RU2678674C2

RU2678674C2 - Устройство впрыскивания, в частности, для впрыскивания заряда углеводородов в нефтехимическую установку

Info

Publication number: RU2678674C2
Application number: RU2016144089A
Authority: RU
Inventors: Ромайн ЛЕСАЖЕ
Original assignee: Тотал Раффинаге Химие
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2019-01-30
Also published as: US20200009522A1; RU2016144089A; US11185834B2; FR3020579B1; ES2699358T3; US10456765B2; WO2015170039A1; CN106457191B; RU2016144089A3; JP2017519623A; US20170050161A1; EP3140032B1; KR20170005440A; FR3020579A1; CN106457191A; EP3140032A1

Abstract

Изобретение относится к устройству впрыскивания, в частности к устройству для впрыскивания заряда углеводородов в нефтехимическую установку, а также к реактору для обработки заряда углеводородов, содержащему такое устройство, и способу каталитического крекинга заряда углеводородов в реакторе. Устройство впрыскивания содержит корпус, включающий стенки, образующие нишу, простирающуюся вдоль оси устройства, открытую в направлении отверстия впуска газа на одном конце и в направлении отверстия выпуска пульверизированной жидкости на другом конце, и отверстие впуска жидкости, образованное в стенках, при этом внутренние стенки корпуса размещены с образованием сужения, горловина которого находится вниз по потоку от отверстия выпуска газа, и узел впрыскивания газа, образующий проход для циркуляции газа между отверстием впуска газа и отверстием выпуска газа, с расположением внутри ниши, и образующий, при помощи внутренних стенок корпуса, пространство для циркуляции жидкости от отверстия впуска жидкости до горловины сужения, при этом устройство впрыскивания установлено таким образом, что поток газа, исходящий из отверстия выпуска газа, накрывает участок стенки в непосредственной близости от горловины сужения. Изобретение обеспечивает простоту небольшого перепада давления и высокое качество пульверизации. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 пр.

Description

Настоящее изобретение относится к устройству впрыскивания, в частности к устройству для впрыскивания заряда углеводородов в нефтехимическую установку, в частности установку каталитического флюид-крекинга (FCC).

Заряды жидких углеводородов, обрабатываемые в нефтехимических установках, обычно приводятся в контакт с твердым катализатором, который будет способствовать химической реакции или реакциям для обработки такого заряда. Для того, чтобы улучшить этот контакт, и максимизировать выход от таких реакций, такие заряды жидких углеводородов пульверизируются на мелкие капли устройствами впрыскивания. Такая пульверизация позволяет максимизировать площадь контакта между жидкостью (заряд жидкого углеводорода) и твердым веществом (катализатором), таким образом способствуя переносу тепла, и внося вклад в единообразное распределение углеводородов в пределах зоны реакции. При том, что нет консенсуса насчет оптимального диаметра таких капель, обычно стремятся создать капли с диаметром такого же порядка, что и диаметр частиц катализатора, а именно, менее 200 микрон, например, порядка 50-80 микрон.

Обычно, используются устройства впрыскивания, также называемые «двухфазными», которые имеют полый цилиндрический корпус и два впускных отверстия, через которые заряд жидкого углеводорода с одной стороны, и газ пульверизации, обычно пар, с другой стороны, впрыскиваются в указанный корпус. Внутри корпуса имеется камера контакта, и именно там углеводороды и газ пульверизации и вступают в контакт для пульверизации заряда углеводорода. После пульверизации, заряд углеводорода выбрасывается через выходное отверстие, которое открывается внутрь реактора.

Каждое устройство впрыскивания устанавливается на стенку реактора таким образом, что один конец устройства впрыскивания, содержащий выпускное отверстие, расположен внутри реактора.

В основном, известны устройства впрыскивания Вентури-типа, в которых заряд приводится в движение через Вентури в сочетании с газом пульверизации, что дает в результате формирование капель. Указанный газ пульверизации течет в направлении по оси, позволяя этим каплям двигаться вдоль оси, разбивая их дополнительно на части, в направлении выпускного отверстия корпуса.

Существует потребность в устройстве впрыскивания, которое способно сочетать простоту небольшого перепада давления и высокое качество пульверизации.

