ЦЕНТРАЛЬНАЯ ПОДАЮЩАЯ СИСТЕМА
CENTRAL SUPPLY SYSTEM

Настоящее изобретение относится к центральной подающей системе для использования с системой замедленного коксования, которая может быть применена для выдачи остаточного побочного продукта в емкость, например, нескольких видов нефтяного исходного сырья в коксовый барабан.
Предпосылки создания изобретения и предшествующий уровень техники
В промышленности переработки углеводородов, многие заводы извлекают ценные продукты из тяжелого мазута, который остается после окончания операций переработки. Этот способ производства известен как замедленное коксование и этим способом производят ценные дистилляты и кокс в больших емкостях или коксовых барабанах. Коксовые барабаны обычно работают парами таким образом, чтобы при наполнении одного коксового барабана побочным продуктом или остаточным материалом, сырье может быть направлено в пустой барабан, при этом заполненный барабан охлаждают и побочный продукт удаляют из коксового барабана, этот процесс известен как коксоудаление. Это позволяет обеспечить непрерывный процесс переработки нефти, без ненужных перерывов.
Процесс замедленного коксования, в частности этапы направления остаточного побочного продукт на вход из подающего источника и обеспечения подачи и распределения остаточного побочного продукта в емкости, предусматривают использование диспенсера, предназначенного для распределения или направления побочного продукта в емкость. На фиг.1 представлен один тип диспенсера или выдачной системы предшествующего уровня техники, распространенной в промышленности.
В частности, на фиг.1 изображен в разрезе перспективный вид диспенсера (выдачного устройства) или выдачной системы, связанной или соединенной с емкостью 2, представленной в качестве коксового барабана, широко распространенного в коксовой промышленности. Емкость содержит цилиндрический боковой опорный корпус 4 и нижний фланец 5. Нижний фланец 5 дополнительно содержит множество болтовых отверстий 7, которые используются для установки в них высокопрочных болтов с целью надежного прикрепления емкости 2 к другому соответствующему фланцевому элементу, например закрывающему устройству или промежуточному катушечному узлу. С емкостью 2 соединен или выполнен с нею как единое целое диспенсер побочного продукта, изображенный как вход 6, показанный в виде цилиндрической трубы, имеющий фланцевый сегмент и отверстие 8 для обеспечения соединения по текучей среде входа 6 с внутренним пространством емкости 2. Поскольку подающая линия соединена с входом 6, остаточный побочный продукт в подающей линии может поступать через отверстие 8 во входе 6, проходить через трубную конструкцию входа 6, и выдаваться или распределяться в емкости 2.
Довольно простая конструкция входа 6 в качестве диспенсера для остаточного побочного продукта в емкости 2 имеет существенные недостатки. В первую очередь, из-за давления сырья, а также высокой температуры остаточного побочного продукта, сырье при прохождении входа 6 развивает значительное усилие. Результатом этого усилия и простой линейной конструкции входа 6 является то, что остаточный побочный продукт буквально выстреливается или по существу врывается во внутреннее пространство емкости 2, ударяясь о внутреннюю сторону опорной конструкции 4 в виде боковой стенки, противоположной выходной области входа 6. Хотя емкость 2 предварительно нагрета до температуры около 450° по Фаренгейту, входящий побочный продукт инжектируют в барабан при температуре около 900° по Фаренгейту, что приводит к столкновению при такой высокой температуре и высокой скорости потока остаточного побочного продукта с внутренней поверхностью опорного корпуса 4 в виде боковой стенки, перпендикулярного или по существу перпендикулярного направлению потока быстро движущегося, нагретого остаточного побочного продукта. Неудивительно, что это создает или является причиной значительных проблем. Во-первых, внезапный приток и соприкосновение с нагретым, подаваемым под давлением материалом в непроточной емкости может вызвать резкую дисперсию распределения тепла по всей емкости 2, а именно опорном корпусе 4 в виде боковой стенки, нижнем фланце 5, болтах, соединяющих емкость с другими компонентами, и, к примеру, закрывающим устройством, на протяжении всего процесса. Нагретый остаточный побочный продукт вводится в емкость 2, и он ударяется о противоположную боковую стенку, что мгновенно приводит к нагреву прилегающей окружающей области боковой стенки. Точка удара на боковой стенке представляет собой термический центр, из которого тепло первоначально распространяется на другие смежные области емкости 2. Как только остаточный побочный продукт поступает в емкость, противоположная боковая стенка и окружающая область нагреваются. Постепенно остаточный материал собирается и накапливается внутри емкости 2 в месте, противоположном входу 6. При этом продолжающийся приток остаточного побочного продукта альтернативно воздействует на охлажденный, вновь образованный кокс, а не на боковую стенку, меняя термический центр. При продолжающемся дополнительном коксовании и при продолжающемся поступлении дополнительного остаточного побочного продукта в емкость 2, точка удара и, следовательно, термический центр продолжают перемещаться от противоположной боковой стенки к входу 6, что приводит к неравномерному распределению тепла или тепловой дисперсии. Этот способ не в состоянии обеспечить равномерное распределение тепла в емкости, поскольку каждая точка или область по мере увеличения расстояния от термического центра, естественно, становится относительно более холодной.
