MXPA05001805A - Proceso para redistribuir el flujo termico en los reactores dentro de los calentadores industriales, y calentadores industriales que lo utilizan. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan los reactores industriales (14) de un calentador industrial expuesto al fuego (12) con una distribucion del flujo de calor mas uniforme alrededor de una zona de la superficie circunferencial exterior de estos. Mas especificamente, de conformidad con la presente invencion, se proporcionan sobre al menos un segmento circunferencial de la zona de la superficie circunferencial exterior del reactor industrial (14) un recubrimiento (22) de un material que tiene una capacidad de emision termica y/o conductividad termica seleccionadas, diferente de la emisividad termica y/o conductividad termica de otro segmento circunferencial de la superficie circunferencial exterior del reactor industrial (14) . De esta manera se establece una distribucion del flujo de calor mas uniforme alrededor de toda la zona de la superficie circunferencial exterior del reactor industrial (14) en comparacion con la distribucion del flujo de calor alrededor de este en ausencia del recubrimiento.

Description

Declaralion under Rulo 4.?7: — befare thc expiration of thc time limit for amending ih — as lo applicant 's enlitlement lo appl f r and be granted a claims and lo be republished in the evenl of receipi of paie.nl (Rule 4.17(H)) for all designati r.s amendmems For two-letter codes and othcr abbreviaüons, refe ió the "Guic¡- Publishcd: ance Notes on Codes and Abbrcviaiions " appeari g ai the begui- — with intemaüonal search report ning of each regular issue. of thc PCT Gazette.

PROCESO PARA REDISTRIBUIR EL FLUJO TÉRMICO EN LOS REACTORES DENTRO DE LOS CALENTADORES INDUSTRIALES, Y CALENTADORES INDUSTRIALES QUE LO UTILIZAN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere, en general, a los métodos mediante los cuales pueden manejarse los flujos de calor en los reactores industriales dentro de calentadores industriales para que sea más uniforme en toda la circunferencia. Los métodos de la invención son especialmente muy adecuados para utilizarlos en calentadores expuestos al fuego, sensibles al coque que se emplean en la industria de refinación de petróleo, como los coquizadores, las unidades de vs.cío, calentadores de crudos y similares .

ANTECEDENTE Y COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La mayoría de los calentadores u hornos sensibles al coque, como los coquizadores, los calentadores de vacío y de crudos, se denominan unidades individuales con hogar que emplean una fuente de combustión, generalmente al centro de un arreglo de reactores industriales. Los reactores industriales de este modo por lo regular se colocan muy cerca de la pared refractaria del calentador lo cual da origen a una distribución del flujo de calor 2 circunferencial y regular. Es decir, los segmentos circunferenciales del tubo junto al elemento de combustión del calentador por lo regular están más calientes que el segmento circunferencial del tubo junto a la pared refractaria del recipiente de fabricación.

El flujo térmico en el lado más caliente, expuesto al fuego del reactor da como resultado mayores temperaturas del metal del reactor en comparación con el lado de la pared refractaria del reactor. El resultado neto de la depositación irregular del flujo térmico circunferencial es una mayor velocidad de depositación de la coquificación dentro del reactor en el lado más caliente, expuesto al fuego, de éste. Una coquificación circunferencial, interna, irregular como esta también da origen a una caída de presión desventajosamente elevada, anticipada, a través del reactor y/o una temperatura desventajosamente alta en la superficie exterior del reactor (es decir, la coquificación sobre la superficie interna del reactor actúa como un aislante) . En consecuencia, lo que sigue son reducidos periodos operativos para los calentadores expuestos al fuego. Por ejemplo, un coquificador común necesita la descoquización cada seis a nueve meses, pero algunos coquificadotes requieren la descoquización cada tres meses. 3 También hay flujos térmicos irregulares dentro del propio calentador industrial lo cual puede conducir a una coquificación relativamente irregular de una sección del reactor a otra. Así pues, algunos reactores o secciones de reactores pueden estar más cerca de la fuente de combustión en comparación con otros reactores o secciones de reactores dentro del calentador industrial. Estos reactores más alejados de la fuente de combustión (por ejemplo aquellos reactores cercanos a la parte superior del calentador cuando la fuente de combustión está en la base del calentador) pueden tener segmentos circunferenciales del reactor que muestren un flujo térmico menor en comparación con segmentos circunferenciales semejantes de los reactores más cercanos a la fuente de combustión aunque los segmentos circunferenciales estén orientados para hacer frente al calor que se genera por la fuente de combustión.

