BRPI0704443B1

BRPI0704443B1 - sistema e processo de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos formadas em unidade de craqueamento catalítico fluido com múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação

Info

Publication number: BRPI0704443B1
Application number: BRPI0704443A
Authority: BR
Inventors: De Rezende Pinho Andrea; Medina Dubois Aurélio; Freire Sandes Emanuel; Geraldo Furtado Ramos José; Carlos Casavechia Luiz; Patricio Junior Nelson; Sérgio Freire Paulo; Rolim Cercal Shelton; Kenzo Huziwara Wilson
Original assignee: Petroleo Brasileiro S/A Petrobras
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2018-09-11
Also published as: US20090142241A1; US7967897B2; EP2065458B1; ES2694478T3; EP2065458A1; BRPI0704443A2; PT2065458T

Abstract

sistema e processo de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos formadas em unidade de craqueamento catalítico fluido com múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação. a presente invenção trata de um sistema de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos formadas em unidade de fcc de múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação que compreende interligações entre cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação e o vaso separador, sendo que cada interligação compreende também, duas seções. as seções externas ao vaso separador são inclinadas e se acoplam a uma única seção vertical que penetra no vaso separador, e que possui em sua extremidade inferior, um dispositivo aberto para escoamento do catalisador gasto das suspensões separados nesta seção. nesta mesma seção vertical, ao final de sua parte interna ao vaso separador, estão montados em série dois conjuntos de ciclones, o primeiro conjunto contendo ciclones sem pernas de selagem, e o segundo conjunto, ciclones convencionais de primeiro estágio. a presente invenção também diz respeito a um processo de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos empregando o referido sistema de separação.

Description

(54) Título: SISTEMA E PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO (51) Int.CI.: B04C 5/28 (73) Titular(es): PETRÓLEO BRASILEIRO S/A - PETROBRAS (72) Inventor(es): EMANUEL FREIRE SANDES; LUIZ CARLOS CASAVECHIA; JOSÉ GERALDO FURTADO RAMOS; SHELTON ROLIM CERCAL; AURÉLIO MEDINA DUBOIS; PAULO SÉRGIO FREIRE; NELSON PATRÍCIO JUNIOR; WILSON KENZO HUZIWARA; ANDRÉA DE REZENDE PINHO (85) Data do Início da Fase Nacional: 30/11/2007

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SISTEMA E PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a sistema e processo de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos formadas em unidades de craqueamento catalítico fluido (UFCC) de múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação, doravante denominados “risers”.

Mais especificamente, a presente invenção refere-se a um sistema de terminação de “risers” concebido para ser utilizado na separação de suspensões contendo catalisadores gastos e mistura de hidrocarbonetos craqueados, suspensões estas que se formam na saída de “risers” de UFCC equipadas com mais de um riserem paralelo.

A invenção trata ainda de processo de separação dessas suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos que se formam nestes tipos de unidades. — — — — — — — — — — — — — ^— ~ ^{— — — — —} ’ FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

O objetivo do processo de craqueamento catalítico fluido (FCC) é converter hidrocarbonetos líquidos, de elevado peso molecular, geralmente apresentando ponto inicial de ebulição (PIE) na faixa de 320°C a 390°C, em frações leves de hidrocarbonetos como a gasolina (PIE em torno dos 30°C) e o gás liquefeito de petróleo (pressão de vapor máxima de 15 kgf/cm² a 37,8° C).

As etapas de processo de FCC são de pleno conhecimento de técnicos no assunto e estão descritas em diversas patentes. Considera-se de particular importância o processo descrito na patente brasileira PI 9303773-2, integralmente incorporada como referência.

Uma das etapas do processo de craqueamento catalítico fluido é a separação das partículas gastas de catalisadores da mistura reacional de

2/14 hidrocarbonetos craqueados, que compõem a suspensão que sai dos risers” onde hidrocarbonetos foram postos a reagir em presença de catalisadores específicos. Tal separação, realizada num vaso separador, é feita por intermédio de sistemas que empregam mecanismos de deflexão (sistemas inerciais), os quais se utilizam a força inercial das partículas para segregá-las, ou de sistemas que empregam dispositivos chamados ciclones, os quais se utilizam da força centrifuga para proceder a tal separação.