Неравномерное распределение тепла или тепловой дисперсии, существующей в емкости 2 в результате притока остаточного побочного продукта в порядке, описанном выше, вызывает неравномерное распределение напряжений в емкости 2, нижнем фланце 5, соответствующем фланцевом элементе, соединенном с емкостью 2, а также болтах, соединяющих обоих между собой. Как упоминалось выше, способ замедленного коксования обычно содержит, по меньшей мере, две емкости: пока одна емкость заполняется, другая очищается от материала и готовится принять очередную партию побочного продукта. Во время нерабочей части цикла, при очистке емкости от ее содержимого, она остывает и возвращается к состоянию равновесия. Именно эта цикличность выдачи горячего остаточного побочного продукта в емкость 2, с последующей водоструйной очисткой побочного продукта, способствует перепаду температур и возникновению термических напряжений в емкости 2. Циклические погрузки и разгрузки, или создание и снятие напряжений в емкости 2, называется термоциклированием. Термоциклирование обычно приводит к разупрочнению или возникновению усталостных эффектов в емкости 2 и ее составных частях, что ведет к сокращению срока службы емкости 2.
На фиг.2 показан другой тип диспенсера (выдачного устройства) или выдачной системы, обычной для данной отрасли. В частности, на фиг.2 изображен перспективный вид диспенсера или выдачной системы, связанной или соединенной с емкостью 2, представленной в качестве коксового барабана, часто используемого в коксовой промышленности. Емкость 2 содержит цилиндрический боковой опорный корпус 4 и нижний фланец 5. Нижний фланец 5 дополнительно содержит множество болтовых отверстий 7, которые используются для установки в них высокопрочных болтов с целью безопасного прикрепления емкости 2 к другому соответствующему фланцевому элементу 9, например закрывающему устройству или промежуточному катушечному узлу. С емкостью 2 соединен или выполнен с нею как единое целое первый диспенсер побочного продукта, изображенный как входной питатель 1, а также второй диспенсер побочного продукта, изображенный как входной питатель 3, при этом они расположены противоположно и коаксиально друг другу. Каждый из входных питателей 1 и 3 служит для выдачи побочного продукта в емкость 2 во время процесса замедленного коксования. Хотя добавление еще одного диспенсера или входного питателя помогает облегчить некоторые из проблем, рассмотренных выше на фиг.1, в частности недостаточно равномерное распределение тепла, исправительный эффект или польза двух противоположных входных питателей для этих проблем лишь минимальны. В емкости 2 по-прежнему в значительной мере присутствует неравномерное распределение тепла и тепловая дисперсия из-за неспособности входных питателей 1 и 3 к выдаче побочного продукта в контролируемом и предсказуемом порядке. Например, побочный продукт из каждого подающего входа 1 и 3 выдают в емкость. Если давление в каждом подающем входе сходное, побочные продукты из каждого подающего входа встретятся где-то посередине, что приведет к их случайному смещению внутри емкости 2. С другой стороны, в случае, если между подающими входами 1 и 3 имеется перепад давления, то выдача побочного продукта будет производиться еще более случайным образом и проблемы тепловой дисперсии увеличатся. Более того, даже если давление в каждом подающем входе 1 и 3 однородно, и побочный продукт поступает в емкость 2 в одно и то же или по существу одно и то же время, распределение и осадка коксового побочного продукта в емкости 2 по-прежнему непредсказуема, при этом накопление коксового побочного продукта в емкости 2 может происходить где угодно, в том числе в центре, вдоль боковины, где-то между ними или в любом таком сочетании. В результате рассмотренные выше проблемы применительно к конструкции, показанной на фиг.1, в равной мере относятся к конструкции, представленной на фиг.2.
Общей тенденцией в отрасли замедленного коксования является повышение безопасности, долговечности, эффективности и надежности. Тем не менее, рассмотренный выше предшествующий уровень техники не соответствует этим целям, так как эти конструкции являются неэффективными и устаревшими. Таким образом, существует необходимость совершенствования способа введения остаточных побочных продуктов в большие коксовые барабаны.
Сущность изобретения
В соответствии с подробно описанным здесь вариантом осуществления, настоящим изобретением предусмотрена центральная инжекционная подающая система для использования в системе замедленного коксования, или любой другой подобной системе. Некоторые варианты осуществления центральной инжекционной подающей системы содержат катушку, соединенную с коксовым барабаном, и центральную инжекционную подающую систему для распределения остаточного побочного продукта в емкости через отверстие в катушке, при этом центральная подающая система содержит выдвижное инжекционное сопло, которое может выдвигаться внутрь через отверстие в катушке и емкости для введения исходного сырья в коксовую емкость, а также входной патрубок в скользящем контакте с упомянутым выдвижным инжекционным соплом, в результате чего выдвижное сопло, когда оно не используется, может быть втянуто во входной патрубок из основного корпуса барабана для коксования и катушки.
В предпочтительном варианте осуществления, центральная подающая система дополнительно содержит изогнутый трубный сегмент, соединенный с возможностью съема с входом катушки для облегчения равномерной выдачи или дисперсии остаточного побочного продукта в резервуарную емкость для обеспечения равномерного распределения тепла в резервуарной емкости во время производственного процесса.
Кроме того, варианты осуществления настоящего изобретения содержат способы выдачи остаточного побочного продукта в резервуарную емкость через один или несколько выдвижных инжекционных соплов.
Краткое описание чертежей
Для достижения вышеуказанных и иных преимуществ и признаков изобретения, будет приведено более подробное описание кратко описанного выше изобретения, со ссылкой на конкретные варианты его осуществления, проиллюстрированные на прилагаемых чертежах.
