RU2574650C2

RU2574650C2 - Module of feed atomiser

Info

Publication number: RU2574650C2
Application number: RU2013119656/05A
Authority: RU
Inventors: Дейвид Йон БРОСТЕН; Йе Монь ЧЕНЬ
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: module of feed atomiser for straight injection of gas and liquid in the reactor volume, where the module of the feed atomiser includes: (a) internal tube limiting gas duct, and external tube located around the internal tube, where external surface of the internal tube and internal surface of the external tube limit the ring pipeline for liquid, and where each of tubes has intake nozzle and opposite output nozzle; (b) first atomiser connected to output nozzle of the internal tube; (c) second atomiser connected to output nozzle of the external tube and located below the first atomiser along the flow direction, at that the internal tube contains blow-down holes.

EFFECT: higher efficiency.

6 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к питающей форсунке для прямоточного введения газа и жидкости в объем реактора, конкретно для введения водяного пара и углеводородного сырья в реактор каталитического крекинга.The invention relates to a feed nozzle for direct-flow introduction of gas and liquid into the reactor volume, specifically for introducing water vapor and hydrocarbon feed into a catalytic cracking reactor.

Уровень техникиState of the art

На многих установках нефтеперерабатывающих и химических заводов используются форсунки для распределения жидкого и/или газообразного сырья в установке. В некоторых процессах способность форсунки распределять сырье в установке является важной для производительности установки. Примером такого процесса является флюидизированный каталитический крекинг, в котором находящиеся в сырой нефти углеводородные молекулы с длинной цепью с помощью катализатора расщепляются с образованием меньших и более ценных промышленных продуктов, таких как углеводороды, диапазона бензина и дизельного топлива. Обычно вакуумные дистилляты вводятся через питающие форсунки в реактор-стояк с восходящим слоем, в котором сырье контактирует с регенерированными частицами твердого катализатора. Селективность катализатора способствует протеканию желательных реакций крекинга.Many refineries and chemical plants use nozzles to distribute liquid and / or gaseous feedstocks in the installation. In some processes, the ability of a nozzle to distribute raw materials in a plant is important for plant performance. An example of such a process is fluidized catalytic cracking, in which long-chain hydrocarbon molecules in crude oil are broken down using a catalyst to form smaller and more valuable industrial products, such as hydrocarbons, the range of gasoline and diesel. Typically, vacuum distillates are introduced through the feed nozzles into the riser with an upward bed in which the feed is contacted with the regenerated solid catalyst particles. The selectivity of the catalyst favors the occurrence of the desired cracking reactions.

Обычно указанная питающая форсунка содержит внутреннюю трубку, ограничивающую паропровод, и внешнюю трубку, расположенную вокруг внутренней трубки, где внешняя поверхность внутренней трубки и внутренняя поверхность внешней трубки ограничивают кольцевой трубопровод для углеводородов, и где каждая из трубок имеет входной патрубок и противоположный выходной патрубок, причем каждый выходной патрубок имеет форсунку, присоединенную к наружной стороне. Хотя процесс каталитического крекинга обычно имеет длительный пробег, является дешевым и надежным в эксплуатации процессом, могут возникать аварийные ситуации, когда требуется отключение установки, такие как потеря мощности нефтеперерабатывающего завода, повреждение насоса, авария охлаждающей воды, повреждение главной воздуходувки и повреждение золотникового клапана. Если наступает такая аварийная ситуация, подача углеводородного сырья будет прекращена. Однако было обнаружено, что при прекращении подачи сырья катализатор засасывается в углеводородный трубопровод питающей форсунки. Это нежелательно, так как катализатор имеет тенденцию блокировать трубопровод из-за потери подвижности частиц катализатора с образованием суспензии. Полагают, что катализатор засасывается в форсунку, поскольку водяной пар проходит через форсунку подачи газа без поступления углеводородного сырья по кольцевому трубопроводу. По-видимому, при этом возникают области пониженного давления внутри питающей форсунки, что, в свою очередь, вызывает засасывание катализатора внутрь углеводородного трубопровода.Typically, said feed nozzle comprises an inner tube defining the steam line and an outer tube located around the inner tube, where the outer surface of the inner tube and the inner surface of the outer tube define an annular hydrocarbon conduit, and where each of the tubes has an inlet and an opposite outlet, each outlet pipe has a nozzle attached to the outside. Although the catalytic cracking process usually has a long run, it is a cheap and reliable process, emergency situations can occur when the unit needs to be shut down, such as loss of refinery power, pump damage, cooling water accident, damage to the main blower and damage to the spool valve. If such an emergency occurs, the flow of hydrocarbons will be cut off. However, it was found that when the feed was cut off, the catalyst was sucked into the hydrocarbon pipe of the feed nozzle. This is undesirable since the catalyst tends to block the pipeline due to loss of mobility of the catalyst particles to form a suspension. It is believed that the catalyst is sucked into the nozzle, since water vapor passes through the gas supply nozzle without hydrocarbon feed through the annular pipe. Apparently, in this case, regions of reduced pressure arise inside the feed nozzle, which, in turn, causes the catalyst to be sucked into the hydrocarbon pipeline.

