ES2293104T3 - Dispositivo de separacion para quitar las particulas finas. - Google Patents
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Abstract
Un separador externo (200) que aloja una pluralidad de ciclones (206) en una cuba de separador externo útil en un proceso de craqueo catalítico fluidizado donde una alimentación de hidrocarburo es craqueada catalíticamente por contacto con un catalizador de craqueo regenerado en un reactor de craqueo para producir productos más ligeros y catalizador gastado, el catalizador gastado es regenerado en un regenerador de catalizador que tiene uno o más separadores (200) para recuperación de catalizador y finos de gases de combustión, para producir catalizador regenerado que es reciclado al reactor de craqueo y conteniendo los gases de combustión del regenerador finos de catalizador, donde el separador externo (200) quita al menos una porción de los finos de la corriente de gases de combustión del regenerador, estando alojada dicha pluralidad de ciclones de tercera etapa (206) en una cuba común con una cámara de retención común (212) en su porción inferior, donde los ciclones de terceraetapa (206) incluyen: (a) un cuerpo de ciclón (208) que tiene una longitud, un eje longitudinal, una entrada y un extremo de salida; (b) una entrada de gas de combustión en comunicación de fluido con el extremo de entrada del cuerpo de ciclón (208); (c) un tubo de salida de gas (216) en el extremo de entrada del cuerpo de ciclón (208) para extraer gas con un contenido de finos reducido; (d) un eje longitudinal del tubo de salida de gas (216) alineado con el eje longitudinal del cuerpo de ciclón (208); (e) una salida de sólidos (210) en el extremo de salida del cuerpo de ciclón (208) para descarga de finos y una menor cantidad de gas a la cámara de retención común (212); (f) un agujero de reflujo de gas en el extremo de salida del cuerpo de ciclón (208) para reciclar una porción de los gases descargados con los sólidos a través de la salida de sólidos (210) de la cámara de retención común (212) de nuevo al cuerpo de ciclón (208): (g) donde el agujero de reflujo de gas está aisladode la entrada de gas de combustión en el extremo de entrada del cuerpo de ciclón; caracterizado porque los ciclones (206) incluyen un blindaje (222) que se extiende hacia abajo del extremo de salida del cuerpo de ciclón (208) alrededor del agujero de reflujo de gas para impedir que sólidos, descargados de la salida de sólidos de un ciclón adyacente de dicha pluralidad de ciclones alojados en la cuba común, sean arrastrados en los gases reciclados a través del agujero de reflujo de gas al cuerpo de ciclón.
Description
Dispositivo de separación para quitar las
partículas finas.
Esta invención se refiere a separadores de
ciclón, equipados con una pluralidad de ciclones de fondo cerrado
teniendo cada uno medios de descarga de sólidos y medios de reflujo
de gas, usados para recuperar finos de catalizador en el craqueo
catalítico fluidizado de alimentaciones de hidrocarburos pesados.
Más en concreto, la invención se refiere al descubrimiento y la
inhibición de diafonía entre los medios de descarga de sólidos y
los medios de reflujo de gas.
Se usa separación por ciclón para separar
partículas de gas. Se introduce una corriente de gas cargada con
partículas en una cámara cilíndrica. Se impone un espín a los gases,
por adición tangencial o adición axial acopladas con paletas de
remolino. Los sólidos son lanzados a la pared de la cámara por
inercia, mientras que un gas más limpio es retirado de una región
central del ciclón. Parte del gas sale con los sólidos. Los sólidos
pueden ser descargados mediante una salida tangencial a través de
una pared lateral del ciclón, o pueden ser descargados
axialmente.
Hay muchos tipos de separadores de ciclón, pero
pueden ser clasificados arbitrariamente como de fondo abierto o
fondo cerrado. La presente invención es especialmente útil para
mejorar la operación de ciclones de fondo cerrado. Los ciclones de
fondo cerrado tienen un cuerpo generalmente cilíndrico que está
esencialmente cerrado excepto en una o más entradas de
alimentación, teniendo generalmente solamente una salida de gases y
una salida de sólidos. Los ciclones de fondo cerrado están
efectivamente aislados de la atmósfera de una cuba conteniendo el
ciclón. Los ciclones de fondo cerrado funcionan generalmente a una
presión ligeramente más alta o ligeramente más baja que la
atmósfera en la cuba alrededor del ciclón. Si la presión en el
cuerpo de ciclón es más alta que la presión fuera del ciclón, el
ciclón es un ciclón de presión positiva. Si la presión en el cuerpo
de ciclón es más baja que la presión fuera del ciclón, el ciclón es
un ciclón de presión negativa.
