WO2018154018A1 - Dispositif a element ceramique amovible pour l'introduction d'un liquide a l'interieur d'un injecteur, et injecteur correspondant - Google Patents

Dispositif a element ceramique amovible pour l'introduction d'un liquide a l'interieur d'un injecteur, et injecteur correspondant Download PDF

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WO2018154018A1
WO2018154018A1 PCT/EP2018/054439 EP2018054439W WO2018154018A1 WO 2018154018 A1 WO2018154018 A1 WO 2018154018A1 EP 2018054439 W EP2018054439 W EP 2018054439W WO 2018154018 A1 WO2018154018 A1 WO 2018154018A1
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liquid
injector
fibers
axis
introducing device
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Romain LESAGE
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Total Raffinage Chimie
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    • B05B7/0075—Nozzle arrangements in gas streams

Definitions

  • the invention relates to a device for introducing a liquid into a liquid injector, in particular a charge injector of a fluid catalytic cracking unit (FCC).
  • This introducer device comprises a removable ceramic element.
  • the charge of an FCC unit can be charged with solid particles, especially in the case of recycle of "slurry" produced by the unit. Indeed, this slurry contains catalyst fines from the FCC unit.
  • the interest of recycling slurry is multiple: help with heat balance, or elimination of slurry.
  • This practice may be at the origin of the erosion of the charge injectors, especially if the recycle of slurry is durable, and more particularly of the intake port of the charge inside the injectors, in particular Impactor or double impact type.
  • This erosion can be limited by the use of injectors made entirely of ceramic, as described in WO2016016090-A1. Although these injectors can be made in several parts assembled between it, it can be difficult or impossible to separate them to change, especially depending on the nature of their assembly: it is then necessary to completely change the injector, in particular when it is necessary to modify one of the parts according to the operating conditions of the process implemented. The use of these injectors in an existing unit also requires the replacement of the complete injectors of this unit.
  • the subject of the invention relates to a device for introducing a liquid inside an injector shaped to atomize said liquid into droplets by means of a gas, said introduction device comprising a orifice passing right through it, characterized in that it comprises:
  • the outer and inner portions respectively having an inner surface and an outer surface of complementary shapes allowing displacement of the inner part relative to the outer part in a direction parallel to an axis of the through-passage, said inner and outer surfaces being provided with cooperating fasteners for reversibly securing said inner and outer portions.
  • the fasteners provide a non-definitive fixation (removable) of the inner and outer parts. This makes it possible to easily change the inner part defining the through orifice, making it possible to adapt the latter to the operating conditions of the process in which the injector provided with the introduction device must be used.
  • the outer surface of the inner portion and the inner surface of the outer portion may be surfaces of revolution having an axis of revolution coincident or parallel to the axis of the through hole. This facilitates the realization of the inner and outer parts and simplify the design of the fasteners.
  • the fastening elements may then comprise lugs or notches cooperating respectively with grooves or ribs of suitable shape to allow the displacement of the outer and inner parts between a fastening state and a released state following translational movements in a parallel direction. to the axis of revolution and rotation around the axis of revolution.
  • Fixing the inner and outer parts and disassembly can then be made very simply by successive movements of translation and rotation, respectively of rotation and translation.
  • this type of fastener can then be similar to a bayonet type fastener.
  • this type of fastener can provide a function "keying" during assembly, or even prohibit the mounting of a non-adapted internal part.
  • an elastic member may be disposed between the inner and outer portions so as to be compressed in a direction parallel to the axis of the through hole when the inner and outer portions external are fixed. This can improve the fixation between the inner and outer parts.
  • This elastic member may be a spring, a compressible polymeric material, or the like.
  • the outer portion may have an outer surface intended to be secured, particularly permanently, to an orifice of the injector receiving the introduction device according to the invention.
  • an outer surface of the outer portion may comprise fastening elements shaped to provide a non-definitive attachment to this orifice. This may allow to completely separate the introduction device of the charge injector, for example to replace or modify it.
  • these fastening elements may comprise a thread.
  • the outer part is made of metallic material, for example a metal or an alloy, preferably a stainless steel, or a carbon steel.
  • the ceramic material of the inner part of the introduction device according to the invention may be selected from silicon carbide SiC, boron carbide B 4 C, silicon nitride S13N4, aluminum nitride AlN, nitride of BN boron, Al2O3 alumina, or mixtures thereof.
  • the ceramic material is silicon carbide SiC or comprises silicon carbide SiC, preferably in a majority amount, for example in a content of 60% to 99.9% by weight.
  • Silicon carbide has the advantage of having good mechanical and physical properties for a reasonable manufacturing cost.
  • the ceramic material may comprise a ceramic matrix chosen from silicon carbide SiC, boron carbide B 4 C, silicon nitride S13N4, aluminum nitride AlN, boron nitride BN, alumina Al 2 O 3, or mixtures thereof, ceramic matrix incorporating fibers selected from carbon fibers and ceramic fibers, or mixtures thereof.
  • the ceramic material is then a composite material.
  • a composite material may be advantageous for injectors subjected to stretching and shear stresses.
  • the fibers may be arranged randomly (pseudoisotropic) or anisotropically. Anisotropic distribution of the fibers may be advantageous in particular areas, for example end areas to be joined with another material or with another piece of the same material or in the case of stretched / stress zones. significant shear. When present, these fibers may represent from 0.1% to 10% by weight of the composite material.
