PL194924B1 - Urządzenie do odparowywania węglowodoru ciężkiego przy użyciu pary wodnej i zastosowanie tego urządzenia - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do odparowywania weglowodoru ciezkie- go przy uzyciu pary wodnej, które zawiera: a) pierwszy element rurowy, który jest otwarty na obu swych koncach, b) drugi element rurowy, który jest otwarty na jed- nym swym koncu i otacza pierwszy element rurowy w celu utworzenia pewnej przestrzeni pierscieniowej, przy czym pierwszy element rurowy i drugi element rurowy posiadaja zgodne osie podluzne i posiadaja w swych dolnych cze- sciach otwarte konce, lezace w plaszczyznie prostopadlej do wspomnianych zgodnych osi podluznych, c) zespól wlotowy surowca sluzacy do wprowa- dzania surowca na bazie weglowodoru ciezkiego do pierw- szego elementu rurowego, d) zespól wlotowy pary wodnej sluzacy do wpro- wadzania przegrzanej pary wodnej do przestrzeni pierscie- niowej a takze e) element o ksztalcie stozka scietego, który na jednym koncu polaczony jest z otwartym koncem drugiego elementu rurowego i rozchyla sie w kierunku od tego dru- giego elementu rurowego i który posiada os, zgodna z osiami podluznymi elementów rurowych, znamienne tym, ze zespól wlotowy surowca pola- czony jest z urzadzeniem, zdolnym do wymuszenia ruchu wirowego fazy cieklej surowca na bazie weglowodoru ciezkiego, gdy wchodzi on do tego urzadzenia……………… PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzenia i sposobu odparowywania węglowodoru ciężkiego przy użyciu pary wodnej.

Dobrze znanym sposobem uszlachetniania surowca węglowodorowego w celu otrzymania z niego wartościowych, gazowych (głównie olefin) i ciekłych produktów, jest tak zwany kraking termiczny. W celu zredukowania cząstkowego ciśnienia węglowodoru podczas fazy krakowania, węglowodór ten jest zazwyczaj rozpuszczany przy użyciu przegrzanej pary wodnej w celu łatwiejszego odparowania węglowodoru, przed wprowadzeniem odparowanego węglowodoru do sekcji krakowania pieca (sekcji promiennikowej). Sposób taki zwany jest także krakowaniem parowym. W przypadku krakowania węglowodorów ciężkich, na przykład materiałów o temperaturze wrzenia wyższej niż 230°C, odparowywanie materiału ciekłego prowadzone jest zwykle w kilku etapach. Surowiec węglowodorowy jest najpierw podgrzewany, po czym jeszcze ciekły materiał mieszany jest z przegrzaną parą wodną w celu utworzenia dwufazowej mieszaniny gazu i cieczy oraz jednoczesnego podgrzania cieczy. Powstała tak mieszanina pary wodnej i cieczy jest dalej podgrzewana z zewnątrz przez gazy spalinowe z sekcji promiennikowej w celu częściowego odparowania cieczy, po czym pozostała ciecz jest w pełni odparowywana poprzez wprowadzenie dodatkowej ilości przegrzanej pary wodnej do strumienia pary wodnej i częściowo odparowanej cieczy. Ta dodatkowa ilość pary wodnej dodawana jest na przykład do węglowodoru przy zastosowaniu dyszy, zaś para wodna wprowadzana jest w postaci pierścienia wokół rdzenia z surowca węglowodorowego. Ważne jest aby materiał wprowadzany do sekcji promiennikowej pieca krakującego gdzie zachodzi właściwa reakcja krakowania był w pełni odparowany, gdyż obecność kropelek cieczy może powodować powstawanie koksu i zanieczyszczeń w wężownicach pozostałej wysokotemperaturowej części zespołu konwekcyjnego, jak również w wężownicach promiennikowych.

