СИСТЕМА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА, СОДЕРЖАЩАЯ УЗЕЛ РАСПЫЛИТЕЛЬНОЙ ФОРСУНКИ С УДЛИНИТЕЛЕМ ВПУСКА ЖИДКОГО УГЛЕВОДОРОДА И РАСПЫЛИТЕЛЕМ
CATALYTIC CRACKING SYSTEM COMPRISING SPRAY NOZZLE ASSEMBLY WITH LIQUID INLET EXTENSION AND ATOMISER

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА ТО РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет по временной патентной заявке США №61/880,308, поданной 20 сентября 2013 г., включенной в настоящую заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение относится в целом к распылительным форсункам для жидкости, и более конкретно, к узлам распылительных форсунок, в частности приспособленным для атомизирования и распыления жидкости, подаваемой в лифт-реактор флюидизированного каталитического крекинга.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Узел распылительной форсунки приведенного выше типа показан и описан в патенте США №5,921,472, раскрытие которого включено в настоящую заявку посредством ссылки. Такие узлы распылительных форсунок обычно включают в себя корпус форсунки, который образует смесительную камеру, в которую вводят жидкий углеводород и сжатый газ, например, пар, и в которой атомизируется жидкий углеводород. Для улучшения атомизирования жидкости в смесительной камере отбойный стержень проходит в камеру и образует отбойную поверхность для жидкости на центральной линии смесительной камеры, диаметрально противоположную относительно впуска жидкости, о которую поток жидкости под давлением ударяется и диспергируется в поперечном направлении, и на которую направляется пар под давлением из газового впуска для дополнительного взаимодействия с жидкостью и ее разделения на мелкие капли. Атомизированная жидкость в смесительной камере направляется под действием пара под давлением через удлиненный трубчатый цилиндр, обычно установленный в стенке райзера реактора каталитического крекинга, для выпуска из распылительного наконечника на его конце ниже по потоку в райзере.
[0004] Корпус форсунки таких узлов распылительной форсунки, который образует смесительную камеру и принимает отбойный стержень, впуск жидкого углеводорода и впуск пара под давлением, является относительно дорогостоящим компонентом узла распылительной форсунки. Корпус форсунки обычно выполняют станочной обработкой из цельной металлической заготовки, которая вследствие сложности формы, является трудоемкой и длительной операцией, существенно увеличивающей стоимость узла форсунки. Создание нескольких индивидуальных компонентов в корпусе форсунки дополнительно увеличивает стоимость.
[0005] В таких узлах распылительных форсунок струя потока жидкого углеводорода также должна проходить половину диаметра смесительной камеры до своего удара в отбойный стержень. В частности, в узлах распылительных форсунок с относительно большим диаметром смесительных камер, например, имеющих смесительную камеру диаметром четыре дюйма (102 мм) и больше, может возникать тенденция, при которой струя потока жидкого углеводорода, введенная в смесительную камеру, только частично ударяет в отбойную поверхность отбойного стержня. Причина указанного состоит в том, что струя потока жидкости должна пройти значительное расстояние через смесительную камеру, где подвергается воздействию мощного бокового потока пара до удара по отбойной поверхности. Данное обычно обуславливает сдвиг струи потока жидкости от центра отбойной поверхности, величина которого зависит от скоростей пара под давлением и струи потока жидкости для конкретной компоновки. Сдвиг предотвращает разделение части струи потока жидкого углеводорода на отбойном стержне, результатом чего является значительное увеличение размера капель для части объема распыления, что отрицательно сказывается на показателях работы распыления. Для преодоления такого сдвига в струе потока жидкости, введенной в смесительную камеру, возникает необходимость увеличения давления жидкости для преодоления воздействия пара на поперечный поток. Данное требует применения более мощных насосов с более высоким рабочим давлением, которые являются более дорогими в эксплуатации и более подверженными простоям.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Задачей настоящего изобретения является создание узла распылительной форсунки для жидкого углеводорода, который приспособлен для более эффективного и полного распыления жидкости и, таким образом, имеет улучшенные показатели распыления в реакторах каталитического крекинга.
[0007] Другой задачей является создание узла распылительной форсунки, охарактеризованного выше, в котором на струю потока жидкого углеводорода, вводимого в смесительную камеру корпуса распылительной форсунки нет отрицательного воздействия от бокового потока пара под давлением до взаимодействия с отбойной поверхностью, которая разделяет и направляет в поперечном направлении жидкость в зоне смешивания.
[0008] Дополнительной задачей является создание узла распылительной форсунки указанного выше вида, надежного в эксплуатации и не требующего более высокого давления и более дорогостоящих технологических насосов.