С учетом того, что на этих чертежах изображены только типовые варианты осуществления изобретения и, следовательно, их не следует рассматривать как ограничивающие объем изобретения, изобретение будет описано и объяснено с дополнительной спецификой и подробностями с помощью сопровождающих чертежей, на которых:
На фиг.1 показан перспективный вид в разрезе диспенсера или выдачной системы предшествующего уровня техники, соединенной с емкостью в виде коксового барабана;
На фиг.2 показан перспективный вид другого диспенсера выдачной системы предшествующего уровня техники, а именно системы, содержащей два противоположных коаксиальных входных питателя, соединенных с емкостью в виде коксового барабана;
На фиг.3 показан вид в разрезе центральной подающей системы в открытом положении согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, когда она соединена с катушкой, закрепленной между коксовым барабаном и закрывающим устройством в системе замедленного коксования;
На фиг.4 показан вид в разрезе центральной подающей системы во втянутом положении;
На фиг.5 показан перспективный вид выдвижного инжекционного сопла согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Легко понять, что компоненты настоящего изобретения, описанные и проиллюстрированные в целом на данных фигурах, могут быть сконструированы и выполнены в широком спектре различных конфигураций. Таким образом, нижеследующее более подробное описание вариантов осуществления системы и способа настоящего изобретения, представленных на фиг.1-5, не предназначено для ограничения объема предлагаемого изобретения, а служит лишь для представления предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления изобретения. Предпочтительные в настоящее время варианты осуществления изобретения будут лучше всего понятны со ссылками на чертежи, на которых идентичные части везде обозначены идентичными цифрами.
Настоящее изобретение описывает способы и системы выдачи остаточных побочных продуктов в резервуарную емкость, и, в частности, выдачи нефтяных побочных продуктов в коксовый барабан в рамках способа замедленного коксования, что служит целям повышения безопасности, надежности, экономичности, простоты эксплуатации и технического обслуживания, практичности, срока службы и эффективности компонентов в способе замедленного коксования.
Фиг.3 и 4 показывают центральную подающую систему 10, которая содержит входной патрубок 58, содержащий выдвижное инжекционное сопло 14 в соответствии с вариантами изобретения. Фиг.5 показывает примерную конфигурацию выдвижного инжекционного сопла 14 снятого с входного патрубка 58.
На фиг.3 показан примерный вариант осуществления центральной инжекционной подающей системы 10. Эта система содержит катушку 20, выдвижное инжекционное сопло 14, а также входной патрубок 58, предназначенные для работы в системе замедленного коксования. В предпочтительном варианте осуществления, катушка 20 содержит цилиндрическую или сужающуюся ось или опорный корпус 32, имеющий боковую стенку 34, верхний фланец 24 и нижний фланец 28, образованные на каждом конце оси 32 соответственно. В типовых операциях переключения, катушка 20 расположена промежуточно между коксовым барабаном и закрывающим устройством. В частности, коксовый барабан (как тот, что показан на фиг.1), имеющий соответствующую фланцевую секцию, подогнан и соединен с верхним фланцем 24 катушки 20. Аналогичным образом, закрывающее устройство, также имеющее соответствующую фланцевую секцию, подогнано и соединено с нижним фланцем 28. Катушка 20 дополнительно содержит внутреннее пространство 30 и внутреннюю поверхность боковой стенки 22. В некоторых установках коксовый барабан может быть приварен к катушке 20, или соединен с катушкой 20 с использованием множества болтов, пропущенных через множество болтовых отверстий в верхнем фланце 24. Аналогичным образом, закрывающее устройство может быть приварено к катушке 20, или соединено с катушкой 20 с использованием множества болтов, пропущенных через множество болтовых отверстий 40.
Центральная подающая система 10 содержит входной патрубок 58, предназначенный для подачи остаточного побочного продукта в выдвижное инжекционное сопло 14. Входной патрубок 58 содержит фланцевый компонент 60, что обеспечивает соединение входного патрубка 58 с подающей линией. При соединении с подающей линией, остаточный побочный продукт, например нефтяные побочные продукты, используемые в производстве кокса, могут поступать в центральную подающую систему 10.
В предпочтительных вариантах осуществления, выдвижное инжекционное сопло 14, когда находится в открытом положении, как показано на фиг.3, соединен по текучей среде с входным патрубком 58, что позволяет остаточному побочному нефтяному продукту протекать через входной патрубок 58 и в выдвижное инжекционное сопло 14. Когда выдвижное инжекционное сопло 14 находится в открытом положении, побочный нефтяной продукт может проходить через выдвижное инжекционное сопло 14 из выхода 81 внутрь катушки 30 или внутрь емкости.
В предпочтительных вариантах осуществления, выдвижное инжекционное сопло 14 может быть модифицирован для регулировки характеристик потока. В предпочтительных вариантах осуществления, прямой участок 19 выдвижного инжекционного сопла 14 может быть изготовлен из трубы, которая имеет тот же внутренний диаметр, что и изогнутый трубный сегмент 62 входного патрубка 58. В качестве альтернативного варианта, прямой участок 19 выдвижного инжекционного сопла 14 может быть изготовлен из трубы, которая имеет больший или меньший внутренний диаметр, чем у изогнутого трубного сегмента 62 входного патрубка 58. В предпочтительных вариантах осуществления, прямой участок 19 выдвижного инжекционного сопла 14, выполнен точно с целью соответствия эллипсу изогнутого трубного сегмента 62. Форма инжекционного сопла 14 может также быть выполнена в виде бесшовного продолжения контура изогнутого трубного сегмента 62, когда он находится в открытом положении для обеспечения протекания остаточных побочных продуктов в емкость. В некоторых вариантах осуществления, выход 81 выдвижного инжекционного сопла 14 может иметь различные формы и размеры. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, таких как показано на фиг.5, выход 81 содержит эллиптическую форму и диаметр, по меньшей мере, такой же величины, что и диаметр поперечного сечения внутренней полости 88 выдвижного инжекционного сопла 14, с тем, чтобы выход 81 обеспечивал равномерный поток остаточного побочного продукта в катушку 20 и емкость без увеличения сопротивления потоку побочного продукта, поступающего через центральную подающую систему 10.
