Распылительные сопла - RU2421281C2

Чертежи

Показать все 21 чертежа(ей)

Описание

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США №60/741022, зарегистрированной 29 ноября 2005 г., содержание которой тем самым явно включено здесь путем ссылки во всем объеме как часть настоящего раскрытия.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к распылительным соплам, и более конкретно к распылительным соплам, которые смешивают жидкость и газ в мелкокапельном факеле распыла.

Уровень техники

Флюид-каталитический крекинг (FCC) является одним из основных способов переработки, используемых в нефтеперерабатывающей промышленности. Процесс FCC применяют для крекирования материалов, состоящих по существу из углеводородов нефтяного типа, чтобы производить такие продукты, как топливо для двигателей внутреннего сгорания и топливо коммунально-бытового назначения. Процесс крекирования обычно выполняют в вертикально ориентированном трубопроводе, или стояке, включающем в себя резервуар реакционного аппарата, который образует часть системы FCC. Во время процесса, частицы горячего катализатора в вентилируемом (псевдоожиженном) состоянии обычно вводятся в нижнюю часть стояка и вынуждаются течь вверх. Исходное углеводородное сырье смешивается с паром, становясь частично флюидизированным, и вводится в поток катализатора, когда катализатор проходит через стояк, образуя реакции крекирования, которые разлагают исходное углеводородное сырье в более простую (более легкую) молекулярную форму.

Оптимальные условия крекинга в процессе FCC требуют по существу немедленного и однородного смешивания катализатора и исходного углеводородного сырья. Однако такое смешивание трудно получать, и внутри потока катализатора-углеводорода обычно появляются расслоенные области горячего катализатора и холодного исходного углеводородного сырья. В богатых катализатором областях потока обычно происходят чрезмерно глубокий крекинг и термический крекинг молекул углеводорода. И наоборот, в областях потока, богатых углеводородом, обычно происходит неполный крекинг молекул углеводорода. Эти факторы могут существенно снижать общую производительность процесса FCC. Кроме того, чрезмерно глубокий крекинг, термический крекинг и неполный крекинг имеют нежелательные побочные эффекты, такие как дезактивация катализатора внутри стояка из-за отложений кокса, регенерация катализатора внутри регенератора из-за горения воздуха и остаточного кокса и производство чрезмерных количеств газообразных продуктов реакции с более низким температурным интервалом кипения, например, газов пропана и бутана.

Следовательно, эффективные способы смешивания катализатора и исходного углеводородного сырья внутри резервуара реакционного аппарата являются решающими для процесса крекирования. Чтобы гарантировать надлежащее смешивание, были разработаны распылительные сопла, которые вводят углеродно-паровую смесь в текущий по направлению вверх катализатор; однако сопла, доступные в настоящее время для использования в установках FCC, имеют значительные ограничения. Во-первых, сопла могут производить неровную форму распыла, которая уменьшает жидкостный контакт между углеродно-паровой смесью и катализатором, что, в свою очередь, препятствует однородному смешиванию, приводя к чрезмерно глубокому крекингу, термическому крекингу и/или неполному крекингу молекул углеводорода. Во-вторых, сопловые заглушки выступают от внутренней стенки резервуара в поток катализатора, что приводит к преждевременной эрозии компонентов сопла и уменьшенному сроку службы сопла; дополнительно, когда сопловая заглушка разрушается, конфигурация внутренних каналов для потока сопла может изменяться, приводя к измененным формам распыла, которые могут, в свою очередь, снижать стабильность и общую производительность процесса FCC. Кроме того, выступающие сопловые заглушки снижают площадь сечения потока катализатора и создают в резервуаре расположенные позади зоны низкого давления, которые производят вихревые потоки, способствующие эрозии сопловых заглушек. Помимо этого, из-за постоянных температурных колебаний внутри резервуара FCC сопловые заглушки чувствительны к термическому удару, который вызывает крекинг, что дополнительно вносит вклад в их уменьшенный срок службы. Подобные ограничения присутствуют и в других процессах переработки, в которых для введения текучих сред в смеситель используются сопла, таких как процессы преобразования слабо крекированной нефти (RCC).

В некоторых применениях распылительных сопел вместо стандартных заглушек из металлических сплавов использовались керамические сопловые заглушки. Хотя керамические заглушки могут предлагать много преимуществ, соединение металла с керамикой представляет собой сложную задачу, потому что керамика имеет чрезвычайно высокую температуру плавления и является химически относительно инертной, препятствуя их непосредственному свариванию или склеиванию; поэтому используют механические соединения различных типов. Однако доступные в настоящее время механические соединения часто преждевременно разрушаются и без предупреждающих признаков вследствие изменяющихся тепловых расширений и тепловых сжатий, вызываемых температурными пульсациями в применениях сопла.

Поэтому чтобы улучшить производительность FCC и других процессов переработки и снизить затраты на техническое обслуживание, связанные с частыми заменами сопловых заглушек и соединений, существует потребность в распылительном сопле, которое производит единообразно плоскую форму распыла для улучшенного однородного смешивания, уменьшает расположенные позади зоны низкого давления и вихревые токи, чтобы снижать до минимума эрозию катализатора, и/или использует сопловую заглушку, которая имеет уменьшенный профиль, чтобы снижать до минимума выступание в поток катализатора, чтобы, в свою очередь, снижать эрозию заглушки и увеличивать до максимума площадь сечения потока катализатора, которая изготовлена из устойчивого к эрозии материала, и достаточно пластичного, чтобы избегать термического удара. Дополнительно, существует потребность в устройстве соединения/сопряжения, которое способно поддерживать герметичное уплотнение между сопловой заглушкой (выпускным отверстием) и впускным отверстием для текучей среды и может выдерживать термической удар, вызываемый постоянными температурными колебаниями.

Раскрытие изобретения

В соответствии с первым объектом настоящее изобретение направлено на распылительное сопло для выпуска, по меньшей мере, одной текучей среды в мелкокапельном факеле распыла в резервуар. Сопло содержит керамическую заглушку или выпускное отверстие, определяющее, по меньшей мере, одну выпускную апертуру, и металлический впускной участок, определяющий, по меньшей мере, один впускной трубопровод для приема, по меньшей мере, одной текучей среды. Сопло дополнительно содержит металлический соединитель, который присоединяет керамическое выпускное отверстие или заглушку к металлическому впускному отверстию и обеспечивает сжимающий предварительный натяг на керамическом выпускном отверстии, чтобы предотвращать незакрепленность между металлическим впускным отверстием и керамическим выпускным отверстием, являющуюся следствием различного теплового расширения и сжатия.