Por tanto, seria- muy deseable si a los reactores industriales o segmentos de reactores dentro de los recipientes expuestos al fuego se les pudiera impartir una distribución más uniforme del flujo térmico circunferencia. También sería deseable si el flujo térmico dentro del calentador industrial pudiera redistribuirse más uniformemente en virtud de haber 4 proporcionado a los diferentes reactores y/o secciones de reactores una distribución del flujo térmico circunferencial diferente, pero considerablemente uniforme en el lugar, predeterminada. Por tanto, es hacia la satisfacción de estas necesidades que se dirige la presente invención.

En un sentido amplio, la presente invención se dirige a los métodos para proporcionar una distribución del flujo térmico más regular alrededor de una superficie circunferencial exterior de al menos una sección de un reactor industrial dentro de un calentador industrial, y a los reactores industriales como estos sobre los cuales se ha impartido una distribución más equitativa del flujo térmico circunferencial. Más específicamente, de conformidad con la presente invención, se dispone sobre al menos un segmento circunferencial de al menos una sección exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial, un recubrimiento de un material que tiene una emisividad térmica y/o conductividad térmica elegidas que sea diferente de la emisividad térmica y/o conductividad térmica de otro segmento circunferencial de la misma sección exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial . En esta forma se establece una conductancia térmica más equitativa 5 alrededor de toda la sección exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial en comparación con la conductancia térmica alrededor de éste en ausencia del recubrimiento, dando origen con ello a una distribución del flujo térmico más equitativa en toda a circunferencia de la sección del reactor.

Estos y otros aspectos y ventajas serán más evidentes después de la consideración cuidadosa que se de a la siguiente descripción detallada de las modalidades ejemplares preferidas de esta.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS ACOMPAÑANTES En adelante se hará referencia a los dibujos acompañantes, en donde números de referencia iguales a lo largo de las diferentes figuras designan elementos estructurales semejantes, y en donde: La Figura 1 es una vista esquemática de un corte transversal de un coquificador individual expuesto al fuego que tiene reactores industriales de acuerdo con la presente invención; y Las Figuras 2A-2D son vistas esquemáticas aumentadas del corte transversal de una técnica actualmente 6 preferida para impartir una distribución más uniforme del flujo térmico circunferencial a las tuberías de procesos de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La Figura 1 acompañante representa como un esquema un calentador industrial expuesto al fuego 10, como puede ser un coquificador individual expuesto al fuego. En este sentido, el calentador 10 tiene las paredes refractarias 12 con el propósito de llevar al mínimo la pérdida térmica del recipiente, y diversos reactores industriales (algunos de los cuales están identificados por el número de referencia 14) ordenados junto a las paredes 12. La unidad calentadora 16 está provista para ofrecer una fuente de calor como se muestra esquemáticamente por la flama 16a. Así pues, como se puede observar de la Figura 1, estas porciones de los reactores 14 que están directamente expuestas a la flama 16a están más calientes en comparación con las porciones de los reactores 14 que están inmediatamente adyacentes a la pared refractaria 12, dando origen con ello a los problemas ya mencionados brevemente .

Las Figuras 2A-2D acompañantes representan como un esquema las técnicas preferidas de conformidad con la 7 presente invención para impartir una distribución más uniforme del flujo térmico circunferencial a los reactores 14. En este sentido, como se muestra en la Figura 2A, un reactor industrial representativo 14 se muestra con un depósito de incrustaciones circunferencial 20 en su superficie exterior. La incrustación 20 puede desde luego proporcionar disminución del flujo térmico. Así pues, de conformidad con la presente invención, una zona circunferencial (indicada por la línea punteada y el número de referencia 20a) del depósito de la incrustación 20 puede retirarse del reactor 14 junto a la pared refractaria 12. La separación del depósito de la incrustación 20a puede llevarse a cabo por cualquier técnica conveniente. Por ejemplo, una técnica de sand blasting (estallido de arena) descrita en la solicitud de patente copendiente US No. 10/219943 cedida con la presente (todo el contenido de la cual se incorpora expresamente en la presente como referencia) puede emplearse para retirar a elección la zona circunferencial del depósito de incrustaciones 20a y con ello exponer el metal sin revestimiento protector del reactor subyacente 14.

Una vez que se quita la zona circunferencial del depósito de incrustaciones 20a es posible aplicar un 8 recubrimiento 22 como se muestra en la Figura 2B. En este sentido, el recubrimiento 22 es un material que se elige por sus propiedades de emisividad y/o conductividad térmicas para obtener una conductancia térmica deseada (por ejemplo, en términos de transferencia de calor por área unitaria a todo lo largo de la pared del reactor) alrededor de toda la zona de la superficie circunferencial del reactor 14.

