УЗЕЛ ПИТАЮЩЕЙ ФОРСУНКИ ДЛЯ РЕАКТОРА КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА
FEED NOZZLE ASSEMBLY FOR THE CATALYTIC CRACKING REACTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к узлу питающей форсунки для подачи газа и жидкости в сосуд реактора, в частности для подачи дисперсионного газа, такого как водяной пар, и жидкого сырья в реактор каталитического крекинга.
Уровень техники
В установках каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором и аналогичных процессах узлы питающей форсунки могут быть использованы для подачи в реактор фракций тяжелой нефти с дисперсионным газом, обычно в лифт-реактор, где углеводородное сырье контактирует с регенерированными твердыми частицами катализатора. Находящиеся в сырой нефти углеводородные молекулы с длинной цепочкой с помощью катализатора крекинга подвергаются крекингу с образованием меньших молекул и более ценных промышленных продуктов, таких как углеводородные фракции бензина и дизельного топлива. Селективность катализатора способствует протеканию желательных реакций крекинга с образованием наиболее желательных углеводородных продуктов.
Пример узла питающей форсунки описан в документе WO 2012/041782. Указанная питающая форсунка содержит внутреннюю трубку, ограничивающую паропровод, и внешнюю трубку, расположенную коаксиально вокруг внутренней трубки, ограничивая кольцеобразный канал для углеводородов. Обычно указанные узлы питающей форсунки используются в качестве основной точки инжекции жидкого углеводородного сырья в лифт-реактор.
В качестве альтернативы сырой нефти все возрастающее значение приобретают возобновляемые источники энергии, такие как биомасса. Процессы каталитического крекинга могут быть использованы для получения углеводородных топлив из биомассы. Хорошие результаты получаются, если биомасса подвергается крекингу вместе с подаваемой сырой нефтью или другим типом основного сырья - жидкими углеводородами. Однако для добавления второй или дополнительной питающей форсунки в узел бункера подъемника или в стояк лифт-реактора каталитического крекинга потребуются дорогие структурные модификации. Смешивание сырьевой биомассы с углеводородным сырьем выше по ходу потока от питающих форсунок является неосуществимой альтернативой, так как обычно биомасса содержит частицы материала, которые могут привести к закупориванию линий подачи сырья и клапанов, если биомасса подается в лифт-реактор, заранее смешанной с углеводородами. Более того, биомасса обычно может содержать компоненты, которые могут вызвать загрязнение трубопроводов углеводородного сырья. Кроме того, биомасса может разлагаться, если на нее воздействует горячее углеводородное сырье в течение длительного времени.
Поэтому целью настоящего изобретения является обеспечение возможности комбинированного крекинга различных видов углеводородного сырья, таких как сырая нефть и биомасса, без потребности в дорогостоящей модификации узла бункера подъемника, стояка или других частей реактора крекинга.
Раскрытие изобретения
С этой целью описан узел питающей форсунки для подачи газа и жидкости в сосуд реактора.
Узел питающей форсунки содержит:
- внешнюю трубку, проходящую от впуска жидкого сырья до выпуска форсунки;
- внутреннюю трубку с находящейся ниже по ходу потока секцией, имеющей выпуск газа. Находящаяся ниже по ходу потока секция внутренней трубки расположена внутри внешней трубки, определяя кольцеобразный канал. Выпуск форсунки внешней трубки находится ниже по ходу потока на одной прямой с выпуском газа внутренней трубки.
- третью трубку, один конец которой соединен со вторым впуском жидкого сырья, а противоположный конец имеет выпуск. Указанный выпуск расположен внутри кольцеобразного канала выше по ходу потока от выпуска газа.
Основное углеводородное сырье, обычно сырая нефть, может поступать в реактор по кольцеобразному каналу, где сырье соединяется с потоком второго углеводородного сырья, например биомассы, подаваемого по третьей трубке. Затем объединенное сырье может диспергироваться газообразным сырьем и распыляться в реактор. Биомасса вводится в углеводородное сырье на форсунке. Это обеспечивает малое время контакта между сырьевой биомассой и углеводородным сырьем.
Кроме того, третья трубка может быть использована для подачи любого другого типа жидкости, например кислой воды. Кислая вода представляет собой кислотную воду процессов переработки нефти, например технологическую воду процесса каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC), которая содержит сероводород наряду с другими радикалами. Введение кислой воды в стояк позволяет манипулировать энергетическим балансом установки в отсутствие охладителя катализатора и способствует увеличению скорости циркуляции катализатора за счет снижения перепада давления в лифт-реакторе.
Через третью трубку также можно подавать другие жидкости или газы. Необязательно, могут быть предусмотрены другие дополнительные трубки для подачи других типов сырья, если это желательно.