W znanych dyszach mieszających, na linii przepływu, powstawać może koks, zwłaszcza w miejscu, gdzie para wodna wprowadzana jest do ostatniego etapu odparowywania. Może to w końcu powodować zmniejszenie światła kanału dla cieczy i pary wodnej w dyszy mieszającej, powodując wzrost spadku ciśnienia na tejże dyszy mieszającej. Problem ten rozwiązywany był także w zgłoszeniu EP-A-95197, przy czym podano tam możliwe wyjaśnienie zjawiska powstawania koksu. Rozwiązanie tego problemu, ujawnione w zgłoszeniu EP-A-95197, wykorzystywało specyficzne urządzenie, zawierające pierwszy (wewnętrzny) element rurowy oraz drugi (zewnętrzny) element rurowy, otaczający pierwszy element rurowy w celu utworzenia pierścieniowej przestrzeni, przy czym obecny był pierwszy zespół wlotowy służący do wprowadzania węglowodoru ciężkiego do wewnętrznego elementu rurowego oraz drugi zespół wlotowy służący do wprowadzania przegrzanej pary wodnej do tej pierścieniowej przestrzeni. Zarówno wewnętrzny element rurowy jak i zewnętrzny element rurowy posiada otwarty koniec, służący do doprowadzenia przegrzanej pary wodnej w postaci pierścienia wokół rdzenia, tworzonego przez materiał węglowodoru ciężkiego, zaś otwarte końce kończą się otworami, leżącymi w płaszczyźnie, która jest zasadniczo prostopadła do osi podłużnych. Urządzenie to zawiera także pewien element o kształcie stożka ściętego, połączony na jednym końcu z otwartym końcem drugiego elementu rurowego, posiadający oś podłużną zasadniczo zgodną z osiami podłużnymi elementów rurowych oraz rozchylający się w kierunku od zewnętrznego elementu rurowego. Umieszczenie nieznacznie rozchylającego się elementu o kształcie stożka ściętego poniżej miejsca, w którym przegrzana para wodna łączy się z węglowodorem ciężkim, zapobiega kontaktowi kropelek cieczy ze ścianą elementu, dzięki czemu unika się ryzyka powstawania koksu w urządzeniu.

Wynalazek dostarcza udoskonalenie dyszy mieszającej ujawnionej w zgłoszeniu EO-A-95197, które to udoskonalenie jest szczególnie użyteczne w wielkoskalowych dyszach mieszających, jak wyjaśnione zostanie bardziej szczegółowo w dalszej części.

Po pierwszym wprowadzeniu przegrzanej pary wodnej, dzięki czemu powstaje mieszanina pary wodnej i ciekłego surowca, korzystne jest aby w rurze prowadzącej do dyszy mieszającej powstał przepływ pierścieniowy w celu całkowitego zwilżenia jej wewnętrznej powierzchni a w konsekwencji uzyskania maksymalnej wydajności konwekcji ciepła. Przepływ pierścieniowy winien powstać wtedy, gdy surowiec wchodzi do dyszy mieszającej. Rdzeń przepływu pierścieniowego tworzony jest przez opary zawierające mieszaninę węglowodorów i pary wodnej. Strumień materiału o przepływie pierścieniowym wchodzi do dyszy mieszającej ujawnionej w zgłoszeniu EP-A-95197 w jej wewnętrznym elemencie rurowym. Druga porcja przegrzanej pary wodnej wprowadzana jest do tej dyszy mieszającej w pierścień otaczający wewnętrzny element rurowy. Duża różnica prędkości między parą wodną

PL 194 924 B1 w pierścieniowej, ograniczonej przestrzeni pomiędzy wewnętrznym a zewnętrznym cylindrem, z jednej strony a pierścieniowym strumieniem cieczy w wewnętrznym cylindrze, z drugiej strony, wytwarza siły ścinające oraz powoduje intensywne odparowywanie rzutowe węglowodoru w miejscu gdzie obydwa strumienie spotykają się z sobą w celu utworzenia drobnego rozkładu kropelkowego wymaganego do transferu masy i ciepła. Drobny rozkład kropelkowy zapewni zatem wydajne odparowywanie. Umieszczenie nieznacznie rozchylającego się elementu o kształcie stożka ściętego za miejscem gdzie przegrzana para wodna spotyka się z ciekłym węglowodorem ciężkim, uniemożliwia kontakt kropelek cieczy ze ścianą tego elementu, unikając przez to ryzyka powstawania koksu w dyszy mieszającej. Jest zatem ważne, aby mieszanina pary wodnej/cieczy, wchodząca do wewnętrznego cylindra dyszy mieszającej, tworzyła strumień o przepływie pierścieniowym.

