SE427755B - Blandningsforfarande for termisk kolvetekrackning - Google Patents

Description

7806634-7 tration av vätskeströmmen in i den varma gasformiga förbrännings-. produktströmen som kunde uppnås.

Ett huvudändamål enligt föreliggande uppfinning är att öka graden av penetration och åtföljande blandning som kan upp- nås jämfört medden för metoderna enligt den tidigare tekniken.

Z Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålles ett förfarande vid termisk krackning av kolväten genom införande av vätskeformigt petroleuminmatningsmaterial in i en ström av varma gasformiga förbränningsprodukter som bildats genom för- bränning av flytande bränsle och oxidant i närvaro av ånga, i en apparat som har en förbrännigns/blandnings-zon och en reak- tionszon nedströms om denna, vilket omfattar införande av bland- ning av.nämnda vätska såsom åtminstone en ström i nämnda varma gasformiga förbränningsproduktsström medan man samtidigt omger och avskärmar var och en av nämnda vätskeströmmar med en sam- insprutad ringformig höljeström av skyddande gas som har en _ hastighet som är tillräcklig för att komplettera rörelsemängden utan betydande utspädning av förbränningsproduktströmmen (dvs föresträdesvis icke överstigande l0 %) och en temperatur som icke är väsentligt under den för vätskeströmmen.

Det har framkomit att den föredragna insprutnings- vinkeln, för mest effektiva blandningsresultat, är såsom anges i den amerikanska patentskriften 3 855 339, dvs mellan l20 och l50° mot nedströmsaxeln av flödet av den varma gasformiga för- bränningsproduktströmmen. Den mest föredragna vinkeln av unge- fär l35° har även bekräftats.

Det har framkommit att under det att ett antal gaser kan användas som den skyddande höljegasen har bästa totala processresultat uppnåtts genom användning av ånga som den skyd- dande höljegasen.

Data och beräkningar har visat sannolika penetrations- ökningar av storleksordningen ungefär 8 % som åstadkommes av ytterligare rörelsemängdsflöde av storleksordningen 2 % som tillhandahölls genom ett gashölje. Det antages att rörelse- mängdsflödesförhållandet är den betydelsefulla variabeln. I fråga om högkoncentrationsvätskefyllning, såsom här användes, accelererar gasen vätskepartiklarna och ökar i själva verket vätskepartikelrörelsemängden och därför penetrationen. Gashöl- je-förbättring av vätskepenetration hjälper sålunda, om gashöl- 7806634-'7 jerörelsemängden tillföres vid en tillräckligt hög nivå, vätskan när den försöker penetrera en tvärströmmande gasström.

Det antages att en maximal fördel kommer att härledas från små höljeområden utvisande: H 1 + mi. UL /Ol -x vari: Ö = omhöljt dynamiskt tryckförhållande (dimension- löst) E; = icke omhöijt dynamiskt tryck/förhållande av insprutad vätska till annalkande gas (dimensionslöst) ' =gashöljeflödeshastighet (kg/sek) ' ==vätskeflödeshastighet (kg/sek) U ==gashastighet (m/sek) UL==vätskehastighet (m/sek) Detta alstrar även en relativt hög gashastighet Ug, för en gi- ven gashöljeflödeshastighet, mg. Höljegashastigheter högre än 76 m/sek (250 ft/sec.) rekommenderas. Dessutom skall det obser- 'Q KQIT' veras att ovanstående står i överensstämmelse med penetrations- (vätska in i gas)-litteratur genom att Ö = § när mg= 0.

Det dynamiska tryckförhâllandet, g, som reglerar vätskepenetration in i en tvärströmmande gas kan följaktligen inställas till en ännu högre nivå Ö, när ett gashölje innefat- tats och drives på riktigt sätt. Den kritiska fördel som till- handahâlles genom gashöljet är att vätskedropparna antingen (a) uppnår en ytterligare rörelsemängd och/eller (b) bibehåller sin ursprungligen förlänade rörelsemängd längre vilka båda ökar vätskepenetrationen in i den tvär-strömmande gasströmmen.