Представлено устройство впрыскивания, выполненное с возможностью пульверизации жидкости в капли, с использованием газа, содержащее:

- корпус, содержащий стенки, образующие нишу, проходящую вдоль таким образом, что она открывается с одной стороны в направлении отверстия впуска газа на одном конце устройства впрыскивания, и, с другой стороны, в направлении отверстия выпуска пульверизированной жидкости на другом конце устройства впрыскивания, и имеется отверстие впуска газа в этих стенках, при этом указанное отверстие впуска жидкости проходит вдоль радиального компонента так, чтобы открываться, с одной стороны кнаружи корпуса, и, с другой стороны, на нишу;

- узел впрыскивания газа, в котором имеется проход для циркуляции газа между отверстием впуска газа и отверстием выпуска газа, с расположением внутри ниши;

отличающееся тем, что

- стенки корпуса образуют сужение, горловина которого находится вниз по потоку от отверстия выпуска газа;

- узел впрыскивания газа образует, при помощи стенок, пространство для циркуляции жидкости от отверстия впуска жидкости, в направлении горловины сужения; и

- устройство впрыскивания устанавливается таким образом, что поток газа, исходящий из отверстия выпуска газа, накрывает участок стенки в непосредственной близости от горловины сужения.

Было обнаружено, что при сочетании горловины сужения с потоком газа относительно, или вблизи этой горловины, оказалось возможно получить относительно хорошую пульверизацию с точки зрения диаметра капли, и сделать это при относительно малом падении давления. Возможно, чтобы пленка жидкости, проходящей вблизи горловины сужения, срезалась струей газа из узла впрыскивания газа, таким образом заставляя жидкость пульверизироваться в капли.

Участок стенки в непосредственной близости от горловины может включать в себя:

- участок стенки вверх по потоку от горловины, с возможным включением горловины; и/или

- участок стенки вниз по потоку от горловины, с возможным включением горловины.

«В непосредственной близости от горловины» означает очень малое расстояние от горловины, например, расстояния менее, чем 5% максимального диаметра корпуса, предпочтительно, менее, чем 1% этого диаметра, возможно, менее, чем 0.1% этого диаметра.

Предпочтительно, горловина может находиться в том участке стены, который накрыт потоком газа.

«Сужение» означает уменьшение поперечного сечения ниши до горловины. Вниз по потоку от горловины, поперечное сечение может оставаться постоянным при минимальном диаметре (по меньшей мере, локально), достигнутом в горловине, или же возрастать снова.

«Горловина сужения» означает минимум, в рамках расстояния между стенкой и центральной осью корпуса, сужения. Другими словами, горловина представляет собой один конец сужения.

В сужении, стенки могут доходить с радиальным компонентом до самой горловины. Для горловины, с ограничением в плоскости, перпендикулярной осевому направлению, диаметр поперечного сечения ниши может, таким образом, достигать минимума в горловине.

Диаметр поперечного сечения ниши вниз по потоку от горловины может оставаться идентичным, или практически идентичным минимальному значению, достигнутому в горловине. Таким образом, участок, называемый цилиндрическим участком, может быть представлен вниз по потоку от горловины, и простираться до самой горловины, где имеется участок протока цилиндрической формы.

В этом случае, цилиндрический проток может, предпочтительно, простираться по оси на длину по величине по меньшей мере вчетверо, предпочтительно, впятеро, больше, чем величина диаметра поперечного сечения этого протока. Неожиданно было обнаружено, что такая расстановка делает возможным получение повышенной производительности.

В качестве альтернативы, диаметр поперечного сечения ниши вниз по потоку от горловины может быть выше, чем в горловине. Стенки сужения могут, например, образовывать выпуклость, проходящую в радиальном компоненте до самой горловины.

Горловина может образовывать линию острой кромки, и это означает, что производная, относительно осевого положения, дистанции между центральной линией корпуса и внутренними стенками корпуса прерывается в горловине.

В качестве альтернативы, стенки могут быть выполнены с возможностью того, что такая производная остается непрерывной. Стенки могут, например, образовывать сужение с относительно закругленной законцовкой.

Горловина может быть закрыта, например, горловина может иметь круглую или эллиптическую форму.

Например, линия острой кромки может быть ограничена плоскостью или нет. Если линия острой кромки находится в плоскости, такая плоскость может быть перпендикулярна оси корпуса или нет. Например, возможно представить линию острой кромки, лежащую в плоскости с наклоном относительно оси корпуса.

В качестве альтернативы, горловина может быть открыта. Например, горловина может образовывать незамкнутую линию, проходящую по спирали внутри корпуса, с одним или несколькими витками. Можно также принять это как набор незамкнутых линий, с прохождением по спирали, с одним или несколькими витками.

В соответствии с одним вариантом осуществления, горловина может образовывать сегмент, например, линию острой кромки, простирающуюся в поперечном направлении и прямолинейно.

Корпус может быть выполнен из одной или нескольких частей.

Жидкость может содержать, по существу, заряд углеводородов или другое.

Газ может содержать, по существу, пар или другое.

В сужении, поперечное сечение ниши меньше, чем на участке корпуса непосредственно выше по потоку от сужения.