W praktyce dysza mieszająca jest często umieszczona pionowo przylegając do sekcji konwekcyjnej i spoczywając na wierzchu sekcji promiennikowej. W celu rozmieszczenia takiej konfiguracji oszczędnie pod względem zajmowanej przestrzeni, rura rozciągająca się z wylotu sekcji konwekcyjnej - umieszczona zazwyczaj w spodniej jej części - powinna, za pierwszą, krótką częścią poziomą, unosić się zasadniczo pionowo i winna wtedy być zagięta o 180° tak aby biegła pionowo w dół i mogła wejść z góry do umieszczonej pionowo dyszy mieszającej. Zazwyczaj rura biegnąca z sekcji konwekcyjnej tworzy trzy kąty o wartości około 90° w celu utworzenia takiej konfiguracji. Jednakże obecność tych kątów może zaburzyć przepływ pierścieniowy i zamienić go w (slug flow)? przepływ bryłowy (objętościowy?), który jest niepożądany z punktu widzenia konwekcji ciepła i odparowywania. Prostoliniowy odcinek za trzecim zagięciem o 90° (patrząc z sekcji konwekcyjnej) powinien dogodnie być przynajmniej 5 razy dłuższy niż szerokość pierścienia (to znaczy jego średnica), w celu pełnego odtworzenia przepływu pierścieniowego przed wlotem do dyszy, gdyż w przeciwnym przypadku zaburzony zostanie drobny rozkład kropelkowy, co z kolei prowadziłoby do wadliwego działania dyszy. Stosunek długości do średnicy (L/D) nie przekracza zazwyczaj 30. Przy danych wymiarach dyszy oraz wymaganym stosunku L/D, wynoszącym przynajmniej 5 dla prostej rury za trzecim zagięciem o 90° w celu zapewnienia przepływu pierścieniowego, zwiększenie pieca w celu zapewnienia większej przepustowości surowca wymagać będzie prostej rury o większej średnicy a stąd znacznie większej długości tej rury za trzecim zagięciem o 90°. W konsekwencji, w równej mierze winna wzrosnąć długość rury biegnącej pionowo z sekcji konwekcyjnej za pierwszym zagięciem o 90°. Byłoby to bardzo nieekonomiczne, ze względu na większą ilość materiałów, potrzebnych do budowy prostoliniowych odcinków rur oraz dodatkowej podpory dla tych rur. Ponadto, cała ta konstrukcja wymagałaby kosztownej przestrzeni.

Udoskonalone urządzenie według wynalazku ma rozwiązać problemy związane ze zwiększeniem rozmiarów pieca przy jednoczesnym zapewnieniu tego, ażeby mieszanina pary wodnej i cieczy wchodząca do wewnętrznego cylindra dyszy mieszającej, odznaczała się przepływem pierścieniowym.

Osiągane jest to poprzez użycie specjalnego urządzenia, zdolnego do wywołania łagodnego ruchu wirowego zawierającego ciecz strumienia, które to urządzenie przyłączone jest do rury wlotowej dyszy mieszającej. To wywołujące ruch wirowy urządzenie powoduje zagięcie się kierunku przepływu surowca węglowodorowego o 90° przy jednoczesnym wzbudzeniu ruchu wirowego jego fazy ciekłej, wtłaczając ciecz na ścianę rury wlotowej, biegnącej w dół do dyszy mieszającej, ze składową prędkości, prostopadłą do osi podłużnej rury, o takiej wartości, aby odtworzyć przepływ pierścieniowy.

Zgodnie z tym, wynalazek dotyczy urządzenia do odparowywania węglowodoru ciężkiego przy użyciu pary wodnej, które to urządzenie zawiera:

a) pierwszy element rurowy, który jest otwarty na obu końcach,

b) drugi element rurowy, który jest otwarty na jednym końcu i otacza pierwszy element rurowy w celu utworzenia pewnej przestrzeni pierścieniowej, przy czym elementy rurowe, pierwszy i drugi, posiadają zasadniczo zgodne osie podłużne i posiadają otwarte końce w swych dolnych częściach, leżące w płaszczyźnie prostopadłej do ich zgodnych osi podłużnych,

c) zespół wlotowy surowca służący do wprowadzania węglowodoru ciężkiego do pierwszego elementu rurowego,

d) zespół wlotowy pary wodnej służący do wprowadzania przegrzanej pary wodnej do przestrzeni pierścieniowej a także

e) ewwie n element o sształeie stżżka śęiętgoo, który n a jddnym końcu o°łązoony jest z otwartym końcem drugiego elementu rurowego i rozchyla się w kierunku od drugiego elementu rurowego i który posiada oś zasadniczo zgodną z osiami podłużnymi elementów rurowych,

PL 194 924 B1 charakteryzujące się tym, że zespół wlotowy surowca jest przyłączony do urządzenia zdolnego do wymuszania ruchu wirowego fazy ciekłej surowca węglowodoru ciężkiego przy wchodzeniu do tego urządzenia, wtłaczając przez to fazę ciekłą na wewnętrzną ścianę urządzenia wlotowego surowca, tak że wewnątrz pierwszego elementu rurowego tworzy się przepływ pierścieniowy.