  • the carbon fibers may be carbon fibers with the graphitic planes oriented along the fiber.
  • the ceramic fibers may be selected from crystalline alumina fibers, mullite fibers (3Al2O3, 2S1O2), crystalline or amorphous silicon carbide fibers, zirconia fibers, silica-alumina fibers, or mixtures of them.
  • the composite ceramic material comprises an SiC silicon carbide matrix, comprising fibers of the aforementioned type.
  • the fibers are silicon carbide fibers.
  • the ceramic material may be a sintered ceramic material. This can in particular facilitate the realization of the inner part of the introduction device.
  • the inner part of the introduction device may be formed for example by molding or extrusion, followed by baking, under conventional operating conditions adapted to the type of ceramic product.
  • the cooking step is optionally preceded by a drying step.
  • the inner and / or outer walls of the inner part of the introduction device may be smooth, that is, they may have a low surface roughness.
  • Such smooth walls can make it possible to increase the operating speeds inside the internal part of the introduction device.
  • Such a smooth wall can be obtained when the ceramic material is a sintered ceramic material.
  • the inner part of the introduction device can be obtained from a relatively fine sintering powder, for example with an average grain diameter of less than or equal to 500 nm, which can lead to relatively smooth surfaces.
  • the inner part of the introduction device can be obtained by adding to the main material, for example SiC, an additive, chosen from boron B, silicon Si and carbon C, or mixtures thereof, for example in a proportion varying from 0.3% to 2% by weight.
  • an additive chosen from boron B, silicon Si and carbon C, or mixtures thereof, for example in a proportion varying from 0.3% to 2% by weight.
  • the additive may comprise a mixture of boron B, silicon Si and carbon C. It may thus form additional SiC, which clogs the pores and thus reduces the roughness.
  • the invention also relates to a liquid injector configured to atomize a liquid into droplets by means of a gas, comprising a hollow body having:
  • At least one first gas inlet orifice intended to be connected to a conduit for supplying a gas
  • At least one contact chamber formed inside the hollow body and into which said inlet orifices open,
  • At least one outlet for discharging the atomized liquid from the hollow body.
  • the second inlet port may or may not protrude inside the contact chamber from an inner wall thereof.
  • said at least one second inlet orifice is provided with an introducer device according to the invention. It is thus possible to modify the device for introducing the charge inside the injector by replacing its internal part.
  • the fixing elements fixing the injector introduction device are removable, it is the entire introduction device that can be replaced.
  • said at least one second inlet orifice may be provided with fastening elements cooperating with fastening elements of an external surface of the external part of said insertion device.
  • the charge injector may be an "impact" type injector. It can then be an injector injector which comprises a single second radial axis inlet port and a target located inside the body facing the second inlet port. It can also be a double impact injector, which comprises at least two second radial axis inlet orifices arranged so that the liquids leaving said orifices contact the inside of the body.
  • the invention finally relates to a reactor provided with at least one injector according to the invention.
  • This reactor is for example a tubular type upflow or downflow reactor for use in a fluid catalytic cracking unit.
  • Figure 1 illustrates a schematic sectional representation of an injector according to one embodiment
  • FIG. 2 illustrates a schematic sectional representation of an injector according to another embodiment
  • Figure 3 shows a sectional view of an introducer according to one embodiment
  • Figure 4 shows a sectional view of an introducer according to another embodiment
  • Figure 5 shows a sectional view of Figure 3 along the line A-A.
  • Figure 1 shows schematically an injector 10 which has a hollow body 12, here cylindrical.
  • This hollow body 12 has:
  • a first gas inlet orifice 14 intended to be connected to a conduit for supplying a gas, a second liquid inlet port 16 for connection to a liquid supply line,
  • the injector 10 shown in Figure 1 is commonly called the type "impactor".
  • the contact chamber 20 is in the form of a rectilinear inner pipe connecting the first inlet orifice 14 to the outlet orifice 18 in an axial direction of said body.
  • the contact chamber 20 has a substantially constant internal diameter.
  • the injector comprises in particular a target 22 extending projecting from an inner wall 24 of the contact chamber 20 opposite the orifice 16 for introducing the liquid and through the passage of the gas.
  • the liquid is thrown against the target 22 as soon as it enters the contact chamber 20 through the orifice 16.
  • the jet of liquid bursts and is carried in the form of droplets by a stream of atomizing gas introduced through the orifice 14 to high speed.
  • the atomization of the liquid in this type of injector 10 is carried out twice. A first part of the atomization occurs at the target 22 by a flash of the liquid jet. The second part of the atomization occurs at the reduced diameter outlet port 18, where the narrowing of the diameter accelerates the fluids.
  • FIG. 2 represents another type of injector 1 10.
  • the latter comprises a hollow body 1 12, which presents:
  • a first gas inlet opening 14 intended to be connected to a conduit for supplying a gas
  • a contact chamber 120 formed inside the hollow body 1 12 and in which open the inlet ports 1 14, 1 16, 1 17.
  • the injector 1 10 is also of the "impactor" type, but the jet of liquid does not impact on a target but on another jet of liquid.