En un ciclón de fondo cerrado el gas de
alimentación se añade generalmente tangencialmente a una porción de
extremo del cuerpo de ciclón. La salida de gases es generalmente un
tubo, axialmente alineado con el eje longitudinal del cuerpo de
ciclón, que pasa a través del mismo extremo del ciclón que recibe
gas de alimentación. Los sólidos son retirados generalmente
mediante un dipleg alargado en un extremo del cuerpo de ciclón
enfrente de la salida de gases. En un separador de tercera etapa
(TSS), explicado a continuación, los sólidos son retirados a veces
mediante una hendidura o ranura horizontal en la pared del cuerpo de
ciclón, y generalmente en un extremo opuesto de la salida de
gas.
Algo relacionado con la distinción entre
ciclones de fondo abierto y cerrado es si la salida de polvo del
ciclón comparte el mismo espacio (o volumen de cuba) que la entrada
de gas o está aislada. Cuando los ciclones reciben gas de
alimentación de, y descargan a, un lecho fluido como el regenerador
de craqueo catalítico fluido (FCC), el gas descargado con sólidos a
través de los diplegs recircula desde el lecho fluido a la entrada
de ciclón que está en el mismo espacio. El reciclado de gas desde la
salida de sólidos a la entrada de alimentación de gases tiene lugar
porque la salida de sólidos y la entrada de alimentación de gases
comparten el mismo volumen de vapor en el reactor. Cuando la
entrada de gas de alimentación está aislada por fluido de la salida
de sólidos, no tiene lugar este tipo de reciclado de gas. Cuando los
sólidos se descargan a una cuba cerrada tal como la parte inferior
de un TSS, el gas descargado con sólidos a través de la salida de
polvo del ciclón no puede volver a la entrada del ciclón. Siempre
se supuso que, dado que el receptor de polvo estaba esencialmente
sellado, por la salida de sólidos no escaparía más gas que el
quitado con la fase sólida sacada del receptor de polvo, hasta la
innovación de usar un reflujo de gas en el extremo de salida del
ciclón como se describe en la Patente de Estados Unidos 5.681.450
de Chitnis y colaboradores, que por ello se incorpora aquí por
referencia en su totalidad a todos los efectos.
Brevemente, el problema resuelto por la patente
de Chitnis y colaboradores se puede indicar de la siguiente manera.
En algunos tipos de ciclones, y en algunas instalaciones de
ciclones, el reciclado de vapor desde la salida de sólidos a la
entrada de gas de alimentación no es un problema significativo. En
ciclones de fondo abierto, las presiones están esencialmente en
equilibrio dentro y fuera del ciclón. Algo de gas siempre sale o es
arrastrado o aspirado con el flujo de sólidos saliente. Dicho gas,
además de ser quitado eventualmente con los sólidos separados,
vuelve fácilmente al cuerpo abierto del ciclón. En ciclones de fondo
cerrado o abierto donde la salida de polvo comparte el mismo
espacio de vapor que la entrada de gas de alimentación del ciclón,
el reciclado de gas nunca es un problema. El problema aparece en
ciclones generalmente cerrados donde el gas descargado con sólidos
del dispositivo no tiene una vuelta fácil al ciclón, pero el
problema puede aparecer en cierta medida incluso en ciclones de
fondo abierto.