Surowiec węglowodoru ciężkiego, odparowywany w urządzeniu według wynalazku, odznacza się zazwyczaj temperaturą wrzenia ponad 200°C, w szczególności 230°C lub więcej, podczas gdy końcowa temperatura wrzenia nie przekracza zwykle 650°C, w szczególności 600°C. Przykładami odpowiednich surowców są destylaty, pochodzące z destylacji rzutowej poddane obróbce uwodorniającej lub hydrokrakowaniu.

Odnośnie dyszy mieszającej i jej składników odwołano się do zgłoszenia EP-A-95197. W tym opisie patentowym dysza mieszająca opisana jest szczegółowo i jego treść włączono do tego rozwiązania jako odniesienie.

Zgodnie z tym, w korzystnym przykładzie wykonania zarówno pierwszy element rurowy jak i drugi element rurowy urządzenia według wynalazku posiadają otwarte końce, położone w płaszczyźnie prostopadłej do osi podłużnej tychże elementów rurowych. Otwarte końce doprowadzają przegrzaną parę wodną w postaci niewirującego pierścienia wokół rdzenia w formie surowca węglowodorowego. Element o kształcie stożka ściętego winien posiadać kąt wierzchołkowy co najwyżej 20°, a korzystnie przynajmniej 6°, przy czym mały koniec tego elementu o kształcie stożka ściętego połączony jest z otwartym końcem drugiego elementu rurowego, zaś oś elementu o kształcie stożka ściętego jest zasadniczo zgodna z osią pierwszego i drugiego elementu rurowego. Duży koniec elementu o kształcie stożka ściętego połączony jest dogodnie z trzecim elementem rurowym, posiadającym oś podłużną zasadniczo zgodną z osiami podłużnymi elementów rurowych, pierwszego i drugiego. Drugi koniec trzeciego elementu rurowego jest dogodnie połączony z elementem łączącym o kształcie stożka ściętego, zbiegającym się w kierunku od trzeciego elementu rurowego. Urządzenie to posiada dogodnie również pewną liczbę wlotów do wprowadzania przegrzanej pary wodnej do przestrzeni pierścieniowej pomiędzy pierwszym a drugim elementem rurowym, które to wloty są zasadniczo równomiernie rozmieszczone na obwodzie drugiego elementu rurowego. Korzystnie, w przestrzeni pierścieniowej rozmieszczona jest pewna liczba łopatek kierujących, poniżej wlotu (wlotów) przegrzanej pary wodnej, przy czym owe łopatki kierujące są zasadniczo równomiernie rozmieszczone na przekroju poprzecznym przestrzeni pierścieniowej.

Urządzenie wprowadzające ruch wirowy, przyłączone do wlotu surowca dyszy mieszającej musi być zdolne do wymuszenia ruchu wirowego fazy ciekłej surowca na bazie węglowodoru ciężkiego przy wejściu do tego urządzenia, wtłaczając tę ciecz na wewnętrzną ścianę urządzenia wlotowego surowca, tak aby wewnątrz pierwszego elementu rurowego powstawał przepływ pierścieniowy. Jednocześnie urządzenie wprowadzające ruch wirowy zapewnia także to, że kierunek' przepływu surowca węglowodorowego ulega zagięciu w kierunku dyszy mieszającej. Oznaczać to będzie często, że kierunek przepływu zmieniany jest od 60 do 100°, zwykle około 90°.

Zespół wlotowy surowca dyszy mieszającej zawiera dogodnie rurę łańcuchową połączoną z jednym, otwartym końcem pierwszego elementu rurowego i posiadającą oś podłużną, która jest zasadniczo zgodna z osiami podłużnymi pierwszego elementu rurowego. Stosunek L/D tego urządzenia wlotowego surowca powinien wynosić przynajmniej 5, a nie przekracza zwykle 30.