Входной патрубок 58 предпочтительно содержит фланцевую поверхность 60, используемую для соединения входного патрубка 58 с подающей линией и вблизи нее, и вторую фланцевую поверхность 61 для соединения входного патрубка 58 с фланцевым входом 64 катушки 20. В предпочтительных вариантах осуществления, входной патрубок 58 предназначен для крепления и соединения с возможностью скольжения с выдвижным инжекционным соплом 14, что позволяет инжекционному соплу 14 переходить от открытого положения, как показано на фиг.3, к втянутому положению, как показано на фиг.4.
Входной патрубок 58 может служить для приема остаточного побочного продукта из питателя и простирается от фланца 60, как показано. Входной патрубок 58 выполнен как единое целое с изогнутым трубным сегментом 62, показанным на фигурах 3 и 4, и образует изгиб под углом примерно 90°. Конечно, изогнутый трубный сегмент 62 также может служить для образования значительной величины изгиба, меньшего или большего, чем показано на фиг.3 или 4, для встраивания центральной подающей системы 10 в существующую установку операций коксования. К примеру, если подающая линия в конкретной операции коксования требует более тупого или острого угла, трубному сегменту 62 может быть придана соответствующая форма. В других вариантах осуществления, изогнутый трубный сегмент 62 может также служить для перенаправления нефтяных побочных продуктов в вертикальной оси, а также иметь горизонтальный изгиб, показанный на фиг.3 и 4. В других вариантах осуществления, изогнутый трубный сегмент 62 может быть выполнен состоящим из более чем одного изгиба, что позволяет входному патрубку 58 проходить криволинейный путь, требуемый для установки центральной подающей системы 10. Соответственно, изогнутый трубный сегмент 62 обеспечивает изготовление центральной подающей системы 10, пригодной для модернизации любой существующей операции коксоудаления, и гибкое внедрение центральной инжекционной подающей системы 10 согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения, которые должны быть реализованы эффективно и с минимальными затратами по установке.
В предпочтительном варианте осуществления, каждая подающая линия, вход 58, изогнутый трубный сегмент 62 и выдвижное инжекционное сопло 14 сообщены текучей средой друг с другом, когда выдвижное инжекционное сопло 14 находится в открытом положении. При открытом положении сопла, остаточный побочный продукт может пройти через него и в конечном итоге осесть в катушке 20 и присоединенном коксовом барабане. На различных этапах способа замедленного коксования через центральную инжекционную подающую систему также могут проходить пар, вода или другие текучие среды. Тем не менее, когда выдвижное инжекционное сопло 14 находится во втянутом положении, как показано на фиг.4, вход подающей линии 58 и изогнутый трубный сегмент 62 могут продолжать сообщаться по текучей среде с подающей линией, однако поток остаточного побочного продукта через центральную подающую систему в коксовый барабан не поступает. Во втянутом положении система 10 может дополнительно заблокировать движение твердых частиц (например, коксовых мелкозернистых частиц) от попадания в систему 10 из емкости, при вырезании кокса из внутреннего пространства емкости.
Центральная подающая система 10 может быть выполнена из штатного трубного или литого материала, способного выдерживать и передавать остаточный побочный продукт с высокой температурой и под высоким давлением в установленном порядке. Конечно специалисту в данной области техники понятно, что могут быть использованы другие размеры и материалы в зависимости от конкретного конечного использования, а также в зависимости от требований, предъявляемых системой. Действительно, хотя оно особенно подходит для использования в способе замедленного коксования, настоящее изобретение может быть применено и в других сферах производства, каждая из которых требует различных конструкторских разработок.
Как показано на фиг.3, остаточный побочный продукт поступает во входной патрубок 58 центральной подающей системы 10 от питателя, при высокой температуре и скорости. Впоследствии остаточный побочный продукт направляется через формованный трубный сегмент 62. Остаточный побочный продукт поступает в формованную трубную секцию 62 и вход 80 выдвижного инжекционного сопла 14. Остаточный побочный продукт проходит от входа 80 через выдвижное инжекционное сопло 14 и выходит через выход 81. В предпочтительных вариантах осуществления, при поступлении остаточного побочного продукта во внутреннее пространство 30 катушки 20 и/или емкости, он проходит недалеко от центра катушки 20 в направлении, содержащем вертикальную составляющую. Подача в центр внутреннего пространства 30 катушки 20 обеспечивает воздействие постоянного потока побочного продукта на катушку и боковые стенки емкости для коксования. Кроме того, управляемый поток расплавленного остаточного побочного продукта из инжекционного сопла 14 обеспечивает постоянное воздействие расплавленного остаточного побочного продукта во всей поверхности внутреннего пространства катушки 20 и емкости, что снижает потенциальные вредные эффекты, связанные с повторяющимся термоциклированием.
Как уже отмечалось выше и проиллюстрировано на фиг.1, введение остаточного побочного продукта в емкость для коксования через отверстие в катушке, как правило, выполнялось так, что происходил диспропорциональный нагрев стороны емкости, противоположной выходу. Этот диспропорциональный нагрев одной боковой стенки является причиной расширения боковой стенки при введении дополнительного побочного продукта в емкость. В этих простых устройствах остаточный побочный продукт сам начинает изолировать емкость, обеспечивая легкое остывание внешней стороны, противоположной входу подающей линии, и сжатие металла. Этот цикл диспропорционального нагрева и остывания приводит к возникновению напряжений на элементах конструкций, задействованных в коксоудалении, например барабане, катушке, клапанах и соединениях между каждой из этих механических систем. Повторяющееся термоциклирование сокращает срок службы емкости и катушки, что приводит к необходимости выполнять дорогостоящие замены или ремонт емкости для коксования и катушки. Выброс остаточного побочного продукта почти в вертикальном направлении в центр катушки обеспечивает более равномерный цикл нагрева, что снижает отрицательные нагрузки на систему при термоциклировании и соответствующую необходимость ремонта или замены коксового барабана.