В соответствии с более детализированным объектом настоящее изобретение направлено на сопло для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факеле распыла в резервуар. Сопло содержит впускной участок, образованный из металла и определяющий, по меньшей мере, один впускной трубопровод для приема первой и второй текучих сред. Выпускной участок сопла образован из керамики и образует множество выпускных апертур, продолжающихся через него в связи по текучей среде с впускным участком и разнесенных на расстояние относительно друг друга, для распыления первой и второй текучих сред в форме распыла, выходящего оттуда. Сопло дополнительно содержит металлический соединитель, присоединенный на его переднем конце к металлическому впускному участку и присоединенный на его заднем конце к керамическому выпускному участку. Металлический соединитель зацепляет керамический выпускной участок и оказывает по существу заранее определенный сжимающий предварительный натяг на нем. В одном варианте осуществления настоящего изобретения металлический соединитель сужается внутрь в направлении от его переднего конца к заднему концу. В одном таком варианте осуществления металлический соединитель образует множество первых витков резьбы, а впускной участок образует множество вторых витков резьбы, которые с помощью резьбы зацепляют первые витки резьбы, чтобы неподвижно прикреплять металлический соединитель и керамический выпускной участок к впускному участку и таким образом обеспечивать возможность сборки керамического выпускного участка с заданным предварительным натягом. Также в одном таком варианте осуществления металлический соединитель приваривают на его переднем конце к впускному участку. В качестве альтернативы металлический соединитель может быть приварен к впускному участку без присоединения с помощью резьбы металлического соединителя к впускному участку, или металлический соединитель может быть припаян твердым припоем или прикреплен с помощью адгезионного сцепления к керамическому выпускному участку.

В соответствии с другим объектом настоящее изобретение направлено на сопло для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факеле распыла в резервуар, образующий внутренний контур. Сопло содержит впускной участок, определяющий, по меньшей мере, один впускной трубопровод для приема первой и второй текучих сред. Выпускной участок сопла образует внешнюю поверхность, которая по существу соответствует внутреннему контуру резервуара, и множество выпускных апертур, продолжающихся через внешнюю поверхность в связи по текучей среде с впускным участком и разнесенных на расстояние под углом относительно друг друга вокруг центральной оси выпускного участка. Каждая выпускная апертура определяет ось потока для направления смеси из первой и второй текучих сред через выпускную апертуру в направлении соответствующей оси потока.

В соответствии с другим объектом настоящее изобретение направлено на сопло для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факеле распыла в резервуар. Сопло включает в себя впускной участок, определяющий множество по существу концентрических впускных трубопроводов для приема первой и второй текучих сред. Сопло дополнительно включает в себя выпускной участок, образующий множество по существу концентрических выпускных апертур, разнесенных на расстояние в радиальном направлении относительно друг друга, причем каждая выпускная апертура соединена в связи по текучей среде с соответствующим впускным трубопроводом для направления через нее соответствующей одной из первой и второй текучих сред.

В соответствии с другим объектом настоящее изобретение направлено на сопло, включающее в себя впускной участок, определяющий, по меньшей мере, один впускной трубопровод для приема первой и второй текучих сред. Выпускной участок сопла присоединен к заднему концу впускного участка. Выпускной участок образует внешнюю поверхность и смесительную камеру для приема первой и второй текучих сред из впускного участка. Выпускной участок дополнительно определяет множество первых выпускных апертур, продолжающихся через внешнюю поверхность в связи по текучей среде со смесительной камерой и разнесенных на расстояние под углом относительно друг друга вокруг периферийного участка внешней поверхности для распыления первой и второй текучих сред в форме распыла, выходящего оттуда. В одном варианте осуществления настоящего изобретения множество выпускных апертур разнесены на расстояние под углом относительно друг друга вокруг оси выпускного участка, причем каждая выпускная апертура определяет ось потока для направления смеси из первой и второй текучих сред через выпускную апертуру в направлении оси потока. В одном таком варианте осуществления множество осей потока взаимодействуют так, чтобы определять по существу плоскую веерную форму распыла. Выпускной участок дополнительно определяет, по меньшей мере, одну вторую выпускную апертуру, продолжающуюся по передней стороне внешней поверхности и в связи по текучей среде со смесительной камерой для направления оттуда факела распыла первой и второй текучих сред. По меньшей мере, часть факела распыла, выпускаемого из второй выпускной апертуры, направлена через расположенные позади участки внешней поверхности, таким образом предотвращая собирание предварительно определенного вещества, такого как катализатор, когда он используется в применениях FCCU, на внешней поверхности, которое приводит к эрозии поверхности. В одном таком варианте осуществления вторая выпускная апертура продолжается по существу по всей ширине передней стороны внешней поверхности выпускного участка для гарантирования, что выпускаемый оттуда факел распыла по существу охватывает расположенные позади участки внешней поверхности и таким образом предотвращает эрозию такой поверхности.

В соответствии с другим объектом настоящее изобретение направлено на распылительное сопло для выпуска, по меньшей мере, одной текучей среды в мелкокапельном факеле распыла, содержащее первое средство, выполненное из металла и включающее в себя, по меньшей мере, одно впускное отверстие для приема, по меньшей мере, одной текучей среды; второе средство, выполненное из керамики, в связи по текучей среде с первым средством для выпуска оттуда, по меньшей мере, одной текучей среды в мелкокапельном факеле распыла; и третье средство для соединения второго средства с первым средством и приложения сжимающего предварительного натяга ко второму средству, чтобы предотвращать незакрепленность между первым и вторым средствами, являющуюся следствием различного теплового расширения и сжатия. В одном варианте осуществления настоящего изобретения первое средство представляет собой металлическое впускное отверстие, второе средство представляет собой керамическое выпускное отверстие, а третье средство является металлическим соединителем, продолжающимся между первым и вторым средствами. В одном таком варианте осуществления металлический соединитель включает в себя кольцо и гнездо, и кольцо имеет такой размер, чтобы входить без зазора во второе средство и в гнездо. В одном таком варианте осуществления керамическое выпускное отверстие определяет коническую секцию на внешнем участке и обратную ступень на внутреннем участке, гнездо определяет коническую секцию, а конический участок выпускного участка зацепляет конический участок гнезда. В одном таком варианте осуществления кольцо образовано, по меньшей мере, из двух деталей, чтобы облегчать установку кольца в выпускной участок и гнездо.

В соответствии с другим объектом настоящее изобретение направлено на способ распыления, по меньшей мере, одной текучей среды, по меньшей мере, в один из резервуаров для каталитического крекинга и резервуара для преобразования слабо крекированной нефти.

Способ содержит этапы:

(i) обеспечения распылительного сопла для выпуска, по меньшей мере, одной текучей среды в мелкокапельном факеле распыла в резервуар, в котором распылительное сопло содержит выпускной участок, определяющий, по меньшей мере, одну выпускную апертуру, металлический впускной участок, определяющий, по меньшей мере, один впускной трубопровод для приема, по меньшей мере, одной текучей среды, и металлический соединитель, который присоединяет керамический выпускной участок к металлическому впускному отверстию;

(ii) прикладывания с помощью металлического соединителя сжимающего предварительного натяга к керамическому выпускному отверстию и, в свою очередь, предотвращения незакрепленности между металлическим впускным отверстием и керамическим выпускным отверстием, являющейся следствием различного теплового расширения и сжатия;

(iii) введения потока катализатора в резервуар; и

(iv) по существу предотвращения эрозии сопла посредством потока катализатора, подвергая воздействию потока катализатора только керамический выпускной участок сопла.