Zastosowane może być w ogólności dowolne, znane w technice urządzenie zdolne do wymuszenia ruchu wirowego fazy ciekłej surowca na bazie węglowodoru ciężkiego, wchodzącego do tego urządzenia tak aby wytworzyć wewnątrz pierwszego elementu rurowego przepływ pierścieniowy. Urządzenie takie może mieć dowolny, odpowiedni kształt i może zawierać lub nie elementy wewnętrzne, służące do wzbudzenia odpowiedniego ruchu wirowego napływającej fazy ciekłej surowca. Szczególnie odpowiednim urządzeniem wywołującym ruch wirowy jest tak zwane styczne urządzenie wlotowe. Takie styczne urządzenie zawiera korzystnie i) pewien element o kształcie stożka ściętego lub półkuli ściętej, rozchylający się w kierunku od zespołu wlotowego surowca dyszy mieszającej oraz ii) zespół służący do wprowadzania mieszaniny gazu/ciekłej mieszaniny węglowodorów ciężkich i pary wodnej do wnętrza wspomnianego elementu o kształcie stożka ściętego lub kształcie półkuli ściętej, stycznie do jego wewnętrznej ściany. Urządzenie takie będzie zwykle zawierać rurę, która jest połączona ze ścianą boczną tego elementu o kształcie stożka ściętego lub kształcie półkuli ściętej i która jest zgodna ze styczną przekroju poprzecznego elementu o kształcie stożka ściętego lub kształcie półkuli ściętej. Korzystne jest zastosowanie elementu o kształcie stożka ściętego.

PL 194 924 B1

W kolejnym, korzystnym przykładzie wykonania, duży koniec elementu o kształcie stożka ściętego lub o kształcie półkuli ściętej stycznego urządzenia wlotowego, połączony jest z jednym końcem kolejnego (lub czwartego) elementu rurowego posiadającego oś podłużną zasadniczo zgodną z osiami podłużnymi pierwszego i drugiego elementu rurowego, przy czym drugi koniec tego elementu rurowego jest zamknięty. Ten kolejny element rurowy posiada pewien otwór w swej ścianie bocznej, przez który wprowadzany może być surowiec węglowodoru ciężkiego stycznie do wewnętrznej ściany wspomnianej ściany bocznej.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku urządzenia według wynalazku a fig. 2 - widok z góry stycznego urządzenia wlotowego.

Na figurze 1 pokazano widok z boku dyszy mieszającej 1, służącej do doprowadzania przegrzanej pary wodnej do częściowo odparowanego surowca węglowodoru ciężkiego w celu jego całkowitego odparowania. Dysza 1 zawiera wewnętrzny lub inaczej pierwszy element rurowy 2 oraz zewnętrzny lub inaczej drugi element rurowy 3, posiadające zgodne osie podłużne. Wewnętrzny element rurowy 2 jest otwarty na jednym końcu w celu utworzenia wylotu 5, przeznaczonego na częściowo odparowany węglowodór ciężki, podczas gdy koniec stanowiący wlot 4 połączony jest z prostoliniową rurą wlotową surowca 20 o tej samej średnicy co wewnętrzny element rurowy 2. Zewnętrzny element rurowy 3 jest otwarty na jednym końcu i zamknięty na drugim końcu za pośrednictwem kołnierza 6, przyspawanego do wewnętrznego elementu rurowego 2. Dysze wlotowe 7 są zasadniczo równomiernie rozmieszczone na obwodzie zewnętrznego elementu rurowego 3 i mają za zadanie doprowadzać przegrzaną parę wodną do przestrzeni pierścieniowej 8 między wewnętrznym elementem rurowym 2 a zewnętrznym elementem rurowym 3. W celu zapobieżenia występowania wirów w przestrzeni pierścieniowej 8, na przekroju poprzecznym przestrzeni pierścieniowej 8 znajduje się pewna liczba, zasadniczo równomiernie rozmieszczonych łopatek kierujących 14. Otwarty koniec zewnętrznego elementu rurowego 3 oraz wylot 5 wewnętrznego elementu rurowego 2 leżą w płaszczyźnie prostopadłej do zgodnych osi podłużnych elementów rurowych 2 i 3, tworząc pierścieniowy kanał 9, służący do wypływu przegrzanej pary wodnej z przestrzeni pierścieniowej 8. Na swym otwartym końcu, zewnętrzny element rurowy 3 połączony jest z elementem o kształcie stożka ściętego 10, posiadającym oś podłużną zasadniczo zgodną z osiami podłużnymi elementów rurowych. Element o kształcie stożka ściętego 10 rozchyla się w kierunku od zewnętrznego elementu rurowego 3. Element o kształcie stożka ściętego 10 posiada kąt wierzchołkowy najwyżej 20°. Podstawa elementu o kształcie stożka ściętego 10 połączona jest z elementem rurowym 11, który z kolei połączony jest z drugim elementem o kształcie stożka ściętego 12, zbiegającym się w kierunku od elementu rurowego 11. Element o kształcie stożka ściętego 12 zaopatrzony jest na swym wolnym końcu w kołnierz 13, służący do połączenia dyszy 1 z linią podającą (niepokazaną) jednostki krakowania termicznego.

