MXPA06005223A - Mecanismo de tobera de alimentacion - Google Patents

Abstract

Mecanismo de tobera de alimentación para inyectar una mezcla de un gas y pequeñas gotas de hidrocarburo líquido en un recipiente en forma de chorro substancialmente laminar, comprendiendo dicho mecanismo un cuerpo de tobera dotado, en su parte aguas arribas, de medios para suministrar el gas, asícomo medios para suministrar el hidrocarburo líquido al referido cuerpo de tobera y, en su extremo aguas abajo, de una salida cerrada provista de una abertura alargada donde estácolocado un inserto de manera de formar una abertura continua en circuito cerrado para descarga de la mezcla de gas y gotas de líquido.

Description

European (AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FL — before the expiration of the time limil for amending the FR, GB, GR,HU, IE, IS,IT, LU,MC,NL,PL, PT, R01 SE, claims and lo be republished in the evenl of receipl of SI, SK, TR), OAPI (BF, B J, CF, CG, Cl, CM, GA, GN, GQ, amendments GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG). For two-letter codes and other abbreviations. refer to the "Guid-Publ liisshheedd:: anee Notes on Codes and Abbreviations" appearing al the begin-— with internalional search report ning ofeach regular issue oflhe PCT Gazette.

MECANISMO DE TOBERA DE ALIMENTACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un mecanismo de tobera de alimentación para inyectar una mezcla de gas y de hidrocarburo líquido en un recipiente, en forma de chorro substancialmente laminar. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En un proceso de cracking catalítico fluidizado (FCC, por sus siglas en ingles) , es importante una sola zona de contacto de la carga alimentadora de hidrocarburo con el catalizador, de manera de controlar el tiempo de reacción en el tubo ascendente. Además, una rápida mezcla de la carga de hidrocarburo líquido con los catalizadores regenerados calientes favorece la vaporización de la carga. El mecanismo de tobera de alimentación del documento US-A-5306418 logró alcanzar estos objetivos, al ser insertado desde la periferia del tubo ascendente del reactor, conocido en la industria como entrada lateral, y descargar una solo chorro laminar a través de una abertura de ranura en el extremo de salida del mecanismo de tobera. El documento US-5673859 describía diversos mecanismos de tobera de alimentación, para aplicaciones similares de entrada lateral, un mecanismo con dos ranuras convergentes, otro con dos ranuras paralelas y aún otro con dos ranuras REF.172833 divergentes para la descarga de la mezcla de gas e hidrocarburo líquido. En dicho documento se afirmaba que estos mecanismos de tobera con dos ranuras de descarga tenían la ventaja de ofrecer un contacto mejor con el catalizador, en comparación con los que tenían una sola ranura, como en el caso del documento US-A-5306418. Asimismo, los documentos US-A-5794857 y US-A-6012652 describían diferentes variaciones de mecanismos de tobera con múltiples aberturas de ranura en los extremos de salida de la tobera, para la aplicación de entrada lateral. El documento US-A-6387247 describía un mecanismo de toberas de alimentación para insertar la tobera desde la parte inferior del tubo ascendente del reactor para FCC, conocido en la industria como entrada inferior. El chorro descargado de este mecanismo de tobera tiene la forma de un cono hueco. Esta tobera no logra alcanzar una sola zona de contacto de la carga de alimentación de hidrocarburo con el catalizador, si es aplicada a una configuración de tobera con entrada lateral, ya que la descarga es un chorro de cono hueco . Aunque, de manera general, se entiende que el mecanismo de toberas de alimentación para aplicación de entrada lateral con múltiples ranuras de salida, como en el documento US-A-5673859, tiene la ventaja de ofrecer un mejor contacto de alimentación, en comparación con el mecanismo de una sola ranura de salida, como en el documento US-A-5306418, el primero presenta una desventaja importante en lo que concierne la erosión que puede ocurrir en los espacios entre las múltiples ranuras, como resultado del paso a altas velocidades de las partículas del catalizador de FCC a través de esos espacios, posiblemente debido a un efecto de vacío entre chorros laminares adyacentes . Uno de los objetivos de la presente invención consiste en crear un mecanismo