  • the second orifices 1 16, 1 18 are arranged facing one another so that the jets of liquid exiting impacts inside the contact chamber 120, substantially opposite the
  • the contact chamber 120 is also in the form of a rectilinear inner pipe connecting the first inlet orifice 1 to the next outlet orifice 1 18. an axial direction of said body, with a substantially constant internal diameter.
  • the invention is however not limited to a particular type of liquid injector, provided that this injector receives a liquid to be atomized via one or more orifices.
  • the second orifice 16 of the injector 10 or the second orifices 1 16, 1 17 of the injector 1 10 are provided with a liquid introduction device 30.
  • These introducer devices 30 are schematically represented by dashed lines in FIGS. 1 and 2. They are described in more detail with reference to FIGS. 3 to 5.
  • the introduction device 30 comprises an orifice 32 passing right through it and intended for the passage of the liquid to be introduced into the injector with a view to its atomization.
  • This introducer 30 comprises:
  • the materials that can be used are those previously described.
  • the inner portion 34 has an inner surface 34i and an outer surface 34e.
  • the inner surface 34i defines the through hole 32 along its entire length.
  • the outer portion 36 has an inner surface 36i and an outer surface 36e.
  • the outer surface 36e is here provided with first fastening elements 38 shaped to cooperate with elements for fixing a second orifice 16, respectively 1 16, 1 17 of the injectors 10 and 1 10.
  • this external surface 36e could be integral with the second orifice.
  • the outer part could be part of the orifice.
  • the inner surface 36i of the outer portion 36 and the outer surface 34e of the inner portion 34 are additionally of complementary shapes allowing movement of the inner portion 34 relative to the outer portion in a direction parallel to the X axis of the inner portion 34.
  • These internal 36i and outer 34e surfaces are provided with second fixing elements cooperating to reversibly fix the inner 34 and outer 36 parts. It is thus possible to separate these parts in order to change one or the other. other parties.
  • the outer surface 34e of the inner portion 34 and the inner surface 36i of the outer portion 36 are surfaces of revolution having an axis of revolution coincident with the axis X of the through orifice 32.
  • the outer surface 36e of the outer portion 36 also has a symmetry of revolution with respect to this axis X.
  • the first fastening elements 38 are here a thread cooperating with a thread (not shown) internal to the second orifices 16, 1, 16, 1 17 thus allowing screwing of the outer portion 36 inside the orifices 16, 1 16, 1 17. It is thus possible to fix the injection device 30 to the injector 10 or 1 10 in a non-definitive manner.
  • the second fastening elements comprise lugs or notches cooperating respectively with grooves or ribs of suitable shape to enable the outer and inner parts to be displaced between a fastening state of the outer and inner parts, in which elements are integral, and a state released from these elements in which they can be separated from each other.
  • the transition from one state to another takes place following translation movements in a direction parallel to the axis of revolution X and rotation around the axis of revolution X.
  • the outer portion 36 has lugs 40 which project from its inner surface 36i perpendicular to the axis of revolution X, in the direction thereof (radially). These lugs 40 cooperate with grooves 42 formed in the outer surface 34e and the inner portion 34. These grooves 42 have, for example, an L shape, part of which extends parallel to the X axis from the edge of the orifice 32 , allowing the insertion of the inner portion 34 inside the outer portion 36 in an X-axis translation, the end of the groove 42 bifurcating at right angles in order to allow by a rotation of the inner portion 34 relative to the outer portion 36 and its locking.
  • Figure 5 shows a cross-sectional view of the inner and outer parts, before rotation of the inner part.
  • the lugs 40 could be part of the inner part and the grooves be made on the outer part.
  • the invention is also not limited to a particular number of ribs / grooves and notches / lugs.
  • Figure 4 differs from that of Figure 3 essentially by the shapes of the inner surface 36i of the outer portion 36 and the outer surface 34e of the inner portion 34 and the position of the lugs 40. Accordingly the same elements are designated by the same references.
  • a resilient member 44 is disposed between the inner 34 and outer 36 portions so as to be compressed in a direction parallel to the X axis of the orifice 32 when the inner and outer portions are secured.
  • the elastic element 44 is in the form of a spring housed in an annular recess 46 with a U-section formed in the inner surface 36i.
  • This elastic element 44 bears on the outer surface 34e of the inner part 34 and is compressed when the lugs 40 are locked in the corresponding grooves of the inner part.
  • the elastic element 44 thus makes it possible to hold the inner 34 and outer 36 portions in position in the fixing state despite the vibrations, displacements and other movements transmitted by the injector.
  • the invention is not limited to the described embodiments, which can be combined.
  • the invention is particularly suitable for the injection of a hydrocarbon feedstock, especially in an FCC unit, but could be adapted to the injection of any liquid charge to be atomized which can erode an injector.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'introduction (30) d'un liquide à l'intérieur d'un injecteur conformé pour atomiser ledit liquide en gouttelettes au moyen d'un gaz, ledit dispositif d'introduction comprenant un orifice (32) le traversant de part en part, caractérisé en ce qu'il comprend : - une partie interne (34) en matériau céramique dont une surface interne (34i) définit ledit orifice traversant (32) sur toute sa longueur, - une partie externe (36) en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne (34), - les parties externe et interne présentant respectivement une surface interne (36i) et une surface externe (34e) de formes complémentaires pourvues d'éléments de fixation (40, 42) coopérant pour fixer de manière amovible lesdites parties interne et externe. L'invention concerne également un injecteur de liquide équipé dudit dispositif d'introduction.