Была найдена возможность модификации питающей форсунки таким образом, чтобы частицы катализатора уже не поступали в питающую форсунку, когда прекращается подача углеводородов, при продолжающемся поступлении водяного пара. Более того, указанная модификация является простой и не мешает нормальной эксплуатации.It was found possible to modify the feed nozzle so that the catalyst particles no longer enter the feed nozzle when the flow of hydrocarbons ceases with continued flow of water vapor. Moreover, this modification is simple and does not interfere with normal operation.

В документе US-A-2002/0185552 описано многоступенчатое впрыскивание распыленного флюида в поступающий сырьевой материал и прохождение смеси сырья/распыленного флюида через форсунку. Зоны смешивания могут полностью или, по меньшей мере, частично перекрываться или одна зона может полностью направляться вниз по потоку из другой зоны таким образом, что отсутствует перекрывание между зонами смешивания. Описано, что множественные зоны смешивания создают равномерный поток флюида, поступающий в форсунку. В нисходящем конце форсунки не предусмотрены газопроводы, содержащие проходные отверстия.US-A-2002/0185552 describes the multi-stage injection of atomized fluid into an incoming raw material and the passage of a feed / atomized fluid mixture through a nozzle. The mixing zones can completely or at least partially overlap, or one zone can be completely directed downstream from another zone so that there is no overlap between the mixing zones. It is described that multiple mixing zones create a uniform fluid flow entering the nozzle. At the downstream end of the nozzle, there are no gas lines containing passage openings.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Настоящее изобретение относится к модулю питающей форсунки для прямоточного введения газа и жидкости в объем реактора, причем модуль питающей форсунки содержит:The present invention relates to a feed nozzle module for direct-flow injection of gas and liquid into the reactor volume, the feed nozzle module comprising:

(a) внутреннюю трубку, ограничивающую газопровод, и внешнюю трубку, вокруг внутренней трубки, где внешняя поверхность внутренней трубки и внутренняя поверхность внешней трубки ограничивают кольцевой трубопровод для жидкости, и где каждая из трубок имеет входной патрубок и противоположный выходной патрубок;(a) an inner tube defining the gas line and an outer tube around the inner tube, where the outer surface of the inner tube and the inner surface of the outer tube define an annular fluid conduit, and where each of the tubes has an inlet and an opposite outlet;

(b) первую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внутренней трубки;(b) a first nozzle connected to an outlet pipe of the inner tube;

(c) вторую форсунку, присоединенную к выходному патрубку внешней трубки и расположенную ниже первой форсунки по ходу потока, причем внутренняя трубка содержит продувочные отверстия.(c) a second nozzle connected to the outlet of the outer tube and located below the first nozzle in the upstream direction, the inner tube containing purge openings.