Prostoliniowa rura wlotowa 20 połączona jest ze stycznym urządzeniem wlotowym 15, które składa się z elementu o kształcie stożka ściętego 16, rozchylającego się w kierunku od rury wlotowej 20 a także z przyłączonego do niego elementu rurowego 17, który zamknięty jest na jednym końcu. Element o kształcie stożka ściętego 16 może posiadać kąt wierzchołkowy od 10 - 150 stopni, przy czym dokładna wartość tego kąta określana jest przez parametry procesu, takie jak zakres prędkości napływającego strumienia surowca. Dobór właściwego kąta wierzchołkowego dla stosowanych warunków leży w zakresie typowych umiejętności znawcy tej dziedziny.

Element rurowy 17 posiada w swej ścianie bocznej otwór 18, do którego włączona jest rura wlotowa 19, tak aby wprowadzić częściowo odparowany surowiec węglowodorowy stycznie do tego elementu rurowego 17.

Na figurze 2, ukazującej widok z góry stycznego urządzenia wlotowego 15, rura wlotowa 19 włączona jest do ściany bocznej elementu rurowego przez otwór 18 w jego ścianie bocznej. Przy wejściu do stycznego urządzenia wlotowego 15 w kierunku zgodnym ze strzałką, w częściowo odparowanym surowcu węglowodorowym wzbudzany jest ruch wirowy a poprzez element o kształcie stożka ściętego 16 wirujący surowiec wchodzi do rury wlotowej 20, tworząc przez to lub odtwarzając przepływ pierścieniowy w rurze wlotowej 20.

Wynalazek dotyczy też sposobu odparowywania węglowodoru ciężkiego przy użyciu pary wodnej, w którym wykorzystywane jest opisane wyżej urządzenie.

Wynalazek dotyczy także sposobu wytwarzania niższych olefin z surowca na bazie węglowodoru ciężkiego, który to sposób obejmuje etapy:

a) wstępnego podgrzania surowca węglowodorowego,

PL 194 924 B1

b) wymieszania jeszcze ciekłego surowca z przegrzaną parą wodną w celu utworzenia dwufazowej mieszaniny pary wodnej i kropelek ciekłego surowca,

c) podgrzania tej dwufazowej mieszaniny w celu częściowego odparowania ciekłego surowca,

d) pełnego odparowania pozostałej części ciekłego surowca poprzez wprowadzenie dodatkowej ilości przegrzanej pary wodnej przy użyciu opisanego wcześniej urządzenia,

e) ewentualnie przegrzania odparowanego surowca węglowodorowego, a także

f) poddania ewentualnie przegrzanego, odparowanego surowca węglowodorowego procesowi krakowania.

Opisane powyżej urządzenie tworzy zespół do odparowywania węglowodoru ciężkiego przed jego wprowadzeniem do jednostki krakującej. Surowiec na bazie węglowodoru ciężkiego przepuszczany jest przez podgrzewacz wstępny, służący do podgrzewania cieczy, po czym rozgrzana ciecz mieszana jest z przegrzaną parą wodną i przepuszczana przez piec w celu częściowego odparowania węglowodorów ciekłych, na przykład do uzyskania zawartości par wynoszącej 70%.

Częściowo odparowana ciecz mieszana jest następnie z dodatkową ilością przegrzanej pary wodnej w celu odparowania pozostałej w surowcu fazy ciekłej. Para wodna, która stosowana jest w ostatnim etapie odparowywania winna być przegrzana do takiej temperatury, aby ciepło jawne pary wodnej było wystarczające do odparowania pozostałej cieczy i dawało dodatkowy margines przegrzania w celu uniknięcia ryzyka kondensacji po wymieszaniu. Należy unikać kondensacji pary wodnej ze względu na ryzyko erozji systemu.