de tobera de alimentación que tenga la ventaja de las propiedades de funcionamiento de una sola zona de contacto con un chorro laminar. Otro objetivo es el de tener un mecanismo de tobera de alimentación que ofrezca buen contacto de alimentación, como la tobera descrita en, por ejemplo, el documento US-A-5794857 con ranuras múltiples, pero que sea menos propensa a erosión. SUMARIO DE LA INVENCIÓN Estos objetivos son alcanzados con el siguiente mecanismo de tobera de alimentación. Un mecanismo de tobera de alimentación para introducir una mezcla de gas y pequeñas gotas de hidrocarburo líquido en un recipiente, en forma de chorro substancialmente laminar; dicho mecanismo de tobera de alimentación consta de un cuerpo de tobera dotado, en su parte aguas arriba, de los medios para suministrar gas e hidrocarburo líquido al referido cuerpo de tobera y, en el extremo aguas abajo, de una salida provista de una abertura alargada donde está colocado un inserto de manera de formar una abertura continua en circuito cerrado para descarga de la mezcla de gas y pequeñas gotas de hidrocarburo líquido. Los solicitantes de el documento han observado que, cuando se utiliza la tobera de alimentación según la invención, se genera un chorro uniforme substancialmente laminar que proporciona un contacto monocapa y que esta tobera de alimentación es menos propensa a la erosión. Asimismo, la invención está dirigida a un tubo ascendente del reactor suministrado con las toberas de alimentación arriba descritas como toberas de alimentación de entrada lateral y al uso del mecanismo toberas de alimentación-reactor en un proceso donde los catalizadores y el hidrocarburo líquido entran en contacto. Asimismo, la invención está dirigida a un tubo ascendente del reactor suministrado con las toberas de alimentación arriba descritas como toberas de alimentación de entrada inferior y al uso del mecanismo toberas de alimentación-reactor en un proceso donde los catalizadores y el hidrocarburo líquido entran en contacto. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Fig. 1 es una vista transversal de la invención, tomada a lo largo del eje longitudinal. La Fig. 2 es una vista ampliada de la tobera de la Fig. 1.

La Fig. 3 es una vista transversal tomada a lo largo de la línea de referencia 3—3 de la Fig. 1. La Fig. 4A es una vista transversal de la boquilla de la primera tobera . La Fig. 4B es una vista transversal de la boquilla de la primera tobera, tomada a lo largo de la línea de referencia 4C-4C de la Fig. 4A. La Fig. 5A es una vista transversal de la boquilla de la segunda tobera (alimentación) tomada a lo largo de la línea de referencia 5A—5A de la Fig. 5B. La Fig. 5B es una vista en planta de la boquilla de la segunda tobera. La Fig. 5C es una vista transversal de la boquilla de la segunda tobera, tomada a lo largo de la línea de referencia 5C-5C de la Fig. 5B . La Fig. 6 representa, en una incorporación, una vista en corte lateral de la tobera objeto de esta invención, en una configuración de tubo ascendente del reactor con entrada lateral . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Aunque el mecanismo de tobera de alimentación para aplicación de entrada lateral con múltiples ranuras de salida, como aquél descrito en el documento US-A-5673859, tiene la ventaja de ofrecer mejor contacto de alimentación, en comparación con los mecanismos de una sola ranura de salida, como en el documento US-A-5306418, el primero presenta una desventaja importante en lo que concierne la erosión que, bajo algunas circunstancias, puede ocurrir en la salida de la tobera. Los solicitantes consideran que, en la técnica anterior, la desventaja de las toberas de alimentación con múltiples ranuras, descritas en los documentos US-A-5794857 y US-A-5673859, reside en el hecho de que pudiera ocurrir erosión en los espacios entre las múltiples ranuras, como resultado del paso a altas velocidades de las partículas del catalizador del FCC a través de esos espacios, posiblemente debido a un efecto de vacío entre chorros laminares adyacentes. Los solicitantes consideran que el catalizador es arrastrado hacia dichos espacios debido al mismo efecto de vacío que causa la convergencia de los chorros laminares adyacentes. Además, los solicitantes consideran que la presente invención puede lograr el objetivo de mantener las ventajas del mecanismo de toberas de