Description

DISPOSITIF A ELEMENT CERAMIQUE AMOVIBLE POUR L'INTRODUCTION D'UN LIQUIDE A L'INTERIEUR D'UN INJECTEUR,
ET INJECTEUR CORRESPONDANT
L'invention concerne un dispositif d'introduction d'un liquide à l'intérieur d'un injecteur de liquide, notamment un injecteur de charge d'une unité de craquage catalytique fluide (FCC « Fluid Catalytic Cracking » en anglais). Ce dispositif d'introduction comporte un élément céramique amovible.
La charge d'une unité FCC peut être chargée en particules solides, tout particulièrement dans le cas de recycle de « slurry » produit par l'unité. En effet, ce slurry contient des fines de catalyseur de l'unité FCC.
L'intérêt de recycler du slurry est multiple : aide au bilan thermique, ou élimination du slurry. Cette pratique peut-être à l'origine de l'érosion des injecteurs de charge, notamment si le recycle de slurry est durable, et plus particulièrement de l'orifice d'admission de la charge à l'intérieur des injecteurs, en particulier de type à impacteur ou double impact.
Cette érosion peut être limitée par l'utilisation d'injecteurs réalisés entièrement en céramique, tel que décrit dans le document WO2016016090-A1. Bien que ces injecteurs puissent être réalisés en plusieurs parties assemblées entre elle, il peut s'avérer difficile, voire impossible, de les désolidariser pour les changer, notamment selon la nature de leur assemblage : il faut alors changer entièrement l'injecteur, en particulier lorsqu'il est nécessaire de modifier l'une des parties en fonction des conditions opératoires du procédé mis en œuvre. L'utilisation de ces injecteurs dans une unité existante nécessite en outre le remplacement des injecteurs complets de cette unité.
Il existe donc un besoin pour un orifice d'admission liquide résistant à l'érosion pouvant être facilement installé sur les injecteurs de charge, notamment de type à impacteur, sans avoir à remplacer l'injecteur complet par un modèle en céramique.
A cet effet, l'objet de l'invention concerne un dispositif d'introduction d'un liquide à l'intérieur d'un injecteur conformé pour atomiser ledit liquide en gouttelettes au moyen d'un gaz, ledit dispositif d'introduction comprenant un orifice le traversant de part en part, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une partie interne en matériau céramique dont une surface interne définit ledit orifice traversant sur toute sa longueur,
- une partie externe en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne,
- les parties externe et interne présentant respectivement une surface interne et une surface externe de formes complémentaires autorisant un déplacement de la partie interne par rapport à la partie externe suivant une direction parallèle à un axe du passage traversant, lesdites surfaces interne et externes étant pourvues d'éléments de fixation coopérant pour fixer de manière réversible lesdites parties interne et externe.
Autrement dit, les éléments de fixation assurent une fixation non définitive (démontable) des parties interne et externe. Ceci permet de changer aisément la partie interne définissant l'orifice traversant, permettant d'adapter ce dernier aux conditions opératoires du procédé dans lequel l'injecteur pourvu du dispositif d'introduction doit être utilisé.
Avantageusement, la surface externe de la partie interne et la surface interne de la partie externe peuvent être des surfaces de révolution présentant un axe de révolution confondu ou parallèle à l'axe de l'orifice traversant. Ceci permet de faciliter la réalisation des parties interne et externe et de simplifier la conception des éléments de fixation.
Les éléments de fixation peuvent alors comprendre des ergots ou des encoches coopérant respectivement avec des rainures ou nervures de forme adaptée pour autoriser le déplacement des parties externe et interne entre un état de fixation et un état libéré suite à des mouvements de translation suivant une direction parallèle à l'axe de révolution et de rotation autour de l'axe de révolution.
La fixation des parties interne et externe et leur démontage peuvent alors être réalisés de manière très simple par des mouvements successifs de translation et rotation, respectivement de rotation et translation. Dans sa conception la plus simple, ce type de fixation peut alors être similaire à une fixation de type baïonnette. Dans une conception plus complexe, ce type de fixation peut assurer une fonction de « détrompeur » lors du montage, voire interdire le montage d'une partie interne non adaptée.
Quelle que soit la forme des éléments de fixation des parties interne et externe, un élément élastique peut être disposé entre les parties interne et externe de sorte à être comprimé dans une direction parallèle à l'axe de l'orifice traversant lorsque les parties interne et externe sont fixées. Ceci peut améliorer la fixation entre les parties interne et externe. Cet élément élastique peut être un ressort, un matériau polymère compressible, ou autre.
La partie externe peut présenter une surface externe destinée à être solidarisée, notamment de manière définitive, à un orifice de l'injecteur recevant le dispositif d'introduction selon l'invention.
Toutefois, avantageusement, une surface externe de la partie externe peut comprendre des éléments de fixation conformés pour assurer une fixation non définitive à cet orifice. Ceci peut permettre de séparer entièrement le dispositif d'introduction de l'injecteur de charge, par exemple pour le remplacer ou le modifier.
A titre d'exemple, ces éléments de fixation peuvent comprendre un filetage.