В одном варианте осуществления изобретения способ дополнительно содержит этап образования внешней поверхности выпускного участка таким образом, чтобы он по существу соответствовал внутреннему контуру резервуара для того, чтобы в свою очередь уменьшать до минимума профиль выпускного участка внутри резервуара и дополнительно по существу предотвращать эрозию выпускного участка посредством катализатора.

Одно преимущество настоящего изобретения заключается в том, что различные конфигурации заглушки или выпускного участка сопла могут по существу предотвращать эрозию внешней поверхности, иначе происходящую, например, из-за контакта с предварительно определенным веществом, таким как катализатор, в операциях каталитического крекинга. Кроме того, если желательно, сопла могут быть разработаны так, чтобы производить по существу плоскую веерную форму распыла для улучшенного однородного смешивания. Дополнительное преимущество некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что сопла могут быть разработаны так, чтобы уменьшать зоны низкого давления, расположенные ниже по потоку, и вихревые токи, что, в свою очередь, уменьшает или снижает до минимума эрозию от катализатора по сравнению с соплами предшествующего уровня техники. Другое преимущество некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, что сопла можно применять с заглушкой, которая имеет уменьшенный профиль, с целью снижения до минимума выступания сопла в поток катализатора и, в свою очередь, увеличения до максимума площади сечения потока и снижения эрозии сопла посредством катализатора. Еще одно дополнительное преимущество некоторых вариантов осуществления изобретения заключается в том, что сопловые заглушки можно изготавливать из устойчивого к эрозии материала, такого как керамика, которые являются достаточно пластичными, чтобы избегать термического удара и таким образом продлять эксплуатационную долговечность сопла по сравнению с предшествующим уровнем техники.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными, принимая во внимание последующее детализированное описание предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - частичный вид в перспективе первого варианта осуществления сопла, воплощающего настоящее изобретение и определяющего на его заглушке или выпускном участке внешнюю поверхность, имеющую такую форму, которая по существу соответствует внутренней поверхности резервуара, внутри которого установлено сопло.

Фиг.2 - вид в перспективе выпускного участка, показанного на Фиг.1, изнутри.

Фиг.3 - вид сбоку выпускного участка, установленного внутри стенки резервуара, такой как стенка установки для каталитического крекинга.

Фиг.4 - вид в перспективе выпускного участка Фиг.3, установленного внутри стенки резервуара, с продолжающимися наружу отрезками прямой, иллюстрирующими оси потоков соответствующих выпускных апертур.

Фиг.5 - другой вид выпускного участка на Фиг.1.

Фиг.6 - другой вид внутренней части выпускного участка Фиг.1.

Фиг.7 - схематическая иллюстрация вида сверху четырех сопел, включающих в себя заглушки или выпускные участки Фиг.1, установленных внутри резервуара для каталитического крекинга и разнесенных относительно друг друга на расстояние, составляющее приблизительно 90 градусов.

Фиг.8 - вид в разрезе резервуара, показанного на Фиг.7.

Фиг.9 - частичный вид в перспективе второго варианта осуществления сопла, воплощающего настоящее изобретение и определяющего множество по существу концентрических, по существу имеющих эллиптическую форму выпускных апертур, для выпуска оттуда предварительно определенной формы распыла.

Фиг.10 - несколько схематический фронтальный вид в плане выпускного участка сопла Фиг.9.

Фиг.11A - вид в разрезе выпускного участка сопла на Фиг.10, взятый по его линии A-A.

Фиг.11B - вид в разрезе выпускного участка сопла на Фиг.10, взятый по его линии B-B.

Фиг.12 - частичный вид в перспективе третьего варианта осуществления сопла, воплощающего настоящее изобретение и включающего в себя керамическую заглушку или выпускной участок, присоединенный с помощью соединителя из металлического сплава к впускному участку из металлического сплава.

Фиг.13 - вид в разрезе сопла Фиг.12.

Фиг.14 - вид с торца в плане сопла Фиг.12.

Фиг.15 - несколько схематический фронтальный вид в плане четвертого варианта осуществления сопла, воплощающего настоящее изобретение и включающего в себя заглушку или выпускной участок, определяющий удлиненную прорезь, образованную на передней стороне выпускного участка для направления, по меньшей мере, части факела распыла, выпускаемого оттуда, на расположенные позади поверхности выпускного участка, таким образом предотвращая эрозию выпускного участка.

Фиг.16 несколько схематический вид в разрезе выпускного участка сопла на Фиг.15.

Фиг.17A - изображение в разобранном виде пятого варианта осуществления сопла, воплощающего настоящее изобретение и включающего в себя керамическую заглушку или выпускной участок, присоединенный с помощью участка гнезда из трех колец к впускному участку из металлического сплава.

Фиг.17B - вид сбоку в разрезе сопловой заглушки, показанной на Фиг.17A.

Фиг.17C - вид сверху, взятый по линии F-F на Фиг.17B.

Фиг.17D - вид сверху в перспективе кольцевой детали соединителя.

Осуществление изобретения

На Фиг.1-8 первый вариант осуществления сопла по настоящему изобретению обозначен в общем ссылочной позицией 10. Сопло 10 предназначено для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факела распыла в резервуар 20, определяющий внутренний контур. В одном варианте осуществления настоящего изобретения первой текучей средой является нефть, второй текучей средой является газ или пар, а резервуар представляет собой резервуар для каталитического крекинга. Однако, как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, сопла по настоящему изобретению в равной степени могут быть полезны с любыми из различных многочисленных типов текучих сред в связи с любым из различных многочисленных типов применений, которые известны в настоящее время, или которые станут известны позже.

Сопло 10 содержит впускной участок 12, образующий, по меньшей мере, один впускной трубопровод 14 для приема, по меньшей мере, одной текучей среды, а в одном варианте осуществления первой и второй текучих сред. Выпускной участок 16 сопла определяет внешнюю поверхность 18, которая по существу соответствует внутреннему контуру резервуара 20, и множество выпускных апертур, показанных в общем ссылочной позицией 22, продолжающихся через внешнюю поверхность 18 в связи по текучей среде с впускным участком 12 и разнесенных на расстояние под углом относительно друг друга вокруг центральной оси 24 выпускного участка 16. Как символически показано на Фиг.4, каждая выпускная апертура 22 определяет ось 26 потока для направления смеси из первой и второй текучих сред через выпускную апертуру в направлении соответствующей оси потока.