Поперечное сечение ниши вверх по потоку от горловины может непрерывно меняться до самой горловины. Например, можно представить стенки, образующие участок сферической поверхности или участок конической поверхности. Сужение может, например, образовывать объем, представляющий участок гиперболоида, участок сферы или участок конуса, вверх по потоку от линии острой кромки или закругленного конца.

В качестве альтернативы, поперечное сечение ниши вверх по потоку от горловины может иметь разрывы. Например, можно представить корпус, стенки которого имеют ребро без скругления, где встречаются основание ребра и, например, цилиндрические стенки корпуса.

В одном предпочтительном варианте осуществления, отверстие выпуска газа - это щель, обращенная к горловине таким образом, что поток газа ограничивается непосредственной близостью к горловине. Такая расстановка может сделать возможным ограничение количества газа, впрыскиваемого в устройство впрыскивания.

Такая щель может иметь форму, подобную форме, образуемой горловиной, например, круглую форму в случае круглой горловины, или прямую форму для горловины, при образовании сегмента, простирающегося поперечно.

Ширина щели может, таким образом, быть относительно малой, например, менее 5% максимального диаметра корпуса, предпочтительно, менее 1% этого диаметра, возможно, менее 0.1% этого диаметра. Ширина этой щели может, например, варьироваться между 0.1 мм и 10 мм, предпочтительно, между 0.5 мм и 5 мм, предпочтительно, между 1 и 2 мм.

Изобретение никоим образом не ограничивается отверстиями выпуска газа, с образованием щелей. Могут быть представлены несколько отверстий, при этом каждое имеет очень небольшой размер, например, с круговыми разрезами, при этом каждое из указанных отверстий ориентировано таким образом, что поток газа указанного отверстия заканчивается в непосредственной близости от горловины (или проходит рядом).

Предпочтительно, узел впрыскивания газа может содержать трубу и стержневой элемент в указанной трубе, при этом этот стержневой элемент, проходит продольно в указанной трубе, таким образом, что проход для циркуляции газа находится между указанным стержневым элементом и указанной трубой. Такой принцип концентрических двойных стенок используется для создания прохода, и отверстия выпуска газа, с образованием щели относительно малой толщины.

Настоящее изобретение никоим образом не ограничено таким использованием принципа концентрических двойных стенок, даже если такой вариант осуществления является предпочтительным, потому что он проще при производстве. Например, может быть предоставлен тракт, сечение которого меняется вдоль прохода для циркуляции газа от круглого сечения вблизи отверстия впуска газа до сечения, имеющего, например, форму щели, например, круглой или прямой. В качестве альтернативы, узел впрыскивания газа может образовывать линии ответвления, таким образом, что газ из отверстия впуска газа разделяется между несколькими протоками капиллярного типа, каждый из указанных протоков заканчивается вблизи горловины.

Предпочтительно, по меньшей мере одно из перечисленного - стержневой элемент и труба - могут быть выполнены таким образом, что толщина прохода для циркуляции газа претерпевает суживание сечения, с ускорением скорости газа между отверстием впуска газа и отверстием выпуска газа. Толщина прохода при этом может быть выше вверх по потоку от отверстия выпуска газа, чем на этом отверстии, например, между 5 мм и 5 см, например, порядка 1 см.

Предпочтительно, стержневой элемент и труба могут быть по центру относительно друг друга таким образом, что радиальное поперечное сечение узла стержня и трубы показывает постоянное расстояние между поверхностью стержня и внутренней поверхностью трубы, какой бы радиус не рассматривался.

Предпочтительно, ниша может быть немного расширена вниз по потоку от сужения таким образом, что диаметр поперечного сечения ниши увеличивается очень ненамного, над участком ниши, который соответствует расширенному участку, по мере постепенного увеличения расстояния от горловины. Например, можно представить угол между 1° и 5° относительно осевого направления, предпочтительно, 3.5°. Неожиданно было обнаружено, что такая геометрия позволяет избежать разделения граничного слоя.

«Осевая линия» означает линию, проходящую параллельно осевому направлению корпуса устройства впрыскивания.

Изобретение также относится к реактору для обработки заряда углеводородов, в частности, для каталитического крекинга, содержащему по меньшей мере одно устройство впрыскивания, как описано выше, с расстановкой таким образом, что его отверстие выпуска пульверизированной жидкости открывается внутрь реактора.

Изобретение дополнительно относится к способу каталитического крекинга заряда углеводородов в реакторе, в соответствии с которым заряд углеводородов впрыскивается, предпочтительно непрерывно, в указанный реактор, указанный заряд углеводородов впрыскивается через впускной проток жидкости, соединенный с отверстием впуска жидкости устройства впрыскивания, как описано выше, при этом газ одновременно подается в устройство впрыскивания через отверстие впуска газа.

Заряд углеводородов может впрыскиваться в жидком состоянии, при температуре в диапазоне от температуры окружающей среды до 500°С, например, от 80°С до 300°С, но обычно от 200°С до 300°С. Заряд углеводорода может впрыскиваться при давлении порядка от 6 до 8 бар. Обычно, разница между давлением на впуске заряда и давлением на выпуске инжектора (delta P) может быть между 0.8 и 5 бар.

Используемым газом может быть пар или любой другой подходящий газ, такой, как, например, газообразный поток, полученный после переработки углеводородов, легких олефинов или смеси этих газов, нефтезаводского газа или азота.

Предпочтительно, в каждом устройстве впрыскивания пропорция газа относительно заряда углеводородов находится между 1.5 и 10 весовых %, например, от 2 до 5 весовых %.

Скорость потока в рамках заряда углеводородов, подаваемого в каждое устройство впрыскивания может предпочтительно контролироваться так, чтобы получить конкретную скорость потока заряда углеводородов в горловине в пределах от 1000 до 2000 кг/м²/с, предпочтительно, от 1400 до 1800 кг/м²/с. Такой контроль можно получить при помощи традиционных средств, таких как насосы, расходомеры и т.п.

Скорость заряда углеводородов в зоне контакта с газом может быть от 0.4 до 0.6 м/с, например, 0.5 м/с.

Скорость газа, поступающего в зону контакта с углеводородом, может быть от 100 до 200 м/с, например, 150 м/с.

Настоящее изобретение описано со ссылкой на сопроводительные чертежи, не имеющие ограничительного характера, на которых:

- Фигура 1 (Fig. 1) - это вид в перспективе одного примера устройства впрыскивания, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;

- Фигура 2А (Fig. 2A) - это вид сверху примера устройства впрыскивания по фигуре 1;

- Фигуры 2В (Fig. 2B) и 2С (Fig. 2C) - это, соответственно, виды в поперечном сечении по линиям А-А и В-В по фигуре 2А, примера устройства впрыскивания по фигурам 1 и 2А;

- Фигура 3 (Fig. 3) показывает распределение среднего размера капель, как функцию ширины распыления при относительном расстоянии от отверстия выпуска, например, для инжектора, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения, и для эталонного инжектора, содержащего Вентури;

- Фигура 4 (Fig. 4) - это вид в перспективе компонента, например, устройства впрыскивания по фигурам 1, 2А, 2В, 2С, а именно, второго элемента подачи газа; и

- Фигура 5 (Fig. 5) схематично показывает пример устройства впрыскивания, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Практически параллельно или перпендикулярно означает направление, которое расходится максимум на ±20°, или даже максимум 10°, или максимум 5° от направления, которое параллельно или перпендикулярно.

Элементы, которые по своей форме или функции подобны или близки, могут иметь одинаковые номера позиций на нескольких фигурах.

Поскольку фигуры 1, 2А, 2В, 2С и 4 относятся к одному и тому же варианту осуществления, они описываются одновременно.

Фигура 5 показывает изображение, которое является очень схематичным, чтобы было проще понимать изобретение, например, устройство впрыскивания, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. На этой фигуре не соблюдены строгие пропорции.

На фигуре 5, устройство 10 впрыскивания, также именуемое инжектор, содержит корпус 300, стенки 301 которого образуют нишу 107, простирающуюся в осевом направлении, вдоль оси (Х). Корпус 300 может быть выполнен из одной или нескольких частей.

Узел 200 впрыскивания газа установлен на одном конце корпуса 300. Этот узел образует проход для газа 202 от отверстия 105 впуска газа, открытого наружу, и в направлении отверстия 203 выпуска газа, открывающегося вовнутрь ниши 107.

Жидкость вводится через отверстие 150 впуска жидкости, образованное в стенке 301 корпуса так, что введенная в инжектор 10 жидкость имеет скорость с радиальным компонентом. Затем жидкость течет вдоль внутри пространства 204 между стенками 301 и узлом 200 впрыскивания газа.

Стенки образуют сужение, заканчивающееся на круглой линии острой кромки 131.

Более конкретно, поперечное сечение полости 107 вверх по потоку от линии острой кромки 131 уменьшается по мере постепенного приближения линии 131. Поперечное сечение полости 107 вниз по потоку от линии 131 острой кромки возрастает с увеличением расстояния от этой линии 131. В качестве альтернативы, можно представить поперечное сечение полости 107, остающееся постоянным вниз по потоку от линии острой кромки, а именно, ниши, содержащей участок, образующий цилиндрический проток, и тогда линия острой кромки будет основанием этого цилиндра.

Поток сжатого газа, выбрасываемый на отверстия 203 выпуска газа, достигает участка стенки или зоны 139 в непосредственной близости от линии острой кромки. Без привязки к теории, возможно, чтобы пленка жидкости, проходящей вблизи острой кромки, срезалась струей газа, таким образом заставляя жидкость пульверизироваться в капли.

Узел впрыскивания содержит цилиндрическую трубу 166 и стержневой элемент 168, с размещением внутри этой трубы 166. Газ, впрыскиваемый в отверстие 105 впуска газа, таким образом, циркулирует вдоль прохода 202 круглого поперечного сечения между двумя концентрическими стенками.

В описанном варианте осуществления, поток сжатого газа, выбрасываемый в отверстие 203 выпуска газа, образует тонкий слой цилиндрической формы.

В альтернативном варианте осуществления, который не показан, узел впрыскивания может быть выполнен таким образом, что поток газа получает форму участка конуса.

Этот тонкий слой центрируется на участке стенки в непосредственной близости от острой кромки, например, в зоне, включающей в себя острую кромку, как на фигуре 5.

Поток пульверизированной жидкости и оставшегося газа сбрасывается через отверстие 18.

Фигуры 1, 2А, 2В, 2С и 4 относятся к варианту осуществления настоящего изобретения, который прошел проверку.

Устройство 10 впрыскивания предназначено для пульверизации жидкости в капли с использованием газа. Устройство 10 впрыскивания содержит концевой кусок 118, образующий отверстие 18 выпуска пульверизированной жидкости, с установкой на корпусе 300.

Этот корпус 300 простирается в осевом направлении вдоль оси (Х) и имеет цилиндрическую наружную форму на большей части длины.

Корпус 300 образует отверстие 105 впуска газа, на противоположной стороне относительно отверстия 18 выпуска, и отверстие 150 впуска жидкости, имеющееся на боковой стенке устройства 10 впрыскивания.

Корпус 300 выполнен из нескольких частей, а именно:

- стопор 110, посредством которого образован сквозной проток, через который проходит газ, попадающий в устройство 10 впрыскивания, и который имеет две фаски 111;

- первый элемент 106 подачи газа, содержащий основание 165 и цилиндрическую трубу 166, и это основание 165, и эта труба 166, образуют проток, открывающийся на каждой стороне этого элемента 106, при этом проток имеет стенки, которые немного расширены у основания 165;

второй элемент 167 подачи газа, показанный на фигуре 7, и содержащий основание 156 и стержневой элемент, также именуемый часть 168 в форме стержня, находящийся в протоке первого элемента 106 подачи газа;

- элемент 120 подачи жидкости, в котором имеется отверстие 150 впуска жидкости; этот элемент 120 устанавливается на стопоре 110 и образует проток, в котором расположены первый и второй элементы 106, 167 подачи газа;

- сходящееся сопло 130, с установкой на элементе 120 подачи жидкости, на котором установлен концевой кусок 118; это сходящееся сопло образует проток, который образует жидкостную коммуникацию между протоком элемента 120 подачи жидкости и отверстием 18 выпуска.

Эти части 110, 106, 120, 130, 118 различных компонентов могут быть выполнены из стали и т.д., посредством механической обработки и т.д.

Основание 156 второго элемента 167 подачи газа упирается в стопор 110 посредством элемента 120 подачи жидкости, и основание 165 первого элемента 106 подачи газа упирается в основание 156 посредством элемента 120.

Основание 156 образует ряд отверстий 161, например, шесть отверстий, которые расположены таким образом, чтобы обеспечить жидкостную коммуникацию между протоком в стопоре 110 и внутренним пространством цилиндрической трубы 166.

Газ, поступающий в отверстие 105 впуска газа, который циркулирует через эти отверстия 161, затем поступает в пространство 201 между внутренними стенками протока в основании 165 и внешними стенками участка части 168 в форме стержня, с расположением в этом протоке в основании 165, затем в пространство 202 между внутренними стенками цилиндрической трубы 166 и наружными стенками участка части 168 в форме стержня. Пространство 202 открывается в отверстие 203 выпуска газа кольцевого поперечного сечения.

Таким образом, газ течет между двумя стенками. Поток газа имеет относительно малое поперечное сечение в этих пространствах 201, 202, таким образом скорость газа в отверстии 203 выпуска газа относительно высока.

В частности, на фигуре 4, часть 168 в форме стержня совсем немного расширена на участке 169' таким образом, что диаметр поперечного сечения стержня увеличивается совсем немного, на этом участке стержня, с постепенным увеличением расстояния от основания 156, и расширение 169 более выражено вблизи противоположного конца 170 к основанию 156, по-прежнему, в направлении диаметра поперечного сечения, с увеличением по мере увеличения расстояния от основания 156.

Таким образом, сечение 202 калибра уменьшается вблизи отверстия 203 выпуска газа. Выпускаемый газ может поэтому иметь достаточно высокую скорость. Поскольку расширенный участок 169 заканчивается вверх по потоку от отверстия 203 выпуска газа, газ, циркулирующий в узле впрыскивания газа, таким образом, непосредственно перед выбросом через отверстие 203 выпуска газа, проходит через кольцевую зону постоянного поперечного сечения (плюс-минус точность соответствия) по участку узла 200, и с очень малой толщиной, в этом случае находящейся в диапазоне между 1 и 2 мм по толщине.

Шипы 210 удерживают часть 168 в форме стержня в положении по центру в цилиндрической трубе 166.

Внутренние стенки сходящегося сопла 130 выполнены с возможностью иметь кольцевую острую кромку 131. Более конкретно, сходящееся сопло образует участок 136 суживания между участком 133, выполненным с возможностью работы с элементом 120 подачи жидкости, и участком 134, который образует цилиндрический проток 135. Острая кромка 131 расположена на точке встречи внутренних стенок 132 участка 136 суживания и внутренних стенок 137 цилиндрического протока 135 участка 134.

Внутренние стенки 132 участка 136 суживания образуют усеченную сферическую поверхность.

Проток 135 открывается в немного расширенный проток 138. Стенки протока 138 могут образовывать, со стенками протока 135, угол примерно 3.5°. Без привязки к теории, возможно, что этот вертикальный угол отверстия сходящегося сопла 130 позволяет избежать разделения граничного слоя.

Жидкость, поступающая в отверстие 150 впуска, течет вдоль пространства 204 между внутренними стенками элемента 120 подачи жидкости и наружными стенками цилиндрической трубы 166.

Устройство 10 впрыскивания расположено таким образом, что отверстие 203 выпуска газа обращено к острой кромке 131 по всей линии этой острой кромки 131 таким образом, что поток газа в этом отверстии 203 выпуска газа направляется к участку стенки в непосредственной близости от острой кромки, например, точно на острую кромку, или на стенки менее, чем в 1 см от острой кромки, например, менее чем 1 мм от этой острой кромки.

Без привязки к теории, возможно, что:

- жидкость, текущая через пространство 204, плотно прижимается к стенкам сферического участка 132 потоком газа, исходящего из отверстия 203 выпуска газа, и этот поток цилиндрической формы, действующий как тонкий слой воздуха, препятствуя прохождению жидкости к центру, при этом такая жидкость сильно прижимается к стенкам, как результат разрежения в пространстве 204, которое создается в потоке воздуха, и/или что

- поток газа, достигающий внутренних стенок в окрестности линии 131 острой кромки, например, конец внутренних стенок 132 и/или конец внутренних стенок участка 134, имеет тенденцию к срезанию пленки жидкости, сильно прижатой к внутренним стенкам в этой зоне, тем самым создавая капли жидкости, и/или склонен сталкиваться с жидкостью с достаточной кинетической энергией, чтобы энергия, ассоциированная со столкновением, рассеивала жидкость на капли малого размера.

Полученный таким образом распыляющий газ проходит вдоль протока 135 и сбрасывается через отверстие 18.

В качестве альтернативы, в варианте осуществления, который не показан, можно представить коническую фаску вместо сферической поверхности 13.

Может оказаться предпочтительно представить форму поверхности вверх по потоку от острой кромки таким образом, что скорость флюида, сильно прижатого к этой поверхности, имеет компонент, перпендикулярный направлению потока газа, в этом случае направление по оси, достаточной величины. Тот факт, что скорости жидкости и газа перпендикулярны относительно друг друга, может способствовать срезу, по острому углу, и/или мог бы способствовать формированию капель, как результат конверсии энергии удара.

Внутренние размеры устройства впрыскивания, как показано на фигурах 1, 2А, 2В, 2С, подобны размерам, обычно используемым на устройствах впрыскивания, использующих эффект Вентури. В качестве примера:

- диаметр отверстия 105 впуска газа может быть примерно 20 см;

- основания 156 и 165 могут иметь наружный диаметр примерно 25 см;

- отверстия 161 могут иметь внутренний диаметр примерно 2.2 см;

- основание 156 может иметь толщину примерно 4 см;

- часть 168 в форме стержня может иметь длину примерно 77.4 см и поперечное сечение этого стержня может иметь диаметр, варьирующийся от примерно 4.5 см в основании 156 до примерно 7.15 см на конце 170, а расширение 169, в соответствии с изменением диаметра от примерно 5.5 см до этого значения диаметра на конце, примерно 7.15 см;

- цилиндрическая труба может иметь длину примерно 69.4 см, наружный диаметр примерно 9.5 см, и может образовывать проток приблизительно 7.5 см в диаметре;

- основание 165 может иметь толщину (в осевом направлении Х) примерно 8 см, и диаметр поперечного сечения протока, образованного в этом основании, примерно от 9.22 см, и диаметром цилиндрической трубы 166, а именно, примерно 7.5 см;

- элемент 120 подачи жидкости может иметь наружный диаметр примерно 50 см, и образовывать проток длиной примерно 67 см и примерно 16 см диаметром;

- отверстие 150 впуска жидкости может иметь диаметр примерно 14 см и располагаться примерно в 50-60 см от того конца элемента 120, который должен будет контактировать со сходящимся соплом 130;

- участок 133 сходящегося сопла может иметь толщину (в осевом направлении Х) примерно 10 см;

- участок 136 суживания сходящегося сопла может иметь толщину (в осевом направлении Х) примерно 6 см;

- участок 134 сходящегося сопла может образовывать цилиндрический проток 135, длиной примерно 36 см, и немного расширенный проток 138, длиной примерно 6 см, диаметр протока 135 примерно 7.3 см, а диаметр по отверстию выпуска протока 138 равен 8 см.

Конец устройства 10 впрыскивания, через который осуществляется распыление пульверизированной жидкости, обычно закруглен например, сферически. Отверстие 18 выпуска на этом конце может иметь форму, подобную формам традиционных ударных устройств впрыскивания, и может быть выбран в соответствии с необходимой формой распыления. Это может быть форма цилиндра, усеченного конуса, щели, или какая-то иная форма отверстия.

ПРИМЕР:

Устройство впрыскивания, подобное описанному со ссылкой на фигуры 1, 2А, 2В, 2С и 4, было изготовлено с размерами в одну десятую размеров, описанных выше.

Жидкостью, выбранной для такой проверки, была вода, газом был воздух.

Более конкретно, проверенное устройство впрыскивания имеет следующие размеры:

- толщина (в радиальном направлении) пространства 204 пути течения жидкости: между 3 и 3.5 мм для такого изготовления в масштабе 1/10, что соответствовало бы толщине 3.4 см;

- длина пути потока жидкости между отверстием 150 впуска и концом цилиндрической трубы 166: между 50 и 60 мм, что соответствовало бы длине между 50 и 60 см;

- толщина (в радиальном направлении) пространства 204 пути потока газа перед выбросом посредством отверстия 203 выпуска: между 1.5 мм у основания 165 и примерно 0.17 мм на отверстии 203 выпуска, тоже при таком производстве в масштабе 1/10;

- диаметр цилиндрического протока 135 сходящегося сопла: 7.30 мм, тоже при таком производстве в масштабе 1/10;

- отверстие выпуска: щель толщиной 2.52 мм для такого прототипа в масштабе 1/10, при угловом размере апертуры 105° (щель, выполненная на сферическом конце, с наружным радиусом 5.6 мм для этого прототипа).

Для этого изделия в масштабе 1/10, тестовые условия были следующими:

- скорость потока воды: 226.2 кг/ч;

- скорость потока воздуха: 9 кг/ч;

- соотношение газ/жидкость: 4% по весу.

Измерение падения давления

Испытанное устройство впрыскивания рассеивает в окружающий воздух. Поэтому давление жидкости на отверстии впуска равно падению давления. Измерение было выполнено с использованием измерителя давления, с измерением давления на отверстии впуска.

Давление жидкости на впуске было измерено на уровне 1.3 бар избытка для устройства впрыскивания. Падение давления, таким образом, относительно низкое.

Измерение размера капли и распределения

Фигура 3 - график, ось абсцисс которого отражает значение угла измерения, в соответствии с отверстием выпуска пульверизированной жидкости устройства впрыскивания, без единиц измерения, а ось ординат отражает значения, тоже без единиц измерения, среднего размера капли, при измерении в 30 см от этого отверстия, для этих значений угла.

Кривая 351 соответствует значениям, полученным на прототипе масштаба 1/10 эталонного устройства впрыскивания с эффектом Вентури.

Кривая 352 соответствует значениям, полученным на прототипе масштаба 1/10 устройства впрыскивания, в соответствии с фигурами 1, 2А, 2В и 2С.

Как можно видеть, при использовании прототипа устройства впрыскивания, в соответствии с фигурами 1, 2А, 2В и 2С, капли имеют средний диаметр, который меняется относительно мало при изменении угла распыления.

Этот средний диаметр составляет примерно 100 микрон.