alimentación para aplicación de entrada lateral con múltiples ranuras de salida, proporcionando un contacto de alimentación y, al mismo tiempo, evitando las desventajas del problema de una posible erosión mediante un nuevo diseño, de conformidad con esta invención. Una de las incorporaciones perfeccionadas de la presente invención consiste en un mecanismo de tobera de alimentación dotado de una abertura en circuito cerrado en el extremo de salida, la cual es una abertura continua. En lugar de tener dos aberturas separadas de ranura alargada y un espacio entre las mismas vulnerable al ataque del catalizador, como en el documento US-A-5673859, la presente invención tiene una abertura de salida que conecta los extremos de las dos ranuras alargadas con dos ranuras del circuito cerrado, formando una ranura continua en circuito cerrado y, de esta manera, cerrando el espacio entre las dos ranuras alargadas, el cual es propenso al ataque del catalizador. Para lograr la referida ranura continua en circuito cerrado, se coloca un inserto en la abertura alargada. El inserto es preferiblemente fijado a una posición aguas arriba del cuerpo de la tobera. A pesar de que las diferentes Figuras muestran la salida de la tobera con una sola ranura en circuito cerrado, la presente invención abarca también diversas variaciones, tales como la colocación de múltiples insertos en una abertura alargada para formar múltiples aberturas en circuito cerrado. La abertura es alargada de tal manera que sean emitidos « chorros paralelos substancialmente laminares desde las dos secciones alargadas de la abertura en circuito cerrado . Además, la abertura alargada está definida por su máxima longitud 1 y su máximo ancho h, donde la longitud 1 se mide a lo largo de la superficie opcionalmente curva del extremo cerrado del cuerpo de la tobera de alimentación. La relación 1/h debe ser, como mínimo, superior a 1,5 y, preferiblemente, superior a 3. La relación 1/h debe ser inferior a 20 y, preferiblemente, inferior a 10. Se obtiene una abertura aún más resistente a la erosión cuando el límite mínimo del ancho h de la abertura alargada se sitúa desde 10 mm hasta, preferiblemente, 30 mm. El límite máximo del ancho de h la abertura alargada debe ser entre 200 mm hasta, preferiblemente, 80 mm. Para obtener una tobera de alimentación aun más resistente a la erosión, la pared del extremo aguas abajo del cuerpo de la tobera en el sitio de la ranura alargada, debe tener un espesor entre 5 y 100 mm, preferiblemente entre 5 y 40 mm. El extremo de salida del cuerpo de la tobera tiene forma de campana para lograr una distribución más pareja del chorro laminar que sale de la abertura en circuito cerrado. De conformidad con la presente invención, la tobera de alimentación estará dotada de medios para formar una mezcla de gas y pequeñas gotas de hidrocarburo líquido, también denominados medios de atomización. Estos medios de atomización pueden ser, por ejemplo, como aquellos descritos en el documento EP-A-717095. Preferiblemente, la tobera de alimentación es como se describe a continuación, donde los medios de atomización se logran por el diseño específico de la abertura en circuito cerrado y de los medios para suministrar gas e hidrocarburo líquido. Dicha tobera de alimentación tiene un cuerpo que comprende: a. Un tubo cilindrico interior que define un conducto de gas conectado a los medios de suministro de gas en su extremo aguas arriba y un extremo de salida aguas abajo en forma de campana, dotado de una o más aberturas de salida de gas; b. Un conducto anular de hidrocarburo líquido definido por la superficie exterior del tubo interior y la superficie interior del cuerpo de tobera; dicho conducto de hidrocarburo líquido está conectado a los medios de suministro de hidrocarburo líquido en su extremo aguas arriba; c. Donde las aberturas de salida de gas del conducto de gas están alineadas con la abertura en circuito cerrado situada en el extremo en forma de campana del cuerpo de la tobera; y donde d. El inserto colocado en la abertura alargada del cuerpo de la tobera está acoplado a la salida de gas en forma de campana. La tobera de alimentación puede tener las dimensiones y el diseño del cuerpo de tobera y tubo interior descritos con más detalle en el documento US-A-5794857, cuya referencia se encuentra incorporada en el presente documento, a título informativo .

