FR3063233A1 - DEVICE WITH REMOVABLE CERAMIC ELEMENT FOR THE INTRODUCTION OF A LIQUID INSIDE AN INJECTOR, AND CORRESPONDING INJECTOR. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'introduction (30) d'un liquide à l'intérieur d'un injecteur conformé pour atomiser ledit liquide en gouttelettes au moyen d'un gaz, ledit dispositif d'introduction comprenant un orifice (32) le traversant de part en part, caractérisé en ce qu'il comprend : - une partie interne (34) en matériau céramique dont une surface interne (34i) définit ledit orifice traversant (32) sur toute sa longueur, - une partie externe (36) en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne (34), - les parties externe et interne présentant respectivement une surface interne (36i) et une surface externe (34e) de formes complémentaires pourvues d'éléments de fixation (40, 42) coopérant pour fixer de manière amovible lesdites parties interne et externe. L'invention concerne également un injecteur de liquide équipé dudit dispositif d'introduction.The invention relates to a device for introducing (30) a liquid inside an injector shaped to atomize said liquid into droplets by means of a gas, said introduction device comprising an orifice (32) on which traversing through, characterized in that it comprises: - an inner portion (34) of ceramic material, an inner surface (34i) defines said through-hole (32) over its entire length, - an outer portion (36) of metal material surrounding at least part of the inner part (34), - the outer and inner parts respectively having an inner surface (36i) and an outer surface (34e) of complementary shapes provided with fastening elements (40, 42) cooperating to releasably secure said inner and outer portions. The invention also relates to a liquid injector equipped with said introduction device.
Description
063 233063 233
51529 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE51529 ® FRENCH REPUBLIC
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :NATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY © Publication number:
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COURBEVOIE © Int Cl8 : B 01 J 19/26 (2017.01), B 01 J 8/08, 19/02, B 05 B 1/ 00, C 10 G 11/18COURBEVOIE © Int Cl 8 : B 01 J 19/26 (2017.01), B 01 J 8/08, 19/02, B 05 B 1/00, C 10 G 11/18
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION
DISPOSITIF A ELEMENT CERAMIQUE AMOVIBLE POUR L'INTRODUCTION D'UN LIQUIDE A L'INTERIEUR D'UN INJECTEUR, ET INJECTEUR CORRESPONDANT.DEVICE WITH REMOVABLE CERAMIC ELEMENT FOR THE INTRODUCTION OF A LIQUID INSIDE AN INJECTOR, AND CORRESPONDING INJECTOR.
FR 3 063 233 - A1FR 3 063 233 - A1
Q/) L'invention concerne un dispositif d'introduction (30) d'un liquide à l'intérieur d'un injecteur conformé pour atomiser ledit liquide en gouttelettes au moyen d'un gaz, ledit dispositif d'introduction comprenant un orifice (32) le traversant de part en part, caractérisé en ce qu'il comprend:Q /) The invention relates to a device for introducing a liquid (30) inside an injector shaped to atomize said liquid into droplets by means of a gas, said introduction device comprising an orifice ( 32) crossing it right through, characterized in that it comprises:
- une partie interne (34) en matériau céramique dont une surface interne (34i) définit ledit orifice traversant (32) sur toute sa longueur,an internal part (34) of ceramic material, an internal surface (34i) of which defines said through orifice (32) over its entire length,
- une partie externe (36) en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne (34),an external part (36) made of metallic material at least partially surrounding the internal part (34),
- les parties externe et interne présentant respectivement une surface interne (36i) et une surface externe (34e) de formes complémentaires pourvues d'éléments de fixation (40, 42) coopérant pour fixer de manière amovible lesdites parties interne et externe.- The external and internal parts respectively having an internal surface (36i) and an external surface (34e) of complementary shapes provided with fixing elements (40, 42) cooperating to detachably fix said internal and external parts.
L'invention concerne également un injecteur de liquide équipé dudit dispositif d'introduction.The invention also relates to a liquid injector equipped with said introduction device.
DISPOSITIF A ELEMENT CERAMIQUE AMOVIBLE POUR L’INTRODUCTION D’UN LIQUIDE A L’INTERIEUR D’UN INJECTEUR,DEVICE WITH REMOVABLE CERAMIC ELEMENT FOR THE INTRODUCTION OF A LIQUID INSIDE AN INJECTOR,
ET INJECTEUR CORRESPONDANTAND CORRESPONDING INJECTOR
L'invention concerne un dispositif d’introduction d’un liquide à l’intérieur d’un injecteur de liquide, notamment un injecteur de charge d’une unité de craquage catalytique fluide (FCC « Fluid Catalytic Cracking » en anglais). Ce dispositif d’introduction comporte un élément céramique amovible.The invention relates to a device for introducing a liquid inside a liquid injector, in particular a charge injector of a fluid catalytic cracking unit (FCC "Fluid Catalytic Cracking" in English). This introducer has a removable ceramic element.
La charge d’une unité FCC peut être chargée en particules solides, tout particulièrement dans le cas de recycle de « slurry » produit par l’unité. En effet, ce slurry contient des fines de catalyseur de l’unité FCC.The charge of an FCC unit can be charged with solid particles, especially in the case of recycling of "slurry" produced by the unit. This slurry contains fines from the FCC unit.