Продувочные отверстия представляют собой проходные отверстия, которые обеспечивают прохождение флюида между внутренней и внешней трубками. Обычно продувочные отверстия будут представлять собой диафрагмы во внутренней трубке.The purge holes are through holes that allow fluid to flow between the inner and outer tubes. Typically, the purge openings will be diaphragms in the inner tube.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Теперь изобретение будет описано более подробно с помощью примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:The invention will now be described in more detail by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:

на фигуре 1 показано продольное сечение модуля питающей форсунки согласно изобретению;figure 1 shows a longitudinal section of a module of the feed nozzle according to the invention;

на фигуре 2 показано продольное сечение модуля питающей форсунки согласно изобретению, который дополнительно содержит разделяющее устройство для разграничения внутренней и внешней трубок.figure 2 shows a longitudinal section of a module of the feed nozzle according to the invention, which further comprises a separating device for distinguishing between the inner and outer tubes.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фигурах 1 и 2 показан модуль питающей форсунки для введения газа и жидкости в сосуд (не показан), например, в реактор каталитического крекинга. Предпочтительно, газ представляет собой диспергирующий газ, такой как водяной пар или инертный газ, например азот. Наиболее предпочтительно диспергирующим газом является водяной пар.Figures 1 and 2 show a feed nozzle module for introducing gas and liquid into a vessel (not shown), for example, into a catalytic cracking reactor. Preferably, the gas is a dispersing gas, such as water vapor or an inert gas, for example nitrogen. Most preferably, the dispersing gas is water vapor.

Предпочтительно, жидкость представляет собой углеводородную фракцию, более конкретно тяжелый нефтяной углеводород. Модуль питающей форсунки включает в себя корпус форсунки, содержащий практически цилиндрическую внутреннюю трубку 102, ограничивающую газопровод 103, и внешнюю трубку 101, расположенную вокруг внутренней трубки 102, причем внешняя поверхность внутренней трубки 102 и внутренняя поверхность внешней трубки 101 ограничивают кольцевой трубопровод 104 для жидкости. Внутренняя трубка 102 имеет входной патрубок 105 и напротив выходной патрубок 106, а внешняя трубка 101 имеет входной патрубок 107 и противоположный выходной патрубок 108. Предпочтительно центральная продольная ось внутренней трубки 102 совпадает с центральной продольной осью внешней трубки 101.Preferably, the liquid is a hydrocarbon fraction, more particularly a heavy petroleum hydrocarbon. The feed nozzle module includes a nozzle body comprising a substantially cylindrical inner tube 102 defining a gas conduit 103 and an outer tube 101 located around the inner tube 102, the outer surface of the inner tube 102 and the inner surface of the outer tube 101 defining an annular fluid conduit 104. The inner tube 102 has an inlet 105 and opposite the outlet 106, and the outer tube 101 has an inlet 107 and an opposite outlet 108. Preferably, the central longitudinal axis of the inner tube 102 coincides with the central longitudinal axis of the outer tube 101.

Кроме того, модуль питающей форсунки содержит форсунку 4, прочно присоединенную к выходному патрубку 106 внутренней трубки 102, и вторую форсунку 2, прочно присоединенную к выходному патрубку 108 внешней трубки 101 и расположенную вокруг первой форсунки 4.In addition, the module of the supply nozzle includes a nozzle 4, firmly attached to the outlet pipe 106 of the inner tube 102, and a second nozzle 2, firmly attached to the outlet pipe 108 of the outer tube 101 and located around the first nozzle 4.

Предпочтительно форсунка 4 имеет практически цилиндрический входной патрубок и противоположный куполообразный выходной патрубок. Форсунка 4 имеет, по меньшей мере, одно проходное отверстие, обеспечивающее проход газа из газопровода в трубопровод для жидкости и/или во вторую форсунку 2.Preferably, the nozzle 4 has a substantially cylindrical inlet and an opposite domed outlet. The nozzle 4 has at least one passage opening providing gas passage from the gas pipeline to the liquid pipe and / or to the second nozzle 2.

Вторая форсунка 2 имеет практически цилиндрический входной патрубок, присоединенный к выходному патрубку внешней трубки 101, причем в противоположном куполообразном выходном патрубке предусмотрено, по меньшей мере, одно проходное отверстие 3. Предпочтительно, проходное отверстие 3 представляет собой продолговатую щель с практически параллельными стенками. Куполообразный выходной патрубок второй форсунки 2 продолжается за пределами куполообразного выходного патрубка первой форсунки 4.The second nozzle 2 has a substantially cylindrical inlet pipe connected to the outlet pipe of the outer tube 101, wherein at least one passage opening 3 is provided in the opposite dome-shaped outlet pipe. Preferably, the passage opening 3 is an elongated slot with substantially parallel walls. The domed outlet of the second nozzle 2 extends beyond the domed outlet of the first nozzle 4.

