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ERFINDUNGSGEBIET
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Speisedüsenanordnung zum Einführen eines
Gemisches aus einem Gas und einem flüssigen Kohlenwasserstoff in
ein Gefäß in Form
eines im wesentlichen flächenförmigen Spray.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine
einzige Kontaktzone des Kohlenwasserstoffeinsatzes mit dem Katalysator
ist in einem fluid-katalytischen Crack (FCC)-Verfahren wesentlich, um die Reaktionszeit
in dem Riser zu kontrollieren. Überdies
ist eine rasche Mischung des flüssigen Kohlenwasserstoffeinsatzes
und des heißen
regenerierten Katalysators erwünscht,
um den Einsatz zu verdampfen. Die Speisedüsenanordnung der US-A-5306418
war imstande, diese Ziele zu erreichen, indem die Düsenanordnung
vom Umfang des Riserreaktors eingesetzt wurde, was in der Industrie als
Seiteneintritt bezeichnet wird, und einen einzigen flächenförmigen Spray
durch eine einzige Schlitzöffnung
am Auslaßende
der Düsenanordnung
abgab.
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Die
US-A-5673859 beschreibt mehrere Speisedüsenanordnungen für ähnliche
Seiteneintrittsanwendungen, wobei eine Anordnung zwei konvergierende
Schlitze hat, eine andere zwei parallele Schlitze und eine weitere
zwei divergierende Schlitze zur Abgabe eines Gemisches aus Gas und
flüssigem Kohlenwasserstoff.
In der US-A-5673859 wurde beschrieben, daß diese Düsenanordnungen mit zwei Abgabeschlitzen
den Vorteil haben, einen besseren Kontakt mit dem Katalysator im
Vergleich zu jenem mit einer einzigen Schlitzöffnung herzustellen, wie gemäß der US-A-5306418.
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Die
US-A-5794857 und die US-A-6012652 beschreiben ferner verschiedene
Variationen von Düsenanordnungen
mit mehreren Schlitzöffnungen
an den Auslaßenden
der Düse
für eine
Seiteneintrittsanwendung.
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Die
US-A-6387247 beschreibt eine Speisedüsenanordnung zum Einsetzen
der Düse
von der Unterseite eines FCC-Riserreaktors, was in der Industrie
als Bodeneintritt bezeichnet wird. Der Spray, der von einer solchen
Speisedüse
abgegeben wird, hat die Form eines hohlen Konus. Diese Düse kann aber
nicht eine einzige Kontaktzone des Kohlenwasserstoffeinsatzes mit
dem Katalysator erzeugen, wenn sie auf eine Seiteneintritts-Düsenkonfiguration angewendet
wird, weil die Abgabe in Form eines hohlen Konusspray erfolgt.
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Obzwar
es üblicherweise
verstanden wird, daß die
Einsatzdüsenanordnung
für Seiteneintrittsanwendung
mit mehreren Auslaßschlitzen,
wie in der US-A-5673859, den Vorteil eines besseren Kontaktes des
Einsatzes im Vergleich zu dem mit einem einzigen Auslaßschlitz
hat, wie in der US-A-5306418, besteht ein wesentlicher Nachteil
der ersteren Ausbildung darin, daß durch die Spalten zwischen
den mehreren Schlitzöffnungen
Erosion stattfinden könnte,
als Ergebnis der Tatsache, daß sich
die FCC-Katalysatorteilchen mit hohen Geschwindigkeiten durch diese
Spalten bewegen, möglicherweise
infolge eines Vakuumeffektes zwischen benachbarten flächenförmigen Sprays.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Speisedüsenanordnung
zu schaffen, welche die vorteilhaften Betriebseigenschaften eine
einzigen Kontaktzone mit einem flächenförmigen Spray aufweist. Ein
anderes Ziel besteht darin, eine Einsatzdüsenanordnung zu schaffen, welche
einen guten Einsatzkontakt bietet, wie die Düse, die beispielsweise in der
US-A-5794857 offenbart ist, welche mehrere Schlitze aufweist, die
aber weniger anfällig
für Erosion
ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Ziele werden mit der folgenden Speisedüsenanordnung erreicht. Eine
Speisedüsenanordnung
zum Einführen
eines Gemisches aus Gas und Tröpfchen
flüssigen
Kohlenwasserstoffes in Form eines im wesentlichen flächigen Spray
in ein Gefäß, welche
Speisedüsenanordnung
einen Düsenkörper aufweist,
der an seinem stromaufwärtigen
Teil mit Mitteln zum Zuführen
des Gases und Mitteln zum Zuführen
des flüssigen
Kohlenwasserstoffes zu dem Düsenkörper ausgestattet
ist, und an dem stromabwärtigen
Ende mit einem geschlossenen Auslaßende, wobei das Auslaßende mit
einer langgestreckten Öffnung
versehen ist, wobei in der Öffnung
ein Einsatz derart positioniert ist, daß eine kontinuierliche Schlaufenöffnung für die Abgabe
des Gemisches aus Gas und Flüssigkeitströpfchen resultiert.
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Die
Anmelderin hat gefunden, daß bei
Anwendung der Speisedüse
gemäß der Erfindung
ein gleichmäßiger flächenförmiger Spray
erzeugt wird, der eine einzige Kontaktschicht bildet, wobei die Speisedüse weniger
anfällig
für Erosion
ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf einen Reaktorriser, der mit den
vorstehenden Speisedüsen als
Seiteneintrittsspeisedüsen
ausgestattet ist, und die Anwendung der Reaktor-Speisedüsenanordnung in
einem Verfahren, in welchem Katalysator und flüssiger Kohlenwasserstoff kontaktiert
werden.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf einen Reaktorriser, der mit den
vorstehend beschriebenen Speisedüsen
als Bodeneintrittsspeisedüsen
ausgestattet ist, und die Anwendung der Re aktorspeisedüsenanordnung
in einem Verfahren, in welchem Katalysator und flüssiger Kohlenwasserstoff
kontaktiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht der Erfindung nach der Längsachse.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
der Düse nach 1.
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3 ist
eine Querschnittsansicht nach der Bezugslinie 3-3 in 1.
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4A ist
eine Draufsicht der ersten Düsenspitze.
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4B ist
eine Querschnittansicht der ersten Düsenspitze nach der Linie 4C-4C
in 4A.
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5A ist
eine Querschnittsansicht der zweiten Düsenspitze nach der Linie 5A-5A
in 5B.
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5B ist
eine Draufsicht der zweiten Düsenspitze.
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5C ist
eine Querschnittansicht der zweiten Düsenspitze nach der Bezugslinie
5C-5C in 5B.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
in einer weggeschnittenen Seitenansicht der Düse gemäß der Erfindung in einem Seiteneintritts-Riserreaktor.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Obzwar
die Speisedüsenanordnung
für die Seiteneintrittsanwendung
mit mehreren Auslaßschlitzen,
wie in der US-A-5673859, den Vorteil hat, daß sie einen besseren Einsatzkontakt
im Vergleich zu jenen mit einem einzigen Auslaßschlitz bietet, wie nach der
US-A-5306418, besteht doch ein Hauptnachteil des ersteren darin,
daß unter
bestimmten Umständen
Erosion der Düsenauslaßenden auftreten
kann. Die Anmelderin glaubt, daß der
Nachteil der Speisedüsen
nach dem Stand der Technik mit mehreren Schlitzen, wie sie in der
US-A-5794857 und in der US-A-5673859 offenbart sind, darin besteht,
daß in den
Spalten zwischen den mehreren Schlitzöffnungen Erosion stattfinden
kann, als Ergebnis der Tatsache, daß sich die FCC-Katalysatorteilchen
durch diese Spalte mit hohen Geschwindigkeiten bewegen, möglicherweise
infolge eines Vakuumeffektes zwischen benachbarten flächenförmigen Sprays.
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Die
Anmelderin glaubt, daß der
Katalysator infolge eines Unterdruckeffektes in diese Spalte gesaugt
wird, um eine Konvergenz der benachbarten flächenförmigen Sprays zu verursachen.
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Die
Anmelderin glaubt ferner, daß die
vorliegende Erfindung das Ziel erreichen kann, die Vorteile des
Speisedüsensystems
für die
Seiteneintrittsanwendung mit mehreren Auslaßschlitzen zur Erzielung eines
besseren Einsatzkontaktes beizubehalten, während die Nachteile eines möglichen
Erosionsproblems vermieden werden, indem das neue Design gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet wird.
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Die
vorliegende Erfindung soll eine Speisedüsenanordnung mit einer Schlaufenöffnung am Auslaßende bieten,
die eine kontinuierliche Öffnung ist.
Statt zwei separaten langgestreckten Schlitzöffnungen und einem Spalt dazwischen,
der für
den Kata lysatorangriff offen ist, wie in der US-A-5673859, hat die
vorliegende Erfindung eine Auslaßöffnung, welche die Enden der
beiden langgestreckten Schlitze mit den beiden Halbschlaufenschlitzen
verbindet, um einen kontinuierlichen Schlaufenschlitz zu bilden und
somit den Spalt zwischen den beiden langgestreckten Schlitzen zu
schließen,
der dem Katalysatorangriff ausgesetzt ist.
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Um
einen solchen kontinuierlichen Schlaufenschlitz zu erzeugen, wird
ein Einsatz in die langgestreckte Öffnung positioniert. Der Einsatz
ist vorzugsweise an einer stromabwärtigen Position in dem Düsenkörper fixiert.
Obzwar die verschiedenen Figuren den Düsenauslaß mit einem einzigen Schlaufenschlitz
zeigen, umfaßt
die vorliegende Erfindung eine Anzahl von Variationen, wie die Positionierung mehrerer
Einsätze
in einer langgestreckten Öffnung, um
eine Mehrfach-Schlaufenöffnung
zu formen.
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Die
langgestreckte Öffnung
ist vorzugsweise derart langgestreckt, daß im wesentlichen parallele flächenförmige Sprays
aus den beiden langgestreckten Abschnitten der Schlaufenöffnung emittiert
werden. Noch bevorzugter ist die langgestreckte Öffnung durch die maximale Länge l und
die maximale Weite h definiert, wobei die Länge l entlang der gegebenenfalls
gekrümmten
Oberfläche
des geschlossenen Endes des Speisedüsenkörpers gemessen wird. Das Verhältnis von
l/h ist vorzugsweise größer als
1,5, noch bevorzugter größer als
2 und noch weiter bevorzugt größer als
3. Das Verhältnis
von l/h ist vorzugsweise kleiner als 20, noch bevorzugter kleiner
als 10.
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Eine
noch erosionsfestere Öffnung
wird erhalten, wenn die Weite der langgestreckten Öffnung h
eine bevorzugte untere Grenze von 10 mm, bevorzugter 15 mm, noch
bevorzugter 20 mm und am bevorzugtesten 30 mm aufweist. Die Weite
der langgestreckten Öffnung
h weist eine bevorzugte obere Grenze von vorzugsweise 200 mm, bevorzugter
150 mm, noch bevorzugter 120 mm und am bevorzugtesten 80 mm auf.
Auch wird bevorzugt, um eine noch erosionsfestere Speisedüse zu erhalten,
eine Wandstärke
des stromabwärtigen
Endes des Düsenkörpers an
der Position des langgestreckten Schlitzes zu verwenden, die zwischen
5 und 100 mm, bevorzugter zwischen 5 und 40 mm liegt.
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Vorzugsweise
ist das Auslaßende
des Düsenkörpers domförmig, weil
damit ein besser verteilter flächenförmiger Spray,
der von der Schlaufenöffnung
emittiert wird, erreicht wird.
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Die
Speisedüse
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird vorzugsweise mit Mitteln zum Bilden eines Gemisches
aus Gas und flüssigen
Kohlenwasserstofftröpfchen
ausgestattet, die auch als Zerstäubungsmittel
bekannt sind. Solche Zerstäubungsmittel können beispielsweise
so ausgebildet sein, wie dies in der EP-A-717095 beschrieben ist.
Vorzugsweise ist die nachfolgend beschriebene Speisedüse so ausgebildet,
daß die
Zerstäubungsmittel
durch eine spezielle Ausbildung der Schlaufenöffnung und die Mittel für die Zufuhr
von Gas und flüssigem
Kohlenwasserstoff gebildet werden. Eine derartige bevorzugte Speisedüse hat einen
Düsenkörper, der
besteht aus:
- (a) einem im wesentlichen zylindrischen
inneren Rohr, das eine Gasleitung bildet, die an ihrem stromaufwärtigen Ende
mit Mitteln für
die Zufuhr von Gas in Fluidverbindung steht und ein domförmiges stromabwärtiges Ende
hat, welches domförmige
Auslaßende
mit einer oder mehreren Gasauslaßöffnungen versehen ist,
- (b) einer ringförmigen
Leitung für
flüssigen
Kohlenwasserstoff, die durch die Außenfläche des Innenrohres und die
Innenfläche
des Düsenkörpers definiert
ist, wobei die Lei tung für
flüssigen
Kohlenwasserstoff an ihrem stromaufwärtigen Ende mit Mitteln für die Zufuhr
von flüssigem
Kohlenwasserstoff in Fluidverbindung steht;
- (c) wobei die Gasauslaßöffnungen
der Gasleitung im wesentlichen mit der Schlaufenöffnung in dem domförmigen Ende
des Düsenkörpers ausgerichtet
sind; und wobei
- (d) der Einsatz in der langgestreckten Öffnung des Düsenkörpers positioniert
und an dem stromabwärtigen
domförmigen
Ende für
das Gas befestigt ist.
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Die
Speisedüse
kann Abmessungen und eine Ausbildung für den Düsenkörper und das innere Rohr haben,
wie dies im Detail in der US-A-5794857 beschrieben ist.
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Vorzugsweise
ist das stromabwärtige
Ende des inneren Rohres domförmig.
Dieses stromabwärtige
Ende ist mit einer oder mehren Gasauslaßöffnungen versehen. Die Gasauslaßöffnung ist
vorzugsweise durch ein einziges Loch oder durch mehrere Reihen von
Löchern
gebildet. Durch diese Löcher strömt Gas,
vorzugsweise Dampf, in den schweren Erdöl-Kohlenwasserstoff, der sich
durch die Leitung für
schweren Erdöl-Kohlenwasserstoff
erstreckt. Dieser ergibt ein Gemisch aus Dampf und schwerem Erdöl-Kohlenwasserstoff
mit einer Geschwindigkeit in Richtung des Gases, das aus den Löchern austritt. Da
die Öffnungen
in der Gasleitung im wesentlichen mit der Schlaufenöffnung in
dem Düsenkörper ausgerichtet
sind, wird das Gemisch aus Kohlenwasserstoff und Gas zur Schlaufenöffnung gerichtet.
Infolge des Druckes sowohl der Kohlenwasserstoffe als auch des Gases
resultiert eine feine Zerstäubung
des Kohlenwasserstoffes.
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Typischerweise
bestehen die Öffnungen
an dem geschlossenen Ende des inneren Gasrohres aus zumindest einer
Reihe von kleinen Löchern,
wobei etwa 7 bis etwa 50 Löcher
in der Größenordnung von
etwa 1,59 mm (ein Sechzehntel Zoll) bis etwa 9,53 mm (drei Achtel
Zoll) Durchmesser vorgesehen sind, welche mit der entsprechenden
Schlaufenöffnung
im Düsenkörper ausgerichtet
sind. Der Winkel, der von der im wesentlichen kugelförmigen oder
elliptischen Mitte des typischerweise im wesentlichen halbkugelförmigen oder
halbelliptischen Auslaßendes
des inneren Rohres über
die Länge
von Reihen von Öffnungen
aufgespannt wird, beträgt
vorzugsweise zwischen 45° und
120°.
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In
dem Verfahren zum katalytischen Cracken von schwerem Erdöl-Kohlenwasserstoff
wird schwerer Erdöl-Kohlenwasserstoff
vorerhitzt, mit Dampf gemischt und einem katalytischen Crack-Reaktorriser zugeführt. Der
schwere Erdöl-Kohlenwasserstoff wird
dann mit einem Crack-Katalysator kontaktiert, um leichte Kohlenwasserstoffe
und verbrauchten Katalysator zu bilden, der mit einer dünnen Koksschicht versehen
ist. Die leichten Kohlenwasserstoffe werden aus dem Reaktor entfernt.
Der verbrauchte Katalysator, der mit einer dünnen Koksschicht beschichtet ist,
wird in ein Regeneratorgefäß geleitet.
Zumindest ein Teil des Kokses wird von dem verbrauchten Katalysator
weggebrannt. Dies resultiert in einem heißen regenerierten Katalysator.
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Dampf
wird durch die im wesentliche zylindrische innere Dampfleitung in
den schweren Erdöl-Kohlenwasserstoff
geleitet. Dies resultiert in der Bildung eines feinen zweiphasigen
Gemisches durch die Dampfblasen, die durch das Kohlenwasserstoffgemisch
strömen.
Das feine zweiphasige Gemisch aus Dampf und schweren Erdöl-Kohlenwasserstoffen
durchsetzt den Speisedüsenauslaß in den
katalytischen Crackreaktor, was eine Zerstäubung ergibt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer Ausführungsform
der Erfindung. Die Speisedüsenanordnung 100 umfaßt eine
innere Dampfleitung 105 und eine äußere ringförmige Öl-(oder Flüssigkeits-)Leitung 115.
Die innere Dampf-(oder Gas-)Leitung 105 hat ein Auslaßende 120 und
ein Auslaßende 130.
Die äußere ringförmige Ölleitung 115 hat
ein Einlaßende 125 und
ein Auslaßende 135.
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Zuerst
wird die erste Düsenspitze 140 mit
ihrem Einlaßende
an dem Auslaßende 130 der
inneren Dampfleitung 105 befestigt. Das Auslaßende der
ersten Düsenspitze 140 gegenüber ihrem
Einlaßende
ist ein im wesentlichen halbkugelförmiges oder halbelliptisches
Auslaßende.
Das Auslaßende
der ersten Düsenspitze 140 hat
bei einem Ausführungsbeispiel für den Durchgang
von Dampf eine Schlaufenreihe einer Vielzahl von Durchgängen 145.
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Die
zweite Düsenspitze 150 wird
mit ihrem Einlaßende
an das Auslaßende 135 der äußeren ringförmigen Ölleitung 115 angeschlossen.
Das Ende der zweiten Düsenspitze 150 gegenüber ihrem
Einlaßende
ist vorzugsweise ein im wesentlichen halbkugelförmiges oder halbelliptisches
Auslaßende.
Das Auslaßende
der zweiten Düsenspitze 150 ist
mit einer langgestreckten Öffnung 154 versehen.
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines Ausführungsbeispieles,
wobei die erste und die zweite Düsenspitze
dargestellt sind. Die Bezifferung dieser Elemente ist die gleiche
wie in 1. In dieser Figur ist ein Einsatz 155 gezeigt,
der in der Öffnung 154 angeordnet
ist. Der Einsatz 155 ist an der inneren Leitung 105 mittels
eines Brückenteiles 156 fixiert.
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3 ist
eine Querschnittsansicht nach der Bezugslinie 3-3 in 1 eines
Ausführungsbeispieles
der Speisedüsenanordnung.
Die innere Dampfleitung 105 ist innerhalb der äußeren ringförmigen Ölleitung 115 durch
Abstandhalterzapfen 310 zentriert.
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4A ist
eine Draufsicht der ersten Düsenspitze.
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4B ist
eine Querschnittsansicht der ersten Düsenspitze nach der Bezugslinie
4C-4C in 4B. Die erste Düsenspitze 140 ist
entlang einer Schlaufenreihe von Durchgängen 145 dargestellt.
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5A ist
eine Querschnittsansicht der zweiten Düsenspitze nach der Linie 5A-5A
in 5B.
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5B ist
eine Draufsicht der zweiten Düsenspitze.
In 5B sind die langgestreckte Öffnung 154 und der
Einsatz 155 von oben gezeigt. Es ist klar dargestellt,
daß die
resultierende Öffnung
für den Durchgang
von Gas und Flüssigkeit
eine kontinuierliche Schlaufenöffnung
ist, die nicht durch irgendwelche Brücken von dem Einsatz zu der
zweiten Düsenspitze 150 unterbrochen
ist. Die 5A und 5B zeigen,
wie die Länge
l und die Weite h der langgestreckten Öffnung 154 entlang
der gegebenenfalls gekrümmten
Oberfläche
des geschlossenen Endes des Speisedüsenkörpers gemessen wird. Obzwar 5B zeigt,
daß der
Düsenauslaß ein einziger Schlaufenschlitz
ist, deckt die vorliegende Erfindung auch eine Anzahl von Variationen
ab, wie das Positionieren von mehreren Einsätzen in einer langgestreckten Öffnung zur
Bildung mehrerer Schlaufenöffnungen.
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5C ist
eine Querschnittsansicht der zweiten Düsenspitze nach der Bezugslinie
5C-5C in 5B. In 5C ist
der Verbindungsbrückenteil 156 nicht
gezeigt.
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6 zeigt
in einem Ausführungsbeispiel eine
weggeschnittene Seitenansicht der Düse gemäß der Erfindung in einem Seiteneintritts-Riserreaktor.
Der Winkel der Auslaßöffnungen
in den Dampf- (nicht gezeigt) und Kohlenwasserstoff-Einsatzdüsen liegt
unterhalb der Längsachse
der Dampf- und Kohlenwasserstoffleitungen. Ein Vorteil dieser Düsenausbildung
ist, daß eine
optimale Mischung des Einsatzes und Katalysators durch unabhängiges Einstellen
dieses Winkels erreicht werden kann. Der Unterschied zwischen dem
Einspritzwinkel und der Achse der Leitungen kann zwischen +45° und –45° und vorzugsweise
von +30° bis –30° betragen.
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Eine
Anwendungsform dieser Erfindung ist, daß der Düsenkörper typischerweise horizontal
oder diagonal in einen Riserreaktor orientiert ist, in welchem der
Düsenkörper typischerweise
durch die Wände
des Reiserreaktor mit einer Orientierung zwischen vertikal und horizontal
vorragt.
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Bei
einer anderen Anwendung der Erfindung ragt der Düsenkörper durch die Bodenwände des
Riserreaktor vor und ist typischerweise vertikal in den Riserreaktor
hinein orientiert, wobei der Düsenkörper typischerweise
eine gegen die Achse versetzte Einspritzung erzeugt, wie 6 zeigt.
Bei einem solchem Ausführungsbeispiel
sind vorzugsweise mehr als eine, bevorzugter zwischen 2 und 12 Einsatzdüsen gemäß der Erfindung
angeordnet. Vorzugsweise sind die Düsen so angeordnet, daß die entsprechenden
flächenförmigen Sprays,
die von den Düsen
ausgestoßen
werden, gegeneinander konvergieren, um eine homogene Verteilung
der Kohlenwasserstofftröpfchen
in dem Reaktorriser zu erreichen.