включать в себя аспекты, обсуждаемые и описанные в патентах США №№ 5531884; 5598219; 5972208; 6503460; 7128827; 7144498; 7381320; 7491315; 7611622; 7820033; 7820034; и 8251227; в публикациях патентных заявок США №№ 2008/0035527; 2008/0083653; 2008/0230442; 2009/029118; 2009/0299119; 2011/0251046; 2011/0303582; и 2012/0165591; и европейском патенте № EP 0775183.
Примеры возможного применения
Варианты осуществления изобретения, обсуждаемые и описанные в настоящем документе, могут быть дополнительно описаны с помощью следующих примеров возможного применения. Хотя демонстрационные примеры относятся к конкретным вариантам осуществления изобретения, они не должны рассматриваться как ограничительные в отношении любого конкретного аспекта.
3
3
Фигуры 11-15 и 17 получены по результатам моделирования с применением методов вычислительной газодинамики ("CFD"), которое широко применяется для моделирования полей течения газовых потоков и/или жидкостей. Для получения результатов, представленных на фигурах 11-15, были заданы следующие параметры: скорость газового потока 1,39 фут/сек, температура 376°F (191,1°), абсолютное давление 51,8 фунт/кв.дюйм, плотность газа 0,167 фунт/фут, вязкость газа 0,0254 сПз, удельная теплоемкость газа 0,245 БТЕ/(фунт⋅°R) и удельная теплопроводность газа 0,0213 БТЕ/(час⋅фут⋅°R).
0
0
На фигурах 11A и 11B представлены результаты CFD, полученные для сопла, сконструированного согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фигуре 3. Для получения результатов, представленных на фигурах 11A и 11B, задавали следующие параметры: длина (L) корпуса сопла 178 мм; диаметр (D) корпуса сопла 30 мм; диаметр промежуточного отверстия (D) 30 мм и место расположения (L) промежуточного отверстия 15 мм. Выбранные значения скорости потока (в фут/сек) приведены ниже в таблице 1.
Таблица 1
Значение скорости (фут/сек)
V<sub>1</sub>
326
V<sub>2</sub>
100
V<sub>3</sub>
200
V<sub>4</sub>
181
V<sub>5</sub>
181
V<sub>6</sub>
163
V<sub>7</sub>
100
На фигуре 11A изображен вид в поперечном разрезе модельного потока через сопло 102. Виден высоконеравномерный профиль скоростей в области, где поток поступает из отверстия 118. По мере того, как объединенный поток движется через корпус 102 сопла, скорость потока в поперечнике корпуса 102 сопла по существу сглаживается по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17A. На фигуре 11B изображен вид с торца модельного потока из выпускного конца 104, который показывает, что скорость потока через выпускной конец 104 по существу является равномерной по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17B.
i
0
0
На фигурах 12A и 12B приведены результаты CFD для сопла, сконструированного согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фигуре 3. Для получения результатов, представленных на фигурах 12A и 12B, задавали следующие параметры: длина (L) корпуса сопла 178 мм; диаметр (D) корпуса сопла 30 мм; диаметр (D) впускного отверстия 21,5 мм; диаметр (D) промежуточного отверстия 4 мм; и место расположения (L) промежуточного отверстия 57 мм. Имелось 4 промежуточных отверстия, равномерно расположенных по окружности корпуса сопла. Выбранные значения скорости потока (фут/сек) приведены ниже в таблице 2.
Таблица 2
Значение скорости (фут/сек)
V<sub>1</sub>
450
V<sub>2</sub>
315
V<sub>3</sub>
248
V<sub>4</sub>
202
V<sub>5</sub>
202
V<sub>6</sub>
192
V<sub>7</sub>
162
V<sub>8</sub>
152
На фигуре 12A изображен вид в поперечном разрезе модельного потока через сопло 300. По мере того, как поток поступает во впускное отверстие 316, высокие скорости потока смещаются в направлении одной из сторон корпуса 302 сопла. По мере того, как в корпус 302 сопла через промежуточные отверстия 318 поступает дополнительный поток, объединенный поток становится более центрованным относительно оси и равномерным внутри корпуса 302 сопла по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17A. На фигуре 12B изображен вид с торца модельного потока из выпускного конца 304, который показывает, что скорость потока у одной из сторон выпускного отверстия более высокая, хотя имеется минимальный градиент скорости через выпускной конец 304 по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17B.
