ES2262298T3 - Procedimiento y dispositivo para la separacion rapida de particulas solidas y de fluidos gaseosos y su empleo. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para la separacion rapida de particulas solidas y de fluidos gaseosos y su empleo.Info
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Abstract
Dispositivo de separación de partículas sólidas y de fluidos gaseosos que comporta un medio (11) de trasvase rápido para la evacuación de al menos una fracción de los fluidos gaseosos, y al menos un conducto (13) que permite dirigir de arriba a abajo el flujo resultante enriquecido en partículas, hacia una zona de extracción en lecho fluido (18) caracterizado porque está intercalado, entre el medio (11) de trasvase rápido y la zona de extracción (18), un receptáculo (14) abierto por su parte superior, en el cual desemboca el conducto (13), y porque dicho receptáculo (14) comprende en su base al menos un difusor (15) alimentado con gas de fluidización y gracias al cual las partículas sólidas se ponen en régimen de lecho fluido denso (17), de una densidad comprendida entre 300 y 800 kg.m-3, y después pasan por desbordamiento del receptáculo (14) hacia dicha zona de extracción (18) situada debajo.
Description
Procedimiento y dispositivo para la separación
rápida de partículas sólidas y de fluidos gaseosos y su empleo.
La presente invención se refiere a la separación
de partículas sólidas y de fluidos gaseosos. Más concretamente,
tiene como objeto un dispositivo y un procedimiento que permiten
separar, de forma rápida y eficaz al mismo tiempo, partículas
sólidas en mezcla íntima con fluidos gaseosos.
La invención se aplica sobre todo a
procedimientos de tipo térmico o catalítico, en los que unas
partículas sólidas, de efecto esencialmente portador de calor y/o
catalítico, se desplazan en suspensión en el seno de fluidos
gaseosos, de los que deben ser separados seguidamente con rapidez
con el fin de ser regenerados antes de su reutilización.
A continuación se describe la invención en
referencia a unos procedimientos utilizados en la industria
petrolífera y, en particular, al procedimiento de craqueo catalítico
en lecho fluido (comúnmente denominado procedimiento FCC, del inglés
Fluid Catalytic Cracking), en el que las operaciones de separación
gas/partículas deben hacerse de forma particularmente rápida y
eficaz. No obstante, debe entenderse que la invención se aplica a
cualquier procedimiento que necesite una etapa de separación rápida
de partículas sólidas y de fluidos gaseosos.
En el procedimiento FCC, una carga de
hidrocarburos, pulverizados en forma de gotitas finas, se pone en
contacto con unos granos de catalizador de craqueo a alta
temperatura, que circulan en el reactor en forma de lecho fluido
diluido, es decir, en suspensión en el seno de un fluido gaseoso que
asegura o ayuda a su transporte. Al contacto con el catalizador
caliente, se produce una vaporización de la carga, seguida del
craqueo de las moléculas de hidrocarburos sobre los puntos activos
del catalizador. Después de que se haya alcanzado de este modo la
gama de peso molecular deseada, con un descenso correspondiente de
los puntos de ebullición, los efluentes gaseosos de la reacción se
separan de los granos de catalizador. Estos granos de catalizador,
desactivados en razón del coque que se ha depositado en su
superficie, se separan mediante extracción en ese momento, con el
fin de recuperar los hidrocarburos arrastrados, y después se
regeneran por combustión del coque, para finalmente volverlos a
poner en contacto con la carga objeto de craqueo.
Los reactores utilizados son por lo general
reactores verticales de tipo tubular, en los que el lecho fluido
diluido de catalizador se desplaza siguiendo un flujo esencialmente
ascendente (en cuyo caso el reactor se denomina "hacia arriba")
o siguiendo un flujo esencialmente descendente (en cuyo caso el
reactor se denomina "descendente" o "hacia abajo").
De forma ampliamente conocida, la eficacia de
las operaciones de separación de las partículas de catalizador y de
los fluidos gaseosos en los que se suspenden constituye un factor
clave dentro del proceso de craqueo catalítico.
En particular, a la salida del reactor tubular,
es importante separar de forma al mismo tiempo completa y rápida las
partículas de catalizador de los efluentes reactivos gaseosos. De
hecho, es fundamental no prolongar, en el recipiente de separación y
de extracción, el tiempo de contacto entre los efluentes reactivos y
el catalizador, ya que ello acarrea inevitablemente un craqueo
excesivo de dichos efluentes, lo que se traduce en un aumento de la
coquización del catalizador paralelamente a la formación de
productos demasiado ligeros como gases secos (metano, etano,
etileno), en detrimento de los hidrocarburos intermedios deseados
(gasolina, gasóleo). Una separación demasiado lenta o bien
incompleta (arrastre de los efluentes gaseosos al extractor) se ve
pues sancionada por una pérdida importante en términos de
rendimiento y de selectividad del procedimiento.
Hoy en día se utilizan diversos dispositivos
para separar partículas sólidas de un fluido gaseoso en el que están
dispersas. Estos dispositivos de separación, que pueden estar
conectados directamente a la salida del reactor o no, son
esencialmente separadores de tipo balístico, que imprimen un
movimiento de rotación a la suspensión, de tal forma que las
partículas se separan del gas por efecto centrífugo.
Entre los diversos dispositivos existentes, los
más usados en la actualidad son los conocidos por los profesionales
con el nombre de "ciclones". Estos dispositivos están
constituidos por lo general por un recipiente esencialmente
cilíndrico en el que el flujo de gas y de partículas se introduce
tangencialmente y se pone en rotación alrededor de un eje de
enrollamiento sensiblemente vertical. Las partículas concentradas de
esta forma en las paredes del separador caen a la parte inferior de
éste o son evacuadas por un primer conducto que las dirige por lo
general hacia abajo, en dirección a una zona donde son recogidas. El
fluido gaseoso se concentra en la parte superior del separador,
desde la que es evacuado por un segundo conducto, que las lleva
hacia un sistema de tratamiento apropiado.
Este dispositivo presenta la ventaja de efectuar
una separación de muy buena calidad: las partículas separadas
contienen muy poca cantidad de fluidos gaseosos, y a la inversa. No
obstante, este tipo de sistema de separación carece de rapidez. De
hecho, las partículas efectúan varias vueltas completas en el
interior del recipiente cilíndrico, lo que también prolonga y mucho
y de forma indeseable su tiempo de contacto con los fluidos
gaseosos.
Los diversos perfeccionamientos que se han
propuesto en la técnica anterior están destinados a seguir mejorando
la propia calidad de la separación por ciclón, pero no resuelven, e
incluso agravan, el problema de la lentitud de dicha operación.
Así, la patente US 4 446 107 propone mejorar el
rendimiento de los ciclones dotando a la salida de un conducto de
evacuación de las partículas separadas de una válvula inclinada que
se abre regularmente por el peso de las partículas, cuando éstas se
han acumulado en una cantidad suficiente. Esta válvula, cuando está
en posición cerrada, realiza una contrapresión en dicho conducto, de
tal forma que los fluidos gaseosos se aspiran menos en esa
dirección. De ello resulta una mejora del grado de separación.
No obstante, las aberturas y cierres repetidos
de la válvula se traducen en importantes variaciones de la
contrapresión ejercida en el conducto de evacuación de las
partículas separadas. Estas inestabilidades perturban la operación
de separación y, al final, perjudican en gran medida a la calidad de
la misma.
