BR112012001412B1 - aparelho para separar e extrair uma mistura gasosa e um fluxo de partículas e processo para separar e extrair uma mistura gasosa e um fluxo de partículas - Google Patents
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Abstract
APARELHO PARA SEPARAR E EXTRAIR UMA MISTURA GASOSA E UM FLUXO DE PARTÍCULAS PROCESSO PARA SEPARAR E EXTRAIR UMA MISTURA GASOSA E UM FLUXO DE PARTÍCULAS A presente invenção fornece um sistema de separação de tubos ascendentes compacto para reatores de Pirólise Catalítica de Fluido que possui um sistema de tubo ascendente externo em que o tubo ascendente entra no reator de fora do recipiente de reator.
Description
A presente invenção refere-se a um aparelho de separação e extração e seu uso em um processo de pirólise catalítica de hidrocarbonetos. Mais especificamente, a presente invenção refere-se à separação rápida e extração efetiva de fluxos de hidrocarbonetos pirolisados cataliticamente em um aparelho de desencaixe que possui um sistema de separação de tubo ascendente compacto, em que um tubo ascendente externo entra no aparelho de desencaixe a partir do lado externo.
Pirólise catalítica de fluidos (PCF) é um processo comumente utilizado em refinarias de petróleo que produz altos rendimentos de gasolina e gás de petróleo liquefeito, que se encontram em alta demanda nos Estados Unidos e em todo o mundo. Apesar da longa existência do processo de pirólise catalítica fluidificada, são continuamente procurados métodos de aumento da recuperação de produtos, tanto em termos de quantidade quanto de composição do produto, ou seja, rendimento e seletividade.
Geralmente, os processos comerciais de pirólise catalítica de fluidos são conduzidos em unidades PCF nas quais o reator do tubo ascendente encontra-se dentro ou fora de um recipiente maior, tipicamente conhecido como recipiente de desencaixe ou recipiente de reator. Como é conhecido na técnica, unidades PCF com tubos ascendentes internos ou externos apresentam as suas próprias e diferentes vantagens e desvantagens, com relação, entre outras coisas, a tamanho e eficiências.
Tipicamente, em processos PCF, o catalisador é colocado em contato com uma alimentação de hidrocarboneto em uma zona de reação, que se encontra geralmente na forma de tubo alongado denominado tubo ascendente, reator de tubo ascendente ou cano reator ascendente (embora o reator possa sθr( às vezes, um reator de fluxo para baixo). O tubo ascendente pode estar localizado no interior (ou seja, um tubo ascendente interno) ou fora (ou seja, um tubo ascendente externo) do recipiente de desencaixe. 0 catalisador é substancialmente separado em seguida dos hidrocarbonetos em uma ou mais etapas de separação e os hidrocarbonetos pirolisados, acompanhados pela menor quantidade possível de catalisador, deixam a zona de reação para recuperação de produto em uma unidade de fracionamento abaixo no fluxo e operações de processamento adicionais. 0 catalisador gasto separado dos separadores é recolhido no fundo do dispositivo de desencaixe (em um leito denso), onde é tipicamente colocado em contato com um gás que ê diferente dos hidrocarbonetos, tal como amónia, nitrogênio ou vapor, para incentivar a remoção e a recuperação de hidrocarbonetos voláteis capturados com o catalisador, o que é comumente denominado extração (ou extração de vapor, em que o vapor é utilizado como meio de extração) . 0 catalisador é evacuado em seguida para uma zona de regeneração, na qual o coque formado durante a reação no reator de tubo ascendente e os hidrocarbonetos que ainda não sofreram dessorção durante a etapa de extração são queimados em um meio oxidante.
A fim de obter produtos seletivos e evitar pirólise excessiva do hidrocarboneto desejado em subprodutos menos desejáveis na zona de reação da unidade de pirólise catalítica, entretanto, é preferível separar rapidamente os produtos gasosos gerados na zona de contato a partir do catalisador gasto, incluindo por meio de uma primeira separação (corte grosso), que, embora não forneça separação completa das partículas catalisadoras gastas dos produtos pirolisados, remove suficientemente uma parte substancial deles de forma rápida para reduzir reações de degradação.
Existem diversas formas de condução dessas operações de separação/dessorção e a literatura está repleta de dispositivos desenvolvidos para processos de pirólise catalítica, que são mais ou menos eficazes para essas operações diferentes. Além disso, embora seja relativamente simples conduzir separação rápida ou extração eficaz, é difícil conduzir separação rápida e extração efetiva de forma substancialmente simultânea. Além disso, como o preço do petróleo está sempre crescendo e a quantidade de petróleo disponível para conversão em produtos petroquímicos torna-se mais rara, sempre há na técnica a necessidade de processos de separação de catalisador com corte grosso mais eficientes, a fim de obter rendimentos mais altos de produtos desejáveis.
As Patentes Norte-Americanas n° 4.288.235, 4.348.364 e 4.433.984 descrevem, por exemplo, um aparelho do tipo lado a lado para rápida separação de sólidos particulados de um fluxo de gás e sólidos em fase misturada de reatores do tipo tubular. 0 aparelho projeta sólidos por meio de força centrífuga contra um leito de sólidos à medida que a fase de gás realiza uma mudança de direção de 180° para efetuar a separação. A fase sólida sofre duas mudanças de 90° antes de sair do aparelho.
Outro aparelho de separação e extração rápida inclui a Patente Norte-Americana n° 5.837.129, que descreve uma unidade PCF que possui um tubo ascendente interno e um tipo inercial com forma de caramujo de separador na extremidade terminal de um reator de tubo ascendente em combinação com uma saída de gás disposta horizontalmente. A saída de gás disposta horizontalmente voltada para cima e em direção ao reator de tubo ascendente, ou para cima e para longe do reator de tubo ascendente, fornece separação rápida e eficiente de produto hidrocarboneto em vapor de partículas catalisadoras.
Geralmente, pode-se efetuar separação rápida utilizando ciclones conectados diretamente a um tubo 5 ascendente interno, conforme descrito na Patente Norte- Americana n° 5.055.177. Neste sistema, ciclones conectados ao tubo ascendente encontram-se dentro de um recipiente de desencaixe, que geralmente também inclui um segundo estágio de ciclone. O gás separado no primeiro estágio entra no segundo 10 estágio de ciclone para separação mais completa. O catalisador é dirigido para o leito de extração fluidificado de fase densa do recipiente de desencaixe onde o vapor é injetado na forma de contracorrente para o catalisador para realizar dessorção dos hidrocarbonetos. Esses hidrocarbonetos são evacuados em 15 seguida do reator para a fase diluída superior do recipiente de desencaixe e introduzidos no sistema de separação no segundo estágio de ciclone. O fato de que existem dois estágios de ciclone, um conectado ao tubo ascendente que conduz separação primária e o segundo que é geralmente 20 conectado à saída de gás dos ciclones de primeiro estágio, necessita de um diâmetro muito grande para o recipiente de desencaixe em volta dos dois estágios de ciclone. A fase diluída daquele recipiente somente é trafegada pelos gases que sofreram dessorção no extrator ou pelos gases capturados pelo 25 catalisador nas saídas de sólido (diplegs) do primeiro estágio. Os gases da seção de extração são, portanto, expostos sistematicamente a degradação térmica de longo prazo no extrator, pois se o ciclone primário funcionar corretamente, uma quantidade razoavelmente pequena de hidrocarbonetos é 30 capturada no dipleg do ciclone primário em direção ao extrator. Quando o volume do recipiente de desencaixe for maior e a quantidade de hidrocarbonetos e vapor de extração for razoavelmente pequena, a velocidade de superfície dos gases na fase diluída do recipiente de desencaixe fora dos ciclones primários é muito baixa, tipicamente de não mais de 61 cm por segundo. Consequentemente, o tempo de evacuação de hidrocarbonetos extraídos ou capturados nos diplegs com o catalisador será necessariamente da ordem de vários minutos.
Uma desvantagem adicional desse sistema de separação é o fato de que ele introduz hidrocarbonetos capturados ou adsorvidos sobre o catalisador de forma localizada no leito de extração fluidificado. Como o leito fluidificado é um misturador radial pobre mas um misturador axial muito bom, existe uma perda de eficiência inevitável na zona de extração. Seria possível aumentar a extração introduzindo gases de extração diretamente na saída de sólidos. Isso somente seria eficaz, entretanto, se o catalisador fluísse lentamente na saída do ciclone a fim de não capturar gases, o que não é possível de ser atingido se necessitar ser mantida a operação adequada dos ciclones primários.
A Patente Norte-Americana n" 6.296.812 fornece um aparelho de separação e extração de uma mistura de gás e um fluxo de partículas em um reator de tubo ascendente interno de fluxo para cima e/ou fluxo para baixo, 0 aparelho possui um envelope de reação que contém um recipiente de separação das partículas da mistura e um recipiente de extração das partículas separadas localizado abaixo do recipiente de separação, que contém uma série de câmaras de separação e uma série de câmaras de extração distribuídas axialmente em volta de uma extremidade de um reator de tubo ascendente interno com forma alongada. A parte superior de cada câmara de separação inclui uma abertura de entrada que se comunica com o reator, de forma a separar as partículas da mistura gasosa em um plano substancialmente vertical, em que cada câmara de separação contém duas paredes laterais substancialmente verticais que também são as paredes da câmara de circulação.
Os depositantes do presente desenvolveram de forma inventiva um sistema de separação de tubo ascendente altamente compacto que possui um tubo ascendente externo que utiliza o conceito descrito na Patente Norte-Americana n° 6.296.812, que 5 permite eficiência de separação proficiente, rápida evacuação e extração efetiva simultâneas dos hidrocarbonetos separados devido à compactação mais alta do equipamento, mantendo ao mesmo tempo todas as vantagens associadas ao sistema de separação da Patente Norte-Americana n° 6.296.812.
A presente invenção refere-se a um aparelho (10) de separação e extração de uma mistura gasosa e um fluxo de partículas que compreende uma cobertura de recipiente de reator (51) que possui ura meio de recebimento de uma mistura 15 de gases pirolisados e partículas sólidas catalíticas gastas por meio de um condutor cruzado de tubo ascendente (46) de um cano reator ascendente (41) (ou seja, reator de tubo ascendente externo), localizado fora da mencionada cobertura do recipiente de reator (51) e que compreende uma parte 20 diluída superior e uma parte de leito de extração inferior, e pelo menos uma câmara de separação (50) para receber a mencionada mistura de gases pirolisados e partículas sólidas catalíticas gastas do mencionado condutor cruzado (46) para separar particulados catalíticos gastos dos gases pirolisados 25 localizados no interior da mencionada cobertura do recipiente de reator (51) e que compreende um dipleg (37) para descarregar partículas catalíticas separadas para a parte de leito de extração inferior. Uma câmara de extração (49) que compreende pelo menos uma abertura de entrada (4 8) que se 30 comunica com a mencionada câmara de separação (50) para receber gases pirolisados separados da câmara de separação (50) . Uma abertura de entrada de vapor de extrator (45) para receber gás de extração da parte de leito de extração e um condutor extrator (3 9) para evacuar vapores da mencionada câmara de extração (49) e pelo menos um separador de ciclone (43) para receber vapores da mencionada câmara de extração (49) e que compreende pelo menos um dipleg separador de 5 ciclone (52) que possui uma saída (38) para devolver sólidos separados para o leito de extração e um condutor de evacuação de vapor (42) para descarregar vapores para um coletor de saída de gás (40) que se comunica com um condutor de saída de vapor (44) para remover vapores separados da mencionada 10 cobertura de recipiente de reator (51).
A câmara de extração (49) encontra-se em posição central no interior da cobertura de reator (51) e a câmara de separação (50) é posicionada axialmente em volta da câmara de extração (49) , em que a câmara de extração (49) ascende em 15 posição central através da câmara de separação (50) de uma posição abaixo para uma posição acima da câmara de separação (50) .
A abertura de entrada (48) compreende pelo menos um meio de alteração da direção de fluxo de gás (48a) definido, 20 em parte, por uma parede externa da câmara de extração (49) localizada acima da abertura de entrada (48) . O meio dé mudança de direção de fluxo de gás (4 8a) recebe gases pirolisados separados que trafegam verticalmente para cima após a separação de partículas de catalisador gastas na câmara 25 de separação (50) . Mais especificamente, a mistura de gases pirolisados e particulados catalisadores gastos trafega através do condutor cruzado de tubo ascendente (46) e entra na câmara de separação (50), onde realiza impacto sobre a membrana de partição (47) em posição oposta à entrada do 30 condutor cruzado de tubo ascendente (46) que separa a mistura que trafega horizontalmente de gases pirolisados e catalisador gasto em dois fluxos que trafegam em volta da circunferência da câmara de separação (50). Uma membrana (47a) em posição oposta â membrana de partição (47) e acima do meio de direção de fluxo (48a) na câmara de separação (50) evita a colisão das duas misturas de vapor carregadas com catalisador que causaria uma nuvem de catalisador,o que reduziria a eficiência da coleção de catalisador. O catalisador trafega em seguida para baixo através da câmara de separação (50) e entra nos diplegs (37). Os vapores separados, por outro lado, trafegam para cima através da abertura (48) e entram na câmara de extração (49).
O catalisador sai dos diplegs (37) e entra em um 10 leito extrator fluidificado localizado abaixo do dipleg (37) .
No leito extrator, o catalisador gasto é colocado em contato com um meio de extração, preferencialmente vapor, embora outros gases de extração conhecidos dos técnicos no assunto possam ser empregados, para remover hidrocarbonetos voláteis 15 capturados pelo catalisador. Os gases extratores saem da parte de leito e trafegam para cima até a câmara extratora (49) através da abertura de vapor (45). Desta forma, os vapores do extrator e a mistura de vapores de hidrocarboneto extraídos (junto com vapor da cúpula, ou seja vapor) com os gases de 20 produtos pirolisados na câmara de extração. A câmara de extração é acoplada de perto a pelo menos um separador de ciclone (43) para separar particulados capturados de efluentes gasosos por meio de um condutor extrator (39) . Os gases separados saem dos separadores de ciclone (43) através de um 25 condutor de evacuação (42) e os particulados de catalisador gastos separados fluem para baixo do dipleg do separador de ciclone (52) e saem do dipleg dos separadores de ciclone através da saída (38) para retorno ao leito de extração (e, eventualmente, regeneração em um regenerador, conforme conhecido pelos técnicos no assunto). Os gases saem da cobertura de reator (51) por meio de um condutor de saída (44) em comunicação com um coletor de saída de gases (40) que se comunica com os condutores de evacuação (42) para processamento abaixo no fluxo em produtos componentes, como é conhecido dos técnicos no assunto.
O aparelho reivindicado no presente (10) pode ser, por exemplo, um aparelho de pirólise catalítica fluidificada de hidrocarbonetos, O aparelho (10) é convenientemente equipado com um reator de tubo ascendente externo (41) que possui capacidade de entrar no aparelho (10) a partir do lado externo do aparelho (10). Além disso, o sistema de separação do tubo ascendente reivindicado no presente pode ser 10 convenientemente adaptado para sistemas de pirólise catalítica de fluidos que possuem um reator de tubo ascendente externo.
A presente invenção será mais bem compreendida a partir das figuras anexas, que ilustram esquematicamente o 15 aparelho e nas quais:
A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva do aparelho de acordo com a presente invenção para a pirólise catalítica de leito fluidificado de hidrocarbonetos, que • inclui um reator de tubo ascendente externo que entra no 20 aparelho a partir do lado externo,
A Figura 2 é uma ilustração tridimensional do aparelho que é apresentado na Fig. 1.
As Figuras 3A a 3D ilustram as seções cruzadas de diversas configurações de entrada que podem ser empregadas nos 25 aparelhos de acordo com a presente invenção.
A Figura 4 ilustra a seção cruzada de uma única configuração de entrada que pode ser empregada nos aparelhos de acordo com a presente invenção.
A presente invenção é amplamente dirigida a um aparelho (10) de separação de hidrocarbonetos e/ou outros gases de partículas sólidas, tais como um catalisador particulado e/ou outras partículas (que incluem particulados inertes), que são tipicamente divididas finamente e porosas, em uma mistura que contém os gases e partículas sólidas, tais como um aparelho de pirólise catalítica fluidificada (PCF) de hidrocarbonetos. Esta mistura pode ser um efluente que sai de 5 uma saída de um reator diferente, tal como um que coloca uma fase essencialmente gasosa em contato com uma fase sólida. O aparelho geralmente inclui uma disposição compartimentaiizada de um ou mais reatores, câmaras, condutores, entradas, saídas, membranas e diplegs e um cano reator de tubo ascendente 10 externo, com comunicação entre muitos desses componentes e, de acordo com uma realização preferida da presente invenção, pode produzir beneficamente um gás hidrocarboneto que contém menos de cerca de 0,05% de sólidos em peso e, em uma outra realização preferida da presente invenção, pode produzir 15 preferencialmente um gás hidrocarboneto que contém menos de cerca de 0,02% de sólidos em peso. Os diversos componentes ou partes do aparelho de acordo com a presente invenção podem ser geralmente dispostos na forma que é exibida nas figuras, no presente ou de outra 20 forma. A presente invenção não é limitada às disposições, configurações, dimensões, instrumentalidades, componentes, ângulos, reagentes ou condições ou direções de fluxo de produto precisas que são exibidas nessas figuras ou descritas abaixo. Essas disposições, configurações, dimensões, 25 instrumentalidades, componentes, ângulos, reagentes ou condições e/ou direções de fluxo de produto podem ser outras, conforme exijam as circunstâncias ou seja desejado. Pode-se empregar, por exemplo, mais ou menos câmaras de separação, câmaras de extração, ciclones, membranas, diplegs, condutores, 30 entradas e/ou saídas de gases, líquidos, sólidos ou suas misturas e/ou outros componentes ou partes. Além disso, esses componentes e partes podem ser dispostos em uma ampla variedade de formas diferentes e podem possuir ampla variedade de tamanhos diferentes. A localização dos diversos componentes ou partes do aparelho e os meios empregados para fixar um ou mais componentes, partes e/ou áreas do aparelho a um ou mais componentes, partes e/ou áreas diferentes do aparelho também 5 pode variar. Além disso, em vez de fixar vários componentes, partes e/ou áreas do aparelho entre si, um ou mais componentes, partes e/ou áreas do aparelho podem ser elaborados a máquina ou formados de outra maneira a partir de um pedaço de metal ou outro material. Ainda adicionalmente, 10 diversos componentes, partes e/ou áreas do aparelho podem ser fixados de forma permanente ou removível com outros componentes, partes e/ou áreas do aparelho e podem ser móveis ou imóveis. Partes e componentes fixados de forma removível frequentemente são preferíveis, pois esses componentes e 15 partes podem ser geralmente substituídos e/ou limpos de forma mais simples e mais eficaz para seu custo caso fiquem sujos, desgastados, danificados ou destruídos.
Com referência agora às Figuras 1 e 2, o aparelho (10) de acordo com a presente invenção é tipicamente empregado 20 em uma unidade de pirólise catalítica fluidificada (PCF), que compreende preferencialmente uma forma de cobertura de reator cilíndrica (51) e pelo menos um reator de tubo ascendente externo (41) (ou seja, tubo ascendente externo). A cobertura do reator (51) inclui uma área diluída superior (51a) e uma 25 área de extração de leito denso inferior (não exibida). A área diluída superior (51a) do recipiente do reator contém um condutor de saída de vapor de recipiente (44), coletor de saída de gás (40) , um condutor de evacuação de ciclone (4 2) , uma câmara de separação (50), uma câmara de extração (49) com 3 0 uma abertura de entrada (48) e meios de mudançalteração da direção de fluxo (48a), separador secundário (43), membrana de partição (47), membrana (47a) e dipleg (52).
A área de extração do leito denso inferior contém um leito de extração (que pode incluir opcionalmente embalagem ou membranas conforme conhecido dos técnicos no assunto), meios de fornecimento de gás de extração para o leito de extração (tal como anel de vapor) e uma salda de catalisadox' extraído 5 para a remoção de catalisador extraído da cobertura do reator (51) e transferência do catalisador extraído para um regenerador. Podem ser empregadas configurações de regenerador convencionais, conforme conhecido na técnica, e todas essas modificações óbvias encontram-se dentro do escopo pretendido 10 completo das reivindicações anexas. O aparelho (10) e seus diversos componentes preferencialmente também incluem vapores, líquidos, sólidos e suas misturas, um ou mais condutores, uma ou mais aberturas de entrada e uma ou mais aberturas de saída. Opcionalmente, o aparelho (10) pode incluir adicionalmente uma 15 ou mais câmaras de circulação (preferencialmente distribuídas em volta do aparelho), dutos cruzados ascendentes (ou outros dutos), envelopes, válvulas, bocais e cones defletores.
Além disso, o aparelho (10) pode incluir opcionalmente bocais, tais como para resfriamento (não 20 exibido), reações de pirólise residual e/ou coluna(s) de fracionamento de pelo menos um corte de hidrocarboneto diferente que está presente nos gases que saem do separador secundário. O resfriamento é descrito mais completamente na técnica publicada, por exemplo, em Forgac et al, Patente 25 Norte-Americana n° 5.043.058. Outras características opcionais do aparelho (10) podem ser um separador de ciclone que pode ou não ser acoplado de perto ao terminal do tubo ascendente (não exibido) . Outros tipos de separadores de corte grosso podem ser empregados além dos ciclones, tais como um separador de 3 0 caramujo, um separador de lata invertida ou um separador de globo. Vide, por exemplo, os separadores exibidos em Pfeiffer et al, Patente Norte-Americana n° 4.756.886, Haddad et al, Patente Norte-Americana n° 4.404.095; Ross et al, Patente
Norte-Americana n° 5.259.855, Barnes, Patente Norte-Americana n° 4.891.129 e/ou Gartside et al, Patente Norte-Americana n° 4.433.984.
Conforme exibido nas Figuras 1 e 2, o cano de reator 5 ascendente externo (41) possui preferencialmente uma forma alongada que é substancialmente vertical, cujo fundo é equipado para receber catalisador regenerado quente de um regenerador (ou outros particulados), bocais de alimentação de um estoque de alimentação de hidrocarboneto atomizado para o 10 tubo ascendente (ou outro meio de introdução de estoque de alimentação para o reator ascendente) e opcionalmente um gás de erguimento. O topo do tubo ascendente (41) conecta-se a um condutor cruzado de tubo ascendente (46), em que uma mistura de gases pirolisados e partículas sólidas que trafegaram em 15 direção para cima no cano reator ascendente (41) e passaram por uma reação de pirõlise catalítica fluidificada (ou outra), pode fluir para fora do cano reator ascendente (41) para o duto cruzado do tubo ascendente e para o interior da câmara de separação (50) que se encontra em comunicação com o condutor 20 cruzado de tubo ascendente (46) do cano reator ascendente.
Segundo uma realização da presente invenção, o diâmetro do cano reator ascendente externo (41) varia de cerca de 5 cm a cerca de 1,83 m e mais e, em outra realização, varia de cerca de 91 cm a cerca de 1,83 m. Segundo uma outra 25 realização da presente invenção, o diâmetro do condutor cruzado ascendente (46) para as partículas sólidas e gases pirolisados varia de alguns centímetros a cerca de 1,83 m ou mais e, em ainda outra realização da presente invenção, varia de cerca de 91 cm a cerca de 1,83 m.
Após a mistura de gases e partículas sólidas sofrer uma reação no cano de reação ascendente externo (41), tal como pirõlise catalítica fluidificada, a mistura de reação resultante de gases de produto hidrocarboneto pirolisado (ou outros) e partículas de catalisador gasto sólido (ou outro) preferencialmente trafega para fora do tubo ascendente externo de saída (41) que se conecta ao condutor cruzado ascendente (4 6) que se estende a partir do tubo ascendente e através da 5 parede de cobertura de reator (51) e forma uma parte, uma parte superior ou extremidade de uma câmara de separação (50) de forma substancialmente horizontal, conforme exibido nas Figs. 1 e 2.
Tipicamente, para uma unidade PCF, o tempo de 10 permanência no cano de reator ascendente externo (41), temperatura e pressão são eficazes para permitir que passe de forma' bem sucedida por uma reação de pirólise catalítica fluidificada (ou outra). Segundo uma realização da presente invenção, tal como pirólise de PCF de um óleo de gás a vácuo 15 (outros estoques de alimentação hidrocarbonáceos são, naturalmente, contemplados para uso na presente invenção, tais como, mas sem limitações, nafta, óleos de gás atmosférico, óleos de ciclo e resíduos, conforme bem conhecido dos técnicos no assunto), o período de tempo de permanência no cano reator 20 ascendente (41) varia de cerca de 0,5 a cerca de 4 segundos e, em outra realização da presente invenção, varia de cerca de um a cerca de três segundos.
Segundo uma realização da presente invenção, a temperatura de saída do tubo ascendente pode variar de cerca 25 de 482 °C a cerca de 588 °C e superior e, em outra realização da presente invenção, varia de cerca de 510 °C a cerca de 565 °C. Em uma realização da presente invenção, a pressão no cano reator ascendente externo (41) varia de cerca de alguns psig (libra-força por polegada quadrada) a cerca de 30 psig e 30 superior e, em uma outra realização, varia de cerca de 10 psig a cerca de 30 psig. Segundo ainda outra realização da presente invenção, a alimentação trafega através do cano reator ascendente externo em velocidade que varia geralmente de cerca de 9 a cerca de 23 m/s e superior e, em ainda outra realização, varia de cerca de 16 a cerca de 20 m/s.
O separador de acordo com a presente invenção inclui pelo menos uma câmara de separação alongada e substancialmente 5 vertical (50) que se estende em posição central no recipiente de desencaixe (51), conforme exibido nas Figs. 1 e 2. A câmara de separação (50) encontra-se em comunicação fluida com o condutor cruzado de tubo ascendente substancialmente horizontal (46) que passa do topo dõ reator de tubo ascendente 10 através da cobertura de reator (51) para o interior do recipiente de desencaixe (51). Nesta configuração, uma mistura de gases e sólidos (hidocarbonetos pirolisados e catalisador gasto) que passou por uma reação no cano de reator ascendente externo (41) pode fluir para o condutor cruzado de tubo 15 ascendente (46) e para o interior da câmara de separação (50) por meio do condutor de cruzamento de tubo ascendente (46). O condutor cruzado de tubo ascendente (46) estende-se e forma uma parte de uma parte superior ou extremidade da câmara de separação (50), de forma substancialmente horizontal.
Desta forma, a mistura de produto de vapor hidrocarboneto pirolisado e catalisador gasto trafega através do condutor cruzado do tubo ascendente (46) na extremidade superior do cano de reator ascendente externo (41) ou perto dela para o interior da câmara de separação (50) por meio do 25 condutor cruzado de tubo ascendente (46), em que a mistura encontra uma membrana de partição interna (47) localizada acima da abertura de entrada (48) e meios de mudança de direção (48a) da câmara de extração (49), que divide o fluxo do tubo ascendente em dois fluxos. Uma membrana (47a) 3 0 localizada sobre o lado oposto em que o produto de vapor hidrocarboneto pirolisado (incluindo partículas sólidas) entra e é localizada entre a câmara de separação (50) e a câmara de extração (49) e acima da abertura de entrada (48) e meios de li mudança de direção (48a) da câmara de extração (49) evita a colisão dos dois fluxos de vapor carregados com catalisador, de forma a evitar a formação de uma nuvem de catalisador, o que reduziria a eficiência da coleta de catalisador. Na câmara 5 de separação (50) (geralmente na sua parte superior), os gases hidrocarbonetos (e/ou outros) que estão presentes no produto de vapor hidrocarboneto pirolisado são separados das partículas de catalisador sólido (ou outro), preferencialmente por meio de um efeito centrífugo e/ou inercial que é exercido 10 sobre as partículas sólidas quando a mistura gasosa gira ou é girada de outra forma em um plano substancialmente vertical na câmara de separação (50) (em uma ou mais direções diferentes). A câmara de separação (50) inclui opcionalmente um meio de evitar a recirculação da mistura gasosa, tal como um defletor 15 (não exibido),
Devido às forças centrífugas que são execidas sobre o produto de vapor de hidocarboneto pirolisado na câmara de separação (50), a maior parte das partículas sólidas (catalisador gasto e/ou outras partículas sólidas) separa-se 20 dos gases e essas partículas sólidas separadas deslizam para baixo através da câmara de separação (50) em direção à parte inferior da câmara de separação (50), que inclui pelo menos um dipleg (37). Segundo uma realização da presente invenção, a quantidade de partículas sólidas geralmente varia de cerca de 25 70% a cerca de 95% do total de partículas sólidas que estão presentes no produto hidrocarboneto pirolisado que sai do cano reator ascendente externo (41) e, em outra realização, varia de cerca de 80% a cerca de 90%. Os diplegs (37) permitem partículas sólidas que foram separadas dos gases, que podem 30 capturar uma pequena quantidade de gás entre os seus grãos e gás e líquido adsorvido nos seus poros, para sair da câmara de separação (50) e entrar em um leito de extração adjacente localizado na parte inferior do recipiente do reator (51). Os diplegs (37) podem possuir uma seção cruzada circular, retangular ou outra e geralmente possuem um fundo aberto, preferencialmente sem projeto que restrinja o fluxo de sólidos que sai dos diplegs (37) . Os diplegs (37) podem também ser 5 vedados com um meio de vedação de banheira, que é fluidificado ou possui capacidade de extrair previamente o catalisador separado com vapor. Uma descrição completa de um meio de vedação de banheira útil na prática da presente invenção é incluída na Patente Norte-Americana n° 6.692.552, cujo teor é 10 incorporado ao presente como referência. Outras vedações de diplegs conhecidas dos técnicos no assunto podem também ser empregadas na prática da presente invenção quando desejado (vide, por exemplo, a Patente Norte-Americana n° 5,110,323).
A operação de um leito de extração em um recipiente 15 de reator de uma unidade PCF é conhecida dos técnicos no assunto. Tipicamente, o leito será equipado com membranas, embalagem ou outros dispositivos para fornecer contato íntimo do gás de extração e catalisador. Gás de extração, normalmente vapor, geralmente é adicionado em um ou mais lugares na parte 20 inferior do leito, tal como por meio de um anel de vapor. O gás de extração age para deslocar hidrocarbonetos voláteis restantes do catalisador gasto, de tal forma que esses hidrocarbonetos extraíveis possam ser recuperados e não queimados no regenerador. 0 catalisador extraído é removido em 25 seguida do recipiente de reator (51) por meio de um cano estacionário para transporte para um regenerador, como também é conhecido dos técnicos no assunto.
à medida que a força centrífuga na câmara de separação (50) força os sólidos para as fronteiras da câmara 30 de separação (50), os gases de produtos pirolisados geralmente descascam dos sólidos, assistidos pela membrana (47), que sai da câmara de separação (50) para a câmara de extração (4 9) através de pelo menos uma janela ou abertura de entrada (48).
Além disso, a câmara de extração (49) possui pelo menos um meio de mudança de direção de fluxo (48a) que é definido, em parte, por uma parede externa da câmara de extração (49) e está localizado acima da abertura de entrada (48) . O meio de 5 mudança de direção de fluxo (48a) ajuda a evitar que o catalisador entre através da janela (48).
Como o propósito principal da câmara de separação (50) é elaborar uma separação de corte bruto (mas ainda relativamente completo) das partículas de catalisador sólido 10 (ou outras) dos vapores de produto pirolisado a fim de evitar a pirólise excessiva, a câmara de separação (50) é projetada para elaborar uma rápida separação da maior parte das partículas de catalisador sólido (ou outras) dos vapores de produto pirolisado. Os vapores de produtos pirolisados que 15 deixam a câmara de separação (50), entretanto, são tipicamente capturados com uma parte menor de partículas e/ou finos, que necessitam tipicamente de separação adicional, por exemplo, em um separador secundário de gases e sólidos, tal como um ciclone.
Vapores de produto pirolisado que foram separados da maior parte das partículas sólidas na câmara de separação (50), mas possuem alguns sólidos capturados, saem da câmara de separação (50) por meio da abertura de entrada (48) e são unidos a vapores de extração do leito de extração que entra na 25 câmara de extração (49) através da abertura de entrada de vapor extrator (45). Os vapores de produto pirolisado e vapores de extração (também com alguns particulados de catalisador capturados) são adicionalmente separados das partículas de catalisador capturado em um sistema de ciclone 30 acoplado fechado por meio de um ou mais separadores secundários de sólido e gás (43), tais como ciclones, em que a separação dos gases e partículas sólidas restantes é geral.
Após a passagem através da câmara de extração (49),o efluente de extração resultante, que compreende gás de extração, gases de hidrocarbonetos pirolisados, gases de hidrocarbonetos dessorvidos de partículas sólidas separadas e uma parte menor de catalisador capturado, sai da câmara de 5 extração através de um condutor extrator e para separadores secundários (43) (tipicamente, ciclones conforme bem conhecido dos técnicos no assunto). Nos separadores secundários, a separação de particulados de catalisador capturado dos vapores é essencialmente completada e os vapores saem dos ciclones 10 (43) por meio de condutores de evacuação (42) . Os condutores de evacuação (42) dirigem, por sua vez, os vapores para um coletor de saída de gases (40) do qual os vapores são removidos do recipiente de reator (51) através do condutor de saída de vapor (44). Os vapores são dirigidos em seguida para 15 unidades de processamento abaixo no fluxo conforme bem conhecido dos técnicos no assunto.
Nos separadores de ciclone secundários (43) , as partículas sólidas restantes são separadas dos vapores e removidas por meio de um dipleg (52) no leito de extração de 20 catalisador.
As Figuras 3A a 3D ilustram as seções cruzadas de diversas configurações de entradas múltiplas (ou seja, Figs. 3A, 3C e 3D) que podem ser empregadas no aparelho (10) de acordo com a presente invenção. A Fig. 3B apresenta uma 25 realização específica da presente invenção, que ilustra uma vista superior em seção cruzada de uma configuração de entrada de condutor cruzado de tubo ascendente não dividido (46) , cobertura de reator (51), câmara de separação (50), câmara de extração (49), membrana de partição (47) e membrana (47a), em 30 que a mistura de sólido e gás hidrocarboneto pirolisado entra na câmara de separação (50) diretamente do condutor cruzado de tubo ascendente (46) para imposição sobre a membrana de partição (47) que, por sua vez, divide a mistura de sólido e gás hidrocarboneto em dois fluxos de vapor cuja colisão entre si e formação de uma nuvem de catalisador é evitada pela membrana (47a). A Fig. 3A apresenta uma realização específica da presente invenção, que ilustra uma vista superior de seção 5 cruzada de uma configuração de entrada de condutor cruzado de tubo ascendente em forma de "Y" dividido (46) , cobertura de reator (51), câmara de separação (50) , câmara de extração (4 9) e membrana (4 7a) , em que a mistura de solido e gás hidrocarboneto pirolisado entra na câmara de separação (50) a 10 partir de duas entradas que foi imposta sobre a parte da entrada em forma de "Y" que divide a mistura em dois fluxos de vapor antes da entrada na câmara de separação (50). A membrana (47a) evita que os fluxos de vapor colidam entre si e formem uma nuvem de catalisador. A Fig. 3C apresenta uma realização 15 específica da presente invenção, que ilustra uma vista superior de seção cruzada de uma configuração de entrada de condutor cruzado de tubo ascendente dividido em forma de "ferradura" (4 6), cobertura de reator (51) , câmara de separação (50), câmara de extração (49) e membrana (47a), em 20 que a mistura de sólido e gás hidrocarboneto pirolisado entra na câmara de separação (50) a partir de duas entradas que foi imposta sobre a parte de divisão da entrada em forma de fechadura que divide a mistura em dois fluxos de vapor antes da entrada na câmara de separação (50) . A membrana (47a) evita 25 que os fluxos de vapor colidam entre si e formem uma nuvem de catalisador. A Fig. 3D apresenta uma realização específica da presente invenção, que ilustra uma vista superior de seção cruzada de uma configuração de entrada de condutor cruzado de tubo ascendente dividido em forma de "V" (46), cobertura de 30 reator (51), câmara de separação (50), câmara de extração (49) e membrana (47a) , em que a mistura de sólido e gás hidrocarboneto pirolisado entra na câmara de separação (50) a partir de duas entradas que foi imposta sobre a parte de divisão da entrada em forma de "V"que divide a mistura em dois fluxos de vapor antes da entrada na câmara de separação (50) . A membrana (47a) evita que os fluxos de vapor colidam entre si e formem uma nuvem de catalisador.
A Fig. 4 apresenta uma realização preferida específica da presente invenção, que ilustra uma vista superior em seção cruzada de uma configuração de entrada de condutor cruzado de tubo ascendente isolado (46) que pode ser empregada no aparelho (10) de acordo com a presente invenção.
A configuração de entrada de condutor cruzado de tubo ascendente isolado (46) fornece forças centrífugas/de rotação aprimoradas sobre a mistura de sólido e gás hidrocarboneto pirolisado à medida que entra na câmara de separação (50) . Segundo esta realização, nenhum efeito de "membrana" é imposto 15 diretamente sobre a mistura.
Embora a presente invenção tenha sido descrita era certas realizações preferidas, todas as variações óbvias para os técnicos no assunto destinam-se a enquadrar-se no espírito e escopo da presente invenção, incluindo as reivindicações 20 anexas. Todas as patentes, pedidos de patente e publicações indicadas acima são integralmente incorporadas ao presente como referência.
Claims (10)
1. APARELHO (10) PARA SEPARAR E EXTRAIR UMA MISTURA GASOSA E UM FLUXO DE PARTÍCULAS, caracterizado por compreender: uma cobertura de recipiente de reator (51) tendo um meio para receber uma mistura de gases pirolisados e partículas sólidas catalíticas gastas através de um condutor cruzado de tubo ascendente (46) de um cano reator ascendente (41) localizado fora a dita cobertura de recipiente de reator (51) e que compreende uma parte dilupida superior e uma parte de leito de extração inferior, dito condutor cruzado de tudo ascendente (46) estando em comunicação fluida com o cano reator ascendente (41) e pelo menos uma câmara de separação (50) para o recebimento da dita mistura de gases pirolisados e partículas sólidas catalíticas gastas do mencionado condutor cruzado (46)para separar partículas catalíticas gastas dos gases pirolisados localizado dentro da dita cobertura de recipiente de reator (51) e compreendendo um dipleg (37) para a descarga de partículas catalíticas separadas dentro da dita parte de leito de extração inferior; uma câmara de extração (49) compreendendo pelo menos uma abertura de entrada (48) que se comunica com a dita pelo menos uma câmara de separação (50) para receber gases pirolisados separados da dita pelo menos uma câmara de separação (50); uma abertura da entrada de vapor de extrator (45) para receber gás extraído da dita parte de leito de extração e um condutor extrator (39) para evacuar os vapores da mencionada câmara de extração (49); e, pelo menos um separador de ciclone (43) para receber os vapores da mencionada câmara de extração (49) e compreendendo pelo menos um separador de ciclone dipleg (52) que tem uma saída (38) para o retorno de sólidos separados ao leito de extração e um condutor de evacuação de vapor (42) para a descarga de vapores para um coletor de saída de gás (40) que se comunica com um condutor de saída de vapor (44) para remover vapores separados da mencionada cobertura de recipiente de reator (51), em que a dita câmara de extração (49) é posicionada centralmente no interior da dita cobertura de reator (51) e a dita pelo menos uma câmara de separação (50) é posicionada axialmente sobre a dita câmara de extração (49) e em que a dita câmara de extração (49) ascende em posição central através da dita pelo menos uma câmara de separação (50) a partir de uma posição abaixo para uma posição acima da dita pelo menos uma câmara de separação (50).
2. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita pelo menos uma câmara de separação (50) compreender ainda uma membrana de partição (47) localizado em posição oposta à entrada do condutor cruzado de tubo ascendente (46) para separar a mistura de gases pirolisados e catalisador gasto em dois fluxos que trafegam em volta da circunferência da dita câmara de separação (50).
3. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender adicionalmente uma membrana (47a) em posição oposta à dita membrana de partição (47) e acima da dita pelo menos uma abertura de entrada (48) na dita pelo menos uma câmara de separação (50).
4. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita pelo menos uma abertura de entrada (48) compreender pelo menos um meio de alteração da direção de fluxo de gás (48a) definido em parte por uma parede exterior da câmara de extração (49) localizado acima da pleo menos uma abertura de entrada (48), o dito meio de alteração de direção de fluxo de gás (48a) recebe gases pirolisados separados que trafegam verticalmente para cima após a separação de partículas de catalisador gastas na pelo menos uma câmara de separação (50).
5. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito condutor cruzado de tubo ascendente (46) ser indivisível e a dita pelo menos uma câmara de separação (50) conter uma membrana de partição (47) e membrana (47a).
6. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito condutor cruzado de tubo ascendente (46) ser dividido e a dita pelo menos uma câmara de separação (50) conter uma membrana (47a).
7. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo dito condutor cruzado de tubo ascendente (46) ser indivisível e a dita pelo menos uma câmara de separação (50) conter pelo menos uma membrana (47a).
8. APARELHO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente um meio de injeção de extinção para auxiliar o término e / ou redução de reações térmicas de pirólise.
9. PROCESSO PARA SEPARAR E EXTRAIR UMA MISTURA GASOSA E UM FLUXO DE PARTÍCULAS, que utiliza o aparelho conforme definido na reivindicação 1, o dito processo caracterizado por compreender: i) pirólise de uma matéria-prima de hidrocarboníferos na presença de um catalisador de pirólise no cano reator ascendente (41) localizado externamente à cobertura de recipiente de reator (51) tendo o meio para receber um fluxo de produto pirolisado e catalisador gasto através do condutor cruzado de tubo ascendente (46); ii) separar uma parcela principal de catalisador gasto do dito produto pirolisado na pelo menos uma câmara de separação (50) para formar um fluxo de catalisador gasto e um fluxo de produto pirolisado arrastado com partículas de catalisador gastas; iii) receber vapor de extração e vapor de produto pirolisado da dita pelo menos uma câmara de separação (50) na câmara de extração (49) compreendendo a pelo menos uma abertura de entrada (48) comunicando com a dita pelo menos uma câmara de separação (50) localizada centralmente dentro da cobertura de recipiente de reator (51) e transportando o vapor de produto pirolisado para o pelo menos um separador de ciclone (43) para a recepção de vapores da dita câmara de extração (49) e compreendendo o pelo menos um separador de ciclone dipleg (52) que tem a saída para o retorno de sólidos separados para a parte de leito de extração inferior, em que a dita câmara de extração (49) é posicionada centralmente no interior da dita cobertura de reator (51) e a dita pelo menos uma câmara de separação (50) é posicionada axialmente sobre a dita câmara de extração (49) e em que a dita câmara de extração (49) ascende em posição central através da dita pelo menos uma câmara de separação (50) a partir de uma posição abaixo para uma posição acima da dita pelo menos uma câmara de separação (50); iv) extrair hidrocarbonetos voláteis a partir do catalisador gasto a partir da etapa (ii) na parte de leito de extração inferior; v) separar os hidrocarbonetos voláteis e meios de extração do catalisador extraído gasto na parte de leito de extração inferior; vi) separar adicionalmente partículas de catalisador gastas arrastadas do dito produto pirolisado no dito pelo menos um separador de ciclone (43), e vii) retirar o produto pirolisado através do condutor de evacuação (42) em comunicação com o pelo menos um separador de ciclone (43) para a descarga de vapores para o coletor de saída de gás (40) que se comunica com o condutor de saída de vapor (44) para a remoção de vapores separados a partir da cobertura de recipiente de reator (51).
10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelos ditos meios de extração serem pelo menos um selecionado do grupo consistindo de vapor, nitrogênio e amônia.
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