L’intérêt de recycler du slurry est multiple : aide au bilan thermique, ou élimination du slurry. Cette pratique peut-être à l’origine de l’érosion des injecteurs de charge, notamment si le recycle de slurry est durable, et plus particulièrement de l’orifice d’admission de la charge à l’intérieur des injecteurs, en particulier de type à impacteur ou double impact.The advantage of recycling slurry is multiple: help with the heat balance, or elimination of slurry. This practice may be at the origin of the erosion of the charge injectors, in particular if the slurry recycle is durable, and more particularly of the charge admission orifice inside the injectors, in particular of impactor or double impact type.
Cette érosion peut être limitée par l’utilisation d’injecteurs réalisés entièrement en céramique, tel que décrit dans le document W02016016090-A1. Bien que ces injecteurs puissent être réalisés en plusieurs parties assemblées entre elle, il peut s’avérer difficile, voire impossible, de les désolidariser pour les changer, notamment selon la nature de leur assemblage : il faut alors changer entièrement l’injecteur, en particulier lorsqu’il est nécessaire de modifier l’une des parties en fonction des conditions opératoires du procédé mis en œuvre. L’utilisation de ces injecteurs dans une unité existante nécessite en outre le remplacement des injecteurs complets de cette unité.This erosion can be limited by the use of injectors made entirely of ceramic, as described in document W02016016090-A1. Although these injectors can be produced in several parts assembled together, it may prove difficult, if not impossible, to separate them in order to change them, in particular depending on the nature of their assembly: it is then necessary to completely change the injector, in particular when it is necessary to modify one of the parts according to the operating conditions of the process implemented. The use of these injectors in an existing unit also requires the replacement of the complete injectors of this unit.
Il existe donc un besoin pour un orifice d’admission liquide résistant à l’érosion pouvant être facilement installé sur les injecteurs de charge, notamment de type à impacteur, sans avoir à remplacer l’injecteur complet par un modèle en céramique.There is therefore a need for an erosion-resistant liquid intake orifice which can be easily installed on the charge injectors, in particular of the impactor type, without having to replace the complete injector with a ceramic model.
A cet effet, l'objet de l'invention concerne un dispositif d’introduction d’un liquide à l’intérieur d’un injecteur conformé pour atomiser ledit liquide en gouttelettes au moyen d’un gaz, ledit dispositif d’introduction comprenant un orifice le traversant de part en part, caractérisé en ce qu’il comprend :To this end, the object of the invention relates to a device for introducing a liquid inside an injector shaped to atomize said liquid into droplets by means of a gas, said introduction device comprising a orifice passing right through it, characterized in that it comprises:
- une partie interne en matériau céramique dont une surface interne définit ledit orifice traversant sur toute sa longueur,an internal part made of ceramic material, an internal surface of which defines said through orifice over its entire length,
- une partie externe en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne,an external part made of metallic material at least partially surrounding the internal part,
- les parties externe et interne présentant respectivement une surface interne et une surface externe de formes complémentaires autorisant un déplacement de la partie interne par rapport à la partie externe suivant une direction parallèle à un axe du passage traversant, lesdites surfaces interne et externes étant pourvues d’éléments de fixation coopérant pour fixer de manière réversible lesdites parties interne et externe.- the external and internal parts respectively having an internal surface and an external surface of complementary shapes allowing a displacement of the internal part with respect to the external part in a direction parallel to an axis of the through passage, said internal and external surfaces being provided with fasteners cooperating to reversibly fix said internal and external parts.
Autrement dit, les éléments de fixation assurent une fixation non définitive (démontable) des parties interne et externe. Ceci permet de changer aisément la partie interne définissant l’orifice traversant, permettant d’adapter ce dernier aux conditions opératoires du procédé dans lequel l’injecteur pourvu du dispositif d’introduction doit être utilisé.In other words, the fastening elements ensure a non-final (removable) fixing of the internal and external parts. This makes it possible to easily change the internal part defining the through hole, making it possible to adapt the latter to the operating conditions of the process in which the injector provided with the introduction device is to be used.
Avantageusement, la surface externe de la partie interne et la surface interne de la partie externe peuvent être des surfaces de révolution présentant un axe de révolution confondu ou parallèle à Taxe de l’orifice traversant. Ceci permet de faciliter la réalisation des parties interne et externe et de simplifier la conception des éléments de fixation.Advantageously, the external surface of the internal part and the internal surface of the external part can be surfaces of revolution having an axis of revolution coincident or parallel to the tax of the through orifice. This facilitates the production of the internal and external parts and simplifies the design of the fastening elements.
Les éléments de fixation peuvent alors comprendre des ergots ou des encoches coopérant respectivement avec des rainures ou nervures de forme adaptée pour autoriser le déplacement des parties externe et interne entre un état de fixation et un état libéré suite à des mouvements de translation suivant une direction parallèle à Taxe de révolution et de rotation autour de Taxe de révolution.The fastening elements can then comprise lugs or notches cooperating respectively with grooves or ribs of suitable shape to allow the displacement of the external and internal parts between a state of fixation and a state released following translational movements in a parallel direction. to Tax of revolution and rotation around Tax of revolution.