Предпочтительно, в каждой первой форсунке 4 и второй форсунке 2 имеется множество проходных отверстий. В первой форсунке 4, также называемой форсункой водяного пара, предпочтительно предусмотрен один или несколько рядов проходных отверстий, более конкретно от 1 до 8 рядов проходных отверстий, еще более конкретно от 1 до 6 рядов. Указанные проходные отверстия также называются рассеивающими отверстиями. Куполообразный выходной патрубок первой форсунки 4 предпочтительно имеет форму полусферы или форму полуэллипсоида.Preferably, in each of the first nozzle 4 and the second nozzle 2 there are many passage openings. In the first nozzle 4, also called a water vapor nozzle, preferably one or more rows of passage openings, more particularly from 1 to 8 rows of passage openings, even more specifically from 1 to 6 rows. Said passage openings are also called diffusion openings. The domed outlet of the first nozzle 4 is preferably in the form of a hemisphere or the shape of a semi-ellipsoid.

Во внутренней трубке имеются продувочные отверстия 5. Указанные продувочные отверстия 5 обеспечивают проход диспергирующего газа через трубопровод 104 для жидкости в случае прекращения подачи углеводородов, например, в аварийной ситуации.In the inner tube there are purge openings 5. These purge openings 5 allow the dispersing gas to pass through the fluid line 104 in the event of a loss of hydrocarbon supply, for example, in an emergency.

С целью обеспечения максимального использования добавленного диспергирующего газа, предпочтительно, проходные отверстия 5 располагаются выше половины внутренней трубки 102, расположенной внутри внешней трубки.In order to maximize the use of the added dispersing gas, preferably the passage openings 5 are located above half of the inner tube 102 located inside the outer tube.

Площадь поверхности внутренней трубки 102, занимаемая продувочными отверстиями, может быть относительно небольшой, составляя от 0,001 до 1% от площади поверхности внутренней трубки, поскольку указанная площадь поверхности находится внутри внешней трубки, более конкретно от 0,005 до 0,9%, еще более конкретно от 0,01 до 0,8%. Более конкретно, площадь поверхности внутренней трубки, занимаемая продувочными отверстиями, составляет самое большее 0,7%, более конкретно, самое большее 0,6%, еще более конкретно, самое большее 0,5%. Площадь поверхности проходного отверстия или отверстия означает площадь, через которую может проходить флюид, то есть, открытое сечение.The surface area of the inner tube 102 occupied by the purge holes can be relatively small, ranging from 0.001 to 1% of the surface area of the inner tube, since the indicated surface area is inside the outer tube, more specifically from 0.005 to 0.9%, even more specifically from 0.01 to 0.8%. More specifically, the surface area of the inner tube occupied by the purge openings is at most 0.7%, more specifically, at most 0.6%, even more specifically, at most 0.5%. The surface area of the passage or hole means the area through which the fluid, i.e. an open section, can pass.

Отношение площади поверхности всех продувочных отверстий к площади поверхности всех проходных отверстий первой форсунки в одном модуле питающей форсунки, предпочтительно, находится в диапазоне от 0,02 до 1, более конкретно от 0,05 до 0,8, более конкретно от 0,1 до 0,7, более конкретно до 0,6 наиболее конкретно вплоть до 0,5.The ratio of the surface area of all the purge openings to the surface area of all the passage openings of the first nozzle in one feed nozzle module is preferably in the range from 0.02 to 1, more specifically from 0.05 to 0.8, more specifically from 0.1 to 0.7, more specifically up to 0.6, most specifically up to 0.5.

Более того, площадь поверхности каждого отдельного продувочного отверстия во внутренней трубке, предпочтительно, меньше или равна площади поверхности наибольшего прохода в первой форсунке.Moreover, the surface area of each individual purge hole in the inner tube is preferably less than or equal to the surface area of the largest passage in the first nozzle.