0
0
На фигурах 13A и 13B представлены результаты CFD для сопла, сконструированного согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фигуре 4. Для получения результатов, представленных на фигурах 13A и 13B, устанавливали следующие параметры: длина (L) корпуса сопла 328 мм; диаметр (D) корпуса сопла 30 мм; диаметр (D) промежуточного отверстия 23 мм; и место расположения (L) промежуточного отверстия 153 мм, которое расположено по существу на центральной оси внутри корпуса сопла. Выбранные значения скорости потока (фут/сек) приведены ниже в таблице 3.
Таблица 3
Значение скорости (фут/сек)
V<sub>1</sub>
244
V<sub>2</sub>
407
V<sub>3</sub>
285
V<sub>4</sub>
224
V<sub>5</sub>
224
V<sub>6</sub>
202
V<sub>7</sub>
179
V<sub>8</sub>
100
На фигуре 13A изображен вид в поперечном разрезе модельного потока через сопло 400. По мере того, как поток поступает во впускной конец 406, высокие скорости потока смещаются в направлении одной из сторон корпуса 402 сопла. По мере того, как поток проходит через промежуточное отверстие 418, высокие скорости потока становятся более центрованными относительно оси внутри корпус 402 сопла по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17A. На фигуре 13B изображен вид с торца модельного потока из выпускного конца 404, который показывает, что максимальная скорость внутри выпускного конца 404 по существу находится в центре по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17B, и по существу имеется постоянный градиент скорости, изменяющейся в направлении стенки корпуса 402 сопла.
i
0
0
На фигурах 14A и 14B представлены результаты CFD для сопла, сконструированного согласно варианту осуществления изобретения показанному на фигуре 5. Для получения результатов, представленных на фигурах 14A и 14B, устанавливали следующие параметры: длина (L) корпуса сопла 298 мм; диаметр (D) корпуса сопла 30 мм; диаметр (D) впускного отверстия 16,3 мм; диаметр (D) промежуточного отверстия 16,3 мм; и место расположения (L) промежуточного отверстия 120 мм, которое расположено по существу на центральной оси внутри корпуса сопла. Выбранные значения скорости потока (фут/сек) приведены ниже в таблице 4.
Таблица 4
Значение скорости (фут/сек)
V<sub>1</sub>
345
V<sub>2</sub>
311
V<sub>3</sub>
276
V<sub>4</sub>
220
V<sub>5</sub>
220
V<sub>6</sub>
198
V<sub>7</sub>
176
V<sub>8</sub>
100
На фигуре 14A изображен вид в поперечном разрезе модельного потока через сопло 500. По мере того, как поток поступает во впускное отверстие 516, максимальная скорость потока смещается в направлении одной из сторон корпуса 502 сопла. По мере того, как поток проходит через промежуточное отверстие 518, поток становится более центрованным относительно оси и равномерным внутри корпуса 502 сопла по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17A. На фигуре 14B изображен вид с торца модельного потока из выпускного конца 504, который показывает, что максимальная скорость внутри выпускного конца 504 по существу находится в центре по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17B, и по существу имеется градиент скорости, равномерно изменяющийся в направлении стенки корпуса 502 сопла.
0
0
На фигурах 15A и 15B представлены результаты CFD для сопла, сконструированного согласно варианту осуществления изобретения показанной на фигуре 6. Для получения результатов, представленных на фигурах 15A и 15B, устанавливали следующие параметры: длина (L) корпуса сопла 208 мм; диаметр (D) корпуса сопла 30 мм; диаметр (D) промежуточного отверстия 20,2 мм; место расположения (L) промежуточного отверстия 30 мм, которое расположено по существу на центральной оси внутри корпуса сопла, при этом корпус сопла сужается (сходит на конус) под углом "α", равным 9,3°. Выбранные значения скорости потока (фут/сек) приведены ниже в таблице 5.
Таблица 5
Значение скорости (фут/сек)
V<sub>1</sub>
241
V<sub>2</sub>
290
V<sub>3</sub>
220
V<sub>4</sub>
249
V<sub>5</sub>
249
V<sub>6</sub>
224
V<sub>7</sub>
174
V<sub>8</sub>
124
На фигуре 15A изображен вид в поперечном разрезе модельного потока через сопло 600. По мере того, как поток движется через конусообразный участок корпуса 602 сопла, профиль скоростей потока по существу центрируется относительно оси внутри корпуса 602 сопла. По мере того, как поток проходит через промежуточное отверстие 618, скорость потока в центре корпуса 602 сопла увеличивается по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17A. На фигуре 15B изображен вид с торца модельного потока из выпускного конца 604, который показывает, что максимальная скорость внутри выпускного конца 604 по существу находится в центре, по сравнению с соплом Борда (Borda Tube) на фигуре 17B, и по существу имеется градиент скорости, равномерно изменяющийся в направлении стенки корпуса 602 сопла.