La fixation des parties interne et externe et leur démontage peuvent alors être réalisés de manière très simple par des mouvements successifs de translation et rotation, respectivement de rotation et translation. Dans sa conception la plus simple, ce type de fixation peut alors être similaire à une fixation de type baïonnette. Dans une conception plus complexe, ce type de fixation peut assurer une fonction de « détrompeur » lors du montage, voire interdire le montage d’une partie interne non adaptée.The fixing of the internal and external parts and their disassembly can then be carried out in a very simple manner by successive movements of translation and rotation, respectively of rotation and translation. In its simplest design, this type of attachment can then be similar to a bayonet type attachment. In a more complex design, this type of attachment can provide a "polarizing" function during assembly, or even prohibit the assembly of an unsuitable internal part.
Quelle que soit la forme des éléments de fixation des parties interne et externe, un élément élastique peut être disposé entre les parties interne et externe de sorte à être comprimé dans une direction parallèle à l’axe de l’orifice traversant lorsque les parties interne et externe sont fixées. Ceci peut améliorer la fixation entre les parties interne et externe. Cet élément élastique peut être un ressort, un matériau polymère compressible, ou autre.Whatever the shape of the fastening elements of the internal and external parts, an elastic element can be arranged between the internal and external parts so as to be compressed in a direction parallel to the axis of the through orifice when the internal and external are fixed. This can improve the fixation between the inner and outer parts. This elastic element may be a spring, a compressible polymeric material, or the like.
La partie externe peut présenter une surface externe destinée à être solidarisée, notamment de manière définitive, à un orifice de l’injecteur recevant le dispositif d’introduction selon l’invention.The external part may have an external surface intended to be fixed, in particular definitively, to an orifice of the injector receiving the introduction device according to the invention.
Toutefois, avantageusement, une surface externe de la partie externe peut comprendre des éléments de fixation conformés pour assurer une fixation non définitive à cet orifice. Ceci peut permettre de séparer entièrement le dispositif d’introduction de l’injecteur de charge, par exemple pour le remplacer ou le modifier.However, advantageously, an external surface of the external part can comprise fixing elements shaped to ensure non-definitive fixing to this orifice. This can make it possible to completely separate the introducer from the charge injector, for example to replace or modify it.
A titre d’exemple, ces éléments de fixation peuvent comprendre un filetage.For example, these fasteners may include a thread.
La partie externe est en matériau métallique, par exemple un métal ou un alliage, de préférence un acier inoxydable, ou un acier au carbone.The external part is made of metallic material, for example a metal or an alloy, preferably a stainless steel, or a carbon steel.
Le matériau céramique de la partie interne du dispositif d’introduction selon l’invention peut être choisi parmi le carbure de silicium SiC, le carbure de bore ELC, le nitrure de silicium S13N4, le nitrure d’aluminium AIN, le nitrure de bore BN, l’alumine AI2O3, ou des mélanges de ceux-ci.The ceramic material of the internal part of the introduction device according to the invention can be chosen from silicon carbide SiC, boron carbide ELC, silicon nitride S13N4, aluminum nitride AIN, boron nitride BN , alumina AI2O3, or mixtures thereof.
Avantageusement, le matériau céramique est du carbure de silicium SiC ou comprend du carbure de silicium SiC, de préférence en quantité majoritaire, par exemple en une teneur de 60% à 99,9% en poids. Le carbure de silicium présente l’avantage de posséder de bonnes propriétés mécaniques et physiques pour un coût de fabrication raisonnable.Advantageously, the ceramic material is silicon carbide SiC or comprises silicon carbide SiC, preferably in a majority amount, for example in a content of 60% to 99.9% by weight. Silicon carbide has the advantage of having good mechanical and physical properties at a reasonable manufacturing cost.
En variante ou éventuellement en combinaison, le matériau céramique peut comprendre une matrice céramique choisie parmi le carbure de silicium SiC, le carbure de bore B4C, le nitrure de silicium S13N4, le nitrure d’aluminium AIN, le nitrure de bore BN, l’alumineAs a variant or optionally in combination, the ceramic material may comprise a ceramic matrix chosen from silicon carbide SiC, boron carbide B4C, silicon nitride S13N4, aluminum nitride AIN, boron nitride BN, alumina
AI2O3, ou des mélanges de ceux-ci, matrice céramique dans laquelle sont incorporées des fibres choisies parmi des fibres de carbone et des fibres céramiques, ou des mélanges de celles-ci.AI2O3, or mixtures thereof, ceramic matrix into which are incorporated fibers selected from carbon fibers and ceramic fibers, or mixtures thereof.