Gashöljerörelsemängden kan inställas genom ändring av gasmass- flödeshastigheten, gashastigheten, höljeflödesytan el- ler gasdensiteten. Man har erfarit att formen för höljet skall passa den för vätskemunstycksöppningen så att hela vätskestrå- len omskrives. 7806634-7 Förfarandet enligt uppfinningen kommer att beskrivas närmaneunder hänvisning till de bifogade ritningarna och följan- de data. I I ritningarna visar fig l ett partiellt schematiskt tvärsnitt av för- bränningsbrännarqreaktor- och avkylningszonerna hos en apparat som är lämplig för tillämpning av förfarandet för termisk _krackning av kolväten enligt uppfinningen.

Fig 2p en schematisk grafisk beskrivning av en del av förbrännings- och reaktionszonerna hos en apparat lämplig för tillämpning av förfarandet för termisk krackning av kolväten enligt uppfinningen.

Fig 3a och 3b schematiska tvärsnittsvyer i längd och tvärriktning av vätskámsprutningsmunstycken som kan använ- das vid tillämpning av förfarandet enligt uppfinningen; och fig 4a och 4b schematiska tvärsnittsvyer i längd- riktning och tvärriktning av modifierade insprutningsmunstycken som kan användas vid tillämpning av förfarandet enligt uppfin- ningen.

I fig l omfattar den apparat som visas en förbränn- ningszon 10 vilken står i förbindelse genom en halssektion l2 med en utåt vidgande reaktionszon 14. En avkylningszon 16 är belägen vid nedströmsänden av reaktionszonen 14. Denna trestegs- serie av behandlingszoner inrymmes i en apparat som är byggd av eldfast material 18 som har inre eldfast zonväggsbeklädnad 20. _ I den avsmalnande basdelen av förbränningszonen 10 finns ett flertal vätskefasinsprutningsmunstycken 22 placerade.

Munstyckena är placerade runt omkretsen för förbränningszonen 10 vilken företrädesvis är cirkulär i tvärsnitt liksom de andra zonerna av apparaten.

Vätskefasinsprutningsmunstycket 22 har en trappstegs- _formad cirkulär central passage 24 för flödet av vätskeformigt kolväteinmatningsmaterial som skall krackas vid ACR-förfarandet.

En ringformig passage 26 omger den centrala passagen 24 och tillhandahåller flödet av den ringformiga höljeströmmen av skyd- dande gas, sâsom ånga, som uttömmes.frân munstycketkring inmat- ningsmaterialsströmmen.

Inloppsströmmen av inmatningsmaterial och skyddande 7806634-7 gas är för -upphettade (icke visat) till den önskade tempera- turen innan de inmatas till vätskeinsprutningsmunstyckena 22.

Efter utstötning av strömmarna 30 från munstycket 22 insprutas de omhöljda strömmarna av inmatningsmaterial in i den varma gasformiga förbränningsproduktströmmen (brännargas) som ledes från förbränningszonen l0 till blandningshalszonen 12 där ursprunglig blandning utföres. De utstötta strömmarna 30 utsät- tes efter inträde in i strömmen av varma gasformiga förbränninge- produkter för rörelsemängdseffekterna av den senare strömmen och böjes eller krökes på det sätt som visas i fig 2 i ritning- arna.

Såsom där visas följer den odelade strömmen av om- höljt vätskeformigt inmatningsmaterial som utstötes från mun- stycket 22 en utåt vidgande, böjd områdesbana som,i ett fall, definieras som ytan mellan kurvorna 32aoch 32b. Det skall ob- serveras att huvudandelen av den insprutade strömmen icke i be- tydande grad penetrerar den varma gasformiga förbränningspro- duktsströmmen utöver punkten för centrumlinjen hos förbrännings- zon 10- eller blandningshalszon 12-sektionerna. För en annan serie insprutningsbetingelser med något lägre omhöljd vätske- strömsrörelsemängd definierar den prickade serien av kurvor 34a och 34b det område över vilket insprutning utföres. Det skall observeras att böjningen är mera extrem beroende på effekten av den högre rörelsemängden för varm förbränningsproduktström i förhållande till vätskeströmrörelsemängden.