Необязательно, третья трубка также соединена с источником продувочного газа. В случае перерыва подачи сырьевой биомассы поток продувочного газа сохраняет в чистом состоянии трубку сырьевой биомассы и выпуск трубки и предотвращает закупоривание. Например, продувочный газ может быть таким же газом, который используется как дисперсионный газ, например водяной пар.
В конкретном варианте осуществления третья трубка может иметь находящуюся ниже по ходу потока секцию, расположенную параллельно, например, коаксиально внутренней трубке. Например, третья трубка может быть частью группы секций параллельных трубок в кольцеобразном канале, таких как трубы-глушители, предложенные в документе WO 2012/041782. Трубы-глушители уменьшают вибрацию внутренней трубки и могут поддерживаться на месте с помощью кольцеобразной пластины, перпендикулярной оси внутренней трубки и имеющей отверстия, согласующие третью трубку и трубы-глушители соответственно. Количество труб-глушителей, включающих третью трубку узла питающей форсунки, может составлять, например, от 3 до 15. Указанные трубки могут быть распределены равномерно по всему сечению кольцеобразного канала.
Для соединения третьей трубки с источником второго сырья в третьей трубке может быть предусмотрена секция, такая как колено трубы, проходящее через стенку внешней трубки.
Третья трубка может быть функционально соединена, например, с источником углеводородного сырья, таким как биомасса, предпочтительно текучая биомасса. Подходящая сырьевая биомасса может содержать материал текучей биомассы, произведенный, например, из лигноцеллюлозного материала, такого как сельскохозяйственные отходы, лесосечные отходы, древесные стружки, солома, мякина, зерно, травы, кукуруза, кукурузная шелуха, сорняки, водные растения, сено и любой биологический материал или материал биологического происхождения, содержащий целлюлозу, также включающий городские отходы. Подходящая сырьевая биомасса может быть, например, маслом пиролиза, произведенным из лигноцеллюлозного материала, описанного выше. Указанное масло пиролиза можно получить путем пиролиза лигноцеллюлозного материала, с необязательным полным или частичным гидродеоксигенированием полученного продукта пиролиза. Пример процесса пиролиза лигноцеллюлозного материала и необязательного полного или частичного гидродеоксигенирования полученного продукта пиролиза описан в документе EP-А-2325281.
Для использования узла питающей форсунки с реактором каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором внутренняя трубка может быть функционально соединена, например, с источником дисперсионного газа, в то время как внешняя трубка функционально соединена с источником жидкой углеводородной фракции. Дисперсионный газ может представлять собой или содержать, например, водяной пар, и/или азот, и/или любой другой подходящий дисперсионный газ. Жидкая углеводородная фракция может представлять собой, например, сырую нефть.
Соответственно узел питающей форсунки является особенно применимым для реактора каталитического крекинга, в частности реактора FCC. Указанный реактор может содержать один или несколько таких узлов питающей форсунки, например, в виде узлов питающей форсунки бокового ввода. Обычно такие реакторы содержат стояк, в котором распыленные капли фракции сырой нефти контактируют с твердыми частицами регенерированного катализатора крекинга нефти. Нижний конец стояка может быть соединен с бункером подъемника катализатора или коленом J-образной конфигурации, где может быть расположен один или несколько узлов питающей форсунки.
Узел питающей форсунки может быть использован в процессе каталитического крекинга, где основная фракция жидких углеводородов, такая как сырая нефть или тяжелая нефть, диспергируется в дисперсионный газ, в частности водяной пар, и впрыскивается через один или несколько узлов питающей форсунки в реактор каталитического крекинга. Одну или несколько дополнительных углеводородных фракций, такую как биомасса, и/или кислая вода, можно подавать в тот же узел питающей форсунки, чтобы диспергировать вместе с основной углеводородной фракцией.
Теперь изобретение будет описано более подробно с помощью примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, приведенные ниже.
Краткое описание чертежей
На фигуре 1 приведен продольный разрез узла питающей форсунки изобретения.
На фигуре 2 схематически показан реактор каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором, содержащий питающую форсунку фигуры 1.
На фигуре 1 показан узел 1 питающей форсунки для подачи водяного пара, сырой нефти и биомассы в реактор каталитического крекинга. Узел 1 питающей форсунки содержит цилиндрическую внутреннюю трубку 2 и цилиндрическую внешнюю трубку 3. Внутренняя трубка 2 определяет газовый канал и проходит от впуска 4 дисперсионного газа до выпуска дисперсионного газа с одним или несколькими отверстиями 5. Внешняя трубка 3 проходит от впуска 6 жидкости до выпуска 7 форсунки, расположенного на одной линии с одним или несколькими отверстиями 5 газа внутренней трубки 2. Одно или несколько отверстий 5 газа расположены выше по ходу потока от выпуска 7 форсунки.