Os ciclones podem ser classificados em duas categorias. Os ciclones chamados “confinadores”, que se caracterizam por confinar temporariamente, por meio de válvulas especiais tipo “flapper”, por exemplo, as partículas separadas de catalisador gasto em suas partes afuniladas inferior denominadas de “pernas de selagem”, enquanto liberam os vapores de hidrocarbonetos pelos dutos superiores dos mesmos.

Os ciclones sem pernas de selagem, também chamados de “pseudociclones” não retêm as partículas separadas e as liberam assim que separadas, através de suas partos inferiores abertas, diretamente para o vaso separador, enquanto, simultaneamente, liberam os vapores de hidrocarbonetos craqueados pelos dutos superiores dos mesmos.

De modo geral os dispositivos de separação em suas diversas modalidades funcionam adequadamente, porém, novos tipos de petróleo, exigências crescentes de produtividade e de proteção ao meio ambiente exigem aprimoramento dos processos tradicionais de FCC, trazendo dificuldades adicionais para estes sistemas de separação.

Por exemplo, o aumento das taxas de conversão dos hidrocarbonetos à gasolina nos processos de FCC só foi possível depois do desenvolvimento de catalisadores mais estáveis termicamente, com alta seletividade e atividade. Tais características permitiram, ao mesmo tempo, aumentar as temperaturas de operação e diminuir o tempo de residência nos “risers”, criando um problema adicional para os sistemas de

3/14 terminação destes “risers” Tal problema diz respeito às necessidades de tempo de residência nos ciclones e no vaso separador, cuja operação começa a representar uma restrição de velocidade de escoamento desproporcional ao tempo de residência permissível dos reagentes no “riser”

As condições de reação normalmente usadas para maximizar a produção de gasolina, utilizando catalisadores de última geração, podem adotar tempos de residência que chegam a atingir a faixa de 0,2 a 0,1 segundo. Nestas condições, os equipamentos de separação podem consumir mais tempo de separação do que o disponível para contato entre as duas fases nos “riser”, resultando em degradação de produtos, excessiva formação de coque e baixa produção.

Outro problema que surge para os equipamentos de separação são as unidades de FCC de “risers” múltiplos. Surgidas da necessidade de maior flexibilização da operação de refinarias integradas, essas unidades permitem operar cada “riser” em diferentes condições, sendo que, todos eles vão despejar suas misturas reactonais em equipamentos de separação montados no interior de um único vaso separador, onde os catalisadores separados vão ser submetidos às operações de retificação (“stripping”) para depois serem regenerados.

Por conseqüência, isto significa que nos processos mais modernos de FCC houve um aumento simultâneo do volume, da relação catalisador/hidrocarbonetos, da vazão de suspensão a ser separada e da qualidade dos produtos gerados. Tendo em vista que a operação em “risers” tende a ser instável, sendo comum a ocorrência de aumentos súbitos de pressão, da vazão volumétrica e da vazão mássica de catalisadores, da ordem de 2 a 20 vezes a condição original de projeto, conclui-se que aumentou de modo considerável a complexidade não somente da operação, como também do processo de separação de suspensões contendo catalisadores gastos de FCC e hidrocarbonetos

4/14 produzidos em tais unidades. A montagem estrutural e mecânica da unidade além de cara também já não é mais tão simples, dado o grande volume e o peso que a referida unidade adquire ao empregar um sistema de separação para cada “riser”.

Exemplos de operações em unidades de FCC dotadas de múltiplos “r/sers” estão descritos nas patentes brasileiras PI0302325-7 e PI 0205585-6, também incorporadas integralmente como referências, onde se apresentam algumas das diferentes condições de operação que podem ser utilizadas em cada um dos “risers” múltiplos de destes tipos de unidade.

