Устройство для удаления коксовых отложений в реакторе для термического крекинга тяжелых нефтяных масел

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ () 965360

Союз Советсиик

Социалистических

Реслублии (61) Дополнительный к патенту(22) Заявлено 03.02. 78 (21) 2575956/23-26 (23) Приоритет - (32) 04. 02. 77 (31) 52-11555 (33) Япония

Опубликовано 07. 10. 82. Бюллетень pgp

Дата опубликования описания 07. 10. 82

Иностранцы (51) М, Кл.

С 10 G 9/12

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК665.642..4(088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ КОКСОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

В РЕАКТОРЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ТЯЖЕЛЫХ

НЕФТЯНЫХ МАСЕЛ

Изобретение относится к устройствам для удаления кокса, в частности для удаления кокса, осаждающегося на внутренних стенках реактора термического крекинга тяжелых нефтяных масел.

При производстве пека тяжелые нефтяные масла, такие как битум и каменноугольная смола, обычно подвергают термическому крекингу в реакторах. Общепринятой технологией в этом случае является подача горячего, не реагирующего с тяжелыми маслами, газа, имеющего температуру 4002000О С, в реактор через его дно.Таким образом, осуществляется крекинг поданного в реактор материала. В процессе крекинга материал интенсивно пузырится и разбрызгивается по поверхности внутренних стенок реактора, образуя на них отложения кокса. После осуществления в реакторе нескольких циклов толщина коксовых отложений становится значительной. Куски осевшего на стенках реактора кокса могут отслаиваться и вызывать при последую- щих циклах неполадки, блокируя, например, отверстие для выпуска готовой продукции. Для предотвращения этого выделившийся на стенках кокс удаляют струями воды под высоким давлением или механическим соскабливанием. Указанные операции выполняют после нескольких производственных циклов или после того, как толщина коксовых отложений достигает определе>фой величины. Однако оба способа требуют охлаждения реактора, имеющего температуру около 400ОС, до комнатной, что связано с приостановкой крекинга на достаточно длительное время и выполнением работ по очистке в тяжелых условиях.

Известен способ подачи части исходного сырья через сопла вращающейся инжекторной трубы на внутренние стенки реактора для удаления выделившегося на них кокса. Устройство для удаления коксовых отложений в реакторе для термического крекинга тяжелых нефтяных масел включает основную инжекторную трубу, установленную в реакторе с возможностью вращения и имеющую ряд сопел, выполненных вдоль прямого вертикального участка, расположенного вблизи внутренней поверхности стенки реактора (1 Д.

965360

Однако хотя некоторая часть отложений может быть удалена путем подачи сквозь сопла вращающейся трубы инертной жидкости, на внешней поверхности трубы остаются отложения„ которые постоянно растут и затвердевают, в результате вес вращающейся инжекторной трубы постепенно растет, а действие сопел затрудняется.

Цель изобретения — повышение надежности работы за счет снижения от- 10 ложения кокса на инжекторной трубе.

Цель изобретения достигается тем, что устройство для удаления коксовых отложений в реакторе для термического крекинга тяжелых нефтяных масел, включающее основную инжекторную трубу, установленную в реакторе с воэможностью вращения и имеющую ряд сопл, вйполненных вдоль прямого вертикального участка „расположенного вблизи внутренней поверхности стенки реактора, дополнительно содержит дополнительную инжекторную трубу, выходной конец которой расположен над прямым вертикальным участком основной инжекторной трубы.

Концевая часть вспомогательной инжекторной трубы спирально навита вокруг основной инжекторной трубы.

Нижний конец вспомогательной 30 инжекторной трубы снабжен кольцевым соплом, окружающим основную инжекторную грубу.

Очищающая жидкость, например жидкое сырье, или подаваемые в реактор 35 тяжелые масла, подается в основную и вспомогательную инжекторные .трубы.

Основная инжекторная труба откалибрована для выброса струй исходного сырья на внутренние стенки реактора 40 под давлением максимум 20 кг/см,что

Х позволяет удалять отложения кокса со стенок. Вспомогательная инжекторная труба приспособлена для струйного выброса находящегося под давлением45 или не подвергнутого давлению исходного сырья на внешнюю поверхность основной инжекторной трубы, что позволяет поддерживать ее влажной и предотвращать тем самым осаждение кок-. са. В некоторых случаях вспомогательная инжекторная труба может быть приспособлена для выброса исходного сырья под давлением в несколько килограммов на квадратный сантиметр.