Le matériau céramique est alors un matériau composite. Un tel matériau composite peut être avantageux pour les injecteurs soumis à des contraintes d’étirement et de cisaillement. Notamment, les fibres peuvent être disposées de manière aléatoire (pseudo-isotrope) ou anisotropique. Une distribution anisotropique des fibres peut être avantageuse dans des zones particulières, par exemple les zones d’extrémité destinées à être assemblées avec un autre matériau ou avec une autre pièce du même matériau ou dans le cas de zones soumises à une contrainte d’étirement/cisaillement importante. Lorsqu’elles sont présentes, ces fibres peuvent représenter de 0,1 à 10% en poids du matériau composite.The ceramic material is then a composite material. Such a composite material can be advantageous for injectors subjected to stretching and shearing stresses. In particular, the fibers can be arranged in a random (pseudo-isotropic) or anisotropic manner. Anisotropic distribution of the fibers can be advantageous in particular zones, for example the end zones intended to be assembled with another material or with another part of the same material or in the case of zones subjected to a stretching stress / significant shear. When present, these fibers can represent from 0.1 to 10% by weight of the composite material.
Les fibres de carbone peuvent être des fibres de carbone avec les plans graphitiques orientés le long de la fibre.The carbon fibers can be carbon fibers with the graphitic planes oriented along the fiber.
Les fibres céramiques peuvent être choisies parmi les fibres d’alumine cristalline, les fibres de mullite (3AI2O3, 2S1O2), les fibres de carbure de silicium cristallin ou amorphe, des fibres de zircone, des fibres de silice-alumine, ou des mélanges de celles-ci.The ceramic fibers can be chosen from crystalline alumina fibers, mullite fibers (3AI2O3, 2S1O2), crystalline or amorphous silicon carbide fibers, zirconia fibers, silica-alumina fibers, or mixtures of these.
De préférence, le matériau céramique composite comprend une matrice en carbure de silicium SiC, comprenant des fibres du type précité. De préférence, les fibres sont des fibres en carbure de silicium.Preferably, the composite ceramic material comprises a matrix of silicon carbide SiC, comprising fibers of the aforementioned type. Preferably, the fibers are silicon carbide fibers.
Avantageusement et de manière non limitative, le matériau céramique peut être un matériau céramique fritté. Ceci peut notamment faciliter la réalisation de la partie interne du dispositif d’introduction.Advantageously and in a nonlimiting manner, the ceramic material can be a sintered ceramic material. This can in particular facilitate the production of the internal part of the introduction device.
Dans ce cas, la partie interne du dispositif d’introduction peut être formée par exemple par moulage ou par extrusion, suivi par une cuisson, dans des conditions opératoires conventionnelles adaptées au type de céramique produit. L’étape de cuisson est éventuellement précédée d’une étape de séchage.In this case, the internal part of the introduction device can be formed for example by molding or by extrusion, followed by firing, under conventional operating conditions adapted to the type of ceramic produced. The cooking step may be preceded by a drying step.
Avantageusement, les parois internes et/ou externes de la partie interne du dispositif d’introduction peuvent être lisses, autrement dit, elles peuvent présenter une faible rugosité de surface. De telles parois lisses peuvent permettre d’augmenter les vitesses en service à l’intérieur de la partie interne du dispositif d’introduction.Advantageously, the internal and / or external walls of the internal part of the introduction device can be smooth, in other words, they can have a low surface roughness. Such smooth walls can make it possible to increase the speeds in service inside the internal part of the introducer.
Une telle paroi lisse peut être obtenue lorsque le matériau céramique est un matériau céramique fritté.Such a smooth wall can be obtained when the ceramic material is a sintered ceramic material.
Avantageusement et de façon non limitative, la partie interne du dispositif d’introduction peut être obtenue à partir d’une poudre de frittage relativement fine, par exemple avec un diamètre moyen de grains inférieur ou égal à 500 nm, ce qui peut conduire à des surfaces relativement lisses.Advantageously and in a nonlimiting manner, the internal part of the introduction device can be obtained from a relatively fine sintering powder, for example with an average grain diameter less than or equal to 500 nm, which can lead to relatively smooth surfaces.
Alternativement ou en complément, la partie interne du dispositif d’introduction peut être obtenue en ajoutant au matériau principal, par exemple du SiC, un additif, choisi parmi le bore B, le silicium Si et le carbone C, ou leurs mélanges, par exemple dans une proportion variant de 0,3% à 2% en poids. Dans le cas d’un matériau SiC obtenu par frittage de poudre, un tel ajout d’additif peut permettre de diminuer la porosité et par conséquent la rugosité.Alternatively or in addition, the internal part of the introduction device can be obtained by adding to the main material, for example SiC, an additive, chosen from boron B, silicon Si and carbon C, or mixtures thereof, for example in a proportion varying from 0.3% to 2% by weight. In the case of an SiC material obtained by powder sintering, such an addition of additive can make it possible to reduce the porosity and consequently the roughness.
Avantageusement et de façon non limitative, l’additif peut comprendre un mélange de bore B, de silicium Si et de carbone C. Il peut ainsi se former du SiC additionnel, lequel vient boucher les pores et diminuer ainsi la rugosité.Advantageously and without limitation, the additive can comprise a mixture of boron B, silicon Si and carbon C. It can thus form additional SiC, which clogs the pores and thus reduces roughness.
Alternativement ou en complément, on pourra par exemple prévoir une étape de dépôt additionnel de SiC par dépôt chimique en phase vapeur ou CVD (de l’anglais « Chemical Vapor Déposition »).Alternatively or in addition, it is possible for example to provide an additional SiC deposition step by chemical vapor deposition or CVD (from the English "Chemical Vapor Deposition").