Предпочтительно, чтобы внутренняя трубка дополнительно содержала внутреннюю форсунку ниже продувочных отверстий, но выше первой форсунки, по ходу потока. Эта внутренняя форсунка обеспечивает немного более высокое давление флюида во внутренней трубке вблизи продувочных отверстий, чем вблизи первой форсунки, что предотвращает поступление флюида во внутреннюю трубку из кольцевого пространства через продувочные отверстия.Preferably, the inner tube further comprises an inner nozzle below the purge holes, but above the first nozzle, upstream. This inner nozzle provides a slightly higher fluid pressure in the inner tube near the purge holes than near the first nozzle, which prevents fluid from entering the inner tube from the annular space through the purge holes.

На фигуре 2 приведен питающий модуль, который дополнительно содержит разделяющее устройство 110 для разграничения внутренней и внешней трубок. Предпочтительно разделяющие устройства 110 представляют собой трубы. Такие трубы обладают тем преимуществом, что они снижают или предотвращают вибрацию внутренней трубки 102. В связи с этим, указанные трубки также называются звукопоглощающими трубами. Предпочтительно, звукопоглощающие трубы удерживаются на месте с помощью кольцеобразной пластины, перпендикулярно оси звукопоглощающих труб, причем в кольцеобразной пластине имеются отверстия для размещения указанных труб. Предпочтительно, звукопоглощающие трубы имеют диаметр от 1 до 5 см, более предпочтительно от 2 до 4 см. Предпочтительно, количество звукопоглощающих труб составляет от 3 до 15, более конкретно от 3 до 12. Предпочтительно, указанные трубы распределены равномерно в пространстве вокруг внутренней трубки. Длина труб обычно составляет самое большее 0,5 м.The figure 2 shows the power module, which further comprises a separating device 110 for distinguishing between the inner and outer tubes. Preferably, the separation devices 110 are pipes. Such pipes have the advantage that they reduce or prevent vibration of the inner tube 102. In this regard, these tubes are also called sound-absorbing tubes. Preferably, the sound-absorbing pipes are held in place by an annular plate, perpendicular to the axis of the sound-absorbing pipes, and in the annular plate there are openings for accommodating said pipes. Preferably, the sound-absorbing pipes have a diameter of from 1 to 5 cm, more preferably from 2 to 4 cm. Preferably, the number of sound-absorbing pipes is from 3 to 15, more particularly from 3 to 12. Preferably, said pipes are evenly distributed in the space around the inner tube. The length of the pipes is usually at most 0.5 m.

При наличии разделяющего устройства 110 предпочтительно, чтобы продувочные отверстия находились выше разделяющего устройства 110, по потоку.With a separation device 110, it is preferred that the purge holes are upstream of the separation device 110.

Обычно входной патрубок внутренней трубки расположен на стороне внешней трубки. Такой боковой вход диспергирующего газопровода в модуль питающей форсунки обеспечивает улучшенный доступ к внутренней части питающей форсунки.Typically, the inlet pipe of the inner tube is located on the side of the outer tube. Such a lateral inlet of the dispersing gas line into the feed nozzle module provides improved access to the interior of the feed nozzle.

Во время обычной эксплуатации модуля питающей форсунки согласно настоящему изобретению диспергирующий газ проходит через практически цилиндрическую внутреннюю трубку 102, в то время как углеводородное сырье поступает во входной патрубок 107 внешней трубки 101 и проходит через кольцеобразный трубопровод 104 для жидкости.During normal operation of the feed nozzle module of the present invention, the dispersant gas passes through a substantially cylindrical inner tube 102, while hydrocarbon feed enters the inlet 107 of the outer tube 101 and passes through an annular fluid conduit 104.