Såsom visas i fig l införes avkylningsfluidet in i avkylningszonen 16 genom inloppsledningar 36 som uttömmer genom öppningar 38.

Det vätskainsprutningsmunstycke 22, som visas i fig 3a och 3b i ritningarna, har en trappstegsformad, central vät- skeinmatningsmaterialsledning 24 och yttre, ringformig skyddan- de gasledning 26 som tillföres via inloppsledningen 28. I ut- föringsformen av munstycke i fig 4a och 4b är munstycksstommen, centrala ledningen 24 och yttre, ringformiga skyddande gas-led- ningen 26 alla solfjäderformade och framkallar en planare ut- stött ström än den utföringsformen i fig 3a och 3b.

Det skall observeras att det trappstegsformiga av- smalnandet av den centrala vätskeinmatningsmaterialspassagen hos munstyckena i utföringsformerna i ritningarna samverkar med 7806634-7 andra inre passagekännetecken på ett sätt som är känt för fack- männen inom tekniken för tillhandahållande av ett virvelflöde av vätskan genom och från passagen. Detta virvelflöde har visat. sig vara gynnsamt för erhållande av mera effektiv senare bland- ning av vätskan i den varma gasformiga förbränningsproduktström- men efter insprutning däri.

Exempel på tillämpningen av förfarandet enligt före- liggande uppfinning för ökning av penetrationen i fluidumbland- ning i ett termiskt kolvätekrackningsförfarande anges i följan- de tabell I. 780663ë-7 Amšoäwx mæ~m .Uomfi wfií wflJm vika mm.o mwoà TRÄ N fauäx mïm .uofl 33. åám »Lä 35 Såå wFÄ N w .. cwmfi M_E mmâ mmoå ÉLÄ H HwMmEOvOHwwHmSmMU I wwmfim w ^NEo\mvC.nGflm umiaw Amëoäwxv Em Amñušmvë um ua Mmmunh H HHmQmB 7806634-7 I var och en av de tre försök som anges i tabell I användes sama vätskeinsprutningsmunstycke med samma insprut- ningsvinkel, normal mot nedströmsaxeln för flödet av den varma gasformiga förbränningsproduktströmmen. Samma munstycke användes i vardera fallet och hade följande egenskaper: virveltyp ”central öppningsdiameter, Do = 2,007 mm uttömningskoefficient (dimensionslös) Cd = 0,70 utvidgningsvinkel för stråle 6 = 23,010 Det skall observeras att inom mindre än en procent är gå/Pt och Pinj konstanta för alla.tre försöken. Detta innebär att de tvärströmmande gasflödena och vätskeflödena är desamma och att den enda skillnaden ligger i penetration som erhålles som resultat direkt av effekten av gashöljet. ' I försök nr l är den insprutade vätskan icke omhöljd medan i försöken nr 2 och 3 vätskeströmmarna är omhöljda i vari- erande grader av höljetryck för skydd av vätskeströmmarna av väsentligen samma tryck.

I följande tabell II anges värdena för beräkning av de icke omhöljda dynamiska tryckförhållandena (g) såsom erhål- lits i alla tre försök som angavs i tabell I.

Tabell II Försöken nr 1, 2 och 3 g/Pt = 0,59 Pinj = 97,3 - 97,4 Ttotal = 298oK Ttest = 255,9 x Mach-tal = 0,91 Ljudhastighet = 320,3 m/sek Gashastighet = 290,8 m/sek q gas = 0,598 kp/cmz q vätska = 47,2 kp/cmz q dynamiskt tryckförh. 79 Följande tabell III anger för var och en av de tre försöken i tabell I penetrationsavståndet för två i förväg valda nedströmsavstând för var och en av försöken. Det skall observeras att ursprunget till avståndsmätningarna är lokali- 7806634-7 .serat vid munstycksöppningen och att maximumstrålpenetrations- data erhölls från fotografiska gnistskuggsdata. Den ökning i penetrationsavstånd och resulterande effektiv blandning som er- hålles för försöken i följd framgår av värdena i tabell III där den icke omhöljda penetrationen i försök I överträffas av den omhöljda, högre rörelsemöngdströmmen i försök 2 som i sin tur ytterligare överträffas av den omhöljda ännu högre rörelsemängds- strömmen i försök nr 3.