Предпочтительно устанавливать ос- 55 новную инжекторную трубу с воэможностью вращения вокруг вертикальной оси реактора и одновременного движения вверх и вниз вдоль этой оси. Вертикальные движения основной инжектор- 60 ной трубы обеспечивают попадание снимающих кокс струй на всю внутреннюю поверхность стенок реактора даже в том случае, когда сопла расположены на основной инжекторной трубе с опре- 65 деленным интервалом. Для компактности устройства верхняя часть вспомогательной инжекторной трубы предпочтительно выполнять соединенной с основной инжекторной трубой, а саму вспомогательную инжекторную трубу расположенной параллельно продольной оси основной инжекторной трубы. В таком случае нижняя часть вспомогательной инжекторной трубы выступает сквозь стенку основной инжекторной трубы, предпочтитЕльно в положении, в котором основная инжекторная труба изогнута по направлению к боковой стенке реактора.

Основная инжекторная труба, направляющая струи под высоким давлением на внутреннюю поверхность стенок реактора, восприимчива к вибрациям, возникающим под действием реакции струй и процесса интенсивного пузырения паров высокого давления, образующихся в ходе процесса крекинга. Поэтому основную инжекторную трубу предпочтительно снабжать виброгасяцим устройством.

Использование устройства позволяет предотвратить осаждение и затвердевание кокса на внешних поверхностях основной инжекторной трубы, исключается трудоемкая очистка инжекционной трубы от коксовых отложений, устройство имеет больший по сравнению с прототипом срок службы.

На фиг. 1 показан продольный разрез реактора для крекинга тяжелых масел с устройством для удаления кокса; на фиг. 2 - частичный разрез верхней части реактора с выполнением привода для труб в виде цилиндра с поршнями; на фиг. 3 - узел I на фиг.1.; на фиг. 4 - схематическое изображение вспомогательной инжекторной трубы, спирально навитой вокруг основной инжекторной трубы.

Устройство для удаления коксовых отложений установлено на реактор 1 для термического крекинга тяжелых масел. Реактор 1 имеет обычную конструкцию. Устройство для удаления кокса включает основную инжекторную трубу 2 и вспомогательную инжекторную трубу 3, расположенные внутри реактора 1 с возможностью вращения вокруг его ocu.

Вдол основной инжекторной трубы

2 расположен ряд сопл 4, выполненных, по крайней мере, в той стенке трубы, которая прямо противостоит стенке реактора 1, что позволяет направлять струи тяжелого масла под высоким давлением на внутренние поверхности стенок реактора. Сопла 4 выполнены направленными вниз под углом 45 относительно продольной оси основной инжекторной труби 2.

965360

Количество и расположение сопел выбирается с учетом количества тяжелого масла, которое должно выбрасываться через них, и его давления. Основная труба 2 в нижней ее части закрыта и имеет два изогнутых участка 5 и 6, расположенных в непосредственной близости к внутренней поверхности стенок реактора 1. В результате сопла 4 основной инжекторной трубы 2 располагаются в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок реактора 1. Верхний прямой участок основной инжекторной трубы 2 проходит вверх сквозь ,отверстие в верхней стенке реактора

1, точнее сквозь подшипник 7, кото рый обеспечивает возможность вращения, и трубы 2. Уплотнение и сальник

8 обеспечивают герметичность верхнего отверстия 9 реактора и пре дотвращает утечку из него газов.

Конец верхней прямой части 10 основной инжекторной трубы 2 связан с соединительной чашей 11, жестко установленной на шестерне 12, приводимой в движение электродвигателем (не показан).

Вспомогательная инжекторная труба

3, проходящая через верхний прямой участок 10 основной инжекторной тру- ЗО бы 2 по его центру, выходит в месте изгиба, расположенного в нижней части верхнего прямого участка 10, подсоединена в нижней своей части к кольцевой трубе 13 с соплами 14, выполнен- 35 ными направленными в сторону основной инжекторной трубы 2. В месте изгиба, где вспомогательная инжекторная труба

3 выходит из основной инжекторной трубы 2, ее стенка по всей длине окруж- 40 ности сварена с основной.инжекторной трубой 2 для предотвращения вытекания из последней подаваемой в нее чистящей жидкости. Верхний конец вспомогательной инжекторной трубы 3 свя- 45

: зан с соединительной чашей 15, которая может вращаться с соединительной чашей 11.