El extremo aguas abajo del tubo interior es, preferiblemente, en forma de campana. Este extremo aguas abajo está dotado de una o más aberturas de salida de gas. La abertura de salida de gas puede comprender una o varias hileras de orificios. A través de estos orificios, el gas, preferiblemente vapor, fluirá hasta el hidrocarburo de petróleo pesado que pasa a través del conducto exterior. Esto resulta en una mezcla de vapor e hidrocarburo de petróleo pesado que transita con velocidad en la dirección del conducto de gas que está siendo emitido a través de dichos orificios. Debido a que las aberturas del conducto de gas están substancialmente alineadas con la abertura en circuito cerrado del cuerpo de la tobera, la mezcla de hidrocarburos y gas es dirigida hacia la abertura del circuito cerrado. Como consecuencia de la presión, tanto de los hidrocarburos como del gas, se obtiene una buena atomización del hidrocarburo . En general, las aberturas del extremo cerrado del tubo de gas interior consistirán en por lo menos una hilera de pequeños orificios, en un número de 7 a aproximadamente 50, y variando en tamaño desde aproximadamente 1/16 de pulgada hasta aproximadamente 3/8 de pulgada de diámetro, los cuales se alinean con cada una de las aberturas correspondientes en circuito cerrado ubicadas en el cuerpo de la tobera. El ángulo formado desde el centro esférico o elíptico del extremo de salida generalmente hemisférico o semi-elíptico del tubo interior hasta las hileras de orificios es de 45° a 120°. En el proceso de cracking catalítico de un hidrocarburo de petróleo pesado, éste es precalentado, mezclado con vapor y alimentado a un tubo ascendente del reactor de cracking catalítico. El hidrocarburo de petróleo pesado entra entonces en contacto con el catalizador de cracking para producir hidrocarburos livianos y el catalizador gastado es cubierto con una fina camada de coque. Los hidrocarburos livianos son retirados del reactor. El catalizador gastado, cubierto con una fina camada de coque, es pasado a un recipiente regenerador. Luego, por lo menos una porción del coque es eliminada del catalizador gastado mediante combustión, dando como resultado un catalizador regenerado caliente. Se introduce vapor en el hidrocarburo de petróleo pesado a través del conducto interno cilindrico de vapor, resultando en la formación de una excelente mezcla bifásica por las burbujas de vapor que salen de la mezcla de hidrocarburo. La mezcla bifásica de vapor e hidrocarburos de petróleo pesado pasa a través de la salida de la tobera de alimentación para el reactor de cracking catalítico, resultando en excelente atomización. La Fig. 1 representa una vista transversal de una incorporación de la invención. El mecanismo de toberas de alimentación 100 incluye el conducto interior de vapor 105 y el conducto exterior anular de óleo (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 exterior anular de óleo 115 tiene un extremo de entrada 125 y un extremo de salida 135. El extremo de entrada de la boquilla de la primera tobera 140 está acoplado al extremo de salida 130 del conducto interior de vapor 105. El extremo de salida de la boquilla de la primera tobera 140, opuesto a su extremo de entrada, es hemisférico o semi-elíptico. Una de las incorporaciones presenta el extremo de salida de la boquilla de la primera tobera 140 con una hilera en circuito cerrado de varios conductos 145 para el paso del vapor. El extremo de entrada de la boquilla de la segunda tobera 150 está acoplado al extremo de salida 135 del conducto exterior anular de óleo 115. El extremo de salida de la boquilla de la segunda tobera 150, opuesto a su extremo de entrada, es hemisférico o semi-elíptico. El extremo de salida de la boquilla de la segunda tobera 150 está dotado de una abertura alargada 154. La Fig. 2 muestra una vista ampliada, en una incorporación, representando las boquillas de la primera y segunda toberas . La numeración de estos elementos es la misma usada en la Fig. 1. En esta figura, se muestra un inserto 155 en la abertura 154. El inserto 155 está acoplado al conducto interior 105 por medio de una pieza obturadora 156. La Fig. 3 es una vista transversal