La partie externe est en matériau métallique, par exemple un métal ou un alliage, de préférence un acier inoxydable, ou un acier au carbone.
Le matériau céramique de la partie interne du dispositif d'introduction selon l'invention peut être choisi parmi le carbure de silicium SiC, le carbure de bore B4C, le nitrure de silicium S13N4, le nitrure d'aluminium AIN, le nitrure de bore BN, l'alumine AI2O3, ou des mélanges de ceux-ci.
Avantageusement, le matériau céramique est du carbure de silicium SiC ou comprend du carbure de silicium SiC, de préférence en quantité majoritaire, par exemple en une teneur de 60% à 99,9% en poids. Le carbure de silicium présente l'avantage de posséder de bonnes propriétés mécaniques et physiques pour un coût de fabrication raisonnable.
En variante ou éventuellement en combinaison, le matériau céramique peut comprendre une matrice céramique choisie parmi le carbure de silicium SiC, le carbure de bore B4C, le nitrure de silicium S13N4, le nitrure d'aluminium AIN, le nitrure de bore BN, l'alumine AI2O3, ou des mélanges de ceux-ci, matrice céramique dans laquelle sont incorporées des fibres choisies parmi des fibres de carbone et des fibres céramiques, ou des mélanges de celles-ci.
Le matériau céramique est alors un matériau composite. Un tel matériau composite peut être avantageux pour les injecteurs soumis à des contraintes d'étirement et de cisaillement. Notamment, les fibres peuvent être disposées de manière aléatoire (pseudo-isotrope) ou anisotropique. Une distribution anisotropique des fibres peut être avantageuse dans des zones particulières, par exemple les zones d'extrémité destinées à être assemblées avec un autre matériau ou avec une autre pièce du même matériau ou dans le cas de zones soumises à une contrainte d'étirement/ cisaillement importante. Lorsqu'elles sont présentes, ces fibres peuvent représenter de 0, 1 à 10% en poids du matériau composite.
Les fibres de carbone peuvent être des fibres de carbone avec les plans graphitiques orientés le long de la fibre.
Les fibres céramiques peuvent être choisies parmi les fibres d'alumine cristalline, les fibres de mullite (3AI2O3, 2S1O2), les fibres de carbure de silicium cristallin ou amorphe, des fibres de zircone, des fibres de silice-alumine, ou des mélanges de celles-ci.
De préférence, le matériau céramique composite comprend une matrice en carbure de silicium SiC, comprenant des fibres du type précité. De préférence, les fibres sont des fibres en carbure de silicium.
Avantageusement et de manière non limitative, le matériau céramique peut être un matériau céramique fritté. Ceci peut notamment faciliter la réalisation de la partie interne du dispositif d'introduction.
Dans ce cas, la partie interne du dispositif d'introduction peut être formée par exemple par moulage ou par extrusion, suivi par une cuisson, dans des conditions opératoires conventionnelles adaptées au type de céramique produit. L'étape de cuisson est éventuellement précédée d'une étape de séchage.
Avantageusement, les parois internes et/ ou externes de la partie interne du dispositif d'introduction peuvent être lisses, autrement dit, elles peuvent présenter une faible rugosité de surface. De telles parois lisses peuvent permettre d'augmenter les vitesses en service à l'intérieur de la partie interne du dispositif d'introduction. Une telle paroi lisse peut être obtenue lorsque le matériau céramique est un matériau céramique fritté.
Avantageusement et de façon non limitative, la partie interne du dispositif d'introduction peut être obtenue à partir d'une poudre de frittage relativement fine, par exemple avec un diamètre moyen de grains inférieur ou égal à 500 nm, ce qui peut conduire à des surfaces relativement lisses.
Alternativement ou en complément, la partie interne du dispositif d'introduction peut être obtenue en ajoutant au matériau principal, par exemple du SiC, un additif, choisi parmi le bore B, le silicium Si et le carbone C, ou leurs mélanges, par exemple dans une proportion variant de 0,3% à 2% en poids. Dans le cas d'un matériau SiC obtenu par frittage de poudre, un tel ajout d'additif peut permettre de diminuer la porosité et par conséquent la rugosité.
Avantageusement et de façon non limitative, l'additif peut comprendre un mélange de bore B, de silicium Si et de carbone C. Il peut ainsi se former du SiC additionnel, lequel vient boucher les pores et diminuer ainsi la rugosité.
Alternativement ou en complément, on pourra par exemple prévoir une étape de dépôt additionnel de SiC par dépôt chimique en phase vapeur ou CVD (de l'anglais « Chemical Vapor Déposition »).
L'invention concerne également un injecteur de liquide conformé pour atomiser un liquide en gouttelettes au moyen d'un gaz, comportant un corps creux présentant :
- au moins un premier orifice d'entrée de gaz destiné à être raccordé à un conduit d'alimentation d'un gaz,
au moins un deuxième orifice d'entrée de liquide destiné à être raccordé à un conduit d'alimentation de liquide,
au moins une chambre de contact ménagée à l'intérieur du corps creux et dans laquelle débouchent lesdits orifices d'entrée,
au moins un orifice de sortie pour l'évacuation du liquide atomisé hors du corps creux.
Le deuxième orifice d'entrée peut saillir ou non à l'intérieur de la chambre de contact depuis une paroi interne de celle-ci.