Тяжелое масло подается в основную инжекторную трубу 2 через трубопровод 16,имеющий в нижней части соединительную чашу 17, расположенную напротив соединительной чаши 11.Верхний конец трубопровода 16 соединен с двумя трубами 18 и 19 через клапаны 20 и 21 соответственно. Сквозь вертикальную часть трубы 16 проходит труба 22, имеющая на своем нижнем конце соединительную чашу 23, расположенную напротив соединительной чаши 15. Труба 22 снабжена понижающим давление клапаном 24, служащим для настройки инжекционного давления. Одна иэ соединительных чаш 11 и 17 имеет меньший диаметр и установлена в другой через уплотнительное 65 кольцо таким обРазом что обе соеди нительные чаши могут вращаться друг относительно друга. То же самое относится к другой паре соединитель-. ных чаш 15 и 23.

Устройство работает следующим образом.

Тяжелое масло, являющееся сырьем для термического крекинга, подается в реактор 1 по впускной трубе 25.

Перегретый пар, имеющий температуру

400 — 2000ОС, вводится в реактор по впускной трубе 26. В ходе процесса крекинга текучая среда, например газообразный азот или водяной пар, являющаяся инертной по отношению к реакциям разложения тяжелых масел, подается в основную инжекторную трубу 2 через трубу 18 и выбрасывается через сопла 4, предотвращая тем самым забивание их подаваемым в реактор 1 сырьем. На этой стадии во вращении основной инжекторной труби 2 нет необходимости.

Часть подаваемого в реактор тяжелого масла поступает под установленным давлением, например 1 кг/см2, через трубу 22 во вспомогательную инжекторную трубу 3, пройдя предварительно понижающий давление клапан

24, после чего выбрасывается через кольцевую трубу 13 на внешнюю поверхность основной инжекторной трубы 2.

Таким образом, внешняя поверхность основной инжекторной трубы 2 поддерживается увлажненной и выбросы тяжелого масла, происходящие при его пузырении, не могут ни осаждаться на ней, ни затвердевать. Образующиеся в ходе процесса крекинга газы и инертный гаэ отводят через выпускное отверстие 27, продукты реакции ,отводят через выпускное отверстие 28.

По окончании крекинга загруженного в реактор сырья продукты реакции выводятся через выпускное отверстие

28 и клапан 20 закрывается, прекращая подачу инертного газа через сопла

4. В то же время открывается клапан

21, подающий часть тяжелого масла, предназначенного для последующей заправки реактора, иэ трубы 19 в трубу

16. Тяжелое масло под высоким давлением, например 20 кг/см, выбрасы2 вается струями через сопла 4 на внутренние поверхности стенок реактора 1.

При выбросе тяжелого масла основная инжекторная труба вращается с помощью приводного механима и шестерни 12. Таким образом кокс, осажденный на внутренние поверхности стенок реактора 1 в ходе прошедшей реакции крекинга, удаляется и вывбдится по отводящей трубе 29. Поскольку осажденный кокс удаляется после крекинга каждой заправки, количество его 965360 невелико и не может вызвать закупорки отводящей трубы 29. Как только очистка от кокса стенок реактора заканчивается, вращение основной инжекторной трубы 2 прекращается и клапан 21 закрывается, прекращая подачу тяжелого масла к соплам 4.

Клапан 20 при этом открывается, и осуществляется подача инертной текучей среды в ocHoBHóþ инжекторную трубу 2 до окончания процесса кре- 10 кинга очередной заправки.

На фиг.2 показано устройство для удаления кокса, содержащее приводной механизм 30, установленный над реактором и предназначенный для вра- 15 щения трубы и ее перемещения в вертикальном.направлении. Приводной вал (не показан) механизма привода через поршень 31 связан с верхним концом инжекторной трубы, располо- 2О женной в полости реактора 1. Цилиндр

32 установлен на реакторе 1 и предназначен для подачи очищающего тяжелого масла в инжекторную трубу и ододновременно герметического уплот- 25 нения верхней части реактора.

Приводной механизм 30 включает электродвигатель и понижающую передачу для вращения и перемещения в вертикальном направлении инжекторных труб с помощью приводного вала.

Механизм привода 30 снабжен схемой упраэления для последовательного управления вращением и перемещением в вертикальном направлении инжекторной 35 трубы.

Механизм привода устроен таким . образом, что прилагаемые к нему радиальные и ударные нагрузки воспринимаются им самим. Такая конструкция 41) механизма привода обеспечивает его компактность.

Инжекторная труба располагается в реакторе и имеет принципиально ту же конструкцию, что и инжекторная труба в указанном варианте. Однако во втором варианте расположение вспомогательной инжекторной трубы имеет некоторые отличия. В частности, как и в первом варианте вспомогательная инжекторная труба 3 проходит по центру сквозь основную инжекторную трубу

2 до изгиба, в месте которого вспомогательная инжекторная труба 3 выходит через стенку основной инжекторной трубы 2. Нижний конец вспомогательной инжекторной трубы 3, выступающий из основной инжекторной трубы 2, простирается и открыт в направлении изогнутой части, 33 основной инжекторной трубы, которая в этом месте изгибает- » ся для того, чтобы располагаться в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок реактора 1.