На фигуре 16 изображено типичное инжекторное сопло Борда (Borda Tube) 1100, которое известно из предыдущего уровня техники. Инжекторное сопло 1100 включает в себя корпус 1102 сопла, содержащий выпускной конец 1104 и впускной конец 1106. Корпус сопла 1102 тянется через стенку 1108 коллектора 1110 и соединяется с ней таким образом, чтобы выпускной конец 1104 находился с наружной стороны коллектора 1110. Впускной конец 1106 корпуса 1102 сопла расположен в канале 1112 коллектора 1110 таким образом, что продольная ось корпуса сопла 1102 по существу перпендикулярна направлению потока 1114 через канал 1112.
i
На фигурах 17A и 17B представлены результаты CFD для сопла Борда (Borda Tube), известного из предыдущего уровня техники и сконструированного согласно варианту осуществления изобретения, показанному на фигуре 16. Для получения результатов, представленных на фигурах 17A и 17B, устанавливали следующие параметры: длина (L) корпуса сопла 178 мм; диаметр (D) впускного отверстия 23 мм; и диаметр (D) корпуса сопла 30 мм. На фигуре 17A изображен вид в поперечном разрезе модельного потока через сопло 1100. По мере того, как поток движется через корпус 1102 сопла, обычно дальше по потоку он смещается к стороне корпуса сопла. На фигуре 17B изображен вид с торца модельного потока из выпускного конца 1104, который показывает, что максимальная скорость по существу смещается в направлении одной стороны выпускного конца 1104 при наличии крутого градиента в поперечнике выпускного конца 1104. Выбранные значения скорости потока (фут/сек) приведены ниже в таблице 6.
Таблица 6
Значение скорости (фут/сек)
V<sub>1</sub>
443
V<sub>2</sub>
310
V<sub>3</sub>
177
V<sub>4</sub>
257
V<sub>5</sub>
257
V<sub>6</sub>
218
V<sub>7</sub>
167
V<sub>8</sub>
115
Варианты осуществления изобретения, обсуждаемые и описанные в настоящем документе, дополнительно относятся к любому пункту, выбранному из одного или нескольких следующих пунктов:
1. Газораспределительная система, содержащая: коллектор, содержащий канал, и корпус сопла, присоединенный к коллектору; в которой корпус сопла содержит впускной конец, сообщающийся по текучей среде с каналом, и выпускной конец, расположенный снаружи коллектора; в которой корпус сопла имеет продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал; и в которой корпус сопла содержит отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
2. Газораспределительная система по пункту 1, в которой на впускном конце образовано впускное отверстие.
3. Газораспределительная система по пункту 2, в которой отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, образовано стенкой корпуса сопла.
4. Газораспределительная система по любому из пунктов 1-3, в которой отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено на стороне корпуса сопла дальше по потоку.
5. Газораспределительная система по любому из пунктов 1-4, в которой отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено внутри корпуса сопла.
6. Газораспределительная система по пункту 5, в которой стенка корпуса сопла сужается внутрь от впускного конца к промежуточному отверстию.
7. Газораспределительная система по пункту 5, в которой на впускном конце образовано впускное отверстие.
8. Способ распределения газа, включающий в себя: введение газа в коллектор, содержащий канал; протекание газа через канал и в корпус сопла, который тянется через стенку коллектора и в канал; в котором корпус сопла имеет продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал; и вытекание газа через выпускной конец корпуса сопла, который расположен снаружи коллектора; в котором корпус сопла содержит отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
9. Способ по пункту 8, в котором первая часть газа течет в корпус сопла через впускное отверстие, образованное на впускном конце, и вторая часть газа течет в корпус сопла через отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
10. Способ по пункту 8 или 9, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено на стороне корпуса сопла дальше по потоку.
11. Способ по любому из пунктов 8-10, в котором корпус сопла содержит по меньшей мере два отверстия, образованных стенкой корпуса сопла и расположенных между впускным концом и выпускным концом.
12. Способ по любому из пунктов 8-11, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено внутри корпуса сопла.
13. Способ по пункту 12, в котором корпус сопла имеет внутреннюю поверхность, которая сужается внутрь от впускного конца к отверстию, расположенному между впускным концом и выпускным концом.
