ES2209559T3 - Aparato separador. - Google Patents
Aparato separador.Info
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Abstract
Un aparato separador de ciclón para separar sólidos de una alimentación que contiene gas-sólido que da lugar a una corriente rica en gas, comprendiendo el separador de ciclón una carcasa circular hueca vertical (1) conectada de forma fluida a una pata de inmersión (8) que tiene en su extremo inferior una válvula de mariposa (14), donde la pata de inmersión (8) tiene una parte inferior (11), caracterizado porque, la parte inferior tiene un diámetro que se incrementa continuamente desde la parte superior (D1) de la parte inferior hasta el extremo inferior (D2) de la pata de inmersión (8) y, por que el ángulo (H) formado por la superficie interior de la parte inferior (11) de la pata de inmersión (8) y el eje vertical (Ax) está entre 0, 2º y 4º.
Description
Aparato separador.
La invención se refiere a un aparato separador de
ciclón para separar sólidos de una alimentación que contiene gas y
sólido. La invención se refiere también al uso de un separador de
ciclón de este tipo en un proceso de craqueo catalítico fluido
(proceso FCC).
Un aparato de este tipo se describe en el
documento US-A-4871514. Esta
publicación de patente describe un separador de ciclón que es
utilizado en un proceso de craqueo catalítico de fluido para
separar el catalizador de los productos de hidrocarburos gaseosos.
El separador de ciclones tiene una pata de inmersión que tiene en
su extremo inferior una válvula de mariposa. Las válvulas de
mariposa hacen referencia también a una válvula de goteo. En
funcionamiento normal, la válvula está en una posición cerrada y el
catalizador se acumulará en la pata de inmersión hasta que alcanza
una altura predeterminada en la pata de inmersión. A esta altura
predeterminada, el peso del catalizador por encima de la válvula de
mariposa solucionará el efecto de desviación que mantiene la
válvula cerrada, de manera que la válvula se abre y el catalizador
es liberado de la pata de inmersión. En funcionamiento normal,
continuará teniendo lugar esta secuencia de etapas. Los documentos
EP-A-383523,
EP-A-488607 y
US-A-4446107 son otras
publicaciones que describen ciclones que tienen una pata de
inmersión y una válvula de goteo o de mariposa en el extremo
inferior de la pata de inmersión.
Un problema encontrado con frecuencia con estos
ciclones es que la pata de inmersión es llenada con catalizador,
mientras que la válvula de mariposa permanece cerrada. Cuando una
pata de inmersión es obstruida de tal forma que el ciclón no
funciona de una manera óptima como un separador
sólido-gas, el proceso de craqueo catalítico de
fluido tendrá que ser interrumpido con el fin de solucionar la
obstrucción. Puesto que los procesos FCC se espera que funcionen
muchos meses e incluso años entre las interrupciones planeadas,
cualquier desconexión inesperada provocará daños económicos
considerables.
El objeto de esta invención es proporcionar un
separador de ciclón que tiene fiabilidad mejorada, es decir, un
separador que no tiene los problemas de obstrucción descritos
anteriormente. Se ha encontrado que cuando se utiliza el siguiente
aparato, se producirá menos obstrucción de la pata de inmersión.
Un aparato separador de ciclón para separar
sólidos de una alimentación que contiene gas-sólido
que da lugar a una corriente rica en gas, el separador de ciclón
que comprende una carcasa circular hueca vertical conectada de forma
fluida a una pata de inmersión que tiene en su extremo inferior una
válvula de mariposa, donde la pata de inmersión tiene una parte
inferior, cuya parte inferior tiene un diámetro que se incrementa
continuamente desde la parte superior de la parte inferior hasta el
extremo inferior de la pata de inmersión y, donde, el ángulo
formado por la superficie interior de la parte inferior de la pata
de inmersión y el eje vertical está entre 0,2º y 4º.
El separador de ciclón de acuerdo con la
invención tiene una carcasa circular hueca vertical. El diámetro de
la carcasa puede variar y, preferentemente, la carcasa tendrá una
parte superior de diámetro constante (D3) y una parte inferior de
diámetro que se declina continuamente de forma adecuada, dando lugar
a una forma frustocónica. El diámetro D3 tiene de forma adecuada
una dimensión entre 0,5 y 3 metros. El diámetro (D4) en el extremo
inferior de la carcasa es adecuado, aproximadamente, al diámetro de
la pata de inmersión conectada a dicho extremo inferior. En otra
forma de realización, está presente una cámara de polvo entre la
parte inferior de la carcasa y la parte superior de la pata de
inmersión. Una cámara de polvo de este tipo tiene como regla un
diámetro más grande (D5) que el diámetro (D1) del extremo superior
de la pata de inmersión. La cámara de polvo tiene de forma adecuada
un fondo formado cónico que permite a los sólidos fluir hacia la
entrada de la pata de inmersión. El diámetro (D1) del extremo
superior de la pata de inmersión puede ser constante para las
ventajas estructurales obvias y tiene de forma adecuada un valor de
entre 0,05 y 0,3 metros. Las varias dimensiones del ciclón,
dependerán de la eficiencia de separación requerida y de las
características de alimentación y pueden calcularse por normas bien
conocidas como se describen en las Páginas 82-88 de
la Sección 20 de Perry's Chemical Engineers' Handbook, Sexta
edición, McGraw Hill 1984.
El separador de ciclón de acuerdo con la
invención, tiene una pata de inmersión que consta de una parte
superior y una parte inferior, donde la parte inferior tiene un
diámetro que se incrementa desde la parte superior de la parte
inferior hasta el extremo inferior de la pata de inmersión. La
longitud de la parte inferior será referida como "L". La
longitud de la parte superior puede ser cero. Las longitudes
típicas (L) de la parte inferior están entre 0,1 y 1,5 metros, y,
preferentemente entre 0,2 y 1 metro.
El diámetro de la parte inferior se incrementará
continuamente desde la parte superior de la parte inferior hasta el
extremo inferior de la pata de inmersión. El ángulo (H) así formado
entre la superficie interior de la parte inferior de la pata de
inmersión y el eje vertical (Ax) está adecuadamente entre 0,2º y 4º
y, más preferentemente entre 0,5º y 2º.
El extremo inferior de la pata de inmersión
constará de una válvula de mariposa. El diseño de esta válvula de
mariposa dependerá en parte del diseño de la abertura de salida de
la pata de inmersión. Por ejemplo, la abertura de salida de la pata
de inmersión puede colocarse en un plano horizontal o en un plano
vertical o en cualquier plano entre horizontal y vertical. Los
ejemplos de posibles diseños que están asociados con estas posibles
aberturas se describen en las publicaciones mencionadas
anteriormente EP-A-383523 y
EP-A-488607, y
US-A-4446107. Muchos diseños para la
abertura de salida incluyen cierto tipo de mezcla de la pata de
inmersión en el extremo inferior. Dentro del significado de esta
invención, la parte inferior de la pata de inmersión es la parte
inferior colocada verticalmente. Esto no excluye, por supuesto, que
la parte del extremo inferior no vertical pueda no tener cierto
tipo de diseño estrechado cónicamente. La invención se refiere
especialmente a las patas de inmersión que tienen solamente un
extremo inferior vertical, donde las aberturas pueden colocarse en
cualquier plano como se describe anteriormente.
La invención se refiere también al
re-equipamiento de un separador de ciclón existente
que tiene una pata de inmersión, preferentemente, que tiene las
dimensiones como se describen anteriormente, pero con una pata de
inmersión de diámetro constante, modificando la parte inferior de la
pata de inmersión con el fin de llegar al separador de ciclón de
acuerdo con esta invención. La válvula de mariposa puede ser de
cualquiera de los diseños conocidos.
Los medios de entrada en un separador de ciclón
para la alimentación de gas-sólidos están
dispuestos de tal manera que, en uso, se produce un movimiento en
torbellino en la carcasa tubular del ciclón. El movimiento en
torbellino o ciclón provocará que los sólidos sean dirigidos a la
pared exterior de la carcasa tubular, donde se deslizan hacia abajo
para ser recogidos, opcionalmente en una tolva de polvo. Desde una
tolva de polvo, los sólidos son retirados del ciclón por medio de la
pata de inmersión, también referida como tubo vertical. El
movimiento en torbellino puede obtenerse por una entrada axial o
tangencial de la alimentación. Si la alimentación entra en el
ciclón, los medios que imparten el movimiento en torbellino
axialmente estarán presentes en la parte superior de la carcasa
tubular, con el fin de impartir sobre la alimentación que se mueve
hacia abajo un movimiento en torbellino o giratorio.
La invención se refiere también a un proceso de
separación de gas/sólidos que hace uso del ciclón como se describe
anteriormente, donde existe una diferencia de presión entre la
carcasa del ciclón y hasta debajo de la abertura de salida de la
pata de inmersión entre 1000 Pa y 40000 Pa, los sólidos tienen
preferentemente un diámetro que oscila entre 1*10^{-6} m y
200*10^{-6} m, y donde los sólidos son catalizadores catalíticos
fluidos de los que los cuales la superficie externa consta
predominantemente de un material de matriz del catalizador.
Ejemplos de los materiales de matriz posibles son
arcillas, es decir, caolín o meta-caolín, alúmina,
sílice, sílice-alúmina, magnesia, titania,
circonia, y sus mezclas. Se ha encontrado que cuando el separador de
ciclones de acuerdo con la invención es utilizado para este proceso,
se produce menos obstrucción en comparación cuando un ciclón que
tiene dimensiones comparables pero no tiene pata de inmersión
estrechada cónicamente.
El separador de ciclón de acuerdo con la
invención es utilizado preferentemente en procesos, preferentemente
un proceso de craqueo catalítico fluido, donde la pata de inmersión
del ciclón no es inspeccionada fácilmente cuando el ciclón está en
uso. Esto es, por ejemplo, la situación en la que se localiza el
extremo inferior de la pata de inmersión dentro de un recipiente en
el que se disponen los sólidos separados. Ejemplos de tales
recipientes, en un proceso de craqueo catalítico de fluido son
reactor/recipientes de disociación, recipientes generadores y
recipientes de almacenamiento de catalizador.
Un proceso de craqueo catalítico fluido comprende
generalmente un reactor en el que se ponen en contacto las
partículas de catalizador y los hidrocarburos gaseosos. El rector
es generalmente un reactor tubular colocado verticalmente referido,
con frecuencia como el reactor elevado a través del cual el
catalizador y los reactivos fluyen de forma concurrente en una
dirección ascendente. En el extremo del elevador, las partículas
del catalizador son separadas del efluente del reactor. Esta
separación es efectuada normalmente por medio de una o más etapas
de separación. Las partículas del catalizador separadas son
recogidas en un recipiente de disociación. En este recipiente, las
partículas del catalizador son disociadas con un gas que contiene
agua para separar algunos hidrocarburos del catalizador. La
disociación se realiza de forma adecuada en un lecho fluidizado
donde el gas de disociación es utilizado como medios para fluidizar
las partículas del catalizador. Las partículas del catalizador
disociadas son enviadas posteriormente a un recipiente generador en
el que se elimina el coque del catalizador por medio de combustión.
El generador es accionado de forma adecuada como un lecho
fluidizado, donde los gases de combustión, que comprenden
normalmente oxígeno, son utilizados como medios para fluidizar las
partículas del catalizador. El catalizador disociado y regenerado
es reutilizado en el proceso. Tanto en el recipiente de disociación
como en el recipiente del regenerador, puede utilizarse de forma
adecuada el separador de ciclón de acuerdo con la invención.
En una forma de realización preferida, el
separador de ciclón de acuerdo con la invención es utilizado como
un ciclón secundario para separar los catalizadores desde el
efluente del elevador de reactor de un proceso FCC. En esta forma
de realización, la separación del catalizador desde el efluente
reactor se realiza por medio de una primera separación que separa el
volumen del catalizador, seguido por un ciclón secundario que
separa la mayoría de las partículas de catalizador restante. El
primer separador puede ser un ciclón o cualquiera de otros medios de
separación gas/solidos. Ejemplos de configuraciones de FCC de este
tipo se describen en las publicaciones de patente citadas
anteriormente US-A-5055177,
US-A-5391289,
EP-A-309244,
EP-A-299650, y
EP-A-275158.
En otra forma de realización preferida, el
separador de ciclón de acuerdo con la invención, es utilizado como
un ciclón primario y especialmente, como un ciclón secundario para
separar las partículas del catalizador FCC del efluente gaseoso de
un regenerador FCC.
La invención deberá ser aclarada adicionalmente
por medio de las siguientes figuras. La figura 1 representa una
sección transversal vertical del aparato separador de ciclón de
acuerdo con la invención.
\newpage
En la figura 1, se muestra un aparato separador
de ciclón de acuerdo con la invención que tiene una carcasa
circular hueca (1), simétrica alrededor de un eje (Ax), conectada
de forma fluida a una pata de inmersión (8), un tubo de salida de
gas (4), medios de entrada (3) para la alimentación
gas-sólidos, dispuestos tangencialmente para crear,
en uso, un flujo de torbellino en la carcasa circular (1). Los
medios de entrada (3) están conectados de forma fluida a un
conducto de entrada (2). La carcasa circular (1) tiene la porción
tubular superior (5) con un diámetro (D3), una envoltura
frustocónica como una porción inferior (6) de la que el diámetro
más pequeño (D4) está en el extremo inferior y una cámara de polvo
(7) que tiene un diámetro (D5). La pata de inmersión (8) tiene una
parte tubular superior (9) de diámetro constante (D1) conectada a la
cámara de polvo a través de la entrada (10) de la pata de
inmersión. Una parte inferior (11) que tiene una longitud (L) con
diámetro que se incrementa desde el diámetro (D1) en la parte
superior (12) de la parte inferior (11) hasta el diámetro (D2) del
extremo inferior (13) de esta parte (11). El ángulo (H) está
formado por la pared del extremo inferior estrechado cónicamente y
el eje (Ax). En el extremo inferior (13), una abertura, que se
coloca en el plano horizontal, se muestra conectada a ella una
válvula de mariposa (14). La válvula de mariposa (14) está equipada
con un contrapeso (15) y se muestra en una posición parcialmente
abierta en la figura 1.
La invención se ilustrará con los siguientes
ejemplos no limitativos.
En un ciclón, equipado con una pata de inmersión
que tiene una parte inferior estrechada cónicamente, se separó una
alimentación de catalizador FCC/gas en un producto de fondo rico en
sólidos y un producto gaseoso pobre en sólidos a temperatura
ambiente. El ciclón tenía una pata de inmersión de 4,5 m de largo
(el flujo de la pata de inmersión se hizo visible utilizando
vidrio) y tenía adicionalmente las dimensiones indicadas en la Tabla
1. El extremo inferior de la pata de inmersión estaba colocado por
encima del nivel del lecho fluidizado, y estaba presente una
válvula de mariposa de contrapeso horizontal. El flujo catalizador
en la pata de inmersión fue de 30 kg/m^{2}s. La diferencia de
presión entre el ciclón y el exterior de la pata de inmersión fue
de 7000 Pa. El ciclo se continuó durante más de 100 minutos y no se
observó obstrucción de la pata de inmersión. El ejemplo se repitió
a diferencias de presión inferiores y no se observó obstrucción de
la pata de inmersión. Solamente se observó la obstrucción cuando la
diferencia de presión se incrementó a valores que exceden 7000
Pa.
Ejemplo
Comparativo
Se repitió el ejemplo 1 excepto que la parte
inferior de la pata de inmersión tenía un diámetro constante. La
diferencia de presión fue de 4500 Pa. Se observó que, incluso a
esta diferencia de presión baja, el flujo de sólidos que deja la
pata de inmersión se interrumpió en 10 minutos. La pata de inmersión
fue llenada completamente con sólidos y el ciclón comenzó a
descargar las partículas del catalizador a través de la salida
superior.
| Parámetro | Referencia | Dimensión | Ej.1 | Ej. Comp.A |
| Diámetro principal ciclón | D3 | mm | 320 | 320 |
| Diámetro principal pata de inmersión | D1 | mm | 80 | 80 |
| Diámetro extremo inferior pata de inmersión | D2 | mm | 94 | 80 |
| Angulo divergente | H | º | 1 | 0 |
| Longitud | L | mm | 400 | 0 |
| Parte divergente contimente | ||||
| Flujo Catalizador | Kg/m^{2}s | 30 | 30 | |
| Diferencia de presión | dP | Pa | 7000 | >4500 |
| Tamaño medio partícula catalizador | mm | 0,075 | 0,075 | |
| Tiempo de operación | Minutos | >100 | <10 |
Claims (6)
1. Un aparato separador de ciclón para separar
sólidos de una alimentación que contiene gas-sólido
que da lugar a una corriente rica en gas, comprendiendo el
separador de ciclón una carcasa circular hueca vertical (1)
conectada de forma fluida a una pata de inmersión (8) que tiene en
su extremo inferior una válvula de mariposa (14), donde la pata de
inmersión (8) tiene una parte inferior (11), caracterizado
porque, la parte inferior tiene un diámetro que se incrementa
continuamente desde la parte superior (D1) de la parte inferior
hasta el extremo inferior (D2) de la pata de inmersión (8) y, por
que el ángulo (H) formado por la superficie interior de la parte
inferior (11) de la pata de inmersión (8) y el eje vertical (Ax)
está entre 0,2º y 4º.
2. Aparato de acuerdo con la reivindicación 1,
donde el ángulo (H) está entre 0,5º y 2º.
3. Re-equipamiento de un aparato
separador de ciclón existente para separar sólidos de una
alimentación que contiene gas-sólido dando lugar a
una corriente rica en gas, comprendiendo el separador de ciclón una
aparato de inmersión (8) que tiene un diámetro constante, donde la
parte inferior de la pata de inmersión existente es modificada
puesto que esta parte inferior tiene un diámetro que se incrementa
continuamente desde la parte superior (D1) de la parte inferior
hasta el extremo inferior (D2) de la pata de inmersión (8), dando
lugar a un separador de ciclón de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1-2.
4. Proceso para separar el gas de sólidos
haciendo uso del aparato como se describe en cualquiera de las
reivindicaciones 1-2, donde existe una diferencia
de presión entre la carcasa de ciclón y debajo de la abertura de
salida de la pata de inmersión de entre 1000 Pa y 40000 Pa, los
sólidos tienen un diámetro que oscila entre 1*10^{-6} m y
200*10^{-6} m y, donde, los sólidos son catalizadores catalíticos
fluidos.
5. Uso de un aparato de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-2, en un proceso de craqueo
catalítico fluido.
6. Uso de acuerdo con la reivindicación 5, donde
el extremo inferior de la pata de inmersión del aparato de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, está
localizado dentro de un recipiente en el que están dispuestos los
sólidos separados.
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