L’invention concerne également un injecteur de liquide conformé pour atomiser un liquide en gouttelettes au moyen d’un gaz, comportant un corps creux présentant :The invention also relates to a liquid injector shaped to atomize a liquid into droplets by means of a gas, comprising a hollow body having:
au moins un premier orifice d’entrée de gaz destiné à être raccordé à un conduit d’alimentation d’un gaz, au moins un deuxième orifice d’entrée de liquide destiné à être raccordé à un conduit d’alimentation de liquide, au moins une chambre de contact ménagée à l’intérieur du corps creux et dans laquelle débouchent lesdits orifices d’entrée, au moins un orifice de sortie pour l’évacuation du liquide atomisé hors du corps creux.at least a first gas inlet port intended to be connected to a gas supply conduit, at least a second liquid inlet port intended to be connected to a liquid supply conduit, at least a contact chamber formed inside the hollow body and into which open said inlet orifices, at least one outlet orifice for the evacuation of the atomized liquid from the hollow body.
Le deuxième orifice d’entrée peut saillir ou non à l’intérieur de la chambre de contact depuis une paroi interne de celle-ci.The second inlet orifice may or may not protrude inside the contact chamber from an internal wall thereof.
Selon l’invention, ledit au moins un deuxième orifice d’entrée est pourvu d’un dispositif d’introduction selon l’invention.According to the invention, said at least one second inlet orifice is provided with an introduction device according to the invention.
Il est ainsi possible de modifier le dispositif d’introduction de la charge à l’intérieur de l’injecteur en remplaçant sa partie interne. Lorsque les éléments de fixation fixant le dispositif d’introduction à l’injecteur sont démontables, c’est la totalité du dispositif d’introduction qui peut être remplacée.It is thus possible to modify the device for introducing the charge inside the injector by replacing its internal part. When the fasteners fixing the introduction device to the injector are removable, the entire introduction device can be replaced.
En particulier, ledit au moins un deuxième orifice d’entrée peut être pourvu d’éléments de fixation coopérant avec des éléments de fixation d’une surface externe de la partie externe dudit dispositif d’introduction.In particular, said at least one second inlet orifice may be provided with fastening elements cooperating with fastening elements of an external surface of the external part of said introduction device.
L’injecteur de charge peut être un injecteur de type à « impact ». Il peut alors s’agir d’un injecteur à impacteur qui comprend un seul deuxième orifice d’entrée d’axe radial et une cible située à l’intérieur du corps en regard du deuxième orifice d’entrée. Il peut également s’agir d’un injecteur à double impact, qui comprend au moins deux deuxièmes orifices d’entrée d’axe radial agencés de sorte que les liquides sortant desdits orifices entrent en contact à l’intérieur du corps.The charge injector can be an “impact” type injector. It can then be an impactor injector which comprises a single second inlet port with a radial axis and a target located inside the body opposite the second inlet port. It can also be a double-impact injector, which comprises at least two second radial-axis inlet orifices arranged so that the liquids leaving said orifices come into contact inside the body.
L’invention concerne enfin un réacteur pourvu d’au moins un injecteur selon l’invention. Ce réacteur est par exemple un réacteur de type tubulaire à flux ascendant ou descendant destiné à être utilisé dans une unité de craquage catalytique fluide.The invention finally relates to a reactor provided with at least one injector according to the invention. This reactor is for example a tubular type reactor with upward or downward flow intended to be used in a fluid catalytic cracking unit.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :The invention is now described with reference to the accompanying non-limiting drawings, in which:
la figure 1 illustre une représentation schématique en coupe d’un injecteur selon un mode de réalisation ;Figure 1 illustrates a schematic sectional representation of an injector according to one embodiment;
la figure 2 illustre une représentation schématique en coupe d’un injecteur selon un autre mode de réalisation ;Figure 2 illustrates a schematic sectional representation of an injector according to another embodiment;
la figure 3 représente une vue en coupe d’un dispositif d’introduction selon un mode de réalisation ;Figure 3 shows a sectional view of an introduction device according to one embodiment;
la figure 4 représente une vue en coupe d’un dispositif d’introduction selon un autre mode de réalisation ;Figure 4 shows a sectional view of an introduction device according to another embodiment;
la figure 5 représente une vue en coupe de la figure 3 selon la ligne A-A.5 shows a sectional view of Figure 3 along the line A-A.
La figure 1 représente schématiquement un injecteur 10 lequel présente un corps creux 12, ici cylindrique.FIG. 1 schematically represents an injector 10 which has a hollow body 12, here cylindrical.
Ce corps creux 12 présente :This hollow body 12 has:
un premier orifice 14 d’entrée de gaz, destiné à être raccordé à un conduit d’alimentation d’un gaz, un deuxième orifice 16 d’entrée de liquide, destiné à être raccordé à un conduit d’alimentation de liquide, un orifice de sortie 18 pour l’évacuation du liquide atomisé, une chambre de contact 20 ménagée à l’intérieur du corps creux 12 et dans laquelle débouchent les orifices d’entrée 14, 16.a first gas inlet orifice 14, intended to be connected to a gas supply conduit, a second liquid inlet orifice 16, intended to be connected to a liquid supply conduit, an orifice outlet 18 for the evacuation of the atomized liquid, a contact chamber 20 formed inside the hollow body 12 and into which the inlet orifices 14, 16 open.