TÉCNICA RELACIONADA

A patente brasileira PI 9303773-2 descreve um sistema de separação que utiliza sistemas de terminação de “risers” isolados especialmente especificado para ser utilizado em processos de FCC, o qual compreende essencialmente um dispositivo separador ciclônico que está diretamente conectado ao “riser” e que é projetado de tal forma a evitar o _ confinamentodos catalisadores coletados através de uma perna. Ou seja, um ciclone desprovido de perna (pseudociclone), aberto em sua seção inferior diretamente para o vaso separador, que aproveita o grande volume do vaso separador para absorver a eventual descontinuidade operacional do “riser”, mantendo uma separação bastante eficiente. Por conseqüência são preservados todos os ganhos devidos à rápida separação entre a fase gasosa reagida e a suspensão de partículas de catalisador com suas atividade e seletividade diminuídas. A fase gasosa de hidrocarbonetos craqueados sofre outras separações antes de ser liberada da unidade para tratamentos posteriores da refinaria.

Descreve também um novo processo de craqueamento catalítico fluido utilizando o dito pseudociclone, que apresenta melhorias em relação ao estado da técnica, sobretudo no aspecto de lidar com a descontinuidade operacional do “riser¹'

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Pesquisas mais recentes indicam que permanece a coexistência da utilização dos sistemas de separação inerciais e dos sistemas compostos por ciclones, tanto confinadores, como não confinadores. As patentes americanas US 5837129 e US 6113777, por exemplo, apresentam dispositivos separadores inerciais do tipo “ramshorn” (chifre-de-carneíro), diretamente ligados a terminações de “risers”, situados internamente ao vaso regenerador, possuindo saídas de gás dispostas horizontalmente acopladas aos mesmos, que vão faceando o dito dispositivo separador desde o centro até ficar acima da parte superior do mesmo. As ditas patentes ensinam que o emprego destes dispositivos provê uma rápida e eficiente separação dos vapores de hidrocarbonetos das partículas de catalisador, e, ao reduzirem o tempo de contato entre os vapores de produtos e as partículas de catalisadores na zona de separação do vaso separador, diminuem o craqueamento térmico destes produtos.

O pedido de patente americano US 2006/0177357 apresenta uma variação_da configuração dos dispositivos de separação descritos ãcirhã onde as deficiências de operação das pernas seladas dos ciclones confinadores são contornadas pelo uso de dispositivos selantes do tipo “pote de selagem” (“bathtub”) que têm furos no fundo para fluidizar os catalisadores ali retidos, e, janelas na parte superior para permitir o escoamento por extravasamento dos catalisadores fluidizados. Tal fluidização é obtida por meio de um gás de retificação, por exemplo, vapor d’água ou outro qualquer gás normalmente utilizado nestas operações de retificação.

A patente brasileira Pl 0405873-9 apresenta um sistema misto de terminação, o qual emprega os dois tipos de dispositivos (inerciais e centrífugos) para a separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos, em unidades de FCC que possuem reator de fluxo descendente (downner”).

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Enfim, a análise do atual estado da técnica indica uma evolução dos processos de FCC, no que diz respeito a adequar-se bem às condições mais severas de operação dos mesmos. Vale dizer, os sistemas de separação conseguem funcionar a contento diante da necessidade de tempos de residência mínimos nos “rísers”, submetidos a altas relações catalisador/hidrocarbonetos e estão resistindo bem às fortes pressões de erosão de material.

Entretanto, a técnica ainda não mostra sistemas de separação capazes de lidar com operações direcionadas para a maximização da produção de olefinas, operações estas que requerem alta relação catalisador/hidrocarbonetos nos rísers”, somada ao uso de “rísers” múltiplos para craquear as correntes recicladas do reator principal, cargas adicionais, e cargas segregadas com processamento em diferentes condições operacionais.

A presente invenção tem por objetivo solucionar este problema propondo um novo sistema de separação, com montagem muito mais simples e compacta, que interliga simultaneamente dispositivos de separação inerciais e centrífugos, sendo estes últimos, tanto confinadores como não confinadores, numa configuração inovadora que possibilita a operação de unidades de FCC de “rísers” múltiplos, sob condições operacionais extremas.