[0009] Еще одной задачей является создание узла распылительной форсунки приведенного выше типа, более простого по конструкции, что делает его изготовление более экономичным. Связанной задачей является создание такого узла распылительной форсунки, который исключает необходимость отдельного отбойного стержня и конструкции для его установки в корпусе форсунки.
[0010] Еще одной дополнительно задачей является создание конструкции узла распылительной форсунки приведенного выше типа который делает возможным простое переоснащение существующих блоков в условиях эксплуатации.
[0011] Другие задачи и преимущества изобретения становятся понятными из следующего подробного описания изобретения со ссылками на чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] На фиг. 1 схематично показан узел распылительной форсунки согласно настоящему изобретению, установленный в стенке райзера лифт-реактора каталитического крекинга.
[0013] На фиг. 2 показан увеличенный продольный разрез узла распылительной форсунки по фиг. 1.
[0014] На фиг. 3 показан увеличенный поперечный разрез по линия 3-3 фиг. 2.
[0015] Хотя изобретение может претерпевать различные модификации и иметь альтернативные конструкции, конкретный его иллюстративный вариант осуществления показан на чертежах и подробно описан ниже. Следует понимать, что изобретение в общем не ограничено конкретной раскрытой формой, но напротив охватывает все модификации, альтернативные конструкции и эквиваленты, соответствующие сущности и объему изобретения. В этом отношении понятно, что хотя проиллюстрированный узел распылительной форсунки является особенно эффективным для атомизирования и распыления жидких углеводородов в системах каталитического крекинга, использование узла форсунки не ограничено данным вариантом применения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] Как показано более конкретно на чертежах, приведенный в качестве примера узел 10 распылительной форсунки согласно изобретению установлен обычным способом в герметичной стенке 11 (показано в линиями воображаемого контура) райзера реактора флюидизированного каталитического крекинга. Узел 10 распылительной форсунки закреплен в трубчатой муфте 12, установленной в стенке 11 под острым углом к вертикали для выпуска атомизированных жидких углеводородов вверх в райзер. Трубчатая муфта 12 в данном случае имеет проходящий наружу фланец 14, к которому можно крепить опорный фланец 15, закрепленный неподвижно на узле 10 распылительной форсунки.
[0017] Проиллюстрированный узел 10 распылительной форсунки, как лучше всего показано на фиг. 2, в основном содержит корпус форсунки в виде не имеющего разрывов удлиненного трубчатого элемента 17, который образует зону 20 смешивания, имеющую впуск 21 жидкого углеводорода и впуск 22 пара или другого газа под давлением, расположенный с наружной стороны стенки 11 райзера, и зону 24 расширения удлиненного цилиндра, сообщающуюся с зоной 20 смешивания, расположенной в поддерживающей форсунку втулке 12 и стенке 11 райзера и проходящей через них. Распылительный наконечник 25, имеющий одно или несколько выпускных отверстий 26, закреплен на расположенном ниже по потоку конце трубчатого элемента 17 в райзере реактора для выпуска и направления атомизированной распыленной жидкости. Трубчатый элемент 17 может являться одним отрезком длины трубы, например, стальной трубы Schedule 80 с внутренним диаметром около 2-8 дюймов (5,1-20,3 см).
[0018] Согласно изобретению узел распылительной форсунки предназначен для более эффективного и надежного распыления, при этом имеет упрощенную конструкцию, которая исключает необходимость отдельного отбойного стержня и монтажной конструкции в корпусе форсунки. В проиллюстрированном варианте осуществления впуск 22 пара установлен в расположенном выше по потоку конце трубчатого элемента 17, и впуск 21 жидкости установлен в боковой стенке трубчатого элемента 17, смежно с расположенным выше по потоку концом. Впуск 22 пара включает в себя фитинг 30, имеющий монтажный фланец 31 для скрепления с линией 32 подачи, соединенной с источником подачи пара или другого газа, и расположенную ниже по потоку цилиндрическую часть для скрепления с расположенным выше по потоку аксиальным концом трубчатого элемента 17. Концы фитинга 30 впуска пара и трубчатого элемента 17 скошены для содействия скреплению сварным соединением 34. Фитинг 30 впуска пара включает в себя элемент 36 с отверстием для образования прохода 38 заданного диаметра для впуска пара под давлением с расположенной выше по потоку конической частью 39 для направления пара в впускной проход 38 и через него.