В предпочтительных вариантах осуществления, остаточный побочный продукт выдают в почти вертикальном направлении в катушку 20, фактически непрерывно распыляя расплавленные остатки по всей внутренней поверхности катушки 20 и/или емкости вместо того, чтобы направлять их только на внутреннюю поверхность 22 боковой стенки перпендикулярно или по существу перпендикулярно, как и в других конструкциях. Эта вертикальная или почти вертикальна выдача является прямым результатом установки центральной подающей системы 10 и угла изогнутого сегмента внутренней полости 82 выдвижного инжекционного сопла 14. Соответственно, при прохождении остаточного побочного продукта в выдвижное инжекционное сопло 14, через вход 80 и выход 81, углом инжекции остаточного побочного продукта в катушку 20 можно управлять, используя различные длины выдвижного инжекционного сопла 14 или задавая угол изгиба изогнутого сегмента внутренней полости 82.
Кроме того, выход 81 или выдвижное инжекционное сопло 14 может быть снабжен регулятором потока. В некоторых вариантах осуществления, может быть использован регулятор потока, содержащий ряд отверстий или перфораций на выходе 81 для изменения потока расплавленных остатков на выходе. Например, регулятор потока может быть использован для изменения ламинарного характера потока расплавленных остатков на выходе. Аналогичным образом, регуляторы потока могут быть использованы в различных точках центральной подающей системы 10 для изменения потока расплавленных остатков через центральную подающую систему 10. К примеру, один или несколько регуляторов потока могут быть использованы для изменения ламинарного характера потока остатков через систему, или для изменения характера потока через центральную подающую систему 10 в нужном порядке.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, остаточный побочный продукт выходит через выход 81 примерно под углом 90° относительно точки входа в боковой стенке 22. При этом остаточный побочный продукт не направляют на противоположную сторону емкости или катушки 20, но вместо этого он должен равномерно соприкасаться со всей внутренней поверхностью катушки и емкости для осуществления более равномерного цикла нагрева. В качестве альтернативного варианта, инжекционная система 10, может быть предназначена для ввода расплавленных остатков в емкость под углом около 85°, 80°, 75°, 70°, 65°, 60°, 55°, 50°, 45°, 40° или 35° относительно точки входа в боковой стенке 22. В качестве альтернативного варианта, инжекционная система 10 может быть предназначена для ввода расплавленных остатков в емкость под углом около 95°, 100°, 105°, 110°, 115°, 120°, 125°, 130°, 135°, 140° или 145° относительно точки входа в боковой стенке.
В некоторых вариантах осуществления, конкретный угол изогнутого сегмента внутренней полости 82 и длина выдвижного инжекционного сопла 14 могут варьироваться в зависимости от требований системы, величины и размеров емкостей, в которых помещают материал. В предпочтительном варианте осуществления, изогнутый сегмент внутренней полости 82 содержит угол между 0° и 90°, чтобы соответствовать нужному диапазону углов в конкретной емкости для коксования. В предпочтительных вариантах осуществления, изогнутый сегмент внутренней полости 82 лежит между 60° и 90°, с целью эффективного производства вертикального или почти вертикального распыления остаточного побочного продукта, выходящего через выход 81,заполняющего катушку 20 и емкости равномерным образом. В качестве альтернативного варианта, в вариантах осуществления может использоваться изогнутый сегмент внутренней полости 82, имеющий угол между 30° и 60° относительно точки входа внутри катушки 20, производящий, по существу, вертикальное распыление остаточного побочного продукта в катушке 20 и емкости для коксования.
В некоторых вариантах осуществления, может быть использовано более короткое выдвижное инжекционное сопло 14 в сочетании с изогнутым сегментом внутренней полости 82, так чтобы выдвижное инжекционное сопло укороченной длины соединялся с изогнутым сегментом внутренней полости 82 под углом, предназначенным для распыления остаточного побочного продукта в нужную точку внутреннего пространства коксового барабана. В качестве альтернативного варианта, в некоторых вариантах осуществления используют более длинное выдвижное инжекционное сопло 14, помещая выход 81 выдвижного инжекционного сопла 14 непосредственно в центр катушки 20 или даже выступающим за рамки центра катушки 20. Более длинное выдвижное инжекционное сопло может быть использовано в сочетании с более вертикальной кривой в изогнутом сегменте внутренней полости 82 так, чтобы остаточный побочный продукт подавался непосредственно в центр или вблизи центра емкости и катушки 20, или же в нужное место внутреннего пространства катушки 20, с целью равномерного заполнения катушки 20 и емкости.
К примеру, на фиг.3 и 4, изображены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, в которых использован сегмент выдвижного сопла 14, имеющий недостаточную длину для продолжения выхода 81 выдвижного инжекционного сопла 14 до центра катушки 20. В соответствии со стремлением к равномерному заполнению катушки и емкости от центра, что ведет к более равномерному циклу нагрева, угол изогнутого сегмента внутренней полости 82 может быть скорректирован надлежащим образом, что приведет к распылению остаточного побочного продукта в центр емкости. В этой связи различные варианты осуществления могут дополнительно содержать применение различных углов изогнутого сегмента внутренней полости 82 выдвижного инжекционного сопла 14, а также применение различных длин прямого участка 19 выдвижного инжекционного сопла 14 для обеспечения равномерного цикла нагревания.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления изменен как угол изогнутого сегмента внутренней полости 82, так и длина прямого участка 19 выдвижного инжекционного сопла 14 с целью соответствия вязкости, скоростям и температурным градиентам остаточного побочного продукта, перекачиваемого в выдвижное инжекционное сопло 14.
