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

(51) М, Кл. С 10 С 9/12 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДАЛЕНИЯ КОКСОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙВ РЕАКТОРЕ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ТЯЖЕЛЫХНЕФТЯНЫХ 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 реакто рах. Общепринятой технологией в этом случае является подача горячего, не реагирующего с тяжелыми маслами, газа, имеющего температуру 400- 2000 ОС, 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,цля выпуска готовой продукции. Для предотвращения этого выделившийся на стенках коксудаляют струями воды под высокимдавлением или механическим соскабливанием. Указанные операции выполняют после нескольких производственных циклов или после того, кактолщина коксовых отложений достигаетопределе 4 ой величины. Однако обаспособа требуют охлаждения реактора,имеющего температуру около 400 ОС,до комнатной, что связано с приостановкой крекинга на достаточно длительное время и выполнением работпо очистке в тяжелых условиях.Известен способ подачи части исходного сырья через сопла вращающейся инжекторной трубы на внутренниестенки реактора для удаления выделившегося на них кокса. Устройстводля удаления коксовых отложений вреакторе для термического крекингатяжелых неФтяных масел включает основную инжекторную трубу, установленную в реакторе с возможностьювращения и имеющую ряд сопел, выполненных вдоль прямого вертикальногоучастка, расположенного вблизи внутренней поверхности стенки реактора 1 Д, 965360Однако 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 затверде вают, в результате вес вращающейся инжекторной трубы постепенно растет, а действие сопел затрудняется.Цель изобретения - повышение надежности работы за счет снижения от 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 40Х под давлением максимум 20 кг/см ,что позволяет удалять отложения кокса со стенок. Вспомогательная инжекторная труба приспособлена для струйного выброса находящегося под давлением 45 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 новную инжекторную трубу с воэможностью вращения вокруг вертикальной оси реактора и одновременного движения вверх и вниз вдоль этой оси. Вертикальные движения основной инжекторной 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 деленным интервалом. для компактнос" ти устройства верхняя часть вспомогательной инжекторной трубы предпочтительно выполнять соединенной с основной инжекторной трубой, а саму вспомогательную инжекторную трубу расположенной параллельно продольнойоси 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 реакцииструй и процесса интенсивного пузырения паров высокого давления, образующихся в ходе процесса крекинга, Поэтому основную инжекторную трубу предпочтительно снабжать виброгасяций устройством,Использование устройства позволяетпредотвратить осаждение и затвердевание коксана внешних поверхностяхосновной инжекторной трубы, исключается трудоемкая очистка инжекционнойтрубы от коксовых отложений, устройство имеет больший по сравнению с прототипом срок службы.На фиг. 1 показан продольный разрез реактора для крекинга тяжелыхмасел с устройством для удалениякокса; на фиг, 2 - частичный разрезверхней части реактора с выполнениемпривода для труб в виде цилиндра споршнями; на фиг, 3 - узел 1 нафиг,1.; на фиг. 4 - схематическоеизображение вспомогательной инжекторной трубы, спирально навитой вокругосновной инжекторной трубы.Устройство для удаления коксовыхотложений установлено на реактор 1для термического крекинга тяжелыхмасел. Реактор 1 имеет обычную конструкцию. Устройство для удалениякокса включает основную инжекторнуютрубу 2 и вспомогательную инжекторнуютрубу 3, расположенные внутри реактора 1 с возможностью вращения вокруг его оси.Вдоль основной инжекторной трубы2 расположен ряд сопл 4, выполненных, по крайней мере, в той стенкетрубы, которая прямо противостоитстенке реактора 1, что позволяетнапоавлять струи тяжелого масла подвысоким давлением на внутренние поверхности стенок реактора. Сопла 4выполнены направленными вниз подуглом 45 фотносительно продольнойоси основной инжекторной трубы 2,Количество и расположение сопел вцбирается 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 5и 6, расположенных в непосредственной близости к внутренней поверхности стенок реактора 1. В результате сопла 4 основной инжекторнойтрубы 2 располагаются в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок реактора 1. Верхний прямой участок основной инжектор. ной трубы 2 проходит вверх сквозь,отверстие в верхней стенке реактора1, точнее сквозь подшипник 7, который обеспечивает возможность вращения, и трубы 2, Уплотнение и сальник8 обеспечивают герметичность верхнего отверстия 9 реактора и предотвращает утечку из него газов.Конец верхней прямой части 10 основной инжекторной трубы 2 связан с соединительной чашей 11, жестко установленной на шестерне 12, приводимой вдвижение электродвигателем (не показан),Вспомогательная инжекторная труба3, проходящая через верхний прямойучасток 10 основной инжекторной тру- ЗОбы 2 по его центру, выходит в местеизгиба, расположенного в нижней частиверхнего прямого участка 10, подсоединена в нижней своей части к кольцевой трубе 13 с соплами 14, выполненными направленными в сторону основнойинжекторной трубы 2. В месте изгиба,где вспомогательная инжекторная труба3 выходит из основной инжекторной трубы 2, ее стенка по всей длине окружности сварена с основной инжекторнойтрубой 2 для предотвращения вытекания из последней подаваемой в неечистящей жидкости. Верхний конец вспомогательной инжекторной трубы 3 свя" 45: зан с соединительной чашей 15, которая может вращаться с соединительнойчашей 11.Тяжелое масло подается в основнуюинжекторную трубу 2 через трубопровод 16,имеющий в нижней части соединительную чашу 17, расположеннуюнапротив соединительной чаши 11.Верхний конец трубопровода 16 соединенс двумя тРУбами 18 и 19 чеРез клапаны 20 и 21 соответственно. Сквозьвертикальную часть трубы 16 проходиттруба 22, имеющая на своем нижнемконце соединительную чашу 23, расположенную напротив соединительнойчаши 15. Труба 22 снабжена понижаю- фщим давление клапаном 24, служащимдля настройки инжекционного давления. Одна иэ соединительных чаш 11и 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 - 2000 ОС,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 подаваеиюм 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/см 2,через трубу 22 во вспомогательнуюинжекторную трубу 3, пройдя предварительно понижающий давление клапан24, после чего выбрасывается черезкольцевую трубу 13 на внешнюю поверхность основной инжекторной трубы 2.Таким образом, внешняя поверхностьосновной инжекторной трубы 2 поддерживается увлажненной и выбросы тяжелого масла, происходящие при его пузырении, не могут ни осаждаться наней, ни затвердевать. Образующиесяв 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 отверстие28 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 , выбрасы 2вается 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 егоневелико и не может вызвать закупорки отводящей трубы 29, Как толькоочистка от кокса стенок реакторазаканчивается, вращение основнойинжекторной трубы 2 прекращаетсяи клапан 21 закрывается, прекращая подачу тяжелого масла к соплам 4.Клапан 20 при этом открывается, и осуществляется подача инертной текучей среды в бсновную инжекторную трубу 2 до окончания процесса кре кинга очередной заправки.На фиг,2 показано устройство для удаления кокса, содержащее приводной механизм 30, установленный над реактором и предназначенный для вра щения трубы и ее перемещения в вертикальном.направлении, Приводной вал не показан) механизма привода через поршень 31 связан с верхним концом инжекторной трубы, располо О 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 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 35трубы.Механизм привода устроен таким . образом, что прилагаемые к нему радиальные и ударные нагрузки воспринимаются им самим. Такая конструкция 4 О механизма привода обеспечивает его компактность.Инжекторная труба располагается в реакторе и имеет принципиально ту же конструкцию, то 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- ф ся для того, чтобы располагаться в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок реактора 1. Открытый конец вспомогательной инжекторной трубы 3 расположен таким об разом, что тяжелое масло распространяется равномерно по всей внешнейповерхности основной инжекторнойтрубы 2. В таком воплощении тяжелоемасло выливается на поверхность. основной инжекторной трубы 2 под воздействием собственного веса или в случаенеобходимости подается пОд давлением,Свободный конец 34 вспомогательнойинжекторной трубы 3 может быть навитв виде спирали вокруг поверхности основной инжекторной трубы (вариант,изображенный на фиг, 3). В такой конструкции открытый конец вспомогательной инжекторной трубы поддерживаетсяв постоянном расположении относительно основной инжекторной трубы 2, компенсируя подстройкой ее термическиедеформации. Основная инжекторная труба 2, расположенная в полости реактора 1, должна быть выполнена иэ легкого материала, так как она подвергается воздействию высоких температурвибраций, вызываемых реакцией выбрасываемых струй в ходе удаления коксовых отложений, и воздействию динамического момента, возникающего вследствие эксцентриситета основной ивспомогательной инжекторных труб 2и 3, Например,. часть инжекторной трубы 2, расположенная в реакторе, можетбыть выполнена из углеродистой стали, Возможно выполнение основной инжекторной трубы с раздваивающейся илирастраивающейся нижней частью верхнего прямого участка однако такое выполнение не является предпочтительнымиэ-за указанных воздействующих факторов. Сопла 4 расположены на основнойинжекторной трубе 2 как и в первомварианте,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 черезсквозное 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 концапоршня 31 и приварен к нему. Вспомогательная инжекторная труба.3 приварена к основной инжекторной трубе 2 по всему внешнему 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 4 б 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 варианта10 разбрыэгивается на внутренние поверхности реактора 1, Данный вариант от 40,временно. 45 50 55 15 20 25 30 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 2смещает расположение направленныхвверх и вниз сопел 4 по отношению квнутренним поверхностям реактора 1,Предпочтительно поднимать основнуюинжекторную трубу 2 на расстояние,соответствующее интервалам между отдельными соплами 3, что обеспечивает полное удаление осажденного кокса. В данном варианте ведущий валимеет длину полного хода равную100 мм, в то время, как сопла 4 отстоят друг от друга на расстояниеравное или меньшее 100 мм. Для работы в нормальных условиях такойвариант является удовлетворительным.Приводной вал,каждый раз поднимается на величину, составляющую 1/3его полного хода, что может осуществляться, например, путем управления вращением с помощью тахометра,способного реагировать на число оборотов. 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 возможностибезостановочного проведения в, реакторе реакций крекинга подаваемых внего порций сырья. Через вспомогательную инжекторную трубу при этомподается тоже сырье, выполняющеероль чистящей жидкости для внешнейповерхности основной инжекторнойтрубы,Подача сырья через вспомогательную инжекторную трубу на поверхностьосновной инжекторной трубы позволяет поддерживать эту поверхностьувлажненной и предотвращает осаждение не ней кокса.Вращательноег и вертикальное поступательное движение сопел основнойинжекторной трубы в полости реактора 10увеличивает площадь, покрываемуюструями чистящей жидкости, и обеспечивает более качественное удалениекоксовых отложений. При вращении ивертикальном движении сборки инжекторной трубы утечка газов и пожароопасного горячего битума из реактораполностью предотвращается уплотнениями, которые очень просты по конструкции, легки в обслуживании и доступны для контроля состояния.В случае, если вспомогатель-.ная инжекторная трубаобвита 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 вибрациитой части, которая снабжена соплами,и делает вращательные и вертикальныепоступательные движения более плавными, обеспЕчивая тем самым более тщательное удаление коксовых отложений и промывание,формула изобретения. 1.устройство для удаления. коксовыхотложений в реакторе для термического крекинга тяжелых нефтяных масел,включающее основную йнжекторную трубу, установленную в реакторе с возможностью вращения и имеющую ряд сопл,выполненных вдоль прямого вертикаль-ного участка, расположенного вблизивнутренней поверхности стенки реактора, отличающееся тем,что, с целью повышения надежностиработы за счет снижения отложенийкокса на инжекторной трубе, устройство содержит дополнительную инжекторную трубу, выходной конец которойрасположен над прямым вертикальнымучастком основной инжекторной трубы.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е .с .я тем, что концеваячасть вспомогательной инжекторнойтрубы 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 трубыснабжен кольцевым соплом, окружающимосновную инжекторную трубу.источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СССР по заявкеВ 2416107/23-26, кл. С 10,6 9/12,1975.965360 а ВНИИПИ Заказ 7706/ Тираж 524 Поаписно филиал ППП "Патент", г. Уагород, Ул.Проектная