14. Регенератор катализатора, содержащий: регенераторную емкость; впуск для закоксованного катализатора, соединенный с регенераторной емкостью и сообщающийся по текучей среде с реактором; выпуск для регенерированного катализатора, соединенный с регенераторной емкостью и сообщающийся по текучей среде с реактором; выпуск для отходящих газов, соединенный с регенераторной емкостью; и газораспределительную систему, соединенную с регенераторной емкостью и сообщающуюся по текучей среде с подачей окислителя; в котором газораспределительная система содержит: коллектор, содержащий канал; корпус сопла, соединенный с коллектором и имеющий впускной конец, сообщающийся по текучей среде с каналом, и выпускной конец, расположенный снаружи коллектора; в которой корпус сопла имеет продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал; и отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
15. Регенератор катализатора по пункту 14, в котором на впускном конце образовано впускное отверстие.
16. Регенератор катализатора по пункту 14 или 15, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, образовано стенкой корпуса сопла.
17. Регенератор катализатора по любому из пунктов 14-16, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено на стороне корпуса сопла дальше по потоку.
18. Регенератор катализатора по любому из пунктов 14-17, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено внутри корпуса сопла.
19. Регенератор катализатора по пункту 18, в котором стенка корпуса сопла сужается внутрь от впускного конца к отверстию, расположенному между впускным концом и выпускным концом.
20. Регенератор катализатора по пункту 18 или 19, в котором на впускном конце образовано впускное отверстие.
21. Способ распределения отпарной текучей среды, включающий в себя: введение отпарной текучей среды в коллектор, содержащий канал; втекание отпарной текучей среды через канал в корпус сопла, который тянется через стенку коллектора и в канал; в котором корпус сопла имеет продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал; и вытекание газа через выпускной конец корпуса сопла, который расположен снаружи коллектора; в котором корпус сопла содержит отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
22. Способ по пункту 21, в котором отпарная текучая среда содержит водяной пар.
23. Способ по пункту 21, в котором отпарная текучая среда содержит перегретый водяной пар.
24. Способ по пункту 21, в котором отпарная текучая среда содержит насыщенный водяной пар.
25. Способ контактирования закоксованного катализатора с водяным паром, включающий в себя: контактирование закоксованного катализатора с водяным паром из газораспределительной системы, причем газораспределительная система содержит: коллектор, содержащий канал, и корпус сопла, соединенный с коллектором; в котором корпус сопла имеет впускной конец, сообщающийся по текучей среде с каналом, и выпускной конец, расположенный снаружи коллектора; в котором корпус сопла имеет продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал; и в котором корпус сопла содержит отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
26. Способ по пункту 25, в котором закоксованный катализатор вступает в контакт с водяным паром в зоне отпарки закоксованного катализатора (в отпарной зоне) и в котором зона отпарки закоксованного катализатора (отпарная зона) сообщается по текучей среде с одним или несколькими сепараторами, выполненными с возможностью разделения крекированной смеси, содержащей один или несколько крекированных углеводородов и закоксованный катализатор.
27. Способ по пункту 25 или 26, в котором отпарная текучая среда содержит водяной пар.
28. Способ по пункту 25 или 26, в котором отпарная текучая среда содержит перегретый водяной пар.
29. Способ по пункту 25 или 26, в котором отпарная текучая среда содержит насыщенный водяной пар.
30. Регенератор катализатора, содержащий: корпус регенератора, содержащий плотнофазный слой катализатора, отконфигурированный для приема катализатора, подлежащего регенерации, в котором катализатор, по меньшей мере, частично покрыт углеродсодержащим коксом, который подвергают выжиганию, чтобы обеспечить подогретый катализатор; по меньшей мере одну отпарную зону; и по меньшей мере одну газораспределительную систему; причем газораспределительная система содержит: коллектор, содержащий канал, и корпус сопла, соединенный с коллектором; в которой корпус сопла имеет впускной конец, сообщающийся по текучей среде с каналом, и выпускной конец, расположенный снаружи коллектора; в которой корпус сопла имеет продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал; и в которой корпус сопла содержит отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
31. Регенератор катализатора по пункту 30, в котором газораспределительная система расположена в плотнофазном слое катализатора.
32. Регенератор катализатора по пункту 30, в котором газораспределительная система расположена в отпарной зоне.
33. Регенератор катализатора по любому из пунктов 30-32, в котором на впускном конце образовано впускное отверстие.
34. Регенератор катализатора по любому из пунктов 30-32, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, образовано стенкой корпуса сопла.
35. Регенератор катализатора по любому из пунктов 30-34, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено на стороне корпуса сопла дальше по потоку.
36. Регенератор катализатора по любому из пунктов 30-32, в котором отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено внутри корпуса сопла.
37. Регенератор катализатора по пункту 36, в котором стенка корпуса сопла сужается внутрь от впускного конца к промежуточному отверстию.
38. Регенератор катализатора по любому из пунктов 30-37, в котором газораспределительная система выполнена с возможностью ввода отпарной текучей среды в отпарную зону.