L’injecteur 10 représenté sur la figure 1 est communément appelé de type « impacteur». Ici, la chambre de contact 20 se présente sous la forme une conduite interne rectiligne reliant le premier orifice d’entrée 14 à l’orifice de sortie 18 suivant une direction axiale dudit corps. La chambre de contact 20 présente un diamètre interne sensiblement constant.The injector 10 shown in FIG. 1 is commonly called of the “impactor” type. Here, the contact chamber 20 is in the form of a rectilinear internal pipe connecting the first inlet orifice 14 to the outlet orifice 18 in an axial direction of said body. The contact chamber 20 has a substantially constant internal diameter.
L’injecteur comprend notamment une cible 22 s’étendant en saillie d’une paroi interne 24 de la chambre de contact 20 en regard de l’orifice 16 d’introduction du liquide et au travers du passage du gaz.The injector notably comprises a target 22 extending from an internal wall 24 of the contact chamber 20 opposite the orifice 16 for introducing the liquid and through the gas passage.
Le liquide est projeté contre la cible 22 dès son entrée dans la chambre de contact 20 par l’orifice 16. Le jet de liquide éclate et est emporté sous forme de gouttelettes par un courant de gaz d’atomisation introduit par l’orifice 14 à haute vitesse. L’atomisation du liquide dans ce type d’injecteur 10 s’effectue en deux fois. Une première partie de l’atomisation se produit au niveau de la cible 22 par un éclat du jet de liquide. La deuxième partie de l’atomisation se produit au niveau de l’orifice de sortie 18 de diamètre réduit, où le rétrécissement du diamètre accélère les fluides.The liquid is projected against the target 22 as soon as it enters the contact chamber 20 through the orifice 16. The jet of liquid explodes and is carried in the form of droplets by a stream of atomizing gas introduced through the orifice 14 to high speed. The atomization of the liquid in this type of injector 10 is carried out in two stages. A first part of the atomization occurs at the level of the target 22 by a burst of the jet of liquid. The second part of the atomization occurs at the outlet 18 of reduced diameter, where the narrowing of the diameter accelerates the fluids.
La figure 2 représente un autre type d’injecteur 110. Ce dernier comporte un corps creux 112, lequel présente :FIG. 2 represents another type of injector 110. The latter comprises a hollow body 112, which has:
un premier orifice 114 d’entrée de gaz, destiné à être raccordé à un conduit d’alimentation d’un gaz, deux deuxièmes orifices 116, 117 d’entrée de liquide, destinés à être raccordés à un ou deux conduits d’alimentation de liquide, un orifice de sortie 118 pour l’évacuation du liquide atomisé, une chambre de contact 120 ménagée à l’intérieur du corps creux 112 et dans laquelle débouchent les orifices d’entrée 114, 116, 117.a first gas inlet port 114, intended to be connected to a gas supply conduit, two second liquid inlet ports 116, 117, intended to be connected to one or two gas supply conduits liquid, an outlet orifice 118 for discharging the atomized liquid, a contact chamber 120 formed inside the hollow body 112 and into which the inlet orifices 114, 116, 117 open.
L’injecteur 110 est également du type « impacteur », mais le jet de liquide n’impacte pas sur une cible mais sur un autre jet de liquide.The injector 110 is also of the "impactor" type, but the jet of liquid does not impact on a target but on another jet of liquid.
Ainsi, les deuxièmes orifices 116, 118 sont disposés en regard l’un de l’autre de sorte que les jets de liquide en sortant s’impactent à l’intérieur de la chambre de contact 120, sensiblement en regard de l’orifice d’entrée du gaz 114. Dans ce mode de réalisation, la chambre de contact 120 se présente également sous la forme d’une conduite interne rectiligne reliant le premier orifice d’entrée 114 à l’orifice de sortie 118 suivant une direction axiale dudit corps, avec un diamètre interne sensiblement constant.Thus, the second orifices 116, 118 are arranged opposite one another so that the jets of liquid leaving them impact inside the contact chamber 120, substantially facing the orifice d gas inlet 114. In this embodiment, the contact chamber 120 is also in the form of a rectilinear internal pipe connecting the first inlet port 114 to the outlet port 118 in an axial direction of said body , with a substantially constant internal diameter.
L’invention n’est toutefois pas limitée à un type d’injecteur de liquide particulier, pourvu que cet injecteur reçoive un liquide à atomiser via un ou plusieurs orifices.The invention is not however limited to a particular type of liquid injector, provided that this injector receives a liquid to be atomized via one or more orifices.
Selon l’invention, le deuxième orifice 16 de l’injecteur 10 ou les deuxièmes orifices 116, 117 de l’injecteur 110 sont pourvus d’un dispositif d’introduction 30 du liquide. Ces dispositifs d’introduction 30 sont représentés schématiquement par des traits pointillés sur les figures 1 et 2. Ils sont décrits plus en détail en référence aux figures 3 àAccording to the invention, the second orifice 16 of the injector 10 or the second orifices 116, 117 of the injector 110 are provided with a device 30 for introducing the liquid. These introduction devices 30 are represented diagrammatically by dotted lines in FIGS. 1 and 2. They are described in more detail with reference to FIGS. 3 to
5.5.