Tabell III Försök nr Nedströmsavstånd (mm) Penetrationsavstånd (mm) 1 60 81,00 1 120 103,23 2 60 85,36 2 120 106,09 3 60 90,27 3 120 106,91 Följande beräkningar som anges nedan för de två omhölj- da försöken (försöken 2 och 3) i tabell I kvantifierar förbätt- ringen i omhöljda dynamiska förhållanden för var och en av dessa försök Beräkningar Grundval: Rotometerekvivalentflöde vid 100% (scfh) = 1150 ft3/hr Försök 2: 0.29 x 1150 = 333.50 ekvivalentflöde vid 29% Försök 3: 0.341 x 1150 392.15 ekvivalentflöde vid 34.l% Qs(scfh) ekvivalentflöde ((scfh) 14.7 41469 + °F 14.7 + psig 530 581.56 scfh vid 19°c, 3,15 kp/cmz Forsök 2 QS = Försök a QS = 162.65 scfn via 19°c, 3,85 kp/cmz _ ___1_4¿_ satir Wcfh) " (1491 + psia { 530 ha Försök 2= Q = 189.30 cfh Försök 3: Q = 201.64 cfh Yttre höljediameter, D50 = 3.361 inch. = 9,17 Yttre munstycksdiameter (inre höljediameter), DSI = 7,5 mm .,; 2 ._ 2 Tvärsnittshöljeyta, As = É (Dso DSI ) = 21.86 mmz 7806634-7 1o_ u (ft/sek) = Q(1oo) (2.s42)(144) _"'(2'1.a'6) (3'e"o'o) 223.47 ft/sek 238¿04 ft/sek Försök 2: Que/få) 0.23 vid 19°c, 3,15 kp/emz Försök 3: çub/fë) 0.28 vid 19°c, 3,85 kp/em m (lb/sek) = __ï_9ëfi:-__ Försök 2: U Försök 3: U ll från ideala gaslagen 9 (1oo) (2542) (144) Försök 2: :hg = o_,o121 lb/sek Försök 3: mg = 0,015? lb/sek låg = 0,665 lb/sek U = år, = (mess) (4) (144) = L A '('s'1.9) )r(o.o792) 315'6l “ft/sek ïL L Beräknad effekt; ö e» <3 I: 1 + ïz P3] mL. UL Försök 2; ë=1.o129 F; Försök 3: ö :Lone å

Claims (4)

7806634-7 11 PATENTKRAV

1. Termisk krackning av kolväten genom införande av fly- tande petroleuminmatningsmaterial in i en ström av heta gas- formiga förbränningsprodukter framställda genom förbränning av flytande bränsle och oxidant i närvaro av ånga, i en apparat som har en förbrännings/blandningszon och en reaktionszon ned- ströms denna, k ä n n e t e c k n a t därav, att man inför och blandar nämnda vätska som åtminstone en ström i nämnda heta gasformiga förbränningsproduktsström medan man samtidigt omger och avskärmar var och en av nämnda vätskeströmmar med en sam- insprutad ringformig höljeström av skyddande gas som har en hastighet som är tillräcklig för att komplettera rörelsemängd och en temperatur som icke är väsentligt under den för nämnda vätskeström.

2. Förfarande enligt patentkravet l, n a t av att minst en vätskeström insprutas in i den heta gas- formiga förbränningsproduktströmmen med en insprutningsvinkel mellan ungefär 120 och l50° till nedströmsaxeln av flöde av nämnda heta gasformiga förbränningsproduktström. k ä n n e t e c k -

3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k ~ n a t av att insprutningsvinkeln ungefär 1350.

4. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k - n a t av att den skyddande gasen är ånga.