Con el objetivo de remediar la inestabilidad del
sistema mencionado, la patente US 5 055 177 propone instalar,
alrededor de la salida del conducto de evacuación al exterior del
ciclón de las partículas separadas, un recipiente provisto en su
base de un dren de tamaño restringido. Dicho recipiente está
destinado a recoger las partículas separadas que se acumulan de ese
modo alrededor de la salida de dicho conducto y desempeñan así el
papel de una verdadera junta de obturación. Las partículas se
escapan del recipiente por el dren y eventualmente por
desbordamiento (según el tamaño del dren y el caudal de partículas
separadas que llegan por el conducto). El recipiente puede
eventualmente estar provisto de un sistema de inyección de vapor de
forma que se evita la coquización en el interior del mismo.
Las partículas acumuladas de esta forma
alrededor de la salida de dicho conducto efectúan el mismo tipo de
contrapresión que la válvula de estanqueidad descrita en el
documento US 4 446 107 A, pero esta vez de forma constante, con lo
que la calidad de la separación se ve mejorada (mejor índice de
separación). Sin embargo, la mejora se sigue haciendo en detrimento
de la rapidez de la separación: el tapón estanco realizado por la
aglomeración de catalizador a la salida del conducto, al realizar
una contrapresión importante, frena en la misma medida la velocidad
a la que se separan las partículas hacia la parte inferior del
ciclón, y este tipo de sistema solamente prolonga aún más un tiempo
de separación ya de por sí excesivamente largo.
Con el fin de mitigar la falta de rapidez de los
sistemas de separación de tipo ciclónico, se han propuesto otras
técnicas de separación balística, en particular unos separadores de
eje de enrollamiento horizontal, conectados directamente a la salida
del reactor, como los propuestos, por ejemplo, en el documento EP
332 277 A o en el documento FR 2 758 277 A.
El separador descrito en el documento EP 332 277
A imprime una media vuelta, alrededor de un eje horizontal, a un
flujo ascendente de gas y de partículas. Las partículas proyectadas
a las paredes son evacuadas hacia abajo mientras que el fluido
gaseoso es trasvasado por medio de un conducto dispuesto en el eje
de rotación. Este dispositivo presenta la ventaja innegable de
efectuar una separación extremadamente rápida de la mezcla de gas y
de partículas. No obstante, a menudo una parte muy importante del
fluido gaseoso es arrastrada con las partículas sólidas al conducto
de evacuación de las mismas, con lo que se produce un grado de
separación por lo general insuficiente.
Ninguno de los dispositivos citados permite pues
conciliar calidad y rapidez en las operaciones de separación de gas
y de partículas sólidas. Estos dos parámetros parecen incluso
contradictorios, ya que, en la técnica anterior, la mejora de uno se
hace en detrimento del otro.
Para mitigar las insuficiencias de los
dispositivos de la técnica anterior, una solución que se emplea
tradicionalmente en el campo del FCC consiste en emplear un
separador de tipo "rápido" (por ejemplo, de enrollamiento
horizontal) y hacer de tal forma que el conducto de evacuación de
las partículas separadas se hunda directamente en el lecho fluido
denso de extracción de las partículas situado debajo. Ello tiene
como consecuencia, induciendo una contrapresión en dicho conducto de
evacuación, la disminución de la cantidad de los fluidos gaseosos
arrastrados a dicho conducto, con lo que se produce una separación
más eficaz.
Esta solución, simple y poco costosa en teoría,
plantea no obstante numerosos problemas en el momento de su puesta
en práctica. En particular, hay que evitar sumergir con demasiada
profundidad el conducto de evacuación de las partículas separadas en
dicho lecho de extracción, puesto que ello perturba las operaciones
de tratamiento de partículas que se practican en el mismo. En
consecuencia, si se quiere mantener sumergido el extremo del
conducto, hay que mantener sensiblemente constante el nivel de dicho
lecho de extracción, lo que resulta extremadamente restrictivo para
el desarrollo del procedimiento, en el que, al contrario, es
necesario poder admitir unas variaciones del nivel de dicho lecho.
Por ello, en la práctica, esta solución resulta poco juiciosa en la
medida en que perjudica en un alto grado la flexibilidad y los
rendimientos del procedimiento.
Tras sus investigaciones en materia de
separación de los flujos gaseosos y de partículas, la Solicitante ha
puesto a punto un dispositivo y un procedimiento que permiten
remediar, de forma simple y eficaz, las insuficiencias de la técnica
anterior. En particular, la invención propone una solución original,
que permite conciliar cantidad y rapidez en las operaciones de
separación de las mezclas de fluidos gaseosos y de partículas
sólidas.
A tal efecto, el objeto de la presente invención
es un dispositivo de separación de partículas sólidas y de fluidos
gaseosos que comporta un medio de trasvase rápido, de un tipo
ampliamente conocido, para la evacuación de al menos una fracción de
los fluidos gaseosos, y al menos un conducto que permite dirigir de
arriba a abajo el flujo restante enriquecido en partículas, hacia
una zona de extracción en lecho fluido de un tipo también
ampliamente conocido.
Este dispositivo se caracteriza porque está
intercalado, entre dicho medio de trasvase rápido y la zona de
extracción, un receptáculo abierto por su parte superior, en el que
desemboca dicho conducto, y porque dicho receptáculo comprende en su
base al menos un difusor alimentado con gas de fluidización y
gracias al cual las partículas sólidas se ponen en régimen de lecho
fluido denso de una densidad comprendida entre los 300 y los 800
kg.m^{-3}, y después se derraman por desbordamiento de dicho
receptáculo hacia dicha zona de extracción situada debajo.
En la presente invención, se entiende por medio
de trasvase rápido cualquier medio ampliamente conocido que permita
eliminar de la mezcla de fluidos gaseosos y de partículas sólidas al
menos una fracción de dichos fluidos, en un intervalo de tiempo lo
más corto posible, ventajosamente inferior a un segundo,
preferentemente inferior a 0,5 segundos y, más preferentemente,
inferior a 0,2 segundos. El objetivo de este medio no es efectuar
una separación perfecta de los fluidos gaseosos y de las partículas,
como las realizadas con los separadores de tipo ciclónico. Se trata,
al contrario, de una separación más basta, cuyo objetivo es retirar,
lo más rápidamente posible, lo esencial de las partículas de los
fluidos gaseosos, con el fin de evitar que estas últimas permanezcan
en contacto prolongado con partículas.
A tal efecto pueden emplearse diversos medios.
De forma ventajosa, el medio de trasvase está constituido por un
sistema de separación balística de eje de enrollamiento horizontal,
que imprime a la mezcla objeto de separación una rotación de un
ángulo comprendido entre 30 y 190 grados alrededor del eje,
trasvasando lateralmente al menos una fracción de los fluidos
gaseosos. A tal efecto, los separadores como los descritos en la
solicitud de patente FR 2 758 277 constituyen uno ejemplos
excelentes de este tipo de medio de trasvase.
Así, el dispositivo según la invención realiza
una primera separación extremadamente rápida (trasvase rápido de una
fracción de los fluidos gaseosos), y por lo tanto relativamente
basta, y después dirige hacia abajo el flujo resultante enriquecido
en partículas, pero que sigue conteniendo fluidos gaseosos, y hunde
dicho flujo directamente en el interior de dicho receptáculo, en el
seno de un lecho fluido de una densidad comprendida entre 300 y 800
kg.m^{-3}.
Para este tipo de margen de densidades, se ha
comprobado que la cantidad de fluidos gaseosos arrastrados en el
flujo resultante de la primera separación ha disminuido
notablemente: una contrapresión regular y sobre todo óptima se
ejerce al nivel de la salida del conducto de transporte hacia abajo
del flujo resultante, de tal forma que se evacúa una cantidad máxima
de fluidos gaseosos, arriba, en el medio de trasvase rápido, sin que
ello induzca no obstante una perdida en términos de rapidez de la
operación de trasvase. Contrarrestando así el fenómeno de arrastre
de los fluidos gaseosos, se mejora sensiblemente la calidad de las
separaciones rápidas, sin degradación alguna de su rapidez.