tomada a lo largo de la línea de referencia 3—3 de la Fig. 1 de una incorporación del mecanismo de toberas de alimentación. El conducto interior de vapor 105 está centrado dentro del conducto exterior anular de óleo 115 por medio de pernos separadores 310. La Fig. 4A es una vista en planta de la boquilla de la primera tobera. La Fig. 4B es una vista transversal de la boquilla de la primera tobera, tomada a lo largo de la línea de referencia 4C—4C de la Fig. 4B. La boquilla de la primera tobera 140 es representada junto con una hilera de conductos 145 en circuito cerrado. La Fig. 5A es una vista transversal de la boquilla de la segunda tobera (alimentación) tomada a lo largo de la línea de referencia 5A-5A de la Fig. 5B. La Fig. 5B es una vista en planta de la boquilla de la segunda tobera. En la Fig. 5B, la abertura alargada 154 y el inserto 155 aparecen ilustrados desde arriba. Se muestra claramente que la abertura resultante para el paso de gas y líquido es una abertura continua en circuito cerrado, no interrumpida por ninguna obstrucción desde el inserto a la boquilla de la segunda tobera 150. Las Fig. 5A y 5B muestran como la longitud 1 y el ancho h de la abertura alargada 154 son medidos a lo largo de la superficie opcionalmente curva del extremo cerrado del cuerpo de la tobera de alimentación. Aunque la Fig. 5B ilustra la salida de la tobera con una sola ranura en circuito cerrado, la presente invención también contempla un número de variaciones, tales como la colocación de múltiples insertos en una abertura alargada para formar múltiples aberturas en circuito cerrado. La Fig. 5C es una vista transversal de la boquilla de la segunda tobera, tomada a lo largo de la línea de referencia 5C-5C de la Fig. 5B. En la Fig. 5C, la pieza obturadora no aparece ilustrada. La Fig. 6 representa en una incorporación una vista en corte lateral de la tobera objeto de esta invención en una configuración de entrada lateral del tubo ascendente del reactor. El ángulo de las aberturas de salida en las toberas de alimentación de vapor (no ilustrada) y de hidrocarburo aparece debajo del eje longitudinal de los conductos de vapor e hidrocarburo. Un beneficio de este mecanismo de toberas reside en el hecho de que se puede lograr una óptima mezcla de carga y catalizador, ajustando este ángulo de forma independiente. La diferencia entre el ángulo de inyección y el eje de los conductos puede variar entre +45° y -45°, preferiblemente entre +30° y -30°. Una de las aplicaciones de esta invención consiste en que el cuerpo de la tobera está orientado horizontal o diagonalmente en relación al tubo ascendente del reactor, a través de cuyas paredes sobresaldrá generalmente con una orientación entre vertical y horizontal. En otra aplicación de esta invención, el cuerpo de la tobera sobresale de las paredes inferiores del tubo ascendente del reactor, en general orientado verticalmente en relación a éste, teniendo normalmente el cuerpo de la tobera una inyección fuera del eje, como se muestra en la Fig. 6. Dicha incorporación incluye, de conformidad con la invención, el arreglo de más de una, y preferiblemente entre 2 y 12 toberas de alimentación. De preferencia, estas toberas están dispuestas de tal manera que los respectivos chorros laminares convergen unos con otros para lograr una distribución homogénea de las pequeñas gotas de hidrocarburo en el tubo ascendente del reactor. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la practica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (11)

1. REINVIDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Mecanismo de tobera de alimentación para inyectar una mezcla de gas y de pequeñas gotas de hidrocarburo líquido en un recipiente, en forma de chorro substancialmente laminar; el mecanismo de tobera de alimentación se caracteriza porque comprende un cuerpo de tobera dotado, en su parte aguas arriba, con medios para suministrar el hidrocarburo líquido al cuerpo de tobera y, en su extremo aguas abajo, de una salida cerrada provista de una abertura alargada, donde está colocado un inserto formando así una abertura continua en circuito cerrado para descarga de la mezcla de gas y de gotas del líquido.