Как символически показано на Фиг.1 и 2, каждая выпускная апертура 22 определяет поверхность 28 потока, распространяющегося приблизительно от внешней поверхности 18 выпускного участка вперед в направлении соответствующей оси 26 потока на предварительно определенное расстояние, достаточное по существу для равномерного распыления смеси из первой и второй текучих сред внутри резервуара по существу в плоской веерной форме распыла. В предпочтительных в настоящее время вариантах осуществления сопла 10 предварительно определенное расстояние составляет, по меньшей мере, приблизительно 0,4 диаметра соответствующей выпускной апертуры 22 или больше. В одном таком варианте осуществления для выпускной апертуры 22, определяющей диаметр, равный приблизительно 0,866 дюйма, предварительно определенное расстояние (или минимальная длина прохода) было определено, как равное приблизительно 0,34 дюйма. В общем, полагают, что в определенных пределах, чем больше предварительно определенное расстояние (то есть, длина поверхности отверстия), тем лучше будет формирование плоской веерной формы распыла. Если предварительно определенное расстояние слишком короткое, форма распыла будет иметь более полую овальную конфигурацию в противоположность фактически плоской веерной форме распыла, которая описана более подробно ниже. В иллюстрируемом варианте осуществления настоящего изобретения, и как показано лучше всего на Фиг.2, сопло 10 содержит множество по существу прямых трубчатых участков 30, где каждый трубчатый участок продолжается вперед от соответствующей выпускной апертуры 22 и определяет предварительно определенное расстояние.

В иллюстрируемом варианте осуществления каждый из по существу прямых трубчатых участков 30 является по существу цилиндрическим и образован за одно целое с выпускным участком, например, посредством формовки; однако трубчатые участки могут принимать любую из множества различных форм и могут быть образованы отдельно от выпускного участка и присоединены к нему, например, посредством сварки, или могут быть образованы за одно целое с выпускным участком, или иначе, любым из множества различных способов, которые в настоящее время известны или которые станут известны позже.

Как символически показано на Фиг.4, 7 и 8, резервуар 20 по существу является цилиндрическим, а внешняя поверхность 18 выпускного участка определена радиусом "R", который по существу равен радиусу, определяющему внутренний контур резервуара. Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, резервуар может принимать любую из множества различных форм, а внешняя поверхность выпускного участка аналогичным образом может принимать любую из множества различных форм, чтобы по существу соответствовать внутреннему контуру любого такого резервуара.

Выпускные апертуры 22 предпочтительно сконфигурированы таким образом, чтобы образовывать по существу плоскую веерную форму распыла в соответствии с идеями патентов США №5553783 и 5692682, которые оба имеют название "Сопло с плоским веерным распылом", и каждый из которых переуступлен правопреемнику настоящего изобретения и тем самым явно включен здесь во всем объеме путем ссылки как часть настоящего раскрытия. В соответствии с идеями предшествующих патентов приблизительно все оси 26 потоков выпускных апертур 22 направлены к цели "T" внутри резервуара для распыления и направления смеси из первой и второй текучих сред в форме распыла, протекающей в направлении поперек цели, а цель по существу расположена внутри плоскости, продолжающейся в направлении потока в форме распыла. Кроме того, ось 26 потока каждой выпускной апертуры 22 направлена для пересечения цели "T" таким образом, что выпускные апертуры 22 взаимодействуют, определяя по существу плоскую веерную форму распыла, а цель "T" по существу расположена внутри плоскости, ориентированной под острым углом относительно вертикальной оси 32 резервуара 20. В одном варианте осуществления настоящего изобретения цель "T" является линейной и приблизительно пересекает центральную ось 24 торцевой поверхности 18 выпускного участка.

Сопло 10 дополнительно содержит смесительную камеру 34 в связи по текучей среде между впускным участком и выпускным участком для смешивания там первой и второй текучих сред. В иллюстрируемом варианте осуществления смесительная камера 34 образована внутри выпускного участка 16 непосредственно перед выпускными апертурами 22.

Сопло 10 предпочтительно дополнительно содержит, по меньшей мере, одну лопатку (не показана), расположенную между смесительной камерой 34 и впускным участком 12 и продолжающуюся поперек относительно удлиненной оси впускного участка, для приема части первой и второй текучих сред и создания закрученного кольцевого потока, и определяющую, по меньшей мере, часть апертуры приблизительно в ее центральном участке для приема части первой и второй текучих сред и создания по существу осевого потока. Рассматриваемые в настоящее время лопатки и способ присоединения каждой такой лопатки в соплах по настоящему изобретению показаны в переуступленных обычным образом патентах, включенных путем ссылки выше. В одном таком варианте осуществления каждая лопатка определяет по существу выпуклый выступ и по существу вогнутый выступ. В этом варианте осуществления каждый выступ является приблизительно полукруглым, а выпуклый выступ расположен впереди относительно вогнутого выступа. Предпочтительно, сопло содержит две лопатки, где каждая лопатка продолжается в поперечном направлении через соответствующий по существу полукруглый участок впускного участка 12. В качестве альтернативы лопатке (лопаткам) сопло может содержать распыляющий элемент (не показан), который спирально продолжается в направлении от впускного участка к выпускному участку, как дополнительно описано в переуступленных обычным образом патентах, включенных путем ссылки выше.

Как показано на Фиг.4, выпускной участок 16 входит внутрь апертуры 42, выполненной через стенку 40 резервуара 20 таким образом, что внешняя поверхность 18 выпускного участка по существу соответствует внутреннему контуру стенки резервуара.

Сопло 10, в частности, подходит для использования в качестве подающего распределительного устройства в установках флюид-каталитического крекинга ("FCCU") и установках преобразования слабо крекированной нефти ("RCCU"). FCCU и RCCU обычно преобразовывают материалы, состоящие по существу из углеводородов нефтяного типа, которые являются жидкостью при нормальной или более высокой температуре и нормальном давлении, или повторно используемые материалы, прежде всего для производства моторного топлива или других жидких видов топлива или бензино-лигроиновых фракций со средней молекулярной массой ниже, чем у загружаемого сырья, вместе с побочно производимыми обычно газообразными углеводородами. Преобразование как правило выполняется:

а) при температурах свыше приблизительно 500 градусов Фаренгейта; и

b) с твердым катализатором, присутствующим в реакционной зоне для конкретной цели воздействия или влияния на реакцию, и посредством чего там производится результат в отношении производительности, характерной особенности продукта или скорости реакции, отличающийся до определенно устанавливаемой степени от результата, который был бы произведен с таким же исходным сырьем при условиях, в ином отношении таких же, но в отсутствие такого катализатора.

Также, как правило, в таких установках (1) преобразование и регенерация катализатора происходят в отдельных зонах с перемещением катализатора между зонами, (2) катализатор поддерживается в реакционной зоне в форме массы текучей среды, состоящей из тонко измельченного твердого катализатора, диспергированного в парах углеводорода, подвергающегося преобразованию, и (3) среднее время пребывания катализатора в реакционной зоне больше, чем среднее время пребывания паров углеводорода в реакционной зоне.