[0019] Впуск 21 жидкости, аналогично впуску 22 пара, включает в себя фитинг 40 впуска. Фитинг 40 впуска жидкости имеет раззенкованную часть 41 уменьшенного диаметра, которая входит в соответствующий проем 42 в трубчатом элементе 17, который в данном случае образован со скошенной внутрь конической боковой стенкой для содействия скреплению фитинга 40 с трубчатым элементом 17 подходящим кольцевым сварным соединением. Фитинг 40 впуска жидкости имеет расположенный выше по потоку монтажный фланец 44 для скрепления фитинга 40 с линией 43 подачи, которая, в свою очередь, соединена с подходящим источником подачи жидкого углеводорода. Фитинг 40 впуска жидкости принимает установленный внутри элемент 45 с отверстием, который образует проход 46 впуска потока жидкости заданного диаметра, через который направляется подаваемая жидкость. Проиллюстрированный элемент 45 с отверстием и фитинг 40 имеют соответствующие конические входные части 48, 49 для направления подаваемой жидкости в элемент 45 с отверстием и через него.
[0020] Согласно данному варианту осуществления впуск 21 жидкости имеет выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя, выступающий в зону 20 смешивания, имеющий центральный проход 56 удлинителя впуска жидкости, сообщающийся между элементом 45 с отверстием и выпускными отверстиями 58, которые направляют жидкость в поперечном направлении в зону 20 смешивания по существу на центральной оси 59 зоны 20 смешивания. В проиллюстрированном варианте осуществления выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя является отдельным трубчатым элементом, неподвижно закрепленным с упором к расположенному ниже по потоку концу элемента 45 с отверстием для жидкости. Выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя в данном случае имеет расположенный выше по потоку проходящий наружу кольцевой фланец 60, который зажат между заплечиком, образованным внутренним кольцевым концом фитинга 40, и расположенным ниже по потоку концом элемента 45 с отверстием. Понятно, что альтернативно элемент 45 с отверстием и выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя можно выполнить, как одну часть. В данном случае диаметр центрального прохода 56 удлинителя выступа 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя больше диаметра прохода 46 элемента с отверстием для обеспечения беспрепятственного прохода потока жидкого углеводорода через выступ 55 удлинителя и распылителя.
[0021] В данном варианте осуществления выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя имеет закрытый расположенный ниже по потоку наконечник 65, который образует плоскую внутреннюю отбойную поверхность 66 по существу на центральной оси 59 зоны смешивания, на которой жидкий углеводород под давлением, перемещающийся через проход 56 удлинителя, ударяется и направляется в поперечном направлении и распространяется относительно центральной оси 59 зоны 20 смешивания и бокового потока пара под давлением из впуска 22 пара. Выпускные отверстия 58 в данном случае проходят радиально наружу в диаметрально противоположных сторонах выступа 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя и выполнены в виде каналов или вырезов U-образной формы, проходящих внутрь и поперек центрального прохода 56 с его противоположных сторон. Верхние стороны 68 показанных каналов, по существу, являются копланарными с отбойной поверхностью 66, образованной закрытым концом 65 выступа 55, и поперечные каналы, которые образуют выпускные отверстия 58, проходят по существу в проход 56 удлинителя так, что выпуск из выпускных отверстий 58 имеет форму двух по существу плоских веерообразных структур на центре поперечного потока пара. Наружный наконечник 65 выступа 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя в данном случае закруглен для содействия проходу пара вблизи конца выступа 55.
[0022] В работе, что очевидно, выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя должен служить защитным экраном струи потока жидкости от поперечного потока пара до ее соударения с внутренней отбойной поверхностью 66 выступа 55. Данное обеспечивает полное соударение струи потока жидкости с отбойной поверхностью 66 без какого-либо нежелательного смещения под действием бокового потока пара под давлением. Следом за ударом о внутреннюю отбойную поверхность 66, жидкость распространяется, проходя через поперечные каналы, которые образуют выпускные отверстия 58, в двух плоских веерообразных профилях распыления от центра бокового потока пара и в поперечном направлении от него, проходящего через зону 20 смешивания для максимального взаимодействия и атомизирования выпускаемой жидкости. Поскольку выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя напрямую подвергается воздействию бокового потока пара, предпочтительно выполнение на нем покрытия или его изготовление из износостойкого материала, например стеллита или керамики. Будет понятно, что выступ 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя, когда является отдельным компонентом от элемента 45 с отверстием для жидкости, приспособлен для простой замены в условиях эксплуатации при наличии проблем с показателями работы, в особенности в системах распыления с относительно большим диаметром зон 20 смешивания. В таких случаях существующий отбойный стержень можно удалить и заменить короткой пробкой и выступом 55 удлинителя впуска жидкости и распылителя, установленным во впуске 21 жидкости.
[0023] Из описанного выше, становится очевидным, что создан узел распылительной форсунки для более надежного атомизирования струй потока жидкого углеводорода для улучшения показателей распыления в системах флюидизированного каталитического крекинга. При этом, узел распылительной форсунки имеет относительно простую конструкцию, исключает требование создания отдельного отбойного выступа, и может работать, не требуя высокого давления и более дорогих технологических насосов.