Selon l'invention, ledit au moins un deuxième orifice d'entrée est pourvu d'un dispositif d'introduction selon l'invention. Il est ainsi possible de modifier le dispositif d'introduction de la charge à l'intérieur de l'injecteur en remplaçant sa partie interne. Lorsque les éléments de fixation fixant le dispositif d'introduction à l'injecteur sont démontables, c'est la totalité du dispositif d'introduction qui peut être remplacée.
En particulier, ledit au moins un deuxième orifice d'entrée peut être pourvu d'éléments de fixation coopérant avec des éléments de fixation d'une surface externe de la partie externe dudit dispositif d'introduction.
L'injecteur de charge peut être un injecteur de type à « impact ». Il peut alors s'agir d'un injecteur à impacteur qui comprend un seul deuxième orifice d'entrée d'axe radial et une cible située à l'intérieur du corps en regard du deuxième orifice d'entrée. Il peut également s'agir d'un injecteur à double impact, qui comprend au moins deux deuxièmes orifices d'entrée d'axe radial agencés de sorte que les liquides sortant desdits orifices entrent en contact à l'intérieur du corps.
L'invention concerne enfin un réacteur pourvu d'au moins un injecteur selon l'invention. Ce réacteur est par exemple un réacteur de type tubulaire à flux ascendant ou descendant destiné à être utilisé dans une unité de craquage catalytique fluide.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :
la figure 1 illustre une représentation schématique en coupe d'un injecteur selon un mode de réalisation ;
- la figure 2 illustre une représentation schématique en coupe d'un injecteur selon un autre mode de réalisation ;
la figure 3 représente une vue en coupe d'un dispositif d'introduction selon un mode de réalisation ;
la figure 4 représente une vue en coupe d'un dispositif d'introduction selon un autre mode de réalisation ;
la figure 5 représente une vue en coupe de la figure 3 selon la ligne A-A.
La figure 1 représente schématiquement un injecteur 10 lequel présente un corps creux 12, ici cylindrique.
Ce corps creux 12 présente :
un premier orifice 14 d'entrée de gaz, destiné à être raccordé à un conduit d'alimentation d'un gaz, un deuxième orifice 16 d'entrée de liquide, destiné à être raccordé à un conduit d'alimentation de liquide,
un orifice de sortie 18 pour l'évacuation du liquide atomisé, une chambre de contact 20 ménagée à l'intérieur du corps creux 12 et dans laquelle débouchent les orifices d'entrée 14, 16.
L'injecteur 10 représenté sur la figure 1 est communément appelé de type « impacteur». Ici, la chambre de contact 20 se présente sous la forme une conduite interne rectiligne reliant le premier orifice d'entrée 14 à l'orifice de sortie 18 suivant une direction axiale dudit corps. La chambre de contact 20 présente un diamètre interne sensiblement constant.
L'injecteur comprend notamment une cible 22 s 'étendant en saillie d'une paroi interne 24 de la chambre de contact 20 en regard de l'orifice 16 d'introduction du liquide et au travers du passage du gaz.
Le liquide est projeté contre la cible 22 dès son entrée dans la chambre de contact 20 par l'orifice 16. Le jet de liquide éclate et est emporté sous forme de gouttelettes par un courant de gaz d'atomisation introduit par l'orifice 14 à haute vitesse. L'atomisation du liquide dans ce type d'injecteur 10 s'effectue en deux fois. Une première partie de l'atomisation se produit au niveau de la cible 22 par un éclat du jet de liquide. La deuxième partie de l'atomisation se produit au niveau de l'orifice de sortie 18 de diamètre réduit, où le rétrécissement du diamètre accélère les fluides.
La figure 2 représente un autre type d'injecteur 1 10. Ce dernier comporte un corps creux 1 12, lequel présente :
un premier orifice 1 14 d'entrée de gaz, destiné à être raccordé à un conduit d'alimentation d'un gaz,
deux deuxièmes orifices 1 16, 1 17 d'entrée de liquide, destinés à être raccordés à un ou deux conduits d'alimentation de liquide,
un orifice de sortie 1 18 pour l'évacuation du liquide atomisé,
une chambre de contact 120 ménagée à l'intérieur du corps creux 1 12 et dans laquelle débouchent les orifices d'entrée 1 14, 1 16, 1 17.
L'injecteur 1 10 est également du type « impacteur », mais le jet de liquide n'impacte pas sur une cible mais sur un autre jet de liquide. Ainsi, les deuxièmes orifices 1 16, 1 18 sont disposés en regard l'un de l'autre de sorte que les jets de liquide en sortant s'impactent à l'intérieur de la chambre de contact 120, sensiblement en regard de l'orifice d'entrée du gaz 1 14. Dans ce mode de réalisation, la chambre de contact 120 se présente également sous la forme d'une conduite interne rectiligne reliant le premier orifice d'entrée 1 14 à l'orifice de sortie 1 18 suivant une direction axiale dudit corps, avec un diamètre interne sensiblement constant.
L'invention n'est toutefois pas limitée à un type d'injecteur de liquide particulier, pourvu que cet injecteur reçoive un liquide à atomiser via un ou plusieurs orifices.
Selon l'invention, le deuxième orifice 16 de l'injecteur 10 ou les deuxièmes orifices 1 16, 1 17 de l'injecteur 1 10 sont pourvus d'un dispositif d'introduction 30 du liquide. Ces dispositifs d'introduction 30 sont représentés schématiquement par des traits pointillés sur les figures 1 et 2. Ils sont décrits plus en détail en référence aux figures 3 à 5.
Dans le mode de réalisation représenté figure 3, le dispositif d'introduction 30 comprend un orifice 32 le traversant de part en part et destiné au passage du liquide à introduire dans l'injecteur en vue de son atomisation.
Ce dispositif d'introduction 30 comprend :
- une partie interne 34 en matériau céramique,
- une partie externe 36 en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne 34.
Les matériaux utilisables sont ceux précédemment décrits.
La partie interne 34 présente une surface interne 34i et une surface externe 34e. La surface interne 34i définit l'orifice traversant 32 sur toute sa longueur.
La partie externe 36 présente une surface interne 36i et une surface externe 36e. La surface externe 36e est ici pourvue de premiers éléments de fixation 38 conformés pour coopérer avec des éléments de fixation d'un deuxième orifice 16, respectivement 1 16, 1 17 des injecteurs 10 et 1 10. A noter que cette surface externe 36e pourrait être solidaire du deuxième orifice. Notamment, la partie externe pourrait faire partie de l'orifice. La surface interne 36i de la partie externe 36 et la surface externe 34e de la partie interne 34 sont en outre de formes complémentaires autorisant un déplacement de la partie interne 34 par rapport à la partie externe suivant une direction parallèle à l'axe X de l'orifice traversant 32. Ces surfaces interne 36i et externe 34e sont pourvues de deuxièmes éléments de fixation coopérant pour fixer de manière réversible les parties interne 34 et externe 36. Il est ainsi possible de désolidariser ces parties afin de changer l'une ou l'autre des parties.
Dans l'exemple représenté figure 3, la surface externe 34e de la partie interne 34 et la surface interne 36i de la partie externe 36 sont des surfaces de révolution présentant un axe de révolution confondu avec l'axe X de l'orifice traversant 32. La surface externe 36e de la partie externe 36 présente également une symétrie de révolution par rapport à cet axe X. Les premiers éléments de fixation 38 sont ici un filetage coopérant avec un filetage (non représenté) interne aux deuxièmes orifices 16, 1 16, 1 17 permettant ainsi un vissage de la partie externe 36 à l'intérieur des orifices 16, 1 16, 1 17. Il est ainsi possible de fixer de manière non définitive le dispositif d'introduction 30 à l'injecteur 10 ou 1 10.
Dans l'exemple représenté figure 3, les deuxièmes éléments de fixation comprennent des ergots ou des encoches coopérant respectivement avec des rainures ou nervures de forme adaptée pour permettre de déplacer les parties externe et interne entre un état de fixation des parties externe et interne, dans lequel ces éléments sont solidaires, et un état libéré de ces éléments dans lequel ils peuvent être séparés l'un de l'autre. Le passage d'un état à l'autre s'effectue suite à des mouvements de translation suivant une direction parallèle à l'axe de révolution X et de rotation autour de l'axe de révolution X.
Plus précisément, dans cet exemple, la partie externe 36 présente des ergots 40 qui font saillie de sa surface interne 36i perpendiculairement à l'axe de révolution X, en direction de celui-ci (radialement) . Ces ergots 40 coopèrent avec des rainures 42 ménagées dans la surface externe 34e la partie interne 34. Ces rainures 42 ont par exemple une forme en L, dont une partie s'étend parallèlement à l'axe X depuis le bord de l'orifice 32, autorisant l'insertion de la partie interne 34 à l'intérieur de la partie externe 36 suivant une translation d'axe X, l'extrémité de la rainure 42 bifurquant à angle droit afin de permettre par une rotation de la partie interne 34 par rapport à la partie externe 36 et son blocage. La figure 5 représente une vue en coupe transversale des parties interne et externe, avant rotation de la partie interne.
L'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation particulier : les ergots 40 pourraient faire partie de la partie interne et les rainures être réalisées sur la partie externe. On pourrait également envisager de remplacer les ergots par des encoches coopérant non plus avec des rainures mais avec des nervures parallèles à l'axe X dont la longueur est choisie pour que la rotation des parties l'une par rapport à l'autre permette un appui de l'extrémité des nervures sur la périphérie sans encoche de l'autre partie. L'invention n'est pas non plus limitée à un nombre particulier de nervures/ rainures et encoches/ ergots.
On notera que dans l'exemple de la figure 3, la partie externe 36 prend appui sur un rebord 35 de la partie interne 34. Ce rebord 35 forme ainsi une butée.
L'exemple représenté sur la figure 4 diffère de celui de la figure 3 essentiellement par les formes de la surface interne 36i de la partie externe 36 et de la surface externe 34e de la partie interne 34 et par la position des ergots 40. En conséquence, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références.
Dans ce mode de réalisation, un élément élastique 44 est disposé entre les parties interne 34 et externe 36 de sorte à être comprimé dans une direction parallèle à l'axe X de l'orifice 32 lorsque les parties interne et externe sont fixées.
Dans l'exemple, l'élément élastique 44 se présente sous la forme d'un ressort logé dans un logement annulaire 46 à section en U ménagé dans la surface interne 36i. Cet élément élastique 44 vient en appui sur la surface externe 34e de la partie interne 34 et est comprimé lorsque les ergots 40 sont bloqués dans les rainures correspondantes de la partie interne. L'élément élastique 44 permet ainsi de maintenir en position les parties interne 34 et externe 36 dans l'état de fixation malgré les vibrations, déplacements et autres mouvements transmis par l'injecteur.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, lesquels peuvent être combinés. L'invention est particulièrement adaptée à l'injection d'une charge d'hydrocarbures, notamment dans une unité FCC, mais pourrait être adaptée à l'injection de toute charge liquide à atomiser susceptible d'éroder un injecteur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'introduction (30) d'un liquide à l'intérieur d'un injecteur (10, 1 10) conformé pour atomiser ledit liquide en gouttelettes au moyen d'un gaz, ledit dispositif d'introduction comprenant un orifice
(32) le traversant de part en part,
caractérisé en ce qu'il comprend :
- une partie interne (34) en matériau céramique dont une surface interne (34i) définit ledit orifice traversant (32) sur toute sa longueur,
- une partie externe (36) en matériau métallique entourant au moins en partie la partie interne (34),
- les parties externe et interne présentant respectivement une surface interne (36i) et une surface externe (34e) de formes complémentaires autorisant un déplacement de la partie interne par rapport à la partie externe suivant une direction parallèle à un axe du passage traversant, lesdites surfaces interne et externes étant pourvues d'éléments de fixation (40, 42) coopérant pour fixer de manière réversible lesdites parties interne et externe.
2. Dispositif d'introduction (30) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la surface externe (34e) de la partie interne (34) et la surface interne (36i) de la partie externe (36) sont des surfaces de révolution présentant un axe de révolution (X) confondu ou parallèle à l'axe de l'orifice traversant (32).
3. Dispositif d'introduction (30) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments de fixation comprennent des ergots (40) ou des encoches coopérant respectivement avec des rainures (42) ou nervures de forme adaptée pour autoriser le déplacement des parties externe et interne entre un état de fixation et un état libéré suite à des mouvements de translation suivant une direction parallèle à l'axe de révolution (X) et de rotation autour de l'axe de révolution (X).
4. Dispositif d'introduction (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un élément élastique (44) est disposé entre les parties interne et externe de sorte à être comprimé dans une direction parallèle à l'axe de l'orifice traversant lorsque les parties interne et externe sont fixées. 5. Dispositif d'introduction (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une surface externe (36e) de la partie externe (36) comprend des éléments de fixation (38) destinés à coopérer avec un orifice d'entrée (16, 1 16, 1 17) de l'injecteur (10, 1 10) et conformés pour assurer une fixation non définitive.
6. Dispositif d'introduction (30) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments de fixation (38) de la surface externe de la partie externe comprennent un filetage. 7. Dispositif d'introduction (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau céramique est choisi parmi le carbure de silicium SiC, le carbure de bore B4C, le nitrure de silicium Si3N4, le nitrure d'aluminium AIN, le nitrure de bore BN, l'alumine AI2O3, ou des mélanges de ceux-ci.
8. Dispositif d'introduction (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau céramique comprend une matrice céramique choisie parmi le carbure de silicium SiC, le carbure de bore B4C, le nitrure de silicium Si3N4, le nitrure d'aluminium AIN, le nitrure de bore BN, l'alumine AI2O3, ou des mélanges de ceux-ci, matrice céramique dans laquelle sont incorporées des fibres choisies parmi des fibres de carbone et des fibres céramiques, fibres céramiques par exemple choisies parmi les fibres d'alumine cristalline, les fibres de mullite, les fibres de carbure de silicium cristallin ou amorphe, des fibres de zircone, des fibres de silice-alumine, ou des mélanges de celles-ci.
9. Injecteur (10, 1 10) de liquide conformé pour atomiser un liquide en gouttelettes au moyen d'un gaz, comportant un corps creux (12, 1 12) présentant :
au moins un premier orifice (14, 1 14) d'entrée de gaz destiné à être raccordé à un conduit d'alimentation d'un gaz, au moins un deuxième orifice (16, 1 16, 1 17) d'entrée de liquide destiné à être raccordé à un conduit d'alimentation de liquide, au moins une chambre de contact (20, 120) ménagée à l'intérieur du corps creux et dans laquelle débouchent lesdits orifices d'entrée,
au moins un orifice de sortie (18, 1 18) pour l'évacuation du liquide atomisé hors du corps creux,
caractérisé en ce que ledit au moins un deuxième orifice d'entrée (16, 1 16, 1 17) est pourvu d'un dispositif d'introduction (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Réacteur pourvu d'au moins un injecteur selon la revendication 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4989788A (en) * 1989-05-10 1991-02-05 Lechler Gmbh & Co. Kg Binary flat-jet nozzle for atomizing liquids
WO2015042278A1 (fr) * 2013-09-20 2015-03-26 Spraying Systems Co. Buse de pulvérisation par craquage catalytique pourvue d'un orifice d'admission de liquide étendu
WO2016016090A1 (fr) 2014-07-28 2016-02-04 Total Raffinage Chimie Injecteur en céramique pour unité de craquage catalytique en lit fluidisé

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