Przynajmniej drugi etap mieszania winien zostać przeprowadzony w urządzeniu opisanym w odwołaniu do fig. 1 i 2. W dyszy, stanowiącej część tego urządzenia, przegrzana para wodna wprowadzana jest do przestrzeni pierścieniowej 8 za pośrednictwem dysz wlotowych pary wodnej 7, podczas gdy częściowo odparowana ciecz wprowadzana jest do wewnętrznego elementu rurowego 2 poprzez jego wlot 4 po tym jak zapewniony został, przy zastosowaniu stycznego urządzenia wlotowego 15, umieszczonego powyżej dyszy 1, pierścieniowy przepływ częściowo odparowanego węglowodoru, wchodzącego do wlotu 4. Para wodna opuszczająca przestrzeń pierścieniową 8 poprzez pierścieniowy kanał wylotowy 9 tworzy pewien pierścień wokół rdzenia surowca węglowodorowego, opuszczającego wewnętrzny element rurowy 2 przez wylot 5.

Ciepło pary wodnej powoduje odparowanie fazy ciekłej, pozostającej w częściowo odparowanym węglowodorze, opuszczającym wewnętrzny element rurowy 2. W celu zapobieżenia przedostawaniu się kropelek cieczy z rdzenia surowca węglowodorowego do ścian dyszy z omawianym powyżej niebezpieczeństwem tworzenia.się koksu, pierścień pary wodnej i rdzeń surowca węglowodorowego przepuszczane są poprzez element o kształcie stożka ściętego 10, położony poniżej zewnętrznego elementu rurowego 3.

Kąt wierzchołkowy stożka, należącego do elementu o kształcie stożka ściętego 10, wynosić powinien co najwyżej 20 stopni, w celu zapobieżenia występowania niepożądanej turbulencji pary wodnej podczas przepływu do wnętrza elementu o kształcie stożka ściętego 10. Pod wpływem takiej turbulencji możliwe byłoby przedostanie się kropelek jeszcze nieodparowanej cieczy przez pierścień pary wodnej i osadzenie się ich na ścianie elementu o kształcie stożka ściętego, prowadząc do powstania koksu. Odkryto, iż w celu otrzymania pożądanego rodzaju przepływu w elemencie o kształcie stożka ściętego 10, wystarczający jest kąt wierzchołkowy o wartości około 6 stopni. Odpowiedni kąt wierzchołkowy wynosi na przykład 16 stopni.

Dzięki umieszczeniu elementu o kształcie stożka ściętego 10, radialny transport kropelek cieczy nie będzie powodował przedostawania się tych kropelek do ścian elementu 10.

Proces odparowania cieczy kończony jest w elemencie rurowym 11 poniżej elementu o kształcie stożka ściętego 10. Całkowita długość elementu o kształcie stożka ściętego 10 i elementu rurowego 11 winna być tak dobrana, aby cała ciecz ulegała odparowaniu przed opuszczeniem tegoż elementu rurowego. Mieszanina pary wodnej i oparów wprowadzana jest następnie, za pośrednictwem łączącego elementu o kształcie stożka ściętego 12, do pieca krakującego, gdzie następuje proces krakowania. W piecu tym, opary są najpierw przegrzewane i, w sąsiedniej sekcji promiennikowej, podgrzewane ostatecznie do takiej temperatury, że węglowodór ulega skrakowaniu i przemianie na lżejsze frakcje, które odzyskiwane są poniżej pieca w wyniku odpowiednich etapów sprężenia i kondensacji.

Należy zauważyć, że pole powierzchni przekroju poprzecznego drugiego elementu rurowego dobrane jest tak, by dla danej ilości pary wodnej, wymaganej dla danej ilości surowca węglowodorowego, otrzymać dużą prędkość pary wodnej w przestrzeni pierścieniowej 8, na przykład około 75 - 80 m/s.