Вставной патрубок 58 и выдвижное инжекционное сопло 14 могут иметь постоянное поперечное сечение и/или внутренний диаметр, или же могут иметь различные поперечные сечения или диаметры. Разработка центральной подающей системы 10, содержащей различные поперечные сечения или диаметры, обеспечивает соответствие центральной подающей системы 10 различным объемам и скоростям транспортируемых через систему остаточных побочных продуктов, а также помогает уравнять потоки остаточных побочных продуктов для подачи в катушку 20.
Выход 81 выдвижного инжекционного сопла 14 может также быть выполнен эллиптическим по конструкции, для приема остаточного побочного материала при его прохождении с выхода 81 в катушку 20 и емкость. В разных вариантах осуществления, форма выхода 81 может быть изменена, чтобы учесть различия в скорости, вязкости и типах материалов, пропускаемых через выдвижное инжекционное сопло 14. Кроме того, форма и размер отверстия могут быть модифицированы для управления моделью распыления и характеристиками с выхода 81 выдвижного инжекционного сопла 14 с целью изменения и управления распылением остаточного побочного продукта из выдвижного инжекционного сопла 14, увеличения производительности выдвижного инжекционного сопла 14 для выполнения более равномерного нагрева цикла или изменения характеристик цикла нагрева нужным образом. Например, больший по размеру выход 81 может быть использован для снижения скорости материала остаточного побочного продукта с выхода выдвижного инжекционного сопла 14, эффективно уменьшая площадь поверхности и высоту емкости, которую достигает расплавленный остаточный побочный продукт, выбрасываемый из выхода 81. В других вариантах осуществления, меньший по размеру выход 81 будет производить поток более высокой скорости остаточного побочного продукта на входе в катушку 20 и емкость, эффективно увеличивая площадь поверхности и высоту, которую распыляемый материал достигнет внутри емкости. Таким способом может быть обеспечено управление моделью выброса расплавленного остаточного побочного продукта из выдвижного инжекционного сопла 14 для выполнения более равномерного цикла нагрева, или для альтернативного воздействия на емкость таким образом, что увеличивается долговечность емкостей и катушек, что существенно снижает количество простоев, необходимых для обслуживания и ремонта.
Некоторые варианты осуществления настоящей центральной подающей системы 10 обеспечивают преимущества перед другими входными подающими системами. Действительно, многие недостатки конструкций предшествующего уровня техники устранены настоящим изобретением. Например, центральная подающая система 10 производит менее волатильное и резкое распыление остаточного побочного продукта в катушку 20 и емкость, снижая тепловую дисперсию и отрицательные воздействия, связанные с термоциклированием при выполнении замедленного коксования. Некоторые варианты осуществления центральной подающей системы 10 снижают напряжения, возникающие в емкости, катушке, клапане и соединениях между этими механическими системами.
Кроме того, использование предпочтительных вариантов осуществления центральной подающей системы 10 ведет к более равномерному распределению материала, что приводит к более равномерному распределению тепла по всей емкости и системе замедленного коксования. Это предпочтительно по нескольким причинам. Например, могут быть уменьшены перепады температуры, потому что во всей емкости или катушке (и соединительном средстве) сохраняется равномерное распределение тепла при небольшой или отсутствующей тепловой дисперсии, поскольку продукт вводится в различные или многие части емкости, по существу, одновременно. Таким образом, побочный продукт не подают сначала на одну сторону емкости, в то время как другие части емкости могут оставаться свободными от приема побочного продукта до более поздних стадий этого процесса. В качестве другого примера, большая часть напряжений в емкости, катушке, закрывающем устройстве и их соединениях, возникающих при использовании других входных систем, устраняется. Неравномерное распределение тепла приводит к возникновению точек неравномерного давления между компонентами системы замедленного коксования, а именно емкости и закрывающего устройства, а также катушки, если таковая используется. Неравномерное распределение тепла вызывает чрезмерную нагрузку на болты и фланцевые соединения между компонентами, что может привести к их преждевременному отказу. При обеспечении выдачи по касательной, термическое распределение тепла становится более равномерным, что приводит также к выравниванию напряжений, испытываемых каждым компонентом и системой в целом. В качестве дополнительного примера, значительно снижаются отрицательные нагрузки, связанные с термоциклированием в емкости и других компонентах системы, что увеличивает срок службы каждого из этих компонентов. Отрицательные нагрузки, связанные с термоциклированием, уменьшаются из-за снижения циклических нагрузок и усталостных эффектов в каждой емкости в течение цикла коксования по причине более равномерного распределения тепла, что является результатом работы центральной подающей системы.
Другие преимущества тангенциальной системы впрыска согласно настоящему изобретению, которые конкретно здесь не указаны, очевидны для специалиста в данной области техники и соответствуют объему изобретения явным и подразумеваемым образом, а также изложены в формуле изобретения. Таким образом, те преимущества, которые были приведены и специально изложены, никоим образом не являются ограничительными.