Cuando se utiliza en la presente, la emisividad (E) de un material se entiende que se refiere a un número adimensional medido en una escala entre cero (reflexión de energía total) y 1.0 (un "cuerpo negro" perfecto, capaz de absorber y volver a radiar la energía total) . De acuerdo con la presente invención, por una emisividad (E) relativamente alta se entiende materiales para recubrimiento que tienen una emisividad mayor que aproximadamente 0.80, y por lo regular entre aproximadamente 0.90 y aproximadamente 0.98. Por tanto, por emisividad relativamente baja se entiende materiales para recubrimiento que tienen una emisividad menor que aproximadamente 0.80, por lo regular menor que aproximadamente 0.75 (por ejemplo, entre aproximadamente 0.15 a aproximadamente 0.75). Del mismo modo es posible emplear emisividades bajas de entre alrededor de 0.45 a 9 alrededor de 0.75. Asi pues, el intervalo de emisividades de los materiales para recubrimiento que pueden emplearse en la práctica de la presente invención puede ser desde aproximadamente 0.15 hasta aproximadamente 0.98, y dependerá de los requisitos específicos necesarios para un recipiente industrial específico.

Como se puede apreciar, el depósito de incrustaciones 20 mostrará una conductividad térmica relativamente baja, pero emisividad relativamente alta. Como tal, el recubrimiento 22 se elige de modo que proporcione esencialmente un flujo térmico más uniforme a todo el rededor del reactor 14. Así pues, las diferencias en la emisividad y/o conductividad térmica de la zona circunferencial del reactor 14 en comparación con otra zona circunferencial (por ejemplo entre la zona del depósito de incrustaciones 20 y el recubrimiento 22) es tal que todo el flujo térmico circunferencial (conductancia térmica) se vuelve en promedio más uniforme tomando en cuenta que una zona puede ser más caliente durante el uso en comparación con otra zona (es decir, está sometida a condiciones térmicas diferenciales durante el uso) . En la práctica, se prefiere que las diferencias de emisividad de una zona circunferencial del reactor 14 en comparación con otra zona circunferencial 10 del reactor sea al menos aproximadamente 5%, y por lo regular al menos aproximadamente 10% o más (por ejemplo, una diferencia de emisividad entre aproximadamente 15% a aproximadamente 50%) .

Se observará que, dentro del objetivo deseado de proporcionar un flujo térmico más uniforme alrededor de toda la circunferencia del reactor 14 y/o de proporcionar un flujo térmico más uniforme dentro del propio entorno del calentador industrial, es posible emplear una variedad de técnicas. Por ejemplo, es posible aplicar un recubrimiento 24 con emisividad relativamente alta o emisividad relativamente baja además sobre la pared refractaria 12 junto al recubrimiento 22, como se muestra en la Figura 2C, o es posible aplicarlo como una alternativa en lugar del recubrimiento 22. Además (o como una alternativa), se puede eliminar la incrustación 20 y aplicar un recubrimiento 26 que posea las propiedades deseadas de emisividad y/o conductividad sobre el lado caliente del reactor 14, como se muestra en la Figura 2D.

Se observará que dentro del entorno del calentador industrial 10, puede ser necesario proporcionar uno o más reactores y/o secciones de reactores longitudinales que 11 muestren un flujo térmico diferente en comparación con uno o más de otros reactores y/o secciones de reactores dentro del calentador 10. No obstante, en forma individual estos reactores y/o secciones de reactores cada uno mostrarán con mayor preferencia el flujo térmico considerablemente uniforme en toda la circunferencia de acuerdo con la presente invención como se ha descrito previamente. Sin embargo, al proporcionar diferentes flujos térmicos circunferenciales previamente elegidos de los reactores y/o secciones de reactores que no obstante cada uno sea considerablemente uniforme permitirá que el flujo térmico dentro del entorno del calentador 10 se redistribuya más uniformemente.

No son importantes los espesores del recubrimiento sobre los reactores, pero variará dependiendo del flujo térmico resultante deseado y/o el material específico que forme el recubrimiento. Así pues, los espesores del recubrimiento desde aproximadamente 1 hasta aproximadamente 60 mils pueden ser adecuados para una aplicación determinada a un reactor, siendo las densidades del recubrimiento por lo regular mayores de aproximadamente 75%, más específicamente, de 90% o mayores . 12 Aunque la invención se ha descrito en relación con lo que se considera actualmente la modalidad más práctica y preferida, debe entenderse que la invención no se limita a la modalidad descrita, sino por el contrario, se propone para cubrir las diversas modificaciones y arreglos equivalentes incluidos dentro del alcance de las reivindicaciones anexas .

Claims (22)

13 REIVINDICACIONES

1. Un método para procurar una distribución más equitativa del flujo térmico alrededor de una zona exterior de la superficie circunferencial de un reactor industrial dentro de un recipiente de fabricación expuesto al fuego, que consiste en proporcionar, sobre al menos un segmento circunferencial de la zona exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial, un recubrimiento de un material que tiene una emisividad térmica y/o conductividad térmica seleccionada que sea diferente de la emisividad térmica y/o conductividad térmica de otro segmento circunferencial de la zona exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial, para impartir con ello una distribución más equitativa del flujo térmico alrededor de toda la zona exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial, en comparación con la distribución del flujo térmico alrededor de éste en ausencia del recubrimiento .

2. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque la diferencia de emisividad es al menos 5% entre al menos un segmento circunferencial y otro segmento circunferencial . 14

3. El método de la reivindicación. 2 , caracterizado porque la diferencia de emisividad es al menos aproximadamente 10%.

4. El método de cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque al menos un segmento circunferencial tiene un recubrimiento que muestra una alta emisividad de al menos aproximadamente 0.80.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 , caracterizado porque al menos un segmento circunferencial tiene un recubrimiento que muestra una baja emisividad de menos de aproximadamente 0.80.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una de las superficies y otra superficie circunferencial están recubiertas con los materiales respectivos que tienen una emisividad de entre aproximadamente 0.15 a aproximadamente 0.98, a condición de que la emisividad de los materiales respectivos sea diferente en al menos aproximadamente 5%.

7. El método de la reivindicación 6, caracterizado porque la diferencia de la emisividad es al menos aproximadamente 10%. 15

8. El método de la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un segmento circunferencial está recubierto con un material que tiene una emisividad relativamente alta de aproximadamente 0.80 o mayor, y en donde otro segmento circunferencial está recubierto con un material que tiene una emisividad relativamente baja de menos de aproximadamente 0.80, a condición de que las emisividades relativamente altas y bajas sean diferentes en aproximadamente 5%.

9. El método de la reivindicación 8, caracterizado porque las emisividades relativamente altas y bajas difieren en aproximadamente 10%.

10. Un reactor industrial para un calentador industrial que tiene un flujo térmico circun erencial generalmente uniforme proporcionado por un método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-9.

11. Un reactor industrial para un calentador industrial que muestra una distribución del flujo térmico más equitativa alrededor de una zona exterior de la superficie circunferencial de éste que contiene, sobre al menos un segmento circunferencial de la zona exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial, un 16 recubrimiento de un material que tiene una emisividad térmica y/o conductividad térmica seleccionada que es diferente de la emisividad térmica y/o conductividad térmica de otro segmento circunferencial de la zona exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial, para impartir con ello una distribución más equitativa del flujo térmico alrededor de toda la zona exterior de la superficie circunferencial del reactor industrial, en comparación con la distribución del flujo térmico alrededor de éste en ausencia del recubrimiento.

12. El reactor industrial de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la diferencia de emisividad es al menos 5% entre al menos un segmento circunferencial y otro segmento circunferencial.

13. El reactor industrial de la reivindicación 12, caracterizado porque la diferencia de la emisividad es al menos aproximadamente 10%.

14. El reactor industrial de la reivindicación 11, caracterizado porgue al menos un segmento circunferencial tiene un recubrimiento que muestra una emisividad alta de al menos aproximadamente 0.80. 17

15. El reactor industrial de la reivindicación 11, caracterizado porque al menos un segmento circunferencial tiene un recubrimiento que muestra una baja emisividad de menos de aproximadamente 0.80.

16. El reactor industrial de la reivindicación 11, caracterizado porque al menos una superficie y otra superficie circunferencial están recubiertas con los materiales respectivos que tienen una emisividad de entre aproximadamente 0.15 a aproximadamente 0.98, a condición de que la emisividad de los materiales respectivos sea • diferente en al menos aproximadamente 5%.

17. El reactor industrial de la reivindicación 16, caracterizado porque la diferencia de la emisividad es al menos aproximadamente 10%.

18. El reactor industrial de la reivindicación 11, caracterizado porque al menos un segmento circunferencial está recubierto con un material que tiene una emisividad relativamente alta de aproximadamente 0.80 o mayor, y en donde otro segmento circunferencial está recubierto con un materia que tiene una emisividad relativamente baja de menos de aproximadamente 0.80, a condición de que las emisividades relativamente alta y baja difieran en aproximadamente 5%. 18

19. El reactor industrial de la reivindicación 18, caracterizado porque las emisividades relativamente alta y baja difieren aproximadamente 10%.

20. Un calentador industrial que incluye al menos un reactor industrial de cualquiera de las reivindicaciones 11-19.

21. El calentador industrial de la reivindicación 20, el cual incluye otro reactor industrial que tiene un flujo térmico circunferencial diferente, considerablemente uniforme, en comparación con al menos un reactor industrial.

22. El calentador industrial de conformidad con la reivindicación 20, el cual consta de una pared refractaria, y un recubrimiento que tiene propiedades predeterminadas de la emisividad térmica y/o conductividad térmica sobre la pared refractaria.