El dispositivo según la invención permite así
responder a los objetivos antes mencionados, es decir, conciliar
rapidez y calidad de las operaciones de separación de fluidos
gaseosos y de partículas sólidas, sin los inconvenientes inherentes
a las técnicas de la técnica anterior.
En particular, el conducto de transporte hacia
abajo del flujo resultante enriquecido en partículas no se hunde en
el lecho de extracción de las partículas separadas. Al contrario,
desemboca en un lecho fluido intermedio de la densidad escogida y
que es completamente independiente de dicho lecho de extracción, ya
que está íntegramente contenido en un receptáculo situado
encima.
Se mejora así la eficacia de la separación, sin
que ello disminuya en modo alguno la flexibilidad operativa del
procedimiento: el nivel del lecho de extracción ya no tiene ninguna
incidencia sobre la eficacia de la separación, y puede variar en la
misma medida en que sea necesario para el buen desarrollo del
procedimiento.
Por otra parte, el hecho de que el conducto de
transporte hacia abajo del flujo enriquecido en partículas no
desemboque directamente en el lecho de extracción permite evitar la
perturbación de las operaciones de tratamiento de partículas que se
practican en él. De hecho, la introducción, directamente en el
interior del lecho de extracción, de partículas no tratadas y
acompañadas por una cantidad variable de fluidos gaseosos, tiene
como consecuencia directa que se mezcle el fluido gaseoso y unas
partículas no tratadas con unas partículas tratadas parcialmente
que, de este modo, vuelven a contaminarse. Gracias al dispositivo
según la invención, las partículas se escapan de dicho receptáculo
por desbordamiento y caen así a la superficie del lecho de
extracción situado debajo, en el que pueden entonces ser tratadas
progresivamente a medida que avanzan en dicho lecho, a
contracorriente de un fluido de
tratamiento.
tratamiento.
Además, el dispositivo según la invención
permite no solamente actuar sobre a calidad de la separación
disminuyendo el índice de fluidos gaseosos arrastrados con el flujo
enriquecido en partículas, sino que también permite perfeccionar
dicha separación. De hecho, la cantidad restante de fluidos gaseosos
arrastrados con las partículas llega al lecho fluido denso contenido
en el receptáculo, en el que es separada de las partículas, puesto
que es arrastrada hacia arriba por el gas de fluidización que se
escapa de dicho lecho fluido denso, mientras que las partículas se
desbordan del receptáculo y se derraman hacia abajo. El dispositivo
según la invención realiza así una verdadera separación secundaria,
debajo del medio de trasvase.
Por último, en el caso de las unidades que ya
comportan un sistema de separación preparado para trasvasar de forma
rápida una fracción de los fluidos gaseosos, el dispositivo según la
invención resulta particularmente simple de poner en práctica, ya
que basta con intercalar, debajo de dicho sistema, al pie del
conducto o de los conductos de transporte del flujo enriquecido en
partículas, uno o varios receptáculos provistos de un difusor y de
un medio de alimentación de gas de fluidización. Fácil de poner en
práctica y relativamente poco costoso, el dispositivo según la
invención resulta pues extremadamente ventajoso en el marco de la
modernización de unidades existentes.
La invención engloba también el procedimiento de
separación asociado al dispositivo descrito y tiene como objeto, en
consecuencia, un procedimiento de separación de partículas sólidas y
de fluidos gaseosos, en el que se efectúa una etapa de trasvase
rápido de una duración inferior a un segundo, que permite evacuar al
menos una fracción de los fluidos gaseosos, y después dirige hacia
abajo, con ayuda de al menos un conducto, el flujo resultante
enriquecido en partículas, hacia una zona de extracción en lecho
fluido de tipo ampliamente conocido, caracterizándose dicho
procedimiento porque se introduce el flujo resultante directamente
en el interior de un lecho fluido denso de partículas de una
densidad comprendida entre 300 y 800 kg.m^{-3}, dispuesto sobre la
zona de extracción y contenido íntegramente en al menos un
receptáculo fuera del cual se derraman las partículas por
desbordamiento hacia la zona de extracción situada debajo.
Una primera ventaja del procedimiento según la
invención es que confiere al usuario un control de los parámetros de
la separación. De hecho, ya que el lecho fluido denso contenido en
el receptáculo es totalmente independiente del resto de la unidad,
es posible hacer que varíe su densidad, por ejemplo ajustando el
caudal D1 del gas de fluidización introducido en el receptáculo, lo
que tiene como consecuencia que varíe la contrapresión ejercida a la
salida del conducto de transporte hacia abajo de dicho fluido
resultante enriquecido en partículas.
En particular, es ventajoso regular el caudal D1
del gas de fluidización introducido en el receptáculo en función de
la cantidad de los fluidos gaseosos que son arrastrados, a la salida
del trasvase, en el flujo resultante enriquecido en partículas.
Sobre todo, se puede ajustar dicho caudal D1 de forma que se
mantiene, a la salida del conducto de transporte hacia abajo del
flujo resultante enriquecido en partículas, una contrapresión
suficientemente elevada para que la cantidad de fluidos gaseosos
arrastrada con el flujo resultante enriquecido en partículas sea
inferior o igual al 15%, preferentemente inferior o igual al 5%, de
la cantidad inicial de fluidos gaseosos objeto de separación de las
partículas sólidas.
Se puede ajustar así el grado de separación al
nivel requerido y hacerlo variar si es necesario, flexibilidad
operativa que no permite ninguno de los sistemas descritos en la
técnica anterior.
Según la invención, el lecho de partículas
contenido en el receptáculo se mantiene ventajosamente en el estado
fluido mediante la introducción, en su parte inferior, de al menos
un gas de fluidización, con un caudal D1 tal que la densidad de
dicho lecho esté comprendida entre 300 y 800 kg.m^{-3} y,
preferentemente, entre 600 y 700 kg.m^{-3}.
Por otra parte, es particularmente ventajoso
ajustar el caudal D1 del gas de fluidización de forma que se
mantenga la velocidad superficial de dicho gas en el lecho fluido
denso de partículas contenido en el receptáculo en un valor
comprendido entre 0,1 y 40 cm.s^{-1} ambos incluidos y,
preferentemente, comprendido entre 0,1 y 20 cm.s^{-1} ambos
incluidos.
El gas de fluidización puede ser gas en su
totalidad o una mezcla gaseosa compatible con el procedimiento. En
particular, y ello constituye una ventaja innegable del
procedimiento según la invención, el gas de fluidización puede
escogerse de forma que se realice un tratamiento previo de las
partículas río arriba del tratamiento que se practicará en la zona
de extracción situada debajo.
En particular, el gas de fluidización
introducido contiene ventajosamente vapor de agua, solo o mezclado
con otros gases, lo que permite realizar una verdadera extracción
previa, favoreciendo la desorción de la parte más volátil de los
fluidos gaseosos absorbidos sobre las partículas sólidas o
arrastradas a los poros de las mismas. Las partículas, cuando llegan
después a la zona de extracción, están pues menos
"contaminadas" y la calidad de la operación de extracción en
lecho fluido se ve sensiblemente mejorada.
Además, el gas de fluidización puede comprender,
en pocas cantidades, unos constituyentes que tienen como función
efectuar un tratamiento previo de las partículas sólidas, como un
acondicionamiento o una pasivación, lo que permite facilitar y
mejorar los tratamientos ulteriores a los que se someterán las
partículas sólidas, no solamente la regeneración de dichas
partículas.
En el dispositivo según la invención, el
receptáculo está colocado de forma que el conducto de transporte
hacia abajo del flujo resultante enriquecido en partículas desemboca
directamente en el interior de dicho receptáculo, en el lecho fluido
denso de partículas que contiene, con una altura de desbordamiento H
ventajosamente comprendida entre 50 cm y 2 m, ambos incluidos, y,
preferentemente, entre 50 cm y 1 m, ambos incluidos. El término
altura de desbordamiento designa la longitud de dicho conducto que
está sumergida en el lecho fluido denso de partículas y corresponde
a la diferencia de altura entre el extremo inferior del conducto de
transporte y el extremo superior de las paredes laterales del
receptáculo.
Además, la superficie lateral, a la salida del
conducto de transporte hacia abajo del flujo resultante enriquecido
en partículas, está comprendida preferentemente entre 0,7 y 1,5
veces la sección de dicho conducto. El término superficie lateral
designa la superficie del tubo cilíndrico hueco ficticio, de sección
igual a la sección del conducto de transporte, y de altura h igual a
L - H, designando L la altura del lecho fluidizado denso contenido
en el receptáculo y H la altura de desbordamiento. Dicho de otro
modo, se trata de la superficie del tubo cilíndrico hueco ficticio
que prolongaría el conducto de transporte hasta la base del lecho
fluidizado denso.
El receptáculo comporta en su base al menos un
difusor que permite alimentar el lecho de partículas de gas de
fluidización. Este difusor es a su vez alimentado con gas de
fluidización por una línea, ventajosamente provista de un medio de
regulación del caudal D1 de dicho gas. Ello permite ajustar el
caudal D1 de forma precisa, sobre todo de forma que se optimice la
densidad del lecho fluidizado de partículas contenido en el
receptáculo.
Ventajosamente, el caudal D1 del gas de
fluidización se ajusta de forma que se mantenga la velocidad
superficial de dicho gas en el lecho fluidizado denso de partículas
contenido en el receptáculo en un valor comprendido entre 0,1 y 40
cm.s^{-1}, ambos incluidos, y, preferentemente, entre 0,1 y 20
cm.s^{-1}, ambos incluidos.
El difusor puede estar constituido por cualquier
medio que permita liberar, de forma homogénea y dividida finamente,
el gas de fluidización en la base del lecho de partículas que
contiene el receptáculo. Puede, por ejemplo, estar constituida por
una disposición de uno o varios tubos, eventualmente dispuestos en
haz, regularmente provistos de hendiduras o de orificios con el fin
de permitir una mejor distribución del gas de fluidización. De forma
particularmente ventajosa, el difusor está constituido por un tubo
anular, dispuesto de forma aplanada en la parte inferior del
receptáculo y provisto de hendiduras o de orificios en su mitad
superior.
Según un modo de realización preferente, el
difusor está constituido por una cámara que ocupa la parte inferior
del receptáculo y cuya pared superior, sobre la que reposa el lecho
fluido denso de partículas, está perforada regularmente con
orificios de pequeño tamaño, por los que se distribuye el gas de
fluidización sobre toda la superficie del lecho fluido.
El receptáculo está delimitado ventajosamente
por una o varias paredes inferiores que constituyen su fondo, que
está rodeado de una o varias paredes laterales sensiblemente
verticales, que forman de este modo un "recinto" desprovisto de
cubierta. Su sección transversal puede ser de una forma cualquiera y
es ventajosamente circular, cuadrada o rectangular.
Las dimensiones de este receptáculo dependen del
espacio del que se dispone entre el medio de trasvase rápido y la
zona de extracción situada debajo. Éstas son preferentemente de tal
forma que el lecho fluido denso contenido en este receptáculo sea de
un tamaño mucho menor que el del lecho fluido de extracción. La
sección del receptáculo es imperativamente superior a la del
conducto de transporte hacia abajo del flujo enriquecido en
partículas, ya que dicho conducto desemboca directamente en dicho
receptáculo. La sección del receptáculo está ventajosamente
comprendida entre 1,5 y 6 veces la del conducto o los conductos que
se hunden en él.
Por otra parte, el receptáculo está constituido
por un material escogido para resistir las condiciones operativas
del procedimiento en cuestión. En el caso del craqueo catalítico, el
material en cuestión debe resistir, por una parte, unas temperaturas
muy elevadas y, por otra parte, la atrición debida a la circulación
muy rápida de las partículas de catalizador. En ese caso, puede
estar constituido, por ejemplo, por acero refractario y/o de
cerámica.
Según un modo de realización preferente, el
receptáculo está provisto en su base de uno o varios orificios o
drenes, de sección total comprendida entre el 3% y el 20% de la
sección del receptáculo. Este tipo de sistema permite evacuar por la
base del receptáculo eventuales aglomeraciones de partículas, así
como residuos diversos como los de metales u otros materiales
constitutivos de la unidad y que hayan sido arrancados y arrastrados
por las partículas que circulan por lo general a una velocidad
elevada. Una fracción de las partículas se derrama entonces también
por este orificio, pero la sección reducida de éste con respecto a
la del receptáculo es de tal forma que la mayor parte de las
partículas salen por arriba del receptáculo, por desbordamiento de
éste.
De forma ventajosa, el borde superior de la
pared o las paredes del receptáculo está cortado en dientes de
sierra. Este tipo de corte permite, en el momento en el que las
partículas se desbordan, favorecer la separación y el arrastre hacia
arriba de la fracción restante de los fluidos gaseosos que no han
sido evacuados por el medio de trasvase y han sido arrastrados al
receptáculo, con dicho flujo resultante enriquecido en partículas.
Este corte favorece también el derrame por desbordamiento de las
partículas sólidas fuera del receptáculo, así como una distribución
homogénea, a modo de lluvia, de dichas partículas en la superficie
del lecho fluido de extracción situado debajo, sin perturbar las
operaciones de tratamiento que se practican en este último.
En el dispositivo según la invención, el
receptáculo está colocado sobre la zona de extracción, al pie del
conducto o de los conductos que evacúan dicho flujo resultante
enriquecido en partículas fuera del medio de trasvase rápido, y lo
dirigen hacia abajo. El receptáculo puede mantenerse en esta
posición por diversos medios como, por ejemplo, uno o varios brazos
unidos a unas paredes internas o a otros elementos fijos en el
interior de la unidad. Así, puede ventajosamente estar sostenido
por tres brazos espaciados en 120ºC y fijados a las paredes internas
del recipiente en el que se efectúa la separación.
Entre los medios de trasvase rápido susceptibles
de ser empleados en la invención, algunos dividen la mezcla de
fluidos gaseosos y de partículas sólidas objeto de separación, lo
que permite un mejor trasvase de dichos fluidos. Es el caso, por
ejemplo, de sistemas como los descritos en el documento EP 332 277
A, en el que un trasvase lateral de los fluidos gaseosos se efectúa
simultáneamente en una pluralidad de cámaras de separación
paralelas. En ese caso, el flujo resultante enriquecido en
partículas está en realidad constituido por al menos dos flujos,
dirigidos por separado hacia abajo por al menos dos conductos
sensiblemente paralelos, por lo general verticales.
Por descontado, la invención engloba también
esta forma de puesta en práctica y diversas variantes son en ese
caso posibles.
Según una primera variante, los conductos
desembocan cada uno al interior de un receptáculo independiente que
contiene un lecho fluido de partículas de densidad apropiada.
Según una segunda variante, al menos dos
conductos desembocan en un receptáculo común, que contiene un solo y
el mismo lecho fluido denso de partículas. Esta solución presenta la
ventaja de evitar multiplicar el número de lechos fluidos, y de
reducir así los equipamientos necesarios (receptáculos, difusores de
gas de fluidización,...).
En el procedimiento según la invención, la
temperatura del lecho fluidizado denso contenido en el receptáculo
puede ser igual o, al contrario, diferente del lecho de extracción
situado debajo. Según un modo de realización preferente, la
temperatura de dicho lecho fluidizado denso es superior a la del
lecho de extracción, lo que permite favorecer la separación de la
cantidad restante de fluidos gaseosos arrastrados con las partículas
al receptáculo. De hecho, el arrastre de dichos fluidos gaseosos
restantes por el gas de fluidización introducido en el receptáculo
es mejor a una temperatura más elevada. La temperatura de este lecho
fluidizado denso puede controlarse de diversas formas, en particular
regulando de forma apropiada la temperatura del gas de fluidización
introducido en el receptáculo.
La invención puede utilizarse en cualquier
procedimiento industrial que necesite una etapa de separación rápida
y eficaz de fluidos gaseosos y de partículas sólidas, entre los
cuales están, en particular pero sin limitarse a ellos,
procedimientos del tipo de los craqueos térmicos en lecho
fluidizado.
En el caso del craqueo catalítico en lecho
fluido, la invención puede, de forma particularmente ventajosa,
ponerse en práctica al nivel de la etapa de separación efectuada, a
la salida del reactor, entre los efluentes reactivos (hidrocarburos
en estado gaseoso) y las partículas de catalizador desactivadas, ya
sea el reactor de tipo "hacia arriba" o "hacia abajo".
A continuación se describirán con mayor detalle
diversas formas de puesta en práctica de la invención, en referencia
a los dibujos adjuntos. Éstos solamente pretenden ilustrar la
invención y no tienen por tanto ningún carácter limitativo, pudiendo
el dispositivo y el procedimiento objeto de la presente invención
ponerse en práctica según una gran cantidad de variantes.
En dichos dibujos:
La figura 1 representa una unidad de craqueo
catalítico equipada con un reactor de flujo esencialmente
ascendente, a la salida del cual está integrado un dispositivo de
separación conforme a la invención.
Las figuras 2 y 3 son vistas más detalladas de
variantes del receptáculo equipado con distintos tipos de difusores
de gas de fluidización.
La figura 4 es una vista esquemática que ilustra
la utilización del dispositivo conforme a la invención, en el caso
de una unidad de craqueo catalítico equipada con un reactor de flujo
esencialmente descendente.
Se hará referencia en primer lugar a la figura
1, que ilustra una forma de puesta en práctica del dispositivo de
separación rápida conforme a la invención, destinada a efectuar la
separación de las partículas de catalizador y de los efluentes
reactivos a la salida de un reactor de una unidad de craqueo
catalítico, siendo dicho reactor de flujo esencialmente
ascendente.
Esta unidad es de un tipo ampliamente conocido.
Comprende sobre todo un reactor en forma de columna 1, denominado
elevador de carga o "hacia arriba", alimentado en su base por
una línea 2 con partículas de catalizador regenerado, con un caudal
controlado por medio de una válvula de regulación 3. Un gas
elevador, por ejemplo, vapor de agua, es introducido en la columna 1
por una línea 5, por medio de un difusor 4, mientras que la carga
objeto de craqueo está encaminada por medio de una línea 7 e
inyectada en el reactor por medio de inyectores 6.
En la parte superior de la columna 1, la carga
craqueada y las partículas de catalizador desactivadas son dirigidas
hacia un recipiente 10, en el que se efectúa la separación de los
efluentes reactivos y de las partículas, así como la extracción de
estas últimas.
En el recipiente 10, una etapa de trasvase
rápido se realiza en menos de 0,2 segundos por medio de un separador
balístico 11, que imprime al flujo de gas y de partículas una
rotación de un ángulo de 90 grados alrededor de un eje horizontal,
lo que tiene como consecuencia la proyección de las partículas a la
periferia, mientras que una parte de los efluentes gaseosos es
trasvasada lateralmente, mediante un conducto 12 que parte del eje
del separador 11. El flujo resultante, enriquecido en partículas, es
dirigido hacia abajo por un conducto 13 sensiblemente vertical.
Conforme a la invención, el conducto 13
desemboca directamente en el interior de un receptáculo 14, en el
que las partículas se mantienen en el estado de lecho fluido denso
17 mediante la introducción de un gas de fluidización, por medio de
un difusor 15 alimentado por una línea 16. Dicho gas de fluidización
se introduce con un caudal regulado, de forma que se mantenga la
densidad del lecho fluido 17 en un valor comprendido entre 300 y 800
kg.m^{-3}, teniendo en cuenta el tamaño del receptáculo 14 y el
caudal de partículas que llega por el conducto 13.
El receptáculo 14 está abierto en su parte
superior, de tal forma que las partículas de catalizador se
desbordan y se derraman en un lecho fluido de extracción 18 situado
debajo, en el que se separan a contracorriente de un fluido de
extracción, por lo general vapor de agua, dirigido por una línea 20
e introducido mediante inyectores o difusores 19 de gas de
fluidización dispuestos regularmente en la base del recipiente
10.
Los efluentes gaseosos trasvasados al nivel del
separador rápido 11 contienen por lo general además, en cantidades
menores, partículas de catalizador que han sido aspiradas al
conducto 12. En ese caso, es necesario prever uno o varios medios de
separación secundarios que permitan realizar una separación más
potente que la efectuada al nivel del separador rápido 11. Estos
medios de separación secundaria están ventajosamente constituidos
por ciclones, que permiten eliminar del efluente reactivo la
totalidad de las partículas restantes. En este caso, el conducto 12
de trasvase de los efluentes gaseosos desemboca en la entrada de un
ciclón 21, alojado en el recipiente 10, en la parte superior 22 de
la que se recogen los efluentes de la reacción y son dirigidos por
una línea de evacuación 23 hacia una zona de fraccionamiento no
representada.
Las partículas desactivadas de catalizador
separado mediante extracción son evacuadas a la base del recipiente
10 hacia un regenerador 26, por medio de un conducto 24, sobre el
que está prevista una válvula de regulación 25. En el regenerador
26, el coque depositado sobre las partículas del catalizador se
quema con ayuda de aire o de otro gas rico en oxígeno, inyectado en
la base del regenerador por una línea 29, que alimenta a unos
inyectores o difusores 28 regularmente espaciados. Las partículas
del catalizador arrastradas por el gas de combustión son separadas,
por ejemplo, por unos ciclones no representados y el gas de
combustión es evacuado por una línea 31, mientras que las partículas
de catalizador se derraman por una línea 35 en el recipiente 30,
desde el que son recicladas mediante la alimentación del elevador 1
por el conducto 2.
Las características dimensionales y operativas
de una unidad del tipo de la representada en la figura 1 son
habitualmente las siguientes:
- -
- altura del reactor-elevador 1: 5 a 40 metros,
- -
- caudal total de alimentación del elevador 1 en carga o cargas objeto de tratamiento: 2.000 a 15.000 toneladas diarias,
- -
- caudal de alimentación del reactor 1 en catalizador: 3 a 50 toneladas por minuto,
- -
- temperatura o temperaturas de precalentamiento de las cargas objeto de tratamiento: 70 a 450ºC,
- -
- temperatura de craqueo en el reactor 1, debajo de la zona de inyección: 500 a 600ºC,
- -
- presión operativa en el reactor 1: 0,5.10^{5} a 5.10^{5} Pascales relativos,
- -
- tiempo de estancia de la carga en el elevador 1: 0,1 a 10 segundos,
- -
- temperatura de regeneración del catalizador: 600 a 950ºC,
- -
- tiempo de estancia del catalizador en el regenerador 26: 2 a 10 minutos.
La figura 2 es una vista más detallada del
receptáculo 14 de la figura 1, en la que unas flechas indican el
sentido de circulación de las partículas y de los diferentes fluidos
presentes.
El flujo enriquecido en partículas provinente de
dicha etapa de trasvase rápido es dirigido hacia abajo (flecha
a) al interior del conducto 13 que lo introduce directamente
en la mitad superior del lecho fluido denso 17 de altura L,
contenido en el receptáculo 14.
Preferentemente, el receptáculo 14 está colocado
de tal forma que la altura de desbordamiento H esté comprendida
entre 50 cm y 2m, por ejemplo igual a 80 cm. Por otra parte, la
superficie lateral a la salida del conducto 13 está ventajosamente
comprendida entre 0,7 y 1,5 veces la sección de salida del conducto
13, y es preferentemente igual a la sección de salida de dicho
conducto 13. Esta superficie lateral representa la superficie del
tubo cilíndrico hueco ficticio de sección igual a la sección del
conducto 13, y de altura h igual a L - H.
El lecho de partículas 17 es alimentado con gas
de fluidización, dirigido por la línea 16 (flecha b) al
difusor 15'. Dicho difusor está constituido por un tubo anular
provisto de un número suficiente de orificios para permitir una
introducción homogénea y finamente dividida de partículas 17.
El lecho fluido de partículas 17 se desborda
(flecha c) fuera del receptáculo 14, para derramarse hacia el
lecho fluido de extracción 18 situado debajo. Paralelamente, el gas
de fluidización se escapa del lecho fluido denso 17 y se eleva por
encima del receptáculo 14 (flecha d), arrastrando con él una
parte de los efluentes reactivos que no han sido evacuados al nivel
de dicha etapa de trasvase rápido y han sido arrastrados al conducto
13 con el flujo enriquecido en partículas.
Según un modo de realización preferente, el gas
de fluidización introducido en el lecho 17 contiene vapor de agua,
solo o mezclado con otros gases, con el fin de favorecer la
desorción de la parte más volátil de los hidrocarburos adsorbidos
sobre las partículas de catalizador desactivado o arrastradas a los
poros de éste.
La figura 3 representa una variante preferida
del receptáculo presentado en la figura 2. Con más elementos
descritos en referencia a la figura 2, el receptáculo de la figura 3
comporta un dren 32 de tamaño reducido, que permite evacuar a la
base del receptáculo 14 eventuales aglomeraciones de catalizador u
otros residuos de material refractario, llevados al receptáculo por
el conducto 13, y que correrían el riesgo de perturbar el
establecimiento del lecho fluido denso 17 o, incluso, por
acumulación, de taponar el receptáculo 14.
El difusor 15" de gas de fluidización está
constituido por una cámara que ocupa la parte inferior del
receptáculo 14. La pared superior de la cámara 15" está
regularmente perforada con orificios 34, lo que permite un buen
reparto del gas de fluidización en la base del lecho fluido denso
17. Finalmente, el borde superior 33 de las paredes del receptáculo
14 está cortado en dientes de sierra.
La figura 4 representa un ejemplo de realización
del dispositivo de separación rápido conforme a la invención, para
efectuar la separación de las partículas de catalizador y de los
efluentes reactivos gaseosos a la salida del reactor de una unidad
de craqueo catalítico equipada con un reactor de flujo esencialmente
descendente.
El dispositivo representado comprende un reactor
tubular 41 de flujo descendente, o "hacia abajo", alimentado en
su parte superior, a partir de un recipiente 42, al que es
concéntrico, con partículas de catalizador regenerado, con un caudal
regulado por medio de una válvula 43. La carga objeto de craqueo es
inyectada en el reactor 41 por medio de
inyectores-pulverizadores 44 alimentados por una
línea 45. Las partículas de catalizador y los hidrocarburos se
vierten entonces de arriba a abajo en el reactor 41, dentro del
cual se producen las reacciones de craqueo.
Los efluentes reactivos y las partículas de
catalizador coquizadas penetran en un recipiente de separación y de
extracción 46, situado en la base del reactor 41. La mezcla penetra
en el separador rápido 11, en el que sufre una deflexión alrededor
de un eje de rotación horizontal, con trasvase simultáneo de por lo
menos una fracción de los efluentes gaseosos por medio de los
conductos 12 que desembocan lateralmente en el separador 11, en el
eje de rotación de éste. Para un mejor trasvase de los efluentes
gaseosos, la mezcla se separa allí en dos flujos, sufriendo cada uno
de ellos la deflexión con trasvase de los gases, en dos cámaras
paralelas. El flujo resultante, enriquecido en partículas de
catalizador, se dirige entonces hacia abajo, hacia la zona de
extracción en lecho fluido 18, por medio de los dos conductos
paralelos 13a y 13b.
Conforme a la invención, cada uno de los
conductos 13a y 13b desemboca en el interior de un receptáculo 14a,
14b abierto por su parte superior. Cada receptáculo 14a, 14b es
alimentado en su base con gas de fluidización, por medio de los
difusores 15, alimentados por la línea 16, que puede ser común o
distinta para cada uno de los dos receptáculos. Cada receptáculo
14a, 14b comporta un lecho fluido de partículas 17, de densidad
comprendida entre 300 y 800 kg.m^{-3}, a partir del cual las
partículas sólidas se derraman por desbordamiento en el lecho fluido
de extracción 18 situa-
do debajo, en el que son separadas a contracorriente de un fluido de extracción dirigido por la línea 20 al difusor 19.
do debajo, en el que son separadas a contracorriente de un fluido de extracción dirigido por la línea 20 al difusor 19.
En la realización ilustrada por la figura 4,
cada uno de los conductos 13a, 13b desemboca en su propio
receptáculo 14a, 14b pero, según una variante de la invención, es
perfectamente posible hacer que desemboquen los dos conductos 13a,
13b en un solo y único receptáculo 12, que comporta un único lecho
fluido denso de partículas.
Los efluentes gaseosos trasvasados en 12 son
dirigidos a los ciclones 21, en los que se efectúa una separación
más potente con el fin de eliminar la poca cantidad de partículas
arrastradas. Éstas son entonces devueltas en dirección a la zona de
extracción en lecho fluido 18, mientras que los efluentes exentos de
partículas son evacuados por la línea 23, que las dirige hacia una
zona de fraccionamiento no representada.
Las partículas de catalizador separado mediante
extracción son evacuadas por gravedad fuera del recipiente 46, por
un conducto inclinado 47, hacia una columna ascendente 50, en la que
son dirigidos hacia arriba, hacia un regenerador 51, con ayuda de un
gas vector difundido en 48 a la base de la columna 50, a partir de
la línea 49.
La columna 50 desemboca en un regenerador 51,
debajo de un separador balístico 54, que asegura la separación de
las partículas de catalizador y del gas vector. Las partículas de
catalizador son regeneradas entonces por combustión del coque que se
ha depositado en su superficie, con ayuda de una corriente de aire o
de oxígeno llevado por una línea 53 al difusor 52.
En la parte superior del regenerador 51, los
gases provenientes de la combustión son evacuados hacia unos
ciclones 55. Las partículas de catalizador arrastradas son
recicladas por un conducto 56 hacia el regenerador, y los gases son
evacuados por una línea 57. En cuanto a las partículas de
catalizador regenerado, son evacuadas, en la base del regenerador
51, por gravedad a lo largo de un conducto 58, en dirección al
recipiente 42.
El ejemplo siguiente pretende ilustrar la
invención y, por lo tanto, no tiene ningún carácter limitativo.
Ejemplo
Se han efectuado tres ensayos de craqueo
catalítico a partir de una carga petrolífera pesada, constituida por
un 50% de destilado en vacío y por un 50% de residuo atmosférico.
Esta carga posee las propiedades siguientes:
- -
- densidad a 15ºC: 0,925,
- -
- viscosidad a 100ºC: 15,2.10^{-6} m^{2}/s (15,2 centistokes),
- -
- punto de destilación 50% en peso: 484ºC,
- -
- residuo de carbono Conradson: 2,5% en peso,
- -
- contenido en azufre: 0,80% en peso,
- -
- contenido en nitrógeno básico: 682 ppm,
- -
- contenido en níquel: 1,8 ppm,
- -
- contenido en vanadio: 2,3 ppm,
- -
- contenido en hidrógeno molecular: 12,3% en peso.
Los ensayos se han realizado en una unidad
industrial de craqueo catalítico como la representada en la figura
1, que comporta un reactor 1 de tipo "hacia arriba", a la
salida del cual un separador balístico 11 rápido imprime a la mezcla
objeto de separación (efluentes gaseosos y partículas de
catalizador) una rotación de ángulo de 90 grados alrededor de un eje
horizontal, trasvasando lateralmente al menos una fracción de los
efluentes reactivos. El catalizador utilizado es un catalizador
comercial clásico, de tipo zeolítico.
Para el primer ensayo, el conducto 13 de
encaminamiento hacia abajo del flujo enriquecido en partículas
resultante de la etapa de trasvase desemboca directamente en el
recipiente 10, a 1 m por encima del nivel del lecho fluido de
extracción 18.
Para el segundo ensayo, la unidad se modifica
conforme a la invención: al pie del conducto 13, entre el separador
balístico 11 y el lecho fluidizado de extracción 18, se intercala un
receptáculo 14, colocado de forma que el conducto 13 se hunda en él.
Este receptáculo está conformado como el representado en la figura 3
y está dimensionado y colocado de forma que la altura de
desbordamiento H sea igual a 50 cm. Es alimentado con gas de
fluidización, constituido por vapor de agua, con un caudal D1
regulado de forma que se establezca en él un régimen de lecho
fluidizado de partículas de catalizador, de densidad igual a 450
kg.m^{-3}. A partir de este receptáculo, las partículas pasan
esencialmente por desbordamiento hacia el lecho de extracción 18
situado debajo.
El tercer ensayo se realiza en las mismas
condiciones que el segundo ensayo, con una altura de desbordamiento
H igual a 1 m.
La Tabla siguiente recopila un determinado
número de condiciones operativas y resume los resultados de los tres
ensayos en términos de calidad de la separación efluentes
reactivos/granos de catalizadores y del rendimiento del
procedimiento.
| Ensayo n^{o} 1 | Ensayo n^{o} 2 | Ensayo n^{o} 3 | |
| Condiciones operativas: | |||
| \hskip0.5cm Temperatura del reactor (ºC) | 530 | 535 | 537 |
| \hskip0.5cm Temperatura del regenerador (ºC) | 750 | 738 | 733 |
| \hskip0.5cm Relación catalizador/carga (C/O) | 5,7 | 6,2 | 6,5 |
| \hskip0.5cm Coque delta | 0,93 | 0,85 | 0,82 |
| Ensayo n^{o} 1 | Ensayo n^{o} 2 | Ensayo n^{o} 3 | |
| Índice de efluentes gaseosos arrastrados: | 30% | 15% | 5% |
| Rendimientos: | |||
| \hskip0.5cm Conversión (% en peso) | 71,4 | 73,3 | 74,0 |
| \hskip0.5cm Rendimiento en gases secos (% en peso) | 4,2 | 3,7 | 3,4 |
| \hskip0.5cm Rendimiento en GPL (% en peso) | 16,4 | 17,8 | 18,5 |
| \hskip0.5cm Rendimiento en gasolina (% en peso) | 45,1 | 46,0 | 46,4 |
| \hskip0.5cm Rendimiento en destilado (% en peso) | 18,1 | 17,5 | 17,2 |
| \hskip0.5cm Rendimiento en lodos (% en peso) | 10,4 | 9,2 | 8,8 |
| \hskip0.5cm Rendimiento en coque (% en peso) | 5,3 | 5,3 | 5,3 |
El término "índice de efluentes
arrastrados" designa en este caso el porcentaje de fluidos
gaseosos arrastrados al conducto 13, con el flujo resultante
enriquecido de partículas, con respecto a la cantidad inicial de
fluidos gaseosos objeto de separación de las partículas de
catalizador.
La conversión se calcula, de forma ampliamente
conocida, por la fórmula:
Conversión = 100 - (% destilado + %
lodos)
En la tabla anterior, los productos obtenidos se
definen de la forma siguiente:
- -
- gases secos: hidrocarburos ligeros de 1 ó 2 átomos de carbono e hidrógeno sulfurado (H_{2}S);
- -
- GPL: hidrocarburos ligeros de 3 ó 4 átomos de carbono;
- -
- gasolina: corte de hidrocarburos cuyo intervalo de ebullición se extiende desde 20ºC hasta alrededor de 200ºC;
- -
- destilado: corte de hidrocarburos cuyo intervalo de ebullición se extiende desde 200ºC hasta alrededor de 360ºC;
- -
- lodos: residuo de destilación, que contiene cantidades importantes de polvos de catalizador y cuyo intervalo de ebullición se extiende por lo general por encima de los 500ºC.
Los resultados de estos tres ensayos confirman
el interés del dispositivo y del procedimiento de la invención.
En los ensayos 2 y 3 conformes a la invención,
el índice de efluentes gaseosos arrastrados disminuyó
considerablemente: se dividió por dos en el ensayo 2 y por seis en
el ensayo 3 con respecto al ensayo 1, que representa la técnica
anterior. La calidad de la separación rápida efectuada a la salida
del reactor, entre los efluentes gaseosos y las partículas de
catalizador, por lo tanto, mejoró considerablemente. El
procedimiento y el dispositivo según la invención permiten de este
modo conciliar rapidez y calidad en las separaciones de fluidos
gaseosos y de partículas sólidas.
Los rendimientos del procedimiento de craqueo
catalítico se ven sensiblemente mejorados.
Por una parte, la mejora de la eficacia de la
separación entre los efluentes gaseosos y las partículas de
catalizador permite reducir los fenómenos de craqueo excesivo, lo
que se traduce en una disminución del índice de coquización del
catalizador, ilustrado por el parámetro Coque Delta (o masa de coque
que se deposita en el transcurso del proceso de craqueo por unidad
de masa de catalizador). Esta disminución del Coque Delta, observada
en los ensayos 2 y 3, permite reducir la temperatura del
regenerador, aumentar la velocidad de circulación del catalizador
(es decir, aumentar la relación C/O) y aumentar la temperatura del
reactor, lo que permite incrementar la severidad del craqueo. Se
establecen así unas condiciones más favorables para un craqueo con
mayor potencia y más selectivo de la carga.
Por otra parte, la invención permite
efectivamente incrementar la selectividad de las reacciones de
craqueo: para los ensayos 2 y 3, se constata una clara disminución
de los rendimientos en gases secos y en lodos, que son productos
indeseables, y por lo tanto difícilmente valorables. Esta
disminución se hace en beneficio de los productos intermedios
deseados, como gasolinas y GPL.
Esta mejora de los rendimientos se traduce en
una ganancia notable en materia de conversión. La agregación, al pie
del conducto 13, de un receptáculo provisto de un sistema de
fluidización de las partículas del catalizador permite de hecho
ganar 1,9 puntos de conversión, tal y como muestra el ensayo 2. En
el ensayo 3, una optimización de la colocación del receptáculo
aporta una ganancia de conversión adicional de 0,7 puntos.
Estos progresos innegables pueden aprovecharse
para craquear cargas más pesadas, por ejemplo las que comprenden un
mayor contenido en residuos.
El dispositivo y el procedimiento según la
invención permiten pues mejorar claramente los rendimientos de las
unidades de craqueo catalítico, lo que es mucho más apreciable
cuando se desea tratar cargas pesadas, particularmente refractarias
al craqueo.
Claims (22)
1. Dispositivo de separación de partículas
sólidas y de fluidos gaseosos que comporta un medio (11) de trasvase
rápido para la evacuación de al menos una fracción de los fluidos
gaseosos, y al menos un conducto (13) que permite dirigir de arriba
a abajo el flujo resultante enriquecido en partículas, hacia una
zona de extracción en lecho fluido (18) caracterizado porque
está intercalado, entre el medio (11) de trasvase rápido y la zona
de extracción (18), un receptáculo (14) abierto por su parte
superior, en el cual desemboca el conducto (13), y porque dicho
receptáculo (14) comprende en su base al menos un difusor (15)
alimentado con gas de fluidización y gracias al cual las partículas
sólidas se ponen en régimen de lecho fluido denso (17), de una
densidad comprendida entre 300 y 800 kg.m^{-3}, y después pasan
por desbordamiento del receptáculo (14) hacia dicha zona de
extracción (18) situada debajo.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el difusor (15) es alimentado con gas
de fluidización por una línea (16) provista de un medio de
regulación del caudal D1 del gas, que permite ajustar dicho caudal
D1 de forma que se mantenga la velocidad superficial de dicho gas en
el lecho fluido denso de partículas (17) con un valor comprendido
entre 0,1 y 40 cm.s^{-1}, ambos incluidos, y, preferentemente,
comprendido entre 0,1 y 20 cm.s^{-1}, ambos incluidos.
3. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
receptáculo (14) está colocado de forma que el conducto (13) de
encaminamiento hacia abajo del flujo resultante enriquecido en
partículas desemboca en el lecho fluido denso de partículas (17)
contenido en dicho receptáculo con una altura de desbordamiento H
comprendida entre 50 cm y 2 m, ambos incluidos, preferentemente
entre 50 cm y 1 m , ambos incluidos.
4. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
receptáculo (14) está colocado de forma que la superficie lateral a
la salida del conducto (13) de encaminamiento hacia abajo del flujo
resultante enriquecido en partículas está comprendida entre 0,7 y
1,5 veces la sección de dicho conducto (13).
5. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las
dimensiones del receptáculo (14) son tales que el lecho fluido denso
que contiene es de tamaño muy inferior al del lecho fluido de
extracción (18), estando la sección de dicho receptáculo (14)
preferentemente comprendida entre 1,5 y 6 veces la del conducto o
los conductos (13) que se hunden en él.
6. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el difusor
(15) comprende un medio que permite liberar, de forma homogénea y
dividida finamente, el gas de fluidización en la base del lecho de
partículas (17) que contiene el receptáculo (14), sobre todo una
disposición de uno o varios tubos, eventualmente dispuestos en haz y
provistos regularmente de hendiduras o de orificios.
7. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el difusor
(15') está constituido por un tubo anular, dispuesto de forma
aplanada en la parte inferior del receptáculo y provisto de
hendiduras o de orificios en su mitad superior.
8. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el difusor
(15'') está constituido por una cámara que ocupa la parte inferior
del receptáculo (14) y cuya pared superior, sobre la que descansa
dicho lecho fluido denso de partículas (17), está perforada
regularmente por orificios de pequeño tamaño, por los que se
distribuye el gas de fluidización sobre toda la superficie inferior
del lecho (17).
9. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio
de trasvase rápido (11) permite eliminar de la mezcla de fluidos
gaseosos y de partículas sólidas al menos una fracción de dichos
fluidos en un intervalo de tiempo lo más corto posible, inferior a 1
segundo, preferiblemente inferior a 0,5 segundos y, más
preferiblemente, inferior a 0,2 segundos.
10. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio
de trasvase está constituido por un sistema de separación balística
de eje de enrollamiento horizontal, que imprime a la mezcla objeto
de separación una rotación de un ángulo comprendido entre 30 y 190
grados alrededor de dicho eje, trasvasando lateralmente al menos una
fracción de los fluidos gaseosos.
11. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
receptáculo (14) está provisto en su base de uno o varios orificios
o drenes (32), de sección total comprendida entre el 3% y el 20% de
la sección del receptáculo (14).
12. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el borde
superior de la pared o de las paredes laterales del receptáculo (14)
está cortado en dientes de sierra.
13. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el cual el medio de trasvase (11)
divide la mezcla de fluidos gaseosos y de partículas sólidas, y
dicho flujo resultante enriquecido en partículas es dirigido hacia
abajo por al menos dos conductos (13a, 13b) sensiblemente paralelos,
caracterizado porque dichos conductos desembocan cada uno en
el interior de un receptáculo independiente (14a, 14b) que contiene
un lecho fluido de partículas de densidad apropiada.
14. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, en el cual el medio de trasvase (11)
divide la mezcla de fluidos gaseosos y de partículas sólidas, y
dicho flujo resultante enriquecido en partículas es dirigido hacia
abajo por al menos dos conductos (13a, 13b) sensiblemente paralelos,
caracterizado porque al menos dos de dichos conductos
desembocan en un receptáculo común que contiene uno solo y mismo
lecho fluido denso de partículas.
15. Procedimiento de separación de partículas
sólidas y de fluidos gaseosos, en el que se efectúa una etapa de
trasvase rápido de una duración inferior a un segundo, que permite
evacuar al menos una fracción de dichos fluidos gaseosos, y después
dirige hacia abajo, con ayuda de al menos un conducto, el flujo
resultante enriquecido en partículas, hacia una zona de extracción
en lecho fluido caracterizado porque se introduce dicho flujo
resultante directamente en el interior de un lecho fluido denso de
partículas de densidad comprendida entre 300 y 800 kg.m^{-3},
dispuesto encima de dicha zona de extracción, y contenido
íntegramente en al menos un receptáculo fuera del cual las
partículas pasan por desbordamiento hacia dicha zona de extracción
situada debajo.
16. Procedimiento según la reivindicación
anterior, caracterizado porque el lecho de partículas
contenido en el receptáculo se mantiene en el estado fluidizado
mediante la introducción, en su parte inferior, de al menos un gas
de fluidización, con un caudal D1 tal que la densidad de dicho lecho
esté comprendida entre 600 y 700 kg.m^{-3}.
17. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 15 y 16, caracterizado porque el caudal D1
del gas de fluidización introducido en el receptáculo se regula de
forma que se mantenga la velocidad superficial de dicho gas en el
lecho fluidizado denso contenido en el receptáculo con un valor
comprendido entre 0,1 y 40 cm.s^{-1}, ambos incluidos, y,
preferentemente, entre 0,1 y 20 cm.s^{-1}, ambos incluidos.
18. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque el gas de
fluidización se escoge de forma que se realiza un tratamiento previo
de las partículas, como una extracción previa, un acondicionamiento,
una pasivación, más arriba del tratamiento que se practicará en la
zona de extracción situada debajo.
19. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque el gas de
fluidización contiene vapor de agua, solo o mezclado con otros
gases.
20. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque la
temperatura del lecho fluidizado denso contenido en el receptáculo
es superior a la del lecho de extracción situado debajo.
21. Utilización del dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 14 o del procedimiento según una de las
reivindicaciones 15 a 20 en un procedimiento industrial que
necesite una etapa de separación rápida de fluidos gaseosos y de
partículas sólidas, sobre todo en procedimientos del tipo de los
craqueos térmicos o de los craqueos catalíticos en lecho
fluidizado.
22. Utilización según la reivindicación 21 en un
procedimiento de craqueo catalítico en lecho fluidizado, al nivel
de la etapa de separación efectuada a la salida del reactor, entre
los efluentes reactivos y las partículas de catalizador
desactivadas, ya sea el reactor de tipo "hacia arriba" o
"hacia abajo".
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