Dans le mode de réalisation représenté figure 3, le dispositif d’introduction 30 comprend un orifice 32 le traversant de part en part et destiné au passage du liquide à introduire dans l’injecteur en vue de son atomisation.In the embodiment shown in Figure 3, the introduction device 30 comprises an orifice 32 passing through it right through and intended for the passage of the liquid to be introduced into the injector for atomization.
Ce dispositif d’introduction 30 comprend :This introduction device 30 includes:
- une partie interne 34 en matériau céramique,an internal part 34 made of ceramic material,
- une partie externe 36 en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne 34.an external part 36 made of metallic material at least partly surrounding the internal part 34.
Les matériaux utilisables sont ceux précédemment décrits.The materials that can be used are those previously described.
La partie interne 34 présente une surface interne 34i et une surface externe 34e. La surface interne 34i définit l’orifice traversant 32 sur toute sa longueur.The internal part 34 has an internal surface 34i and an external surface 34e. The internal surface 34i defines the through hole 32 over its entire length.
La partie externe 36 présente une surface interne 36i et une surface externe 36e. La surface externe 36e est ici pourvue de premiers éléments de fixation 38 conformés pour coopérer avec des éléments de fixation d’un deuxième orifice 16, respectivement 116, 117 des injecteurs 10 et 110. A noter que cette surface externe 36e pourrait être solidaire du deuxième orifice. Notamment, la partie externe pourrait faire partie de l’orifice.The external part 36 has an internal surface 36i and an external surface 36e. The external surface 36e is here provided with first fastening elements 38 shaped to cooperate with fastening elements of a second orifice 16, respectively 116, 117 of the injectors 10 and 110. Note that this external surface 36e could be integral with the second orifice. In particular, the external part could be part of the opening.
La surface interne 36i de la partie externe 36 et la surface externe 34e de la partie interne 34 sont en outre de formes complémentaires autorisant un déplacement de la partie interne 34 par rapport à la partie externe suivant une direction parallèle à l’axe X de l’orifice traversant 32. Ces surfaces interne 36i et externe 34e sont pourvues de deuxièmes éléments de fixation coopérant pour fixer de manière réversible les parties interne 34 et externe 36. Il est ainsi possible de désolidariser ces parties afin de changer l’une ou l’autre des parties.The internal surface 36i of the external part 36 and the external surface 34e of the internal part 34 are furthermore of complementary shapes allowing a displacement of the internal part 34 relative to the external part in a direction parallel to the axis X of the through hole 32. These internal 36i and external 34e surfaces are provided with second fastening elements cooperating to reversibly fix the internal parts 34 and external 36. It is thus possible to separate these parts in order to change one or the other of the parties.
Dans l’exemple représenté figure 3, la surface externe 34e de la partie interne 34 et la surface interne 36i de la partie externe 36 sont des surfaces de révolution présentant un axe de révolution confondu avec l’axe X de l’orifice traversant 32. La surface externe 36e de la partie externe 36 présente également une symétrie de révolution par rapport à cet axe X. Les premiers éléments de fixation 38 sont ici un filetage coopérant avec un filetage (non représenté) interne aux deuxièmes orifices 16, 116, 117 permettant ainsi un vissage de la partie externe 36 à l’intérieur des orifices 16, 116, 117. Il est ainsi possible de fixer de manière non définitive le dispositif d’introduction 30 à l’injecteur 10 ou 110.In the example shown in FIG. 3, the external surface 34e of the internal part 34 and the internal surface 36i of the external part 36 are surfaces of revolution having an axis of revolution coincident with the axis X of the through orifice 32. The external surface 36e of the external part 36 also has a symmetry of revolution with respect to this axis X. The first fixing elements 38 are here a thread cooperating with a thread (not shown) internal to the second orifices 16, 116, 117 allowing thus a screwing of the external part 36 inside the orifices 16, 116, 117. It is thus possible to fix in a non-definitive manner the introduction device 30 to the injector 10 or 110.
Dans l’exemple représenté figure 3, les deuxièmes éléments de fixation comprennent des ergots ou des encoches coopérant respectivement avec des rainures ou nervures de forme adaptée pour permettre de déplacer les parties externe et interne entre un état de fixation des parties externe et interne, dans lequel ces éléments sont solidaires, et un état libéré de ces éléments dans lequel ils peuvent être séparés l’un de l’autre. Le passage d’un état à l’autre s’effectue suite à des mouvements de translation suivant une direction parallèle à l’axe de révolution X et de rotation autour de l’axe de révolution X.In the example shown in Figure 3, the second fastening elements comprise lugs or notches cooperating respectively with grooves or ribs of suitable shape to allow the external and internal parts to be moved between a state of fixing of the external and internal parts, in which these elements are integral with, and a state freed from these elements in which they can be separated from each other. The transition from one state to the other takes place following translational movements in a direction parallel to the axis of revolution X and of rotation about the axis of revolution X.