Открытый конец вспомогательной инжекторной трубы 3 расположен таким об- 65 разом, что тяжелое масло распространяется равномерно по всей внешней поверхности основной инжекторной трубы 2. В таком воплощении тяжелое масло выливается на поверхность. основной инжекторной трубы 2 под воздействием собственного веса или в случае необходимости подается пОд давлением.

Свободный конец 34 вспомогательной инжекторной трубы 3 может быть навит в виде спирали вокруг поверхности основной инжекторной трубы (вариант, изображенный на фиг. 3). B такой конструкции открытый конец вспомогательной инжекторной трубы поддерживается в постоянном расположении относительно основной инжекторной трубы 2, компенсируя подстройкой ее термические деформации. Основная инжекторная труба 2, расположенная в полости реактора 1, должна быть выполнена из легкого материала, так как она подвергается воздействию высоких температур вибраций, вызываемых реакцией выбрасываемых струй в ходе удаления коксовых отложений, и воздействию динамического момента, возникающего вследствие эксцентриситета основной и вспомогательной инжекторных труб 2 и 3. Например,. часть инжекторной трубы 2, расположенная в реакторе, может быть выполнена из углеродистой стали. Возможно выполнение основной инжекторной трубы с раздваивающейся или растраивающейся нижней частью верхнего прямого участка„ однако такое выполнение не является предпочтительным иэ-эа указанных воздействующих факторов. Сопла 4 расположены на основной инжекторной трубе 2 как и в первом варианте.

Основная и вспомогательная инжек-торные трубы 2 и 3 и поршень 31 сварены следующим образом. Поршень 31 на своей нижней поверхности имеет аксиальное отверстие 35 того же диаметра, что и внутренний диаметр основной инжекторной трубы 2. Отверстие

35 через донный канал 36 связано с камерой 37 для тяжелого масла низкого давления. Прямой участок трубы, переходящий во вспомогательную инжекторную трубу 3, проходит через сквозное отверстие, выполненное в нижней части изогнутого участка основной инжекторной трубы 2, а верхний конец вспомогательной инжекторной трубы 3 соединяется с донным каналом

36. Внешний периметр вспомогательной инжекторной трубы 3 приварен к дну отверстия 35. Верхний конец основной инжекторной трубы 2 расположен напротив нижнего конца поршня 31 и приварен к нему. Вспомогательная инжекторная труба. 3 приварена к основной инжекторной трубе 2 по всему внешне965360

10 му периметру в том месте, где она выходит из изогнутой части основной инжекторной трубы, а выступающий конец нижней вспомогательной инжекторной трубы изогнут. Цилиндр 32 установлен на реакторе 1 для подачи тяжелого масла под высоким и низким давлением в основную и вспомогательную инжекторные трубы 2 и 3 и для герметизации верхней части реактора 1, а также предотвращения утечки огнеопасных газов или других веществ, включая разогретый битум. Цилиндр 32, имеющий донную стенку 38, проходящую от нижней стороны основания в полость реактора 1, образует нижнюю паровую камеру 39 вокруг основной инжекторной трубы 2. Цилиндр 32 вместе с поверхностями поршня 31 образуют камеру под высоким давлением, камеру 37 для тяжелого масла под низким давлением и верхнюю паровую камеру 40. Эти камеры уплотнены поршневыми кольцами 41, расположенными на соответствующих участках поршня. Верхняя " паровая камера 40 отделена от атмосферы и уплотнена уплотнением 42 и уплотняющей втулкой 43.

Донная стенка 38 нижней паровой камеры 39 снабжена цилиндрическим виброгасящим элементом 44, который гасит вибрации основной инжекторной трубы 2.

Камера 45 для тяжелого масла под высоким давлением цилиндра 32 связана с основной инжекторной трубой 2 через отверстия 46 и получает подачу тяжелого масла под высоким давлением по направлению В для инжекции через сопла 4 основной инжекторной трубы 2 на внутренние поверхности стенок реактора 1.

Камера 37 для тяжелого масла под низким давлением связана со вспомогательной инжекторной трубой 3, которая получает тяжелое масло под низким давлением по направлению Г для его инжекции из нижнего конца вспомогательной инжекторной трубы 3 на внешнюю поверхность основной инжекторной трубы 2. Нижняя и верхняя паровые камеры 39 и 40 получают подачу пара по направлению Б для обеспечения вращательного и вертикального движения инжекторной трубы, полной герметизации газов и тяжелого масла в реакторе 1 и герметизации камер 45 и 37 для тяжелого масла высокого и низкого давления, причем герметизация камер осуществляется с помощью поршневого кольца 41 и уплотнения 42.