На фиг.4 показан вид в разрезе катушки 20 и центральной подающей системы 10 во втянутом положении. Во время процесса замедленного коксования, остаточный побочный продукт подают в катушку 20 и емкость, пока емкость не будет полностью или почти заполнена. Как только емкость заполнена, поток остаточного побочного продукта может быть остановлен. В типовом способе коксоудаления предшествующего уровня техники, емкость затем эффективно закаляли охлаждающей водой и проводили упрочнение остаточного побочного продукта. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения входной патрубок 58 и выдвижное инжекционное сопло 14 могут быть использованы для закачки пара и/или воды в катушку 20 и емкость, что эффективно очищает входной патрубок 58 и выдвижное инжекционное сопло 14 от любого остаточного побочного продукта и/или обеспечивает закалку емкости и ее содержимого. Это эффективно очищает входной патрубок 58 и выдвижное инжекционное сопло 14 и одновременно закаливает емкость, сокращая количество времени и воды, используемой для закалки емкости. В предпочтительных вариантах осуществления, как только входной патрубок и выдвижное инжекционное сопло 14 очищены паром и/или водой, выдвижное инжекционное сопло 14 может быть втянуто, как показано на фиг.4.
Для втягивания выдвижного инжекционного сопла 14 могут быть использованы различные способы в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения. В предпочтительных вариантах осуществления, привод может быть прикреплен к первому концу выдвижного инжекционного сопла 86. Привод может быть использован для приложения усилия к выдвижному инжекционному соплу 14, с целью эффективного втягивания выдвижного инжекционного сопла 14 из внутреннего пространства 30 катушки. Как показано на фиг.4, второй конец 85 выдвижного инжекционного сопла 14 при этом фактически образует участок внутренней поверхности 22 стенки катушки 20. Втягивание инжекционного сопла 14, после того как емкость была заполнена и закалена, а входной патрубок и выдвижное инжекционное сопло 14 были очищены, обеспечивает последующее удаление закаленного углеродистого вещества из емкости для коксования, с использованием одной из различных технологий, известных в уровне техники, без риска засорения центральной подающей системы частицами кокса или другими твердыми частицами.
Как правило, закаленные углеродистые материалы вырезают из внутреннего пространства емкости с использованием перфораторов высокого давления с промывкой водой. При вырезании твердого углеродистого материала из внутреннего пространства емкости, он падает через горловину в днище емкости через внутреннее пространство 30 катушки 20 в область под емкостью, обычно называемую желобом, где его собирают и утилизируют, или же используют для дальнейших целей. Процесс замедленного коксования и, в частности, этапы направления остаточного побочного продукта на вход от подающего источника, обеспечивающие выдачу остаточного побочного продукта или его размещение в емкости, предусматривает использование диспенсера, служащего для распределения или направления побочного продукта в емкость. На фиг.1 показан тип диспенсера или выдачной системы, распространенной в промышленности.
Как отмечено выше, на фиг.1 показан перспективный вид в разрезе диспенсера или выдачной системы, связанной или соединенной с емкостью 2, представленной в виде коксового барабана, который обычно используется в коксовой промышленности. Поскольку подающая линия присоединена к входу 6, остаточный побочный продукт в подающей линии принимают через отверстие 8 входа 6, направляют через трубную конструкцию входа 6 и выдают или помещают в емкость 2. Когда емкость заполнена, пар подают через входную систему в емкость. Пар очищает входную систему и отделяет кокс от ценных углеводородных побочных продуктов, которые отводят через верхнюю подающую линию, где их, как правило, направляют в ректификационные колонны. После отделения всех ценных углеводородных побочных продуктов из находящегося в емкости кокса, в емкость закачивают пар, который выпускают через выход для продувки области регенерации, пока температура барабана емкости и ее содержимого не достигнет примерно 500°F. Обычно после этого в емкость через входную систему закачивают воду и выпускают в область регенерации, когда температура содержимого емкости достигнет приблизительно 200°F. После окончания закалки, закрывающие устройства открываются, и начинается процесс вырезания кокса из внутреннего пространства емкости.
Простая конструкция, изображенная на фиг.1, создает проблемы при вырезании кокса из внутреннего пространства емкости. Поскольку в простой системе вход 6 остается открытым, частицы кокса и твердые вещества буду накапливаться во входной системе, существенно засоряя входную систему. Чтобы смягчить проблему засорения, производят некоторые операции, обеспечивающие проток воды через входную систему в течение всего процесса резки, с тем, чтобы входная система осталась незасоренной. В некоторых операциях в процессе резки через входную систему прокачивают 400-1000 галлонов воды в час, с тем, чтобы входная система осталась незасоренной.
Поскольку в предпочтительных вариантах осуществления центральной подающей системы используется выдвижное инжекционное сопло, как изображено на фиг.3 и 4, выдвижное инжекционное сопло не подвергается воздействию твердых углеродистых частиц при их падении из емкости на расположенный ниже желоб, что эффективно снижает засорение и/или ущерб, который может быть причинен инжекционному соплу, если его оставить под воздействием падающих твердых углеродистых веществ. В качестве альтернативного варианта, настоящее изобретение предполагает использование жестко закрепленного инжекционного сопла со скользящим затвором, который может быть использован для закрытия выхода 81 жестко закрепленного инжекционного сопла после цикла нагрева, но до удаления кокса из емкости. В качестве альтернативного варианта, изобретение предполагает использование инжекционного сопла, соединенного с приводом, который будет прилагать крутящее усилие к инжекционному соплу при заполнении емкости до нужного уровня остаточным побочным продуктом, при этом выход 81 инжекционного сопла будет направлен вниз, уменьшая возможность для твердого углеродистого материала накапливаться и засорять инжекционное сопло без фактической необходимости втягивания самого сопла из внутреннего пространства 30 катушки 20. Тем не менее, в предпочтительных вариантах осуществления, как показано на фиг.3 и 4, используют выдвижное инжекционное сопло 14.