PL 194 924 B1

Co się tyczy warunków procesu, to możliwe do przyjęcia są warunki, stosowane zwykle w tego rodzaju procesach krakowania. Znawcy tej dziedziny techniki zauważą, że dokładne warunki temperaturowe i ciśnieniowe określone są przez charakter surowca.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do odparowywania węglowodoru ciężkiego przy użyciu pary wodnej, które zawiera:

   a) pierwszy element rurowy, który jest otwarty na obu swych końcach,

   b) drugi element rurowy, który jest otwarty na jednym swym końcu i otacza pierwszy element rurowy w celu utworzenia pewnej przestrzeni pierścieniowej, przy czym pierwszy element rurowy i drugi element rurowy posiadają zgodne osie podłużne i posiadają w swych dolnych częściach otwarte końce, leżące w płaszczyźnie prostopadłej do wspomnianych zgodnych osi podłużnych,

   c) zespół wlotowysurowcasłużący do wprowaddaniasurowcanabazie węglowodoru ciężkiego do pierwszego elementu rurowego,

   d) zespół wlotowy pary wodnej s^żący do wprowadzania przegrzanej pary wodnej do przestrzeni pierścieniowej a także

   e) element o kształcce stożka ściętego, który na jednym końcu poł-ączony jest z końcem drugiego elementu rurowego i rozchyla się w kierunku od tego drugiego elementu rurowego i który posiada oś, zgodną z osiami podłużnymi elementów rurowych, znamienne tym, że zespół wlotowy surowca połączony jest z urządzeniem, zdolnym do wymuszenia ruchu wirowego fazy ciekłej surowca na bazie węglowodoru ciężkiego, gdy wchodzi on do tego urządzenia, wtłaczając przez to tę fazę ciekłą na wewnętrzną ścianę zespołu wlotowego surowca, tak że wewnątrz pierwszego elementu rurowego tworzy się przepływ pierścieniowy.
2. 2. Urząddznieweeług zzasz j, z znmieenntym. żż zzsppó wlotowysurowcczzwiera ρΗ^οΙιniową rurę połączoną z jednym z otwartych końców pierwszego elementu rurowego i posiadającą oś podłużną, która jest zgodna z osią podłużną pierwszego elementu rurowego.
3. 3. Urząddznieweeług ρzstrZi P plbb P, zznmieenntym. Pż ρrząddzniem ρługądcm Ρί^πκτ szania ruchu wirowego fazy ciekłej surowca na bazie węglowodoru ciężkiego jest styczne urządzenie wlotowe.
4. 4. UrząddznieweeługzzstrZi3, z znmieenntym. żż ss/ycze urząddzniewlotowezzwieraelen ment o kształcie stożka ściętego lub o kształcie półkuli ściętej, rozchylający się w kierunku od zespołu wlotowego a także zespół służący do wprowadzania surowca na bazie węglowodoru ciężkiego do wspomnianego elementu o kształcie stożka ściętego lub o kształcie półkuli ściętej, stycznie do jego wewnętrznej ściany.
5. 5. Urząddznieweeług ρzstrZi P, zznmieenntym. żż duuż Poo^^e ρ^β^υ z jkszakici Pkoka ściętego lub o kształcie półkuli ściętej stycznego urządzenia wlotowego jest połączony z jednym końcem innego elementu rurowego, posiadającego oś podłużną zasadniczo zgodną z osiami podłużnymi pierwszego elementu rurowego, przy czym drugi koniec tego elementu rurowego jest zamknięty.
6. 6. U^ządzNe weeług zzisz. 5, zznmieenn tym, żż eleniem ρυκ^ ppoiaad w sw^ Pcianie bocznej otwór, przez który stycznie do wewnętrznej ściany tej ściany bocznej wprowadzony może zostać surowiec na bazie węglowodoru ciężkiego.
7. 7. ZantodPwerłieurząddznieodreSloneeg zzas^ V 6 d d oOdPłowewenian pg)d/ecnnbbaie glowodoru ciężkiego.
8. 8. ZantodpwerłieurząddzniaodreSloneegząntrZi1 , 6 d dwetwełzznian ^^ższyho leen zz plΌwec na bazie węglowodoru ciężkiego, zawierającego etapy

   a) wstępnego podgrzewania surowca węglowodorowego,

   b) mieszania jeszcze ciekłego surowca z przegrzaną parą wodną i utworzenia dwufazowej mieszaniny pary wodnej i kropelek ciekłego surowca,

   c) podgrzewania tej dwufazowej mieszaniny i częściowego odparowania ciekłego surowca,

   d) pełnego odparowywania pozostałej części ciekłego surowca poprzez wprowadzenie dodatkowej ilości przegrzanej pary wodnej przy użyciu urządzenia,

   e) przegrzania odparowanego surowca węglowodorowego,

   f) poddania tego odparowanego surowca węglowodorowego procesowi krakowania.