En craqueo catalítico fluido, el catalizador que
tiene un tamaño de partícula y color parecidos a los de la arena de
playa, circula entre un reactor de craqueo y un regenerador de
catalizador. En el reactor, la alimentación de hidrocarburo
contacta una fuente de catalizador regenerado caliente. El
catalizador caliente vaporiza y craquea la alimentación a 425ºC a
600ºC, generalmente 460ºC a 560ºC. La reacción de craqueo deposita
coque en el catalizador, desactivándolo por ello. Los productos
craqueados son separados del catalizador con coque. El catalizador
con coque se limpia de volátiles, generalmente con vapor, en un
lavador de catalizador y el catalizador lavado es regenerado
posteriormente. El regenerador de catalizador quema coque del
catalizador con gas conteniendo oxígeno, generalmente aire. La
descoquización restaura la actividad del catalizador y
simultáneamente calienta el catalizador, por ejemplo, a 500ºC a
900ºC, generalmente 600ºC a 750ºC. Este catalizador calentado es
reciclado al reactor de craqueo para craquear más alimentación
fresca. Los gases de combustión formados quemando coque en el
regenerador pueden ser tratados para extracción de particulados y
para conversión de monóxido de carbono, después de lo que los gases
de combustión son descargados normalmente a la atmósfera.
Un modo de fallo en FCC es la erosión del ciclón
producida durante años de operación con gas cargado con finos de
catalizador a alta velocidad, que pasa a través de los ciclones. A
las refinerías no les gusta usar altas velocidades del ciclón
interno, pero tienen que hacerlo a causa de la necesidad de mejorar
la eficiencia del ciclón. La unidad FCC debe operar sin superar
límites locales de emisiones de partículas. El catalizador es algo
caro, y la mayoría de las unidades tienen más de cien toneladas de
catalizador en stock. Las unidades FCC circulan toneladas de
catalizador por minuto. Las altas tasas de circulación son
necesarias porque las tasas de alimentación son grandes, y se
necesitan aproximadamente 5 toneladas de catalizador para cada
tonelada de aceite craqueado.
Estas grandes cantidades de catalizador deben
ser quitadas de los productos craqueados para que los productos de
hidrocarburo pesado no se contaminen con finos de catalizador.
Incluso con varias etapas de separación por ciclón, algunos finos
de catalizador permanecen invariablemente en los productos
craqueados. Estos se concentran en las fracciones de producto más
pesadas, generalmente en el fondo del fraccionador FCC principal,
que a veces se llama la suspensión de aceite porque hay mucho
catalizador. Las refinerías pueden dejar que este material asiente
en un tanque para poder sacar algo de catalizador arrastrado,
produciendo CSO o suspensión de aceite esclarecida.
Los problemas son tan severos o incluso peores
en el regenerador. Además de las grandes cantidades de circulación
de catalizador necesarias para satisfacer la demanda del reactor de
craqueo, hay una circulación interna adicional de catalizador que
debe ser tratada. En la mayoría de los regeneradores de catalizador
de lecho de burbujas, una cantidad de catalizador igual a todo el
stock de catalizador pasará a través de los ciclones del regenerador
cada 15-30 minutos. La mayor parte de las unidades
tienen varios cientos de toneladas de catalizador en stock. El
catalizador no recuperado usando los ciclones del regenerador,
típicamente incluyendo dos etapas de ciclones, permanecerá con los
gases de combustión del regenerador, a no ser que se añada un
separador de tercera etapa, precipitador electrostático o algún
tipo de etapa de extracción a un costo considerable.
Muchas refinerías utilizan un sistema de
recuperación de potencia. La energía de los gases de combustión del
regenerador FCC mueve el ventilador de aire que suministra aire al
regenerador. La cantidad y el tamaño de partícula de los finos en
la mayoría de las corrientes de gases de combustión FCC que salen
del regenerador son suficientes para erosionar los álabes de
turbina si se instala un sistema de recuperación de potencia.
Generalmente se instala una unidad de separador de tercera etapa
hacia arriba de la turbina para reducir la carga del catalizador y
proteger los álabes de la turbina, especialmente contra las
partículas de más de 10 \mum de tamaño. Algunas refinerías
instalan ahora precipitadores electrostáticos o alguna otra etapa de
extracción de partículas hacia abajo de los separadores de tercera
etapa y las turbinas para reducir más las emisiones de finos.
Muchas refinerías utilizan ahora ciclones de
tercera etapa de alta eficiencia para disminuir la pérdida de FCC
finos de catalizador y/o proteger los álabes de la turbina de
recuperación de potencia. Se deberá mencionar que siempre que se
usa un separador de tercera etapa para limpiar gases de combustión
del regenerador se utiliza típicamente un separador de cuarta etapa
para procesar el flujo secundario (porción rica en sólidos)
descargado del separador de tercera etapa. Los volúmenes de gases
en el separador de cuarta etapa son pequeños porque los diseños de
ciclones de tercera etapa minimizan la cantidad de gas descargado
con los sólidos. Se quita típicamente de 0,5 a 3% de los gases de
combustión con los sólidos descargados del separador de tercera
etapa. Los separadores de tercera etapa limitan los gases
descargados con sólidos (gases en el flujo secundario) a los
necesarios para fluidizar y descargar sólidos del separador de
tercera etapa.
Por estas razones, partículas de tamaño pequeño
y volúmenes de gases relativamente bajos, el separador de cuarta
etapa incluye generalmente ciclones de diámetro pequeño, un filtro
de cerámica o metal sinterizado caliente, o un alojamiento de
bolsa.
La mayoría de las refinerías están satisfechas
con sus ciclones primarios y secundarios o medios equivalentes para
recuperar catalizador de los gases de combustión y descargan de
nuevo catalizador recuperado al regenerador. La molesta separación
tiene lugar hacia abajo del regenerador en el separador de tercera
etapa o unidad TSS. La TSS debe producir gases esencialmente sin
partículas de más de 10 micras (cuando se usan turbinas de
recuperación de potencia) y/o lograr suficiente extracción de finos
para cumplir los límites establecidos de emisión de partículas.
Los modernos separadores de tercera etapa de
alta eficiencia tienen típicamente de 50 a 100 o más ciclones de
diámetro pequeño. Un tipo de separador de tercera etapa se describe
en "Improved Hot-Gas Expanders for Cat Cracker
Flue Gas", Hydrocarbon Processing, Marzo 1976. El
dispositivo es bastante grande, una cuba de 26 pies de diámetro.
Los gases de combustión cargados con catalizador pasan a través de
muchos tubos de remolino. El catalizador es lanzado contra las
paredes de los tubos por fuerza centrífuga. El gas limpio es
retirado mediante un tubo central de salida de gases mientras que
sólidos son descargados a través de dos ranuras de descenso en la
base de un tubo exterior. El dispositivo quitó la mayor parte de las
partículas de 10 micras y más grandes. La unidad procesó
aproximadamente 550.000 lbs/h de gases de combustión conteniendo
300 lbs/h de partículas del orden de finos submicrométricos a
partículas de catalizador de 60 micras. Esto corresponde a una
carga de entrada de aproximadamente 680 mg/Nm^{3}.
La carga de sólidos en varios ciclones en varias
partes del proceso FCC varía en gran medida. El separador de
tercera etapa realiza la separación más difícil en términos de
tamaño de partícula, mientras que los separadores primarios
realizan típicamente una recuperación de sólidos del 99%. Esto se
puede considerar en perspectiva considerando qué sucede en una
unidad FCC ejemplar. En esta unidad ejemplar la separación progresa
como se representa a continuación en la tabla A, pasando de los
ciclones primarios y secundarios que realizan la separación inicial
de catalizador de los gases de combustión en el regenerador a través
del TSS como la separación final de la corriente de gas. El polvo
separado del TSS es retirado a la cuarta etapa. Los gases de las
cuartas etapas se unen con los de la tercera etapa. Las emisiones
totales son 0,0474 toneladas/h, correspondientes a una carga
de
215 mg/Nm^{3}.
215 mg/Nm^{3}.
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La producción total de sólidos por ciclón se
expresa como toneladas por hora. El tamaño de partícula medio de la
alimentación de sólidos a cada ciclón cambia marcadamente. Las
partículas más grandes se quitan preferentemente de modo que cada
etapa situada hacia abajo, a través de la tercera etapa, vea menos
sólidos con una distribución de tamaño de partículas mucho
menor.
Los ciclones de primera etapa o primarios
realizan la mayor parte del trabajo, recuperando generalmente más
de 99% de los sólidos totales en una sola etapa. Los ciclones de
primera etapa también tienen la tarea más fácil, porque las
partículas son relativamente grandes, de unas 60-80
micras, hay grandes cantidades de gases disponibles para generar
fuerzas centrífugas, y la descarga de cantidades significativas de
gases de combustión hacia abajo del dipleg ciclón no tiene
consecuencias adversas. La carga de sólidos es alta. El ciclón de
primera etapa quita grandes cantidades de sólidos usando grandes
cantidades de gas para generar fuerzas centrífugas. Parte del gas
se descarga con los sólidos, puesto que se necesita gas para
mantener la fluidización de los sólidos recuperados. Este gas
arrastrado se recicla simplemente a través del lecho de catalizador
en el regenerador y vuelve a la bocina de entrada del ciclón de
primera etapa o primario.
Los ciclones secundarios del regenerador FCC
tratan tanto gas como los ciclones primarios, pero menos sólidos.
Los ciclones secundarios recuperan típicamente alrededor de
95-98% de los sólidos cargados en ellos. Los
ciclones secundarios pueden recuperar cantidades adicionales de
particulados del gas descargado de los ciclones primarios. Esto es
porque unas cargas de sólidos más bajas en los ciclones secundarios
permiten usar velocidades más altas del gas en los ciclones
secundarios que en los ciclones primarios. Las velocidades más altas
del gas desarrollan fuerzas centrífugas más altas mejorando la
eficiencia. El ciclón de segunda etapa tiene aproximadamente el
mismo flujo de gas que el primero, pero menos sólidos. Se descargan
pequeñas cantidades de sólidos de los diplegs del ciclón de segunda
etapa, con pequeñas cantidades de gas. Como sucede en la primera
etapa, este gas vuelve a entrar simplemente en la atmósfera del
regenerador FCC. Este gas es una pequeña parte de la alimentación
de gas al ciclón de primera
etapa.
etapa.
Dado que los ciclones primarios y secundarios
son tan eficientes, se quitan esencialmente todas las partículas de
fácil extracción después de dos etapas de separación del ciclón.
Solamente finos, fragmentos de forma irregular de catalizador FCC,
permanecen en el gas que va al separador de tercera etapa. La
operación del separador de ciclón de tercera etapa se caracteriza
por grandes volúmenes de gases y pequeñas cantidades de particulados
sumamente finos, de mucho menos de 5 micras. Cada etapa situada
hacia abajo, de la primera etapa a la tercera etapa, ve menos
sólidos y partículas más pequeñas. Se descarga mucho más gas por
unidad de peso de sólidos por la salida de sólidos en los
separadores de tercera etapa en comparación con los ciclones en el
regenerador. En base al peso, se descarga más de 10 gramos de gas
por 1 gramo de finos descargados a la cámara de retención de los
ciclones TSS. Esto contrasta con la operación en los ciclones de
etapa primera y segunda en el regenerador FCC, donde 1 gramo de gas
transporta más 1000 gramos de catalizador FCC por un dipleg. Se
puede afirmar que hay de 10.000 a 100.000 veces más gas en la
corriente de descarga de sólidos del separador de tercera etapa en
comparación con la descarga de sólidos mediante el dipleg de un
ciclón primario. Debido, en parte, a las cantidades relativamente
pequeñas de sólidos implicados, y los grandes volúmenes de gas,
típicamente 5 órdenes de magnitud más de gas con relación a los
sólidos, muchos ciclones TSS son de fondo abierto.
Después de que el gas sale por la salida de gas
del separador de tercera etapa, tiene un contenido de sólidos
nítidamente reducido en comparación, por ejemplo, con el gas del
ciclón de primera etapa. Aunque no hay mucha carga de sólidos en
este punto, la cantidad de sólidos puede ser suficiente para
destruir o dañar las turbinas de recuperación de potencia, y puede
exceder de los límites locales existentes o previstos de emisiones
de partículas, que en varias localidades son de sólo 50
mg/Nm^{3}.
Estos desarrollos son algo sorprendentes en
vista de las muchas mejoras que se han producido tanto en la
eficiencia de los ciclones como en las propiedades del catalizador.
La eficiencia de los ciclones ha mejorado durante los 50 años que
FCC lleva en uso en las refinerías. Los catalizadores FCC son más
potentes y más resistentes al desgaste. Estos factores (mejores
ciclones, catalizador más potente), si se consideran solos,
producirían gases de combustión FCC más limpios. La compensación de
estos factores ha incluido un aumento de las tasas de circulación
del catalizador, multiplicando la carga en los ciclones. Se logran
eficiencias más altas de los ciclones usando velocidades más altas
en los ciclones para generar fuerzas centrífugas más fuertes. Las
altas velocidades pueden fracturar o romper incluso los modernos
catalizadores resistentