ES2293360T3 - Conjunto de boquilla de alimentacion. - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de boquilla de alimentación para introducir una mezcla de gas y gotitas de hidrocarbono líquido en un recipiente en forma de una pulverización sustancialmente en forma de hoja, conjunto de boquilla de alimentación que incluye un cuerpo de boquilla provisto en su parte situada hacia arriba de medios para suministrar el gas y medios para suministrar el hidrocarbono líquido a dicho cuerpo de boquilla y en el extremo situado hacia debajo de un extremo cerrado de salida, extremo de salida que está provisto de un agujero alargado en el que se coloca un inserto de tal manera que se obtenga un agujero en bucle continuo para la descarga de la mezcla de gas y gotitas de líquido.
Description
Conjunto de boquilla de alimentación.
La invención se refiere a un conjunto de
boquilla de alimentación para introducir una mezcla de un gas y un
hidrocarbono líquido en un recipiente en forma de una pulverización
sustancialmente en forma de hoja.
Una sola zona de contacto de la materia prima de
hidrocarbono con el catalizador es importante en un proceso de
craqueo catalítico de fluidos (FCC) con el fin de controlar el
tiempo de reacción en la columna ascendente. Además, una mezcla
rápida de la alimentación de hidrocarbono líquido y los
catalizadores regenerados calientes es deseable para vaporizar la
alimentación. El conjunto de boquilla de alimentación de
US-A-5306418 era capaz de lograr
estos objetivos al tener el conjunto de boquilla insertado desde la
periferia del reactor de columna ascendente, conocido como entrada
lateral en la industria, y descargar una sola pulverización en forma
de hoja a través de un solo agujero hendido en el extremo de salida
del conjunto de boquilla.
US-A-5673859
describía varios conjuntos de boquilla de alimentación para
aplicaciones de entrada lateral similares, teniendo un conjunto dos
hendiduras convergentes, teniendo otro dos hendiduras paralelas y
teniendo otro dos hendiduras divergentes para descarga de una
mezcla de gas y líquidos de hidrocarbono. En
US-A-5673859 se afirmaba que estos
conjuntos de boquilla con dos hendiduras de descarga tenían la
ventaja de proporcionar mejor contacto con catalizador en
comparación con las de un solo agujero hendido, tal como
US-A-5306418.
US-A-5794857 y
US-A-6012652 describían además
diferentes variaciones de conjuntos de boquilla con múltiples
agujeros hendidos en los extremos de salida de la boquilla para la
aplicación de entrada lateral.
US-A-6387247
describe un conjunto de boquilla de alimentación para insertar la
boquilla por la parte inferior de un reactor FCC de columna
ascendente, conocido como entrada inferior en la industria. La
pulverización descargada de tal boquilla de alimentación tiene la
forma de un cono hueco. Esta boquilla no puede lograr una sola zona
de contacto de la materia prima de hidrocarbono con el catalizador
si se aplica a una configuración de boquilla de entrada lateral
porque la descarga es una pulverización de cono hueco.
Aunque se entiende comúnmente que el conjunto de
boquilla de alimentación para aplicación de entrada lateral con
múltiples hendiduras de salida, tal como
US-A-5673859, tiene la ventaja de
proporcionar mejor contacto de alimentación en comparación con el
de una sola hendidura de salida, tal como
US-A-5306418, una desventaja
principal del primero es que se podría producir erosión a través de
los intervalos entre los múltiples agujeros hendidos como resultado
de que las partículas catalizadoras FCC han pasado a través de estos
intervalos a altas velocidades, posiblemente debido a un efecto de
vacío entre pulverizaciones en forma de hoja adyacentes.
Un objeto de la presente invención es crear un
conjunto de boquilla de alimentación, que tiene las propiedades
operativas ventajosas de una sola zona de contacto con una
pulverización en forma de hoja. Otro objetivo es tener un conjunto
de boquilla de alimentación que proporcione buen contacto de
alimentación, tal como la boquilla descrita por ejemplo en
US-A-5794857 con múltiples
hendiduras, pero es menos propenso a la erosión.
Estos objetos se logran con el conjunto de
boquilla de alimentación siguiente. Un conjunto de boquilla de
alimentación para introducir una mezcla de gas y gotitas de
hidrocarbono líquido en un recipiente en forma de una pulverización
sustancialmente en forma de hoja, conjunto de boquilla de
alimentación que incluye un cuerpo de boquilla provisto en su parte
situada hacia arriba de medios para suministrar el gas y medios para
suministrar el hidrocarbono líquido a dicho cuerpo de boquilla y,
en el extremo situado hacia abajo, de un extremo de salida, el cual
extremo de salida está provisto de un agujero alargado donde en el
agujero se coloca un inserto alargado de tal manera que se obtenga
un agujero en bucle continuo para descarga de la mezcla de gas y
gotitas de líquido.
Los solicitantes han hallado que cuando se usa
la boquilla de alimentación según la invención, se genera una
pulverización uniforme sustancialmente en forma de hoja, que
proporciona un de capa única y que la boquilla de alimentación es
menos propensa a la erosión.
La invención también se refiere a una columna
ascendente de reactor provista de las boquillas de alimentación
anteriores como boquillas de alimentación de entrada lateral y al
uso del conjunto de boquilla de alimentación de reactor en un
proceso donde se ponen en contacto catalizadores y un hidrocarbono
líquido.
La invención también se refiere a una columna
ascendente de reactor provista de las boquillas de alimentación
superior como boquillas de alimentación de entrada inferior y al uso
del conjunto de boquilla de alimentación de reactor en un proceso
donde se ponen en contacto catalizadores y un hidrocarbono
líquido.
La figura 1 es una vista en sección transversal
de la invención tomada a lo largo del eje longitudinal.
La figura 2 es una vista ampliada de la boquilla
de la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea de referencia 3-3 de
la figura 1.
La figura 4A es una vista en planta de la
primera punta de boquilla.
La figura 4B es una vista en sección transversal
de la primera punta de boquilla tomada a lo largo de la línea de
referencia 4C-4C en la figura 4A.
La figura 5A es una vista en sección transversal
de la segunda punta de boquilla (alimentación) tomada a lo largo de
la línea de referencia 5A-5A en la figura 5B.
La figura 5B es una vista en planta de la
segunda punta de boquilla.
La figura 5C es una vista en sección transversal
de la segunda punta de boquilla tomada a lo largo de la línea de
referencia 5C-5C en la figura 5B.
La figura 6 ilustra en una realización una vista
lateral cortada de la boquilla de esta invención en una
configuración de reactor de columna ascendente de entrada
lateral.
Aunque el conjunto de boquilla de alimentación
para aplicación de entrada lateral con múltiples hendiduras de
salida, tal como US-A-5673859, tiene
la ventaja de proporcionar mejor contacto de alimentación en
comparación con los de una sola hendidura de salida, tal como
US-A-5306418, una desventaja
principal del primero es que en algunas circunstancias se puede
producir erosión en el extremo de salida de la boquilla. Los
solicitantes consideran que la desventaja de las boquillas de
alimentación de la técnica anterior con múltiples hendiduras, tal
como las descritas en US-A-5794857 y
US-A-5673859, es que se podría
producir erosión a través de los intervalos entre los múltiples
agujeros hendidos como resultado de que partículas catalizadoras FCC
han pasado a través de estos intervalos a altas velocidades,
posiblemente debido a un efecto de vacío entre pulverizaciones en
forma de hoja adyacentes. Los solicitantes consideran que el
catalizador es arrastrado a este intervalo, debido al mismo efecto
de vacío produciendo la convergencia de las pulverizaciones en forma
de hoja adyacentes.
Los solicitantes también consideran que la
presente invención puede lograr el objetivo de conservar las
ventajas del conjunto de boquilla de alimentación para aplicación
de entrada lateral con múltiples hendiduras de salida para
proporcionar mejor contacto de alimentación evitando al mismo tiempo
las desventajas del posible problema de erosión usando el nuevo
diseño según la presente invención.
La presente invención tendrá un conjunto de
boquilla de alimentación con un agujero de bucle en el extremo de
salida, que es un agujero continuo. En lugar de tener dos agujeros
hendidos alargados separados y un intervalo entre ellos abierto a
ataque de catalizador, tal como
US-A-5673859, la presente invención
tiene un agujero de salida que conecta los extremos de las dos
hendiduras alargadas con dos hendiduras de medio bucle, formando
una hendidura de bucle continuo y cerrando así el intervalo entre
las dos hendiduras alargadas que es propenso a ataque de
catalizador.
Con el fin de lograr tal hendidura de bucle
continuo, se coloca un inserto en dicho agujero alargado. El inserto
se fija preferiblemente fijado en una posición situada hacia arriba
en el cuerpo de boquilla. Aunque las diferentes figuras muestran la
salida de boquilla con una hendidura de bucle único, la presente
invención también cubre diversas variaciones, tal como colocar
múltiples insertos en un agujero alargado para formar múltiples
agujeros de bucle.
El agujero alargado es preferiblemente alargado
de tal manera que se emitan hojas de pulverizaciones sustancialmente
paralelas de las dos secciones alargadas del agujero de bucle. Más
preferiblemente el agujero alargado se define por su longitud
máxima 1 y su anchura máxima h, donde la longitud 1 se mide a lo
largo de la superficie opcionalmente curvada del extremo cerrado
del cuerpo de boquilla de alimentación. La relación de 1/h es
preferiblemente superior a 1,5, más preferiblemente superior a 2,
incluso más preferiblemente superior a 3. La relación de 1/h es
preferiblemente menor que 20, más preferiblemente menor que 10.
Se obtiene un agujero aún más resistente a la
erosión cuando la anchura del agujero alargado h tiene un límite
inferior preferido de 10 mm, más preferiblemente 15 mm, incluso más
preferiblemente 20 mm y muy preferiblemente 30 mm. La anchura del
agujero alargado h tiene un límite superior preferido de
preferiblemente 200 mm, más preferiblemente 150 mm, incluso más
preferiblemente 120 mm y muy preferiblemente 80 mm. Para obtener una
boquilla de alimentación aún más resistente a la erosión, también
se prefiere usar un grosor de pared del extremo situado hacia abajo
del cuerpo de boquilla en la posición de la hendidura alargada de
entre 5 y 100 mm, más preferiblemente de entre 5 y 40 mm.
Preferiblemente el extremo de salida del cuerpo
de boquilla tiene forma de cúpula porque esto logra que el agujero
de bucle emita una pulverización en forma de hoja más uniformemente
distribuida.
La boquilla de alimentación según la presente
invención estará provista preferiblemente de medios para formar una
mezcla de gas y gotitas de hidrocarbono líquido, también denominadas
medios atomizadores. Tales medios atomizadores puede ser, por
ejemplo, como los descritos en
EP-A-717095. Preferiblemente la
boquilla de alimentación es la descrita más adelante donde los
medios atomizadores se logran por el diseño específico del agujero
de bucle y los medios para suministrar gas y hidrocarbono líquido.
Tal boquilla de alimentación preferida tiene un cuerpo de boquilla
que consta de:
(a) un tubo interior sustancialmente cilíndrico
que define un conducto de gas conectado por fluido a los medios
para suministrar gas en su extremo situado hacia arriba y un extremo
en forma de cúpula situado hacia abajo, extremo de salida en forma
de cúpula que está provisto de uno o más gas agujeros de salida;
(b) un conducto anular de hidrocarbono líquido
definido por la superficie exterior del tubo interior y la
superficie interior del cuerpo de boquilla, conducto de hidrocarbono
líquido que está conectado por fluido a los medios para suministrar
hidrocarbonos líquidos en su extremo situado hacia arriba;
(c) donde los agujeros de salida de gas del
conducto de gas están sustancialmente alineados con el agujero de
bucle en el extremo en forma de cúpula del cuerpo de boquilla; y
donde
(d) el inserto colocado en el agujero alargado
del cuerpo de boquilla está fijado al extremo de gas en forma de
cúpula situado hacia abajo.
La boquilla de alimentación puede tener
dimensiones y un diseño para el cuerpo de boquilla y el tubo
interior como el descrito con más detalle en
US-A-5794857.
Preferiblemente el extremo situado hacia abajo
del tubo interior tiene forma de cúpula. Este extremo situado hacia
abajo está provisto de uno o más agujeros de salida de gas. El
agujero de salida de gas es preferiblemente uno solo o múltiples
filas de agujeros. A través de estos agujeros fluirá gas,
preferiblemente vapor, al hidrocarbono de petróleo pesado que pasa
a través del conducto exterior de hidrocarbono de petróleo pesado.
Esto da lugar a una mezcla de vapor y hidrocarbono de petróleo
pesado que tiene una velocidad en la dirección del gas que sale por
dichos agujeros. Dado que los agujeros en el conducto de gas están
sustancialmente alineados con el agujero de bucle en el cuerpo de
boquilla, la mezcla de hidrocarbonos y gas se dirigen al agujero de
bucle. Como resultado de la presión de los hidrocarbonos y gas se
obtiene una atomización fina del hidrocarbono.
Típicamente los agujeros en el extremo cerrado
del tubo interior de gas constarán de al menos una fila de agujeros
pequeños, numerados de aproximadamente 7 a aproximadamente 50 y cuyo
tamaño es del orden de aproximadamente 1,59 mm (1/16 pulgada) a
aproximadamente 9,53 mm (3/8 pulgada) de diámetro, que se alinean
con cada agujero de bucle correspondiente en el cuerpo de boquilla.
El ángulo formado por el centro sustancialmente esférico o elíptico
del extremo de salida típicamente sustancialmente semiesférico o
semielíptico del tubo interior a través de la longitud de las filas
de agujeros es preferiblemente de 45º a 120º.
En el proceso para craquear catalíticamente un
hidrocarbono de petróleo pesado, un hidrocarbono de petróleo pesado
es pretratado, mezclado con vapor, y alimentado a una columna
ascendente de reactor de craqueo catalítico. El hidrocarbono de
petróleo pesado se pone entonces en contacto con un catalizador de
craqueo para producir hidrocarbonos ligeros y catalizador gastado
recubierto con una fina capa de coque. Los hidrocarbonos ligeros se
sacan del reactor. El catalizador gastado recubierto con una fina
capa de coque se pasa a un recipiente regenerador. Al menos una
porción del coque se quema entonces del catalizador gastado. Esto da
lugar a un catalizador regenerado caliente.
Se pasa vapor a través del conducto de vapor
interior sustancialmente cilíndrico al hidrocarbono de petróleo
pesado. Esto da lugar a la formación de una mezcla bifásica fina por
las burbujas de vapor lanzadas a través de la mezcla de
hidrocarbono. La mezcla bifásica fina de vapor y hidrocarbonos de
petróleo pesado pasa a través de la salida de la boquilla de
alimentación al reactor de craqueo catalítico, dando lugar a una
atomización fina.
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La figura 1 ilustra una vista lateral en sección
de una realización de la invención. El conjunto de boquilla de
alimentación 100 incluye conducto interior de vapor 105 y conducto
anular exterior de aceite (o líquido) 115. El conducto interior de
vapor (o gas) 105 tiene un extremo de entrada 120 y un extremo de
salida 130. El conducto anular exterior de aceite 115 tiene un
extremo de entrada 125 y un extremo de salida 135.
La primera punta de boquilla 140 está unida en
su extremo de entrada al extremo de salida 130 del conducto
interior de vapor 105. El extremo de salida de la primera punta de
boquilla 140, enfrente de su extremo de entrada, es un extremo de
salida sustancialmente semiesférico o semielíptico. El extremo de
salida de la primera punta de boquilla 140 tiene, en una
realización, una fila de bucles de una pluralidad de pasos 145 para
el paso de vapor.
La segunda punta de boquilla 150 está unida en
su extremo de entrada al extremo de salida 135 del conducto anular
exterior de aceite 115. El extremo de la segunda punta de boquilla
150 enfrente de su extremo de entrada es preferiblemente un extremo
de salida sustancialmente semiesférico o semielíptico. El extremo de
salida de la segunda punta de boquilla 150 está provisto de un
agujero alargado 154.
La figura 2 representa una vista ampliada, en
una realización, que ilustra las puntas de boquilla primera y
segunda. La numeración de estos elementos es la misma que la usada
en la figura 1. En esta figura se representa un inserto 155 en el
agujero 154. El inserto 155 está fijado al conducto interior 105 por
medio de una parte de puente 156.
La figura 3 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea de referencia 3-3 de
la figura 1 de una realización del conjunto de boquilla de
alimentación. El conducto interior de vapor 105 está centrado
dentro del conducto anular exterior de aceite 115 por espárragos
espaciadores 310.
La figura 4A es una vista en planta de la
primera punta de boquilla. La figura 4B es una vista en sección
transversal de la primera punta de boquilla tomada a lo largo de la
línea de referencia 4C-4C en la figura 4B. La
primera punta de boquilla 140 se ilustra junto con una fila de pasos
145 en bucle.
La figura 5A es una vista en sección transversal
de la segunda punta de boquilla (de alimentación) tomada a lo largo
de la línea de referencia 5A-5A en la figura 5B. La
figura 5B es una vista en planta de la segunda punta de boquilla.
En la figura 5B el agujero alargado 154 y el inserto 155 se
representan desde arriba. Se representa claramente que el agujero
resultante para paso de gas y líquido es un agujero en bucle
continuo y no interrumpido por puentes de inserto a la segunda
punta de boquilla 150. Las figuras 5A y 5B representan cómo la
longitud 1 y la anchura h del agujero alargado 154 se mide a lo
largo de la superficie opcionalmente curvada del extremo cerrado
del cuerpo de boquilla de alimentación. Aunque la figura 5B
representa la salida de la boquilla con una hendidura de bucle
único, la presente invención también cubre diversas variaciones,
tal como colocar múltiples insertos en un agujero alargado para
formar múltiples agujeros de bucle.
La figura 5C es una vista en sección transversal
de la segunda punta de boquilla tomada a lo largo de la línea de
referencia 5C-5C en la figura 5B. En la figura 5C la
parte de puente de conexión 156 no se representa.
La figura 6 ilustra en una realización una vista
lateral cortada de la boquilla de esta invención en una
configuración de reactor de columna ascendente de entrada lateral.
El ángulo de los agujeros de salida en las boquillas de
alimentación de vapor (no representado) y hidrocarbono se representa
debajo del eje longitudinal de los conductos de vapor y
hidrocarbono. Un beneficio de este conjunto de boquilla es que se
puede lograr mezcla óptimo de alimentación y catalizador ajustando
este ángulo independientemente. La diferencia entre el ángulo de
inyección y el eje de los conductos puede ser del rango de +45º a
-45º, y más preferiblemente de +30º a -30º.
Una aplicación de esta invención es que el
cuerpo de boquilla esté orientado típicamente horizontalmente o en
diagonal al reactor de columna ascendente, donde el cuerpo de
boquilla sobresaldrá típicamente a través de las paredes del
reactor de columna ascendente en una orientación entre vertical y
horizontal.
En otra aplicación de esta invención el cuerpo
de boquilla sobresale a través de las paredes inferiores del
reactor de columna ascendente y está orientado típicamente
verticalmente al reactor de columna ascendente, donde el cuerpo de
boquilla tendrá típicamente una inyección fuera de eje, como se
representa en la figura 6. En tal realización se disponen
preferiblemente más de una, más preferiblemente entre 2 y 12
boquillas de alimentación según la invención. Preferiblemente tales
boquillas se disponen de tal manera que las respectivas
pulverizaciones en forma de hoja que salen de dichas boquillas
converjan una hacia otra con el fin de lograr una distribución
homogénea de gotitas de hidrocarbono en la columna ascendente de
reactor.
Claims (11)
1. Un conjunto de boquilla de alimentación para
introducir una mezcla de gas y gotitas de hidrocarbono líquido en
un recipiente en forma de una pulverización sustancialmente en forma
de hoja, conjunto de boquilla de alimentación que incluye un cuerpo
de boquilla provisto en su parte situada hacia arriba de medios para
suministrar el gas y medios para suministrar el hidrocarbono
líquido a dicho cuerpo de boquilla y en el extremo situado hacia
debajo de un extremo cerrado de salida, extremo de salida que está
provisto de un agujero alargado en el que se coloca un inserto de
tal manera que se obtenga un agujero en bucle continuo para la
descarga de la mezcla de gas y gotitas de líquido.
2. Boquilla de alimentación según la
reivindicación 1, donde el inserto está fijado en una posición
situada hacia arriba en el cuerpo de boquilla.
3. Boquilla de alimentación según cualquiera de
las reivindicaciones 1-2, donde unos medios
atomizadores están presentes en el cuerpo de boquilla.
4. Boquilla de alimentación según cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, donde el agujero alargado
se define por su longitud máxima 1 y su altura máxima h y donde la
relación de 1/h está entre 1,5 y 20.
5. Boquilla de alimentación según cualquiera de
las reivindicaciones 1-4, donde la anchura del
agujero de bucle tiene un límite inferior de 10 mm, preferiblemente
de 15 mm y un límite superior de 200 mm, preferiblemente de 120
mm.
6. Boquilla de alimentación según la
reivindicación 5, donde el grosor de pared del extremo situado hacia
abajo del cuerpo de boquilla en la posición de la hendidura
alargada es entre 5 y 100 mm, preferiblemente entre 5 y 40 mm.
7. Boquilla de alimentación según cualquiera de
las reivindicaciones 1-6, donde el extremo de salida
del cuerpo de boquilla tiene forma de cúpula.
8. Boquilla de alimentación según la
reivindicación 7, donde el cuerpo de boquilla consta de:
(a) un tubo interior sustancialmente cilíndrico
que define un conducto de gas conectado por fluido a los medios
para suministrar gas en su extremo situado hacia arriba y un extremo
situado hacia abajo en forma de cúpula, extremo de salida en forma
de cúpula que está provisto de al menos un agujero de salida de
gas,
(b) un conducto anular de hidrocarbono líquido
definido por la superficie exterior del tubo interior y la
superficie interior del cuerpo de boquilla, conducto de hidrocarbono
líquido que está conectado por fluido a los medios para suministrar
hidrocarbonos líquidos en su extremo situado hacia arriba y para la
descarga desde un extremo situado hacia abajo en forma de cúpula,
extremo de salida en forma de cúpula que está provisto de un
agujero alargado donde, en el agujero alargado, se coloca un inserto
de tal manera que se forme un agujero en bucle continuo;
(c) donde el agujero de salida de gas del
conducto de gas está alineado sustancialmente con el agujero de
bucle en el extremo en forma de cúpula del cuerpo de boquilla; y
donde
(d) el inserto colocado en el agujero alargado
del cuerpo de boquilla está fijado al extremo de gas en forma de
cúpula situado hacia abajo.
9. Columna ascendente de reactor provista en su
extremo situado hacia arriba de una entrada para partículas
catalizadoras regeneradas calientes y, a una distancia hacia abajo
dicha entrada, de al menos una boquilla de alimentación de lado de
entrada según cualquiera de las reivindicaciones
1-8, y una zona de reacción hacia abajo de dicha
posición de boquilla de alimentación.
10. Columna ascendente de reactor según la
reivindicación 9, donde el eje que se extiende a lo largo de la
longitud máxima 1 del agujero alargado de la boquilla de
alimentación se coloca sustancialmente horizontal.
11. Proceso para poner una corriente móvil de
partículas catalizadoras en contacto con un reactivo de hidrocarbono
líquido en una columna ascendente de reactor alargada colocada
verticalmente según cualquiera de las reivindicaciones
9-10, donde se introduce una mezcla de gas y gotitas
de hidrocarbono líquido usando la boquilla de alimentación como una
pulverización sustancialmente en forma de hoja de tal manera que el
ángulo entre la pulverización en forma de hoja y el eje del cuerpo
de boquilla sea de entre +45º y -45º.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US51975503P | 2003-11-13 | 2003-11-13 | |
| US519755P | 2003-11-13 |
Publications (1)
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