Одно преимущество сопла 10 заключается в том, что профиль заглушки или выпускного участка 16, который выступает в резервуар, и, таким образом, выступает в поток катализаторного процесса в варианте осуществления, где резервуар представляет собой резервуар для каталитического крекинга, снижается по сравнению с распылительными соплами предшествующего уровня техники, таким образом снижая до минимума какую-либо эрозию выпускного участка из-за контакта с катализаторным процессом, и благодаря этому увеличивается срок использования сопел по сравнению с распылительными соплами предшествующего уровня техники. Другое преимущество сопла 10 заключается в том, что прямые трубчатые участки, продолжающиеся вперед от каждой выпускной апертуры, позволяют соплу достигать формы распыла, скорости и размера капель, сопоставимых с распылительными соплами предшествующего уровня техники, тем не менее, при значительном сокращении профиля сопла, который выступает во внутреннюю часть резервуара. Еще одно преимущество сопла 10 заключается в том, что поскольку профиль выпускного участка эффективно удаляет сопло из потока катализатора внутри резервуара для каталитического крекинга, таким образом защищая заглушку от каталитической эрозии, сопловая заглушка или выпускной участок может быть изготовлен из более пластичных материалов по сравнению с материалами, используемыми в распылительных соплах предшествующего уровня техники для каталитического крекинга, таким образом обеспечивая сопла, которые лучше выдерживают термический удар, чем подобные сопла предшествующего уровня техники. Дополнительное преимущество сопла 10 заключается в том, что поскольку выпускной участок по существу соответствует внутреннему контуру резервуара, заглушка или выпускной участок эффективно является частью стенки резервуара, таким образом значительно снижая выступание сопла в стояк или резервуар по сравнению с распылительными соплами предшествующего уровня техники, и таким образом увеличивая до максимума площадь сечения потока катализатора внутри стояка и снижая до минимума эрозию, иначе вызываемую внутри завихрений катализатора позади таких выступов, с чем сталкиваются в распылительных соплах предшествующего уровня техники.

Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, хотя сопло 10 использует многоапертурную фактически плоскую веерную конфигурацию, внешняя поверхность заглушки или выпускного участка, которая по существу соответствует внутреннему контуру резервуара, в равной степени может применяться к любому из множества других типов сопел, которые в настоящее время известны, или которые станут известны позже, таким как сопла, в которых используются прорези или каналы для потока других форм.

На Фиг.9-11A и 11B, другой вариант осуществления сопла по настоящему изобретению обозначен в общем ссылочной позицией 110. Сопло 110 подобно в некотором отношении соплу 10, описанному выше со ссылкой на Фиг.1-8, и поэтому для обозначения подобных элементов используются подобные ссылочные позиции, которым предшествует цифра "1". Аналогично соплу 10 сопло 110 обеспечено для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факеле распыла в резервуар (не показан). Сопло 110 включает в себя впускное отверстие 112, определяющее множество по существу концентрических впускных трубопроводов 113, 115 и 117 для приема первой и второй текучих сред. Сопло 110 дополнительно включает в себя выпускной участок 116, определяющий множество по существу концентрических выпускных апертур 122, разнесенных на расстояние в радиальном направлении относительно друг друга, и где каждая выпускная апертура 122 соединена в связи по текучей среде с соответствующим впускным трубопроводом 113, 115 и 117 для направления через нее соответствующей одной из первой и второй текучих сред.

Выпускные апертуры 122 распыляют первую и вторую текучие среды в форме распыла, выходящего оттуда. Предпочтительно, каждая выпускная апертура 122 принимает соответствующую одну из первой и второй текучих сред, выпускает оттуда соответствующую текучую среду в мелкокапельном факеле распыла, и множество апертур 122 взаимодействуют так, чтобы определять мелкокапельную форму распыла, включающую в себя смешанные в ней первую и вторую текучие среды. В предпочтительном в настоящее время варианте осуществления сопла 110 множество выпускных апертур 122 сконфигурированы так, чтобы направлять, по меньшей мере, одну из выпускаемых первой и второй текучих сред в соударение с другой из первой и второй текучих сред и, в свою очередь, по существу равномерно распылять, по меньшей мере, одну из первой и второй текучих сред по существу в плоской веерной форме распыла. В одном предпочтительном в настоящее время варианте осуществления сопла 110 первая текучая среда представляет собой нефть, вторая текучая среда представляет собой пар, а резервуар представляет собой резервуар для каталитического крекинга. Однако, как и с описанным выше вариантом осуществления, сопла 110 по настоящему изобретению в равной степени являются полезными при использовании с другими текучими средами, аппаратами, системами и процессами. В иллюстрируемом варианте осуществления для применений FCCU центральный трубопровод 113 пропускает пар, средний трубопровод 115 пропускает нефть, а внешний трубопровод 117 пропускает пар. Как показано на Фиг.11A, стенки, определяющие торцевую поверхность 118, сходятся внутрь к внешней поверхности в центральной области сопла, а в боковых областях сопла стенки отклоняются наружу к торцевой поверхности 118. Дополнительно, выпускные апертуры 122 отклоняются наружу под углом α относительно друг друга (Фиг.11B); в одном варианте осуществления α составляет величину между, приблизительно, 1° и 180°, а еще в одном варианте осуществления α составляет приблизительно 90°.

В предпочтительном в настоящее время варианте осуществления настоящего изобретения множество выпускных апертур 122 сконфигурированы так, чтобы определять по существу плоскую веерную форму распыла. Предпочтительно, и как символически показано на Фиг.7 и 9 в отношении вышеупомянутого сопла 10, по существу плоская веерная форма распыла ориентирована под острым углом относительно вертикальной оси резервуара.

В соответствии с предпочтительным в настоящее время вариантом осуществления настоящего изобретения каждая выпускная апертура определяет, по меньшей мере, одну ширину "W", выбираемую так, чтобы управлять количеством текучей среды, проходящей через нее, по сравнению с другими участками соответствующей апертуры и/или другими апертурами 122. В иллюстрируемом варианте осуществления настоящего изобретения каждая из выпускных апертур 122 определяет по существу эллиптическую форму. Как символически показано на Фиг.9, для первой или центральной выпускной апертуры 122, радиальная ширина "W" является относительно узкой у "W1" в центральной области сопла и относительно широкой у "W2" в боковой области сопла. Точно так же для второй или средней выпускной апертуры 122, радиальная ширина "W" является относительно узкой у "W1" в центральной области сопла и относительно широкой у "W2" в боковой области сопла. Соответственно, для первой и второй выпускных апертур 122, поток соответствующей первой или второй текучей среды относительно меньше в центральной области сопла и относительно больше в боковых областях сопла. С другой стороны, для третьей или внешней апертуры 122, ширина "W" является по существу постоянной по всей имеющей по существу эллиптическую форму апертуре, таким образом обеспечивая по существу равномерный поток соответствующей первой или второй текучей среды по всей апертуре. Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, по существу концентрические выпускные апертуры могут принимать любую из множества различных форм, которые в настоящее время известны, или которые станут известны позже, и ширина (ширины) каждой апертуры может быть установлена такой, как желательно или требуется в других случаях, чтобы выполнять функции выпускных апертур, например для выпуска по существу плоской веерной формы распыла, и/или чтобы управлять величиной потока первой и/или второй текучих сред в соответствующих областях формы распыла, выпускаемой из сопла. Соответственно, каждая из имеющих разные формы по существу концентрических апертур может иметь конфигурацию, которая не является постоянной по всему периметру апертуры. Дополнительно, формой и плотностью формы распыла, размером капель, отклонением плоского веерного распыла относительно оси сопла и скоростью на выходе текучих сред можно управлять посредством изменения конфигурации, в частности ширины апертур.

Как показано на Фиг.4 в отношении описанного выше сопла 10, выпускной участок 116 входит внутрь апертуры, образованной через стенку резервуара. В одном варианте осуществления (не показан) внешняя поверхность 118 выпускного участка по существу соответствует внутреннему контуру стенки резервуара и определена радиусом "R" (не показан), который выбирают так, чтобы он по существу соответствовал (или был по существу равным) радиусу, определяющему внутреннюю поверхность резервуара, внутри которого должно быть установлено это сопло. Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, форма внешней поверхности может быть определена только частично радиусом "R", или можно определять другую форму, чтобы она по существу соответствовала внутреннему контуру резервуара, внутри которого это сопло установлено.

Одно преимущество сопла 110 заключается в том, что множество кольцевых каналов исключают геометрические формы, используемые в распылительных соплах предшествующего уровня техники, которые могут вызывать увеличенное напряжение, которое может, в свою очередь, приводить к образованиям трещин и/или механических разрушений при функционировании сопла, таком как в применениях FCCU. Еще одно преимущество сопла 110 заключается в том, что множество кольцевых каналов могут производить относительно более тонкую плоскую веерную форму распыла, которая способствует жидкостному контакту с катализатором в сконцентрированной области при использовании, например, в применениях FCCU.

Другое преимущество сопла 110 заключается в том, что факелом распыла и потоком для различных частей или областей формы распыла можно управлять посредством изменения предварительно определенных величин ширины "W" кольцевых пространств (или по существу концентрических каналов вытекания) в различных частях или областях сопла. Например, возможно направлять большую часть потока к внешним или боковым областям формы распыла, если желательно или требуется в других случаях, делая ширину кольца относительно большой в его участках, которые направляют поток к внешним или боковым областям формы распыла. Помимо этого можно увеличивать или уменьшать степень распыления жидкости в конкретной области формы распыла, увеличивая или уменьшая, соответственно, ширину апертуры (апертур) для газа, чтобы, соответственно, увеличивать или уменьшать расход газа, смешиваемого с жидкостью в такой области (областях). Соответственно, новая конфигурация выпускной апертуры обеспечивает возможность формирования на заказ потока и размеров капель для различных областей формы распыла.

На Фиг.12-14 другой вариант осуществления сопла по настоящему изобретению обозначен в общем ссылочной позицией 210. Сопло 210 подобно в некотором отношении соплам 10 и 110, описанным выше со ссылкой на Фиг.1-12, и поэтому для обозначения подобных элементов используются подобные ссылочные позиции, которым предшествует цифра "2", или которым предшествует цифра "2" вместо цифры "1".

Сопло 210 обеспечено для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факеле распыла в резервуар (не показан). Сопло 210 содержит впускной участок 212, образованный из металла и определяющий, по меньшей мере, один впускной трубопровод 214 для приема первой и второй текучих сред. Выпускной участок 216 образован из керамики и определяет множество выпускных апертур 222, продолжающихся через него в связи по текучей среде с впускным участком и разнесенных на расстояние относительно друг друга для распыления первой и второй текучих сред в форме распыла, выходящего оттуда. Хотя иллюстрируемый выпускной участок 218 определяет по существу имеющую выпуклую форму внешнюю поверхность, она может, если желательно, определять внешнюю поверхность, которая по существу соответствует внутреннему контуру резервуара, как описано выше. Как и с описанным выше соплом 10 множество выпускных апертур 222 разнесены на расстояние под углом относительно друг друга вокруг оси выпускного участка, причем каждая выпускная апертура определяет ось потока для направления смеси из первой и второй текучих сред через выпускную апертуру в направлении оси потока. Предпочтительно, множество осей потока взаимодействуют так, чтобы определять по существу плоскую веерную форму распыла.

В одном варианте осуществления изобретения керамика представляет собой скрепленный с помощью реакции карбид кремния, и в предпочтительном варианте осуществления керамика представляет собой нитрид кремния, например, такой как SL 200 ST, который является продуктом CeramTec AG; однако, как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, в равной степени могут использоваться другие керамические или неметаллические материалы, которые в настоящее время известны, или которые станут известны позже.

Как предварительно было отмечено, соединение металла с керамикой имеет требующий напряжения сил характер. Поскольку керамика имеет чрезвычайно высокую температуру плавления и химически является относительно инертной, она не может быть приварена или приклеена, так что для этого используют механические соединения различных типов. Эта сложная задача становится еще более сложной, когда рабочая температура соединения повышается из-за различий в скорости теплового расширения. Кроме того, керамика имеет тенденцию разрушаться без предупреждения, когда прикладываются растягивающие напряжения. Поэтому чтобы прикрепить керамические выпускные участки к металлическим передним участкам, сопло 10, в одном варианте осуществления, дополнительно содержит металлический соединитель 244, присоединенный на его переднем конце 248 к металлическому впускному участку 212 и присоединенный на его заднем конце 250 к керамическому выпускному участку 216. Как можно заметить, металлический соединитель 244 зацепляет керамический выпускной участок 216 и прилагает к нему по существу заранее определенный сжимающий предварительный натяг. Предпочтительно, металлический соединитель 244 сужается внутрь в позиции 246 в направлении от его переднего конца 248 к заднему концу 250. Также в иллюстрируемом варианте осуществления металлический соединитель 244 определяет множество первых витков резьбы 254, а впускной участок 212 определяет множество вторых витков резьбы 256, которые с помощью резьбы зацепляют первые витки резьбы, чтобы неподвижно прикреплять металлический соединитель 244 и керамический выпускной участок 216 к впускному участку 212 и таким образом обеспечивать возможность сборки керамического выпускного участка с заданным предварительным натягом. Также в иллюстрируемом варианте осуществления металлический соединитель 244 приварен в позиции 260 на его переднем конце 248 к впускному участку 212, чтобы предотвращать вращение металлического соединителя 244 и являющуюся следствием этого потерю предварительного натяга.

Как можно заметить, металлический соединитель 244 определяет впускную апертуру соединителя на его переднем конце 248 и выпускную апертуру 258 соединителя на его заднем конце 250. Конический участок 246 металлического соединителя 244 продолжается между впускной апертурой и выпускной апертурой 258 и сужается внутрь в направлении от переднего конца 248 к заднему концу 258. Керамический выпускной участок 216 определяет керамический конический соединительный участок 252, принимаемый внутри и зацепляющийся с коническим участком 246 металлического соединителя 244. Внешняя поверхность 218 выпускного участка 216, определяющая множество выпускных апертур 222, продолжается через выпускную апертуру 258 соединителя. Как можно заметить, конический участок металлического соединителя зацепляет конический участок керамического выпускного участка и вызывает на нем сжимающий предварительный натяг, чтобы предотвращать или уменьшить механические разрушения. Кроме того, как можно заметить, конфигурация металлического соединителя предназначена для гибкости в пределах эксплуатационных режимов применений сопла, таких как применения FCCU. В одном варианте осуществления изобретения усадку металла сварочного шва выбирают так, чтобы установить по существу заранее определенный сжимающий предварительный натяг металлического соединителя на керамическом выпускном участке для сокращения или предотвращения механических разрушений.

Если желательно, выпускной участок может быть приварен к впускному участку, а не присоединен к впускному участку с помощью резьбы. В этом случае усадку металла сварочного шва выбирают так, чтобы установить по существу заранее определенный сжимающий предварительный натяг металлического соединителя на керамическом выпускном участке для сокращения или предотвращения механических разрушений.

В альтернативном варианте осуществления изобретения, по меньшей мере, один из металлического соединителя 244 и керамического выпускного участка 216 припаивают твердым припоем к другому. Для того, чтобы спаивать твердым припоем эти два компонента вместе и таким образом содержать керамический выпускной участок внутри соединителя из металлического сплава, можно использовать специально выбранный материал, такой как сплав Au/Ni, или многослойные материалы. В этом варианте осуществления металлический соединитель и керамический выпускной участок могут определять взаимодействующие конические поверхности, как показано, или могут определять имеющие другие формы поверхности с соединением между ними, паянным твёрдым припоем.

В альтернативном варианте осуществления изобретения сопло дополнительно содержит вещество образования химической связи, которое с помощью химической связи прикрепляет, по меньшей мере, один из металлического соединителя и керамического выпускного участка к другому и образует между ними влагонепроницаемое уплотнение. В этом варианте осуществления металлический соединитель и керамический выпускной участок могут определять взаимодействующие конические поверхности, как показано, или могут определять поверхности другой формы с соединением между ними, паянным твёрдым припоем. В альтернативном варианте осуществления механическое уплотнение используется либо отдельно, либо в комбинации с веществом образования химической связи, чтобы образовывать герметичное уплотнение между металлическим соединителем и керамическим выпускным отверстием.

Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, сопло 210 может включать в себя лопатки, спирально продолжающиеся элементы или аналогичные компоненты, как описано в вышеупомянутых патентах, чтобы способствовать смешиванию первой и второй текучих сред до их выпуска через выпускные апертуры. Как показано на Фиг.13, впускной участок 212 определяет на его внутренней поверхности множество кольцевых ступеней, чтобы инициировать распыление.

Одно преимущество сопла 210 по настоящему изобретению заключается в том, что соединитель из металлического сплава обеспечивает положительное сдерживание для закрепления керамического выпускного участка в сопле. Присоединяемый с помощью резьбы вариант осуществления обеспечивает легкий способ положительной локализации и дополнительно дает возможность устанавливать заданный сжимающий предварительный натяг. Другое преимущество сопла 210 заключается в том, что варианты осуществления, использующие вещество образования химической связи или соединение, паянное твёрдым припоем, обеспечивают относительно недорогие способы закрепления керамического выпускного участка и уплотнения соединения против утечки, при которых может требоваться меньше частей, чем при других типах соединений, таких как механические соединения.

Еще одно преимущество сопла 210 заключается в том, что соединитель из металлического сплава может быть прикреплен к керамическому выпускному участку и корпусу сопла с сжимающим предварительным натягом, как описано выше, что обеспечивает возможность металлическим частям расширяться относительно керамического выпускного участка без разъединения их сопряжения на нем, и что иначе могло бы привести к незакрепленному соединению.

На Фиг.15 и 16 другой вариант осуществления сопла по настоящему изобретению обозначен в общем ссылочной позицией 310. Сопло 310 подобно в некотором отношении соплам 10, 110 и 210, описанным выше со ссылкой на Фиг.1-14, и поэтому подобным ссылочным позициям предшествует цифра "3". Сопло 310 обеспечено для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факеле распыла в резервуар (не показан). Сопло 310 содержит впускной участок 312, определяющий, по меньшей мере, один впускной трубопровод 314 для приема первой и второй текучих сред. Выпускной участок 316 присоединен к заднему концу впускного участка 312. Выпускной участок 316 определяет внешнюю поверхность 318 и смесительную камеру 334 для приема первой и второй текучих сред из впускного участка. Выпускной участок 316 дополнительно определяет множество первых выпускных апертур 322, продолжающихся через внешнюю поверхность 318 в связи по текучей среде со смесительной камерой 334 и разнесенных на расстояние под углом относительно друг друга вокруг периферийного участка внешней поверхности для распыления первой и второй текучих сред в форме распыла, выходящего оттуда. Как и с описанными выше соплами 10 и 210, множество выпускных апертур 322 разнесены на расстояние под углом относительно друг друга вокруг оси выпускного участка, причем каждая выпускная апертура определяет ось потока для направления смеси из первой и второй текучих сред через выпускную апертуру в направлении оси потока. Предпочтительно, множество осей потока взаимодействуют так, чтобы определять по существу плоскую веерную форму распыла. Выпускной участок 316 дополнительно определяет, по меньшей мере, одну вторую выпускную апертуру 323, продолжающуюся вдоль передней стороны внешней поверхности 318 и находящуюся в связи по текучей среде со смесительной камерой 334 для направления факела распыла оттуда первой и второй текучих сред. По меньшей мере, часть факела распыла, выпускаемого из второй выпускной апертуры 323, направляется через расположенные позади участки внешней поверхности 318, чтобы таким образом предотвращать собирание какого-либо катализатора, когда он используется в применениях FCCU, на внешней поверхности и образование эрозии поверхности. Как можно заметить, вторая выпускная апертура 323 продолжается по существу по всей ширине передней стороны внешней поверхности 318 выпускного участка, гарантируя, что выпускаемый оттуда факел распыла по существу охватывает расположенные позади участки внешней поверхности 318 и таким образом предотвращает эрозию такой поверхности.

Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, выпускной участок 316 может определять больше чем одну вторую выпускную апертуру, и эти одна или больше вторые выпускные апертуры могут определять любую из множества различных форм, которые в настоящее время известны, или которые станут известны позже, для выполнения функции второй выпускной апертуры (апертур). Например, вторая выпускная апертура может определять повсюду более однородную ширину, чем показано, или может продолжаться через большую или меньшую угловую протяженность внешней поверхности, чем показано. Кроме того, первые выпускные апертуры могут принимать любую из множества различных форм, могут обеспечиваться в любой из множества различных конфигураций, и/или выпускной участок может включать в себя любое желательное количество таких выпускных апертур. Хотя иллюстрируемый выпускной участок 218 определяет по существу имеющую выпуклую форму внешнюю поверхность, он может, если желательно, определять внешнюю поверхность, которая по существу соответствует внутреннему контуру резервуара, как описано выше, или может определять другую форму.

Одно преимущество сопла 310 по настоящему изобретению заключается в том, что часть факела распыла, выпускаемого из второй выпускной апертуры, отклоняет катализатор от всей внешней поверхности выпускного участка, таким образом предохраняя внешнюю поверхность от эрозии, которая иначе может быть вызвана каким-либо катализатором, входящим с ней в контакт, или от отложений на ней. Еще одно преимущество сопла 310 заключается в том, что поскольку выпускной участок защищен от эрозионных воздействий катализатора, его можно изготавливать из материалов, которые являются более устойчивыми к термическому удару, чем материалы, используемые в настоящее время для производства таких сопел в применениях FCCU. Еще одно дополнительное преимущество сопла 310 заключается в том, что первые выпускные апертуры могут быть выполнены относительно друг друга так, чтобы обеспечивать фактически плоскую веерную форму распыла, которая является особенно эффективной для применений FCCU.

Обратимся теперь к Фиг.17A-17D, на которых другой вариант осуществления сопла по настоящему изобретению обозначен в общем ссылочной позицией 410. Сопло 410 в некотором отношении подобно соплам 10, 110, 210 и 310, описанным выше со ссылкой на Фиг.1-16, и поэтому для обозначения подобных элементов используются подобные ссылочные позиции, которым предшествует цифра, цифрой "4", или предшествует цифра "4" вместо цифр "1", "2" или "3". Сопло 410 обеспечено для выпуска первой и второй текучих сред в мелкокапельном факле распыла в резервуар (не показан) и разделяет аналогичные внутренние признаки и характеристики, как и в предварительно описанных вариантах осуществления сопла. Дополнительно, сопло 410 включает в себя выпускные апертуры 422. Основное различие заключается в том, что в этом варианте осуществления сопла керамический выпускной участок 416 и металлической впускной участок 412 соединены через следующую конструкцию. Керамическое выпускное отверстие или заглушка 416 сконфигурирована по существу цилиндрическим образом и образует коническую секцию 400 на внешней стенке и обратную ступень или кольцевую канавку 405 на внутренней стенке. Коническая секция 400 зацепляет гнездо 415, имеющее подобный конус 417 в металлическом держателе 425, который приварен к металлическому впускному участку 412 с использованием стандартной подготовки под сварку трубопровода. Кольцо 420, имеющее два диаметра, входит без зазора внутрь и заглушки 416, и гнезда 415. На одном конце кольцо 420 имеет диаметр "d1", который слегка меньше, чем внутренний диаметр гнезда "d2"; на противоположном конце, кольцо 420 имеет диаметр "d3", который больше, чем самый маленький внутренний диаметр "d4" в заглушке 416, для зажатия обратной ступени 405. Чтобы допустить установку кольца, кольцо 420 разделено, по меньшей мере, в двух, а в одном варианте осуществления, по меньшей мере, в трех местах, образуя три кольцевые детали 427, 428 и 429. Одно из разделений 421 проходит по радиусу, продолжающемуся от оси части 410, а другие два разделения 455 проходят по хордам 445. Это допускает установку двух деталей 428, 429, которые разделяются радиальным разрезом 440, за которой следует установка заключительной детали 427 с двумя разрезами 455 по хордам. Если бы заключительная деталь 427 не была разрезана по хордам, она не смогла бы проскальзывать в заданное положение. После сборки кольца 420 детали 427, 428, 429 приваривают на месте к гнезду 415. Усадка металла сварочного шва, когда он затвердевает, втягивает заглушку 416 по направлению к гнезду 415 и в него, образуя между ними соединение 460. Эта методика соединения применима для любой цели объединения, имеющего подобную форму керамических деталей с металлическим трубопроводом или системой труб.

Назначением конического участка 400 гнезда является размещение керамического материала в сжатии, когда металл сварочного шва охлаждается и сокращается. Расширение гнезда 415 в радиальном направлении и удлинение кольцевых деталей 427, 428 и 429 обеспечивают сжимающий предварительный натяг при сборке. Предварительный натяг достаточной величины применяется для того, чтобы предотвращать при относительно большом расширении металла, которое происходит при повышенных температурах, ослабление соединения и обеспечение возможности открепления заглушки. Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, конкретные размеры можно регулировать таким образом, чтобы они соответствовали потребностям конкретных комбинаций материалов или эксплуатационных режимов.

Проблема, связанная с обычной обработкой керамики, заключается в том, что геометрические признаки, такие как диаметры, являются не точными. С другой стороны, металлические части имеют тенденцию деформироваться при механической обработке и разрезании. Это отсутствие точной конфигурации может приводить к точечному контакту между парными частями, который может приводить к отказу, особенно керамики, из-за высоких механических напряжений. Хотя упругость металла обеспечивает защиту, потому что имеет место некоторая деформация, когда части подвергают нагрузке, в одном варианте осуществления настоящего изобретения между сопрягаемыми частями применяется керамическое соединение и позволяет повышать прочность перед окончательной сборкой. Это обеспечивает и непроницаемое для жидкости уплотнение, и однородный контакт между частями.

В одном варианте осуществления изобретения конец кольца 420 находится приблизительно на одном уровне с концом гнезда 415, чтобы их тепловое расширение было настолько одинаковым, насколько возможно. Также, кольцо может включать в себя признаки, которые способствуют смешиванию, как описано в работах Bedaw и др. (патент США №5240183) и Slavas и др. (патент США 5553783), содержание которых тем самым включено здесь путем ссылки в их полноте, как часть настоящего раскрытия. Помимо этого к керамическому выпускному отверстию или заглушке 416 можно применять предварительный натяг, чтобы предотвращать разрушение при растяжении, как описано выше.

Как может быть понятно специалистам в данной области техники на основании приведенных в этом описании идей изобретения, в описанных выше и других вариантах осуществления сопел по настоящему изобретению можно делать многочисленных видоизменения и модификации, не выходя при этом за рамки объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Например, керамический выпускной участок можно применять к любому из сопел, раскрытых в данном описании, или к любому из многочисленных других типов сопел. Точно так же, внешняя поверхность выпускного участка, которая по существу соответствует внутреннему контуру резервуара, внутри которого установлено сопло, может применяться к любому из сопел, раскрытых в данном описании, или к любому из многочисленных других типов сопел. Кроме того, любые из множества различных материалов, конфигураций выпускных апертур, конфигураций форм распыла, смесительных камер, смесительных конструкций и/или распылителей, которые известны в настоящее время, или которые станут известны позже, могут использоваться в различных соплах по настоящему изобретению. Соответственно, это детализированное описание предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления следует понимать в иллюстративном, а не в ограничивающем смысле.

Реферат

Изобретение относится к распылительным соплам, которые смешивают жидкость и газ в мелкокапельном факеле распыла, например нефть и пар в установке для каталитического крекинга. Сопло включает в себя различные конфигурации для предотвращения эрозии выпускного отверстия сопла. Эрозия может происходить, например, из-за вхождения в контакт с катализатором или другим предварительно определенным веществом. Распылительное сопло содержит керамическое выпускное отверстие, определяющее по меньшей мере одну выпускную апертуру, и металлическое впускное отверстие, определяющее по меньшей мере один впускной трубопровод одной текучей среды. Кроме того, сопло содержит металлический соединитель, который присоединяет керамическое выпускное отверстие к металлическому впускному отверстию и обеспечивает сжимающий предварительный натяг на керамическом выпускном отверстии. При этом предотвращается неплотное соединение между металлическим впускным отверстием и керамическим выпускным отверстием, являющееся следствием различного теплового расширения и сжатия. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 21 ил.

Формула