A presente invenção aumenta significativamente a eficiência de separação das suspensões contendo catalisadores gastos e mistura de hidrocarbonetos craqueados, pois somente 10% - 15% do catalisador gasto necessitará ser separado nos ciclones.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção trata de um sistema de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos formadas em unidades de FCC de múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação (“rísers”), que consiste de:

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a) interligações entre cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação “r/sers” e o vaso separador constituídas por duas seções conectadas entre si, sendo que a primeira seção inclinada, inicia na extremidade superior dos “risers”, formando com os mesmos um ângulo agudo, e se encerra no topo da parte externa da segunda seção vertical da interligação, que reúne as interligações e penetra no centro da tampa superior do vaso separador, e que possui um dispositivo de abertura regulável, conectado em sua extremidade inferior, para escoamento de parte do catalisador gasto separado das suspensões;

b) ciclones sem pernas de selagem, localizados no interior do vaso separador, que estão acoplados diretamente às paredes do terço inferior da dita segunda seção vertical das interligações descrita em (a); e

c) ciclones convencionais de primeiro estágio, também _ _ _ localizados no interior do vaso separador, acoplados aos ciclones sem pernas de selagem, por meio de dutos superiores de saída de gases dos ciclones sem pernas descrito em (b), cujas pernas de selagem, desprovidas ou não de dispositivos controladores de retenção de sólidos, se estendem ou não até o interior do leito fluidizado existente no vaso separador.

A presente invenção também diz respeito a um processo de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos, formadas em unidades de FCC de múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação “risers”, empregando o sistema acima referido, processo este que consiste das seguintes etapas;

1. alimentar cargas compostas por catalisadores e hidrocarbonetos em cada um dos “risers” de uma unidade de FCC de múltiplos

8/14 tubos de fluxo ascendente de reação “risers”; j C

2. submeter as ditas cargas a uma reação de craqueamento catalítico fluido, em cada um dos “risers”;

3. após a reação ocorrida em b), fazer com que as suspensões de partículas de catalisadores gastos e hidrocarbonetos craqueados, produzidas na dita reação e expelidas pelas extremidades superiores de cada um dos “risers” (i) atinjam as primeiras seções inclinadas das interligações existentes entre cada um dos “risers” e o vaso separador; (ii) sigam, em fluxo descendente até chegar à segunda seção vertical das interligações existentes entre cada um dos “risers” e o vaso separador, onde as partículas de catalisador gasto começam a se separar dos hidrocarbonetos craqueados; e (iii) escoem para o interior do vaso separador pelo orifício central do cone invertido que está acoplado à extremidade inferior da segunda seção vertical das interligações existentes entre cada um dos “risers” e o vaso _ separador; ———————————————— ^{— — —}

4. forçar a suspensão com o catalisador gasto remanescente do escoamento de (iii) a penetrar nos ciclones sem pernas de selagem, onde mais partículas de catalisador gasto são separadas e escoam para o interior do vaso separador pelas partes inferiores abertas dos ciclones sem pernas de selagem, enquanto, os hidrocarbonetos craqueados gasosos separados da suspensão sobem pelos dutos superiores dos ditos ciclones sem pernas de selagem e chegam aos ciclones convencionais de primeiro estágio para sofrer mais uma etapa de separação; e

5. liberar os ditos hidrocarbonetos craqueados gasosos da unidade de FCC pelos dutos superiores dos ciclones convencionais de primeiro estágio para posterior processamento, enquanto as partículas de catalisadores gastos, separadas da suspensão,

9/14 escoam petas pernas de selagem dos ditos ciclones convencionais de primeiro estágio, entram no leito fluidizado e, depois de retificadas no vaso separador seguem no processo para serem regeneradas e reutilizadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

O sistema e processo de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos da unidade de FCC de “risers” múltiplos (UFCC), objetos da presente invenção, serão agora descritos em detalhe, tendo por base as figuras abaixo referenciadas, que são parte integrante do presente relatório.

A Figura 1 mostra uma representação esquemática do sistema de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos da presente invenção montado no interior de um vaso separador de uma unidade típica de FCC onde são mostrados apenas dois tubos de fluxo ascendente de reação “risers”.