2. 2. Tobera de alimentación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el inserto está fijado en posición aguas arriba en el cuerpo de la tobera.
3. 3. Tobera de alimentación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, caracterizada porque hay la presencia de medios de atomización en el cuerpo de la tobera.
4. 4. Tobera de alimentación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3, caracterizada porque la abertura alargada es definida por su máxima longitud 1 y su máxima altura h y donde la relación de 1/h se sitúa entre 1,5 y 20.
5. 5. Tobera de alimentación de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque el ancho de la abertura en circuito cerrado tiene un límite mínimo de 10 mm, preferiblemente 15 mm y un límite máximo de 200 mm, preferiblemente 120 mm.
6. 6. Tobera de alimentación de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el espesor de la pared del extremo aguas abajo del cuerpo de la tobera en el sitio de la ranura alargada mide entre 5 y 100 mm, preferiblemente entre 5 y 40 mm.
7. 7. Mecanismo de tobera de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el extremo de salida del cuerpo de la tobera tiene forma de campana.
8. 8. Mecanismo de tobera de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el cuerpo de la tobera consta de : a. Un tubo cilindrico que define un conducto de gas conectado a los medios de suministro de gas en su extremo aguas arriba y un extremo de salida aguas abajo en forma de campana, el cual está dotado de, al menos, una abertura de salida de gas ; b. Un conducto anular de hidrocarburo líquido definido por la superficie exterior del tubo interior y la superficie interior del cuerpo de la tobera; dicho conducto de hidrocarburo líquido está conectado a los medios de suministro de hidrocarburo líquido en su extremo aguas arriba y de descarga desde un extremo aguas abajo en forma de campana, el cual está dotado de una abertura alargada con un inserto, de tal manera que se forma una abertura continua en circuito cerrado; c. Donde la abertura de salida de gas del conducto de gas está alineada con la abertura en circuito cerrado del extremo en forma de campana del cuerpo de la tobera; y donde d. El inserto colocado en la abertura alargada del cuerpo de la tobera está fijado al extremo de salida aguas abajo en forma de campana .
9. 9. Tubo ascendente de reactor dotado, en su extremo aguas arriba, de una entrada para partículas calientes de catalizador regenerado, teniendo dicha entrada, y a una distancia aguas abajo, caracterizado porque por lo menos una tobera de alimentación de una sola entrada, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, y una zona de reacción aguas abajo la posición de dicha tobera de alimentación.
10. 10. El tubo ascendente de reactor de la reivindicación 9, caracterizado porque el eje que corre a lo largo de la máxima longitud 1 de la abertura alargada de la tobera de alimentación, está colocado horizontalmente.
11. 11. Proceso para el contacto de una corriente de partículas en movimiento con un reactivo de hidrocarburo líquido en un tubo ascendente de reactor alargado colocado verticalmente, de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 9-10, caracterizado porque es inyectada una mezcla de gas y pequeñas gotas de hidrocarburo líquido, utilizando la tobera de alimentación como un chorro substancialmente laminar, de tal manera que el ángulo entre el chorro laminar y el eje del cuerpo de la tobera tenga entre +45° y -45°.