Plus précisément, dans cet exemple, la partie externe 36 présente des ergots 40 qui font saillie de sa surface interne 36i perpendiculairement à l’axe de révolution X, en direction de celui-ci (radialement). Ces ergots 40 coopèrent avec des rainures 42 ménagées dans la surface externe 34e la partie interne 34. Ces rainures 42 ont par exemple une forme en L, dont une partie s’étend parallèlement à l’axe X depuis le bord de l’orifice 32, autorisant l’insertion de la partie interne 34 à l’intérieur de la partie externe 36 suivant une translation d’axe X, l’extrémité de la rainure 42 bifurquant à angle droit afin de permettre par une rotation de la partie interne 34 par rapport à la partie externe 36 et son blocage. La figure 5 représente une vue en coupe transversale des parties interne et externe, avant rotation de la partie interne.More specifically, in this example, the external part 36 has lugs 40 which project from its internal surface 36i perpendicular to the axis of revolution X, in the direction of the latter (radially). These lugs 40 cooperate with grooves 42 formed in the external surface 34e of the internal part 34. These grooves 42 have for example an L shape, a part of which extends parallel to the axis X from the edge of the orifice 32 , authorizing the insertion of the internal part 34 inside the external part 36 along a translation of axis X, the end of the groove 42 branching off at right angles so as to allow the internal part 34 to rotate by relative to the external part 36 and its blocking. FIG. 5 represents a cross-sectional view of the internal and external parts, before rotation of the internal part.
L’invention n’est pas limitée à ce mode de réalisation particulier : les ergots 40 pourraient faire partie de la partie interne et les rainures être réalisées sur la partie externe. On pourrait également envisager de remplacer les ergots par des encoches coopérant non plus avec des rainures mais avec des nervures parallèles à l’axe X dont la longueur est choisie pour que la rotation des parties l’une par rapport à l’autre permette un appui de l’extrémité des nervures sur la périphérie sans encoche de l’autre partie. L’invention n’est pas non plus limitée à un nombre particulier de nervures/rainures et encoches/ergots.The invention is not limited to this particular embodiment: the pins 40 could be part of the internal part and the grooves be made on the external part. One could also consider replacing the lugs with notches cooperating no longer with grooves but with ribs parallel to the X axis, the length of which is chosen so that the rotation of the parts relative to each other allows support from the end of the ribs on the periphery without notch of the other part. The invention is also not limited to a particular number of ribs / grooves and notches / lugs.
On notera que dans l’exemple de la figure 3, la partie externe 36 prend appui sur un rebord 35 de la partie interne 34. Ce rebord 35 forme ainsi une butée.Note that in the example of Figure 3, the outer part 36 is supported on a flange 35 of the internal part 34. This flange 35 thus forms a stop.
L’exemple représenté sur la figure 4 diffère de celui de la figure 3 essentiellement par les formes de la surface interne 36i de la partie externe 36 et de la surface externe 34e de la partie interne 34 et par la position des ergots 40. En conséquence, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références.The example shown in FIG. 4 differs from that of FIG. 3 essentially by the shapes of the internal surface 36i of the external part 36 and of the external surface 34e of the internal part 34 and by the position of the pins 40. Consequently , the same elements are designated by the same references.
Dans ce mode de réalisation, un élément élastique 44 est disposé entre les parties interne 34 et externe 36 de sorte à être comprimé dans une direction parallèle à l’axe X de l’orifice 32 lorsque les parties interne et externe sont fixées.In this embodiment, an elastic element 44 is disposed between the internal 34 and external 36 parts so as to be compressed in a direction parallel to the axis X of the orifice 32 when the internal and external parts are fixed.
Dans l’exemple, l’élément élastique 44 se présente sous la forme d’un ressort logé dans un logement annulaire 46 à section en U ménagé dans la surface interne 36i. Cet élément élastique 44 vient en appui sur la surface externe 34e de la partie interne 34 et est comprimé lorsque les ergots 40 sont bloqués dans les rainures correspondantes de la partie interne. L’élément élastique 44 permet ainsi de maintenir en position les parties interne 34 et externe 36 dans l’état de fixation malgré les vibrations, déplacements et autres mouvements transmis par l’injecteur.In the example, the elastic element 44 is in the form of a spring housed in an annular housing 46 with a U-section formed in the internal surface 36i. This elastic element 44 bears on the external surface 34e of the internal part 34 and is compressed when the lugs 40 are blocked in the corresponding grooves of the internal part. The elastic element 44 thus makes it possible to maintain the internal 34 and external 36 parts in position in the fixing state despite the vibrations, displacements and other movements transmitted by the injector.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits, lesquels peuvent être combinés.The invention is not limited to the embodiments described, which can be combined.
L’invention est particulièrement adaptée à l’injection d’une charge d’hydrocarbures, notamment dans une unité FCC, mais pourrait être adaptée à l’injection de toute charge liquide à atomiser susceptible d’éroder un injecteur.The invention is particularly suitable for the injection of a hydrocarbon feedstock, in particular in an FCC unit, but could be adapted for the injection of any liquid feedstock to be atomized capable of eroding an injector.
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