A Figura 2 mostra uma representação esquemática em perspectiva ___do sistema preferido de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos formadas em unidades de craqueamento catalítico fluido (UFCC) de múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação “risers” da presente invenção.

A Figura 3 mostra uma representação esquemática da vista inferior de um corte horizontal da parte interna ao vaso separador do sistema preferido de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos, formadas em unidades de craqueamento catalítico fluido (UFCC) de múltiplos tubos de fluxo ascendente de reação (“risers”) da presente invenção.

A Figura 4 mostra um gráfico representativo das variáveis de operação de teste realizado em planta piloto onde se destacam os resultados obtidos na coleta de catalisadores gastos separados pelo sistema da presente invenção.

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DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Para que seja mais bem compreendida, a descrição detalhada do sistema e do processo de separação de suspensões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos UFCC de “risers” múltiplos, objeto da presente invenção, será feita com base nas figuras, conforme a identificação dos respectivos componentes.

A Figura 1 mostra uma representação esquemática simplificada de um vaso separador (1) típico de uma UFCC no qual são apresentados apenas dois “risers” (2 e 3), dos vários tubos de fluxo ascendente de reação (“risers”) possíveis de compor uma unidade, onde se processam o craqueamento catalítico fluido de hidrocarbonetos de duas cargas A e B, compostas por misturas de hidrocarbonetos e catalisador, que podem ser alimentadas, nos ditos “risers” (2 e 3), em proporções (razão cataiisador/hidrocarboneto), vazões, temperaturas de reação, tempo de residência e misturas de hidrocarbonetos diferentes, mas que, entretanto, não podem usar catalisadores diferentes nem operar a diferentes ___pressões, por razões óbvias o porfoitamonto compreensíveis para os especialistas na matéria.

Depois de submetidas ao craqueamento nos “risers” (2 e 3), as referidas cargas A e B se transformam em suspensões de partículas finamente divididas de catalisadores gastos, e uma mistura de hidrocarbonetos craqueados gasosos em sua maioria (entre 90 e 95% em volume da mistura), e deixam a extremidade superior dos “risers” (2 e 3) para atingir as primeiras seções inclinadas (4 e 5) das interligações entre os referidos “risers” (2 e 3) e o vaso separador (1). A dita inclinação varia numa faixa de 35° a 50°. Nesse ponto as partículas de catalisadores gastos das suspensões sofrem uma primeira deflexão ao atingirem as paredes das seções inclinadas (4 e 5), e, em virtude de terem sua direção drasticamente mudadas, têm suas velocidades reduzidas e, por inércia, começam a se separar da mistura de hidrocarbonetos craqueados.

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As partículas de catalisadores gastos das suspensões oriundas das seções inclinadas (4 e 5) chegam a uma segunda seção vertical (6), que reúne as interligações entre os “rfsers” (2 e 3) e o vaso separador (1), na qual ocorre a separação de boa parte do catalisador gasto da mistura de hidrocarbonetos craqueado. Uma faixa de 80% a 85% da massa de partículas de catalisador gasto escoa por um orifício existente no vértice do cone invertido (7). Esse cone invertido (7) forma um ângulo entre 50° e 70° com a sua geratriz e é dotado de um mecanismo que regula o diâmetro do dito orifício existente em seu vértice que pode fazer variar o dito diâmetro do orifício de 30% a 50 % do diâmetro da base. O cone invertido (7) está localizado na extremidade inferior da dita segunda seção vertical (6) que reúne as interligações entre os “risers” e o vaso separador (1). O diâmetro do orifício é projetado de acordo com a vazão prevista de catalisador gasto, mas pode ser regulado de tal forma que o catalisador gasto arraste o mínimo de gás ao passar pelo orifício.