Наружный конец внешней трубки 3 заканчивается полусферической торцевой стенкой 8, содержащей выпуск 7 форсунки. Аналогично наружный конец внутренней трубки 2 заканчивается полусферической торцевой стенкой 9, содержащей отверстие 5 дисперсионного газа. Эти две полусферические торцевые стенки 8, 9 определяют камеру 11.
Внутренняя трубка 2 расположена коаксиально внутри внешней трубки 3, определяя кольцеобразный канал 13 для жидкости. Группа смонтированных с равными промежутками параллельных трубок 14 расположена внутри кольцеобразного канала 13. Трубки 14 смонтированы в кольцеобразной пластине 16, проходящей перпендикулярно продольной оси внутренней и внешней трубок 2, 3. Кольцеобразная пластина 16 содержит центральное отверстие 17, удерживающее внутреннюю трубку 2 и расположенную по кругу группу отверстий 18, удерживающих трубки 14.
Внутренняя трубка 2 имеет расположенный выше по ходу потока конец, соединенный через колено 19 трубы с проходящим радиально впуском 4 дисперсионного газа. Колено 19 трубы проходит через стенку 21 внешней трубки 3. Указанный радиально-боковой ввод дисперсионного газа по вводу 4 в узел 1 питающей форсунки обеспечивает улучшенный доступ к внутренней части узла 1 питающей форсунки. В альтернативном варианте осуществления впуск 6 жидкости может быть расположен радиально, в то время как впуск 4 дисперсионного газа расположен коаксиально, на одной линии с форсункой.
Трубки 14 включают трубы-глушители 22, обеспечивающие проход потока жидкой углеводородной фракции через кольцеобразный канал 13, и по меньшей мере одну трубку 23 для биомассы, которая соединена через колено 24 трубы с проходящим радиально впуском 26 для биомассы. Колено 24 трубы проходит через стенку 21 внешней трубки 3. Трубка 23 для биомассы имеет выпуск 27 внутри кольцеобразного канала 13 выше по ходу потока от выпусков 5, 7.
Выпуск 7 форсунки может содержать одно или несколько отверстий или каналов любого подходящего очертания, например продолговатую щель. Выпуск 5 водяного пара может быть способен одним или несколькими рядами каналов или отверстий, более конкретно 1-8 рядами или 1-6 рядами.
Внутренняя трубка 2 содержит продувочные отверстия 28. Указанные продувочные отверстия 28 обеспечивают протекание части дисперсионного газа через кольцеобразный канал 13, в случае прекращения подачи углеводородной жидкости, например, в чрезвычайной ситуации. С целью максимального использования добавленного дисперсионного газа продувочные отверстия 28 могут быть расположены в расположенной выше по ходу потока половине внутренней трубки 2, находящейся внутри внешней трубки 3.
На фигуре 2 дано схематическое представление реактора 30 каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором, содержащего узел 1 питающей форсунки с фигуры 1. Реактор 30 содержит лифт-реактор 31. В лифт-реакторе 31 распыленное жидкое сырье контактирует с твердыми частицами катализатора, который катализирует желательные реакции крекинга. Отработанный катализатор по трубопроводу 32 поступает в регенератор 33, где катализатор регенерируется. Регенерированный катализатор по трубопроводу 34 возвращается в лифт-реактор 31 для повторного использования. Узлы 1 питающей форсунки типа, показанного на фигуре 1, смонтированы в виде питающих форсунок бокового ввода на стенке лифт-реактора 31. Узлы 1 питающей форсунки направлены вверх под острым углом относительно стенок лифт-реактора. С целью обеспечения равномерного распределения углеводородов по всему стояку по окружности стояка может быть размещено множество питающих форсунок бокового ввода на одном и том же или различных уровнях. Дополнительным преимуществом размещения форсунок по окружности стояка является то, что это способствует устранению миграции катализатора к стенкам стояка.
В ходе нормальной эксплуатации узла 1 питающей форсунки дисперсионный газ, обычно водяной пар, подается из впуска 4 дисперсионного газа через внутреннюю трубку 2, в то время как углеводородное сырье, обычно сырая нефть, поступает по впуску 6 в кольцеобразный канал 13 для жидкости. Подача второй углеводородной жидкости, такой как биомасса, осуществляется по третьей трубке 23. Водяной пар, выходящий из отверстия 5 для пара, диспергирует сырую нефть вместе с биомассой. Объединенное углеводородное сырье распыляется из выпуска 7 форсунки внутрь реактора каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором.
В стояке 31 реактора каталитического крекинга с псевдоожиженным катализатором углеводородное сырье испаряется и крекируется с образованием более мелких молекул под действием горячего регенерированного катализатора. Указанный катализатор может иметь температуру, например, по меньшей мере 600°C. Пары крекированных продуктов отделяются от отработанного катализатора с помощью циклонов. Обычно углеводородное сырье нагревают, предпочтительно до температуры от 150 до 300°C, до подачи в питающую форсунку и в лифт-реактор.