Диспергирующий газ, более конкретно водяной пар, выходящий из первой форсунки 4, смешивается с углеводородом, давая тонкие струи, рассеивающие углеводородную смесь. Вторая форсунка 2 пропускает смесь диспергирующего газа и углеводорода из модуля питающей форсунки в резервуар, предпочтительно в реактор флюид-каталитического крекинга. Вторая форсунка 2 приспособлена для практически равномерного распыления смеси диспергирующего газа и тяжелого нефтяного углеводорода.The dispersing gas, more specifically the water vapor leaving the first nozzle 4, is mixed with the hydrocarbon to produce fine jets dispersing the hydrocarbon mixture. The second nozzle 2 passes a mixture of dispersing gas and hydrocarbon from the feed nozzle module into a reservoir, preferably into a fluid catalytic cracking reactor. The second nozzle 2 is adapted for almost uniform spraying of a mixture of dispersing gas and heavy petroleum hydrocarbon.

Модуль форсунки настоящего изобретения является особенно подходящим для подачи углеводородного сырья в реактор флюид-каталитического крекинга с восходящим слоем катализатора, в объеме которого углеводородное сырье испаряется и расщепляется на более мелкие молекулы за счет контакта и перемешивания с горячим катализатором из регенератора, причем предпочтительно, горячий катализатор имеет температуру, по меньшей мере 600°C. Пары продуктов крекинга в последующем отделяются от отработанного катализатора с помощью циклонов. Обычно углеводородное сырье подогревают, предпочтительно до температуры от 150 до 260°C, до поступления в питающую форсунку и реактор-стояк. В указанном применении обычно форсунки используют для подачи сырья со стороны стояка, причем они представляют собой так называемые питающие форсунки с боковым входом. Предпочтительно, они расположены на обечайке стояка.The nozzle module of the present invention is particularly suitable for feeding hydrocarbon feed to a fluid catalytic cracking reactor with an upstream catalyst bed in which the hydrocarbon feed is vaporized and broken down into smaller molecules by contacting and mixing with a hot catalyst from a regenerator, preferably a hot catalyst has a temperature of at least 600 ° C. The pairs of cracking products are subsequently separated from the spent catalyst by cyclones. Typically, the hydrocarbon feed is preheated, preferably to a temperature of from 150 to 260 ° C., before entering the feed nozzle and riser reactor. In this application, nozzles are usually used to supply raw materials from the riser side, and they are the so-called feed nozzles with a side entrance. Preferably, they are located on the side of the riser.

С целью обеспечения равномерного распределения нефти в реакторе-стояке предпочтительно, чтобы множество питающих форсунок с боковым входом были расположены на обечайке стояка. Дополнительное преимущество размещения форсунок вокруг обечайки стояка состоит в том, что это приводит к смещению тенденции катализатора мигрировать к стенкам стояка.In order to ensure an even distribution of oil in the riser, it is preferred that a plurality of feed nozzles with a lateral inlet are located on the side of the riser. An additional advantage of placing the nozzles around the shell of the riser is that this leads to a shift in the tendency of the catalyst to migrate to the walls of the riser.

Claims

1. The module of the feed nozzle for direct injection of gas and liquid into the volume of the reactor, where the module of the feed nozzle contains
(a) an inner tube defining the gas line and an outer tube around the inner tube, where the outer surface of the inner tube and the inner surface of the outer tube define an annular fluid conduit, and where each of the tubes has an inlet and an opposite outlet;
(b) a first nozzle connected to an outlet pipe of the inner tube;
(c) a second nozzle connected to the outlet of the outer tube and located below the first nozzle in the direction of flow, the inner tube containing purge openings;
while the purge holes are located in the upstream half of the inner tube located inside the outer tube.

2. The power nozzle module according to claim 1, wherein the power nozzle module further comprises
(d) a separation device for distinguishing between the inner and outer tubes.

3. The feed nozzle module according to claim 2, wherein the purge openings are located above the separating device in the upstream direction.

4. The module of the feed nozzle according to any one of paragraphs. 1-3, in which the purge holes occupy from 0.001 to 1% of the surface area of the inner tube located inside the outer tube.

5. The module of the feed nozzle according to any one of paragraphs. 1-3, in which the inner tube further comprises an inner nozzle below the purge holes in the direction of flow.

6. The feed nozzle module according to claim 4, wherein the inner tube further comprises an inner nozzle downstream of the purge openings.