As partículas de catalisador gasto que ainda permanecerem na suspensão, devido a separação incompleta das mcsma3 na seção verticat (6) das interligações entre os “risers” e o vaso separador (1), da ordem de 10% a 15% da quantidade total de catalisador ativo presente inicialmente nos risers”, serão submetidas à próxima etapa do processo de separação. A suspensão retida na seção vertical (6) é forçada a entrar nos ciclones sem pernas de selagem (8), onde a fase particulada sofre uma rápida separação enquanto a mesma escoa pelas partes inferiores abertas (13) dos ciclones sem pernas de selagem (8) em direção ao leito fluidizado (12) existente no vaso separador (1), e, a fase gasosa sobe pelos dutos superiores (10) dos ciclones sem pernas de selagem (8) até entrar nos ciclones de primeiro estágio (9) onde se efetuarão as etapas finais de separação dos hidrocarbonetos gasosos, os quais seguirão para posterior tratamento pelos dutos superiores (14) dos ciclones de primeiro estágio (9). Os ciclones sem pernas de selagem (8) estão acoplados às

12/14 paredes do terço inferior da segunda seção vertical (6) das interligações dos “risers”, a uma distância de 2 a 3 vezes o diâmetro da dita seção vertical (6) das interligações, acima da extremidade inferior da dita seção vertical em número de pelo menos 3 e eqüidistantes entre si de 120°.

Preferencialmente, os ciclones sem pernas de selagem (8) são usados em número de quatro e estão acoplados à seção vertical (6) das interligações dos “risers” em posições diametralmente opostas. Os ciclones convencionais de primeiro estágio (9) devem ser em mesmo número que os ciclones sem pernas de selagem (8).

As partículas de catalisador arrastadas até este ponto pela corrente dos gases ascendentes são mais uma vez separadas e descem até o leito fluidizado de catalisador (12) do vaso separador (1) pelas pernas de selagem (11) dos ciclones primários, cujas extremidades inferiores encontram-se imersas ou não no dito leito fluidizado (12). A configuração dos ciclones de primeiro estágio (9), assim como a forma de selagem de suas pernas, pode ser qualquer uma das encontradas no estado da técnica. ___________________________Note-se que para tornar mais simples a descrição do sistema, estão apresentados na Figura 1 apenas dois dos quatro ciclones considerados necessários para o mais adequado funcionamento do dito sistema, tanto os sem pernas de selagem (8), como os de primeiro estágio (9).

Para mostrar uma das configurações preferidas do sistema de separação de emulsões de catalisadores gastos e hidrocarbonetos da presente invenção foram anexadas as Figuras 2 e 3.

A Figura 2 mostra uma vista em perspectiva de uma possível UFCC equipada com mais dois “rísers” em paralelo (15 e 16), mostrados em detalhe na Figura 3, além dos “risers” (2 e 3) mostrados na Figura 1, e uma configuração possível de como o sistema de separação da presente invenção ficaria na mesma instalado.

A Figura 3 mostra uma vista inferior de um corte horizontal da parte

13/14 interna ao vaso separador do sistema equipada com mais dois “risers” em paralelo (15 e 16), além dos “risers” (2 e 3) com suas respectivas seções inclinadas (17 e 18) conectadas à seção vertical (6) das interligações entre os “risers” e o vaso separador (1), como ficaria na configuração sugerida acima.

A presente invenção será agora ilustrada por um exemplo, o qual, todavia, não deve ser considerado como limitativo da mesma, mas visando apenas demonstrar que os objetivos da invenção foram plenamente alcançados.

EXEMPLO:

Foram realizados testes em planta piloto, onde foi testada a eficiência do sistema de separação da presente invenção em comparação com um sistema de separação do estado da técnica, em condições similares de operação.

Para avaliação dos resultados obtidos nos testes acima foram considerados os seguintes aspectos principais:

___ a) qualidade visual do escoamento -na entrada dos sistemas de separação;

b) perfil de pressão na unidade, nas diversas condições de operação; 20 c) eficiência de coleta dos ciclones; e

d) erosão na entrada dos ciclones sem pernas de selagem.

As condições de vazão para os testes citados foram:

a) somatório das vazões de ar insuflado nos “nsers⁹'. 800 m³/h;

b) somatório das vazões de catalisador em circulação nos “risers” variando entre 8000 e 10000 kg/h.

Os catalisadores utilizados nos testes citados foram do tipo de catalisadores de equilíbrio. Um deles possuindo uma distribuição de tamanho de partículas com a fração compreendida entre 0 e 40pm, na faixa de 13% a 17% e o outro, também com tamanho de partículas com a fração entre 0 e 40 pm, na faixa de 3%.

UM

A eficiência de coleta foi medida através da quantificação da quantidade de catalisador perdida pelo sistema de separação por balanço ·.v de momento na válvula “flapper” de um ciclone de avaliação, existente na / planta piloto, acompanhamento do tempo entre abertura e fechamento da dita válvula e também o nível de catalisador formado na perna de selagem do citado ciclone.

Conforme mostra o gráfico de operação da unidade piloto mostrado na Figura 4, a eficiência de coleta do sistema de separação da presente invenção alcançou um valor de 99,8%, em peso, 20 kg/h em 10.000 kg/h φ 10 do catalisador alimentado pelo riser foi para o ciclone de avaliação ou de primeiro estágio, quando operando com o furo do cone invertido (7) da segunda seção vertical (6) da interligação “risers” do vaso separador (1) aberto ou descarregando para o vaso separador, indicado na Figura 4 como a Condição I.

Os resultados obtidos para o sistema de separação gás-sólido de acordo com o estado da técnica, sem o uso da pré-separação, ou seja,

--- com o furo do cone invertido (7) da segunda seção vertical (6) da-interligação “risers” do vaso separador (1) fechado ou sem descarregar para o vaso separador, indicado na Figura 4 como a Condição II, indicam φ 20 que a vazão de catalisador arrastada para o ciclone de avaliação ou de primeiro estágio aumentou de 15 kg/h para 90 kg/h o que significa um resultado de eficiência total máximo de coleta de 99% em peso, ou um arraste de seis vezes mais catalisador para o ciclone de primeiro estágio (9).

O sistema de separação da presente invenção também apresentou melhores resultados no tocante a erosão, uma vez que, com a redução da vazão de catalisador para os ciclones, reduz-se a ocorrência de instabilidade na vazão de catalisador na entrada dos ciclones e da erosão na entrada dos mesmos.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO, caracterizado por consistir de:

a) interligações entre cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) e o vaso separador (1) constituídas por duas seções conectadas entre si, sendo que a primeira seção inclinada (4, 5, 17, 18) se inicia na extremidade superior dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16), formando com os mesmos um ângulo agudo, e se encerra no topo da parte externa da segunda seção vertical (6) da interligação, que penetra no centro da tampa superior do vaso separador (1) e que possui um dispositivo de abertura regulável, conectado em sua extremidade inferior, para escoamento de parte do catalisador gasto separado das suspensões;

b) ciclones sem pernas de seíagem (8), localizados no interior do inferior da dita segunda seção vertical (6) das interligações descritas em a); e

c) ciclones convencionais de primeiro estágio (9), também localizados no interior do vaso separador (1), acoplados aos ciclones sem pernas de selagem (8) descritos em b), por meio de dutos superiores de saída de gases (10) e, cujas pernas de selagem (11), desprovidas ou não de dispositivos controladores de retenção de sólidos, se estendem ou não até o interior do leito fluidizado (12) existente no vaso separador (1).
2- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 1,

2/5 caracterizado por o ângulo agudo formado entre os tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) e as primeiras seções inclinadas (4, 5, 17, 18) que compõem as interligações entre os tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) e o vaso separador (1) variar numa faixa de 35° a 50°.
3- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de escoamento de catalisador gasto das ditas suspensões ser um cone invertido (7) e estar acoplado pela sua base à extremidade inferior da seção vertical (6) das interligações de a) formando um ângulo entre 50° e 70 ⁰ com a sua geratríz e dotado de um orifício de abertura regulável em seu vértice.
4- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE vnAUutAWitrt ι V νAIAL111CU rLUiL/v CUM muL11FLUo Iuduo LJfc FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o diâmetro do orifício do cone invertido variar de 30% a 50% do diâmetro da base, sendo o valor definido pela quantidade de catalisador gasto presente na unidade.
5- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os ciclones sem pernas de selagem (8) estarem acoplados às paredes do terço inferior da segunda seção vertical (6) das interligações dos tubos de fluxo ascendente de reação, a uma distância de 2 a 3 vezes o diâmetro da dita seção vertical (6) das interligações, acima da extremidade inferior da dita seção vertical (6).