В дополнение к эффективной герметизации входа 64 катушки 20, выдвижное инжекционное сопло 14 герметизирует отверстие в изогнутом трубном сегменте 63, блокируя поток вещества и/или текучей среды из входных питателей. После удаления твердого углеродистого материала из внутреннего пространства емкости средствами уровня техники, емкость чиста и готова для заполнения дополнительным остаточным побочным продуктом. В нужное время, выдвижное инжекционное сопло может при этом быть выдвинуто в открытое положение, как показано на фиг.3, заново открывая проход от входного патрубка 58, через вход 80, через выдвижное инжекционное сопло 14 и выход 81, обеспечивая последующий цикл перекачки остаточного побочного продукта в емкость. Таким способом, процесс заполнения, закалки и удаления твердых углеродистых материалов из емкости для коксования может выполняться периодически, с минимальным ущербом для емкости коксования и катушки блока системы замедленного коксования.
На фиг.5 показан вид в разрезе инжекционного сопла, который может представлять собой выдвижное инжекционное сопло 14. Изображенное выдвижное инжекционное сопло, используемое в примерных вариантах осуществления настоящего изобретения, содержит первый конец 86 выдвижного инжекционного сопла, внутренний колпачок 83, внутреннюю полость 88, прямой сегмент 84 внутренней полости, изогнутый сегмент 82 внутренней полости, второй конец 85 выдвижного инжекционного сопла, а также прямой участок 19 выдвижного инжекционного сопла. В предпочтительных вариантах осуществления, имеющее представленную конструкцию выдвижное инжекционное сопло 14 обеспечивает скользящий контакт всего выдвижного инжекционного сопла 14 с прямым участком входного патрубка 58, выравнивая вход 80 с входным патрубком 58 и подавая выход 81 выдвижного инжекционного сопла 14 во внутреннее пространство емкости, обеспечивая эффективное прохождение остаточного побочного продукта через входной патрубок 58 и выдвижное инжекционное сопло 14 из выхода 81 в емкость. Как отмечалось ранее, угол изогнутого сегмента внутренней полости 82 может быть изменен для регулировки характеристик потока остаточного побочного продукта в емкость в соответствии с потребностями. Кроме того, форма и размер выхода 81 могут быть изменены в соответствии с потребностями, для получения желательных моделей потока остаточного побочного продукта, подаваемого в емкость. Кроме того, длина и диаметр прямого участка 19 выдвижного инжекционного сопла 14 могут быть изменены в соответствии с потребностями для получения нужного потока остаточного побочного продукта через само инжекционное сопло 14, а также внутри катушки 30 и емкости.
В предпочтительных вариантах осуществления, первый конец 86 выдвижного инжекционного сопла может быть выполнен с возможностью соединения с приводным средством, что дает возможность выдвижному инжекционному соплу 14 попеременно перемещаться в открытое или втянутое положение для обеспечения последующих циклов коксования и коксоудаления емкости. Настоящим изобретением предусмотрены различные приводные средства. К примеру, электрические приводные средства, гидравлические приводные средства, пневматические приводные средства и ручные приводные средства - все они могут быть использованы в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Специалисту в данной области понятно, что имеются и другие приводные средства, которые могут быть использованы в сочетании с настоящим изобретением для обеспечения нужного управления открыванием и втягиванием самого инжекционного сопла 14.
Настоящим изобретением предусмотрено, что форма выдвижного инжекционного сопла 14 соответствует внутренней полости входного патрубка. Хотя на фиг.3, 4 и 5 изображено круглое сечение, предполагается, что форма поперечного сечения внутреннего пространства входного патрубка 58 и соответствующая форма самого выдвижного инжекционного сопла 14 может отличаться от круговой. Например, выдвижное инжекционное сопло может быть выполнено с эллиптическим поперечным сечением. Изменение формы поперечного сечения выдвижного инжекционного сопла 14 может быть предпочтительным для изменения характеристик потока и модели выброса остаточного побочного продукта. Различные консистенции потока и скорости могут дополнительно требовать, чтобы внутренняя полость 88 выдвижного сопла 14, а также внутренняя полость 88 входного патрубка 58 были выполнены с разными сечениями по всей длине прямого участка 19 выдвижного инжекционного сопла 14. Например, в некоторых вариантах осуществления предпочтительно использовать, как показано, примерно цилиндрическую и прямую внутреннюю полость 88, в то время как в других вариантах осуществления предпочтительно, чтобы внутренний диаметр внутренней полости 88 постепенно увеличивался или уменьшался по длине прямого участка 19 выдвижного инжекционного сопла 14 от первого конца 85 выдвижного инжекционного сопла 14 ко второму концу 86 выдвижного инжекционного сопла 14, эффективно уменьшая или увеличивая сопротивление, приложенное к остаточному побочному продукту при его прохождении через выдвижное инжекционное сопло 14.
Как отмечено ранее, размер и форма входа 80 и выхода 81 могут быть изменены, как и в случае с входом 80, с целью соответствия форме внутреннего пространства входного патрубка 58 на изогнутом трубном сегменте 63, что обеспечивает прохождение в виде текучей среды остаточного побочного продукта через входной патрубок 58 и инжекционное сопло 14, не встречая сопротивления заградительных конструктивных элементов.
Следует отметить, что в настоящем изобретении центральная подающая система и выдачная система могут быть использованы или соединены непосредственно с коксовым барабаном, что исключает использование участка катушки. В этом варианте осуществления, центральная подающая система и система будут функционировать, как описано выше, только остаточный побочный продукт будет выдаваться непосредственно в коксовый барабан.
Настоящее изобретение может быть осуществлено в других конкретных формах, в пределах его сущности или основных характеристик. Описанные варианты осуществления должны рассматриваться во всех отношениях только как иллюстративные, а не ограничительные. Объем изобретения, следовательно, определен прилагаемой формулой изобретения, а не вышеприведенным описанием. Все изменения, которые соответствуют сущности и диапазону эквивалентности формулы изобретения, должны быть приняты в пределах своего объема.