39. Способ по пункту 38, в котором отпарная текучая среда содержит перегретый водяной пар.
40. Способ по пункту 38, в котором отпарная текучая среда содержит насыщенный водяной пар.
41. Регенератор катализатора по любому из пунктов 30-37, в котором газораспределительная система выполнена с возможностью ввода текучей среды в корпус регенератора.
42. Способ по пункту 41, в котором текучая среда содержит один или несколько окислителей.
43. Способ по пункту 42, в котором текучая среда содержит воздух, кислород или их смесь.
44. Система каталитического крекинга с кипящим слоем, содержащая: лифт-реактор; сепаратор, сообщающийся по текучей среде с лифт-реактором; отпарную зону, сообщающуюся по текучей среде с сепаратором; регенераторную емкость; трубопровод для закоксованного катализатора, обеспечивающий сообщение по текучей среде между регенераторной емкостью и отпарной зоной; трубопровод для регенерированного катализатора, обеспечивающий сообщение по текучей среде между регенераторной емкостью и лифт-реактором; выпуск для отходящих газов, соединенный с регенераторной емкостью; и по меньшей мере одну систему распределения текучей среды, сообщающуюся по текучей среде по меньшей мере с одной отпарной зоной и регенераторной емкостью и сообщающуюся по текучей среде с подачей текучей среды; где газораспределительная система содержит: коллектор, содержащий канал; корпус сопла, соединенный с коллектором и имеющий впускной конец, сообщающийся по текучей среде с каналом, и выпускной конец, расположенный снаружи коллектора; в которой корпус сопла имеет продольную ось, которая по существу перпендикулярна направлению потока через канал; и отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом.
45. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по пункту 44, в которой система распределения текучей среды сообщается по текучей среде с отпарной зоной.
46. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по пункту 44, в которой система распределения текучей среды сообщается по текучей среде с регенераторной емкостью.
47. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по любому из пунктов 44-46, в которой на впускном конце образовано впускное отверстие.
48. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по любому из пунктов 44-47, в которой отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, образовано стенкой корпуса сопла.
49. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по любому из пунктов 44-47, в которой отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено на стороне корпуса сопла дальше по потоку.
50. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по любому из пунктов 44-47, в которой отверстие, расположенное между впускным концом и выпускным концом, расположено внутри корпуса сопла.
51. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по пункту 50, в которой стенка корпуса сопла сужается внутрь от впускного конца к отверстию, расположенному между впускным концом и выпускным концом.
52. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по пункту 50, в которой на впускном конце образовано впускное отверстие.
53. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по любому из пунктов 44-52, в которой система распределения текучей среды отконфигурирована с возможностью введения воздуха, кислорода или их смеси в регенераторную емкость.
54. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по любому из пунктов 44-52, в которой система распределения текучей среды отконфигурирована с возможностью введения водяного пара в отпарную зону.
55. Система каталитического крекинга с кипящим слоем по любому из пунктов 44-54, в которой первая система распределения текучей среды сообщается по текучей среде с регенераторной емкостью и вторая система распределения текучей среды сообщается по текучей среде с отпарной зоной.
Конкретные варианты осуществления изобретения и его признаки описаны с использованием совокупности числовых верхних пределов и совокупности числовых нижних пределов. Следует принимать во внимание, что учитываются все диапазоны, включая комбинацию любых двух значений, например комбинацию любого нижнего значения с любым верхним значением, комбинацию любых двух нижних значений и/или комбинацию любых двух верхних значений, если не указано иначе. Конкретные нижние пределы, верхние пределы и диапазоны представлены ниже в одном или нескольких пунктах формулы изобретения. Все числовые значения представляют собой указанное значение с приставкой "около" или "приблизительно" и учитывают экспериментальную ошибку и отклонения, которые, как ожидается, будут понятны специалисту в данной области техники.
Различные термины определены выше. В тех случаях, когда термин, используемый в пункте формулы изобретения, не определен выше, следует давать наиболее широкое его толкование из тех, которые даны специалистами в данной области техники, как будет видно по меньшей мере из одной напечатанной публикации или опубликованного патента. Кроме того, все патенты, процедуры испытаний и другие документы, цитируемые в данной заявке, включены в данный документ путем ссылки в своем полном объеме в тех случаях, когда такое раскрытие не противоречит данной заявке, и для всех юрисдикций, в которых такое включение допустимо.
Несмотря на то, что все вышеизложенное относится к вариантам осуществления настоящего изобретения, другие и дополнительные варианты осуществления изобретения могут быть разработаны без отступления от основного объема изобретения, и объем изобретения определяется формулой изобретения, которая прилагается.