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6- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por os ciclones sem pernas de selagem (8) serem pelo menos três e estarem acoplados à seção vertical (6) das interligações dos tubos de fluxo ascendente de reação e eqüidistantes entre si de 120°.
7- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por os ciclones sem pernas de selagem (8) serem, preferencialmente, em número de quatro e estarem acoplados à seção vertical (6) das interligações de dos tubos de fluxo ascendente de reação em posições diametralmente opostas.
8- SISTEMA DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES

CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os ciclones convencionais de primeiro estágio (9) serem em mesmo número que os ciclones sem pernas de selagem (8).
9- PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO, caracterizado por consistir das seguintes etapas;

a) alimentar cargas compostas por catalisadores e hidrocarbonetos em cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) de uma unidade de craqueamento catalítico fluido de tubos de fluxo ascendente de reação múltiplos empregando o sistema de

4/5 separação descrito na reivindicação 1;

b) submeter as cargas a uma reação de craqueamento catalítico fluido, em cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16);

c) após a reação ocorrida em (b) fazer com que as suspensões de

5 partículas de catalisadores gastos e hidrocarbonetos craqueados, produzidas na dita reação e expelidas pelas extremidades superiores de cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) atinjam as primeiras seções inclinadas (4, 5, 17, 18) das interligações existentes entre cada um dos tubos de fluxo
10 ascendente de reação (2, 3, 15, 16) e o vaso separador (1); sigam, em fluxo descendente até chegar à segunda seção vertical (6) das interligações existentes entre cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) e o vaso separador (1), onde as partículas de catalisador gasto começam a separar dos

15 hidrocarbonetos craqueados; e escoem para o interior do vaso separador (1) pelo orifício central do cone invertido (7) que está acoptado à extremidade inferior da segunda seção vertical (6) das interligações existentes entre cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) e o vaso separador (1);

20 d) forçar a suspensão com o catalisador gasto remanescente do escoamento pelo orifício central do cone invertido (7) a penetrar nos ciclones sem pernas de selagem (8), onde mais partículas de catalisador gasto são separadas e escoam para o interior do vaso separador (1) pelas partes inferiores abertas (13) do ciclones sem

25 pernas de selagem (8), enquanto, os hidrocarbonetos craqueados gasosos separados da suspensão sobem pelas saídas superiores (10) dos ditos ciclones sem pernas de selagem (8); os hidrocarbonetos craqueados gasosos que sobem pelas saídas superiores (10) dos ditos ciclones sem pernas de selagem (8)

30 chegam aos ciclones convencionais de primeiro estágio (9) para

5/5 sofrer mais uma etapa de separação; e

e) liberar os hidrocarbonetos craqueados gasosos da unidade de craqueamento fluido petas saídas superiores (14) dos ciclones convencionais de primeiro estágio (9) para posterior processamento, enquanto as partículas de catalisadores gastos, separadas da suspensão, escoam pelas pernas de selagem (11) dos ditos ciclones convencionais de primeiro estágio (9), entram no leito fluidizado (12) e, depois de retificadas no vaso separador (1) seguem no processo para serem regeneradas e reutilizadas.

10- PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por as cargas alimentadas em cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) poderem utilizar vazões mássicas, razões catalisador/hidrocarboneto e misturas de
11- PROCESSO DE SEPARAÇÃO DE SUSPENSÕES DE CATALISADORES GASTOS E HIDROCARBONETOS FORMADAS EM UNIDADE DE CRAQUEAMENTO CATALÍTICO FLUIDO COM MÚLTIPLOS TUBOS DE FLUXO ASCENDENTE DE REAÇÃO de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por as reações de craqueamento catalítico fluido em cada um dos tubos de fluxo ascendente de reação (2, 3, 15, 16) ter que ser conduzidas em condições isobáricas e utilizando o mesmo catalisador.

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