В обобщение, устройство впрыскивания, описанное выше, делает возможным получение распыления относительно малых капель, с относительно однородным распределением, значительно меньшее падение давления, и это означает, что тяжелые заряды можно обрабатывать без необходимости использовать мощные насосы или чрезмерное количество пара.

Claims

1. Устройство (10) впрыскивания, выполненное с возможностью пульверизации жидкости в капли с использованием газа, содержащее:

корпус (300), включающий стенки (301), образующие нишу (107), простирающуюся вдоль оси устройства таким образом, что она открыта с одной стороны в направлении отверстия (105) впуска газа на одном конце устройства (10) впрыскивания и с другой стороны в направлении отверстия (18) выпуска пульверизированной жидкости на другом конце указанного устройства впрыскивания, и отверстие (150) впуска жидкости, образованное в указанных стенках, при этом указанное отверстие впуска жидкости простирается вдоль радиального компонента таким образом, чтобы открываться с одной стороны наружу от корпуса (300) и с другой стороны в нишу (107);

узел (200) впрыскивания газа, в котором образован проход (202) для циркуляции газа между отверстием (105) впуска газа и отверстием (203) выпуска газа, с расположением внутри ниши (107);

отличающееся тем, что

- внутренние стенки корпуса (300) размещены с образованием сужения, горловина (131) которого находится вниз по потоку от отверстия (203) выпуска газа;

- узел (200) впрыскивания газа образует, при помощи стенок, пространство (204) для циркуляции жидкости от отверстия (150) впуска жидкости до горловины (131) сужения, и

- устройство (10) впрыскивания установлено таким образом, что поток газа, исходящий из отверстия (203) выпуска газа, накрывает участок (139) стенки в непосредственной близости от горловины (131) сужения.

2. Устройство (10) впрыскивания по п.1, отличающееся тем, что отверстие (203) выпуска газа – это щель, обращенная к горловине (131) таким образом, что поток газа ограничивается непосредственной близостью к указанной горловине.

3. Устройство (10) впрыскивания по п.2, отличающееся тем, что горловина (131) и щель отверстия (203) выпуска газа имеют круглую форму.

4. Устройство (10) впрыскивания по любому из пп. 2, 3, отличающееся тем, что узел (200) впрыскивания газа содержит трубу (166) и стержневой элемент (168), размещенный в указанной трубе, при этом этот стержневой элемент расположен продольно в указанной трубе таким образом, что проход (202) для циркуляции газа находится между указанным стержневым элементом и указанной трубой.

5. Устройство (10) впрыскивания по п.4, отличающееся тем, что стержневой элемент (168) и/или труба (166) выполнены таким образом, что проход (202) для циркуляции газа выполнен с сужением сечения, обеспечивающим ускорение скорости газа между отверстием (105) впуска газа и отверстием (203) выпуска газа.

6. Устройство (10) впрыскивания по любому из пп. 1–3, 5, отличающееся тем, что горловина – это линия острой кромки (131).

7. Устройство (10) впрыскивания по любому из пп. 1–3, 5, отличающееся тем, что корпус образует цилиндрический проток (135) вниз по потоку от горловины (131).

8. Устройство (10) впрыскивания по п.7, отличающееся тем, что цилиндрический проток (135) расположен вдоль оси на длину по величине по меньшей мере вчетверо больше, чем величина диаметра поперечного сечения этого протока.

9. Устройство (10) впрыскивания по любому из пп. 1–3, 5, отличающееся тем, что ниша немного расширена (138) вниз по потоку от сужения.

10. Реактор для обработки заряда углеводородов, в частности для каталитического крекинга, содержащий по меньшей мере одно устройство (10) впрыскивания, выполненное в соответствии с любым из пп. 1-9, с расстановкой таким образом, что его отверстие выпуска пульверизированной жидкости (18) открывается внутрь указанного реактора.

11. Способ для каталитического крекинга заряда углеводородов в реакторе, в соответствии с которым заряд углеводородов впрыскивается, предпочтительно непрерывно, в указанный реактор, указанный заряд углеводородов впрыскивается через впускной проток жидкости, соединенный с отверстием впуска жидкости устройства (10) впрыскивания, по любому из пп. 1-9, при этом газ подается в указанное устройство (10) впрыскивания через отверстие (105) впуска газа.

12. Способ для каталитического крекинга по п.11, отличающийся тем, что скорость потока заряда углеводородов и газа с подачей в устройство (10, 10') впрыскивания контролируется так, чтобы получить конкретную скорость потока заряда углеводородов в горловине устройства впрыскивания в пределах от 1000 до 2000 кг/м²/с, предпочтительно от 1400 до 1800 кг/м²/с.