Тяжелое масло может подаваться при осуществлении вращательного и вертикального движения инжекторных труб.

Работа указанного варианта отличается от работы первого варианта

10 .разбрыэгивается на внутренние поверхности реактора 1. Данный вариант от40,временно.

35 тем, что пар постоянно подается с направления Б в соответствующие паровые камеры. В ходе процесса крекинга тяжелое масло под низким давлением подается во вспомогательную инжекторную трубу; 3 для поддержания поверхности основной инжекторной трубы 2 в увлажненном состоянии.

Основная инжекторная труба приводится во вращение и тяжелое масло личается также.тем, что основная инжекторная труба 2 поднимается после того, как выполняет:один оборот.

Подъем основной инжекторной трубы 2 смещает расположение направленных вверх и вниз сопел 4 по отношению к внутренним поверхностям реактора 1.

Предпочтительно поднимать основную инжекторную трубу 2 на расстояние, соответствующее интервалам между отдельными соплами 3, что обеспечивает полное удаление осажденного кокса. В данном варианте ведущий вал имеет длину полного хода равную

100 мм, в то время, как сопла 4 от-. стоят друг от друга на расстояние равное или меньшее 100 мм. Для работы в нормальных условиях такой вариант является удовлетворительным.

Приводной вал.каждый раз поднимается на величину, составляющую 1/3 его полного хода, что может осуществляться, например, путем управления вращением с помощью тахометра, способного реагировать на число оборотовв.

Вращательное и вертикальное перемещения основной инжекторной трубы 2 в обычных условиях осуществляются по очереди, но могут выполняться и одноВместо перемещения основной инжекторной трубы с помощью приводного механизма привода 30 возможно приведение в движение поршня в цилиндре путем создания давления текучей среды, например перемещения поршня 31 вверх и вниз возможно осуществлять путем управления давлением пара, подаваемого в верхнюю и нижнюю паровые камеры 40 и 39.

Таким; образом, осажденный на внутренних поверхностях реактора кокс удаляется струями горячего тяжелого масла под высоким давлением, подаваемого в качестве чистящей жидкости сквозь сопла основной инжекторной трубы для обеспечения возможности безостановочного проведения в, реакторе реакций крекинга подаваемых в него порций сырья. Через вспомогательную инжекторную трубу при этом подается тоже сырье, выполняющее роль чистящей жидкости для внешней

965360

12 поверхности основной инжекторной трубы.

Подача сырья через вспомогательную инжекторную трубу на поверхность основной инжекторной трубы позволяет поддерживать эту поверхность увлажненной и предотвращает осаждение не ней кокса.

Вращательноег и вертикальное поступательное движение сопел основной инжекторной трубы в полости реактора увеличивает площадь, покрываемую струями чистящей жидкости, и обеспечивает более качественное удаление коксовых отложений. При вращении и вертикальном движении сборки инжек- 35 торной трубы утечка газов и пожароопасного горячего битума из реактора полностью предотвращается уплотнениями, которые очень просты по конструкции, легки в обслуживании и доступ- щ ны для контроля состояния.

B случае, если вспомогатель-. ная инжекторная труба обвита спиралью вокруг основной инжекторной трубы, она легко подстраивается под термические удлинения основной инжекторной трубы, которая подвержена воздействию высоких температур. Установка на основной инжекторной трубе виброгасителя предотвращает вибрации Зо той части, которая снабжена соплами, и делает вращательные и вертикальные поступательные движения более плавными, обеспЕчивая тем самым более тщательное удаление коксовых отложений и промывание.

Формула изобретения

1.устройство для удаления. коксовых отложений в реакторе для термического крекинга тяжелых нефтяных масел, включающее основную йнжекторную тру» бу, установленную в реакторе с возможностью вращения и имеющую ряд сопл, выполненных вдоль прямого вертикаль- ного участка, расположенного вблизи внутренней поверхности стенки реактора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы за счет снижения отложений кокса на инжекторной трубе, устройство содержит дополнительную инжекторную трубу, выходной конец которой расположен над прямым вертикальным участком основной инжекторной трубы.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е .с .я тем, что концевая часть вспомогательной инжекторной трубы спирально навита вокруг основной инжекторной труби.

3. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что нижний конец вспомогательной инжекторной трубы снабжен кольцевым соплом, окружающим основную инжекторную трубу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СССР по заявке

9 2416107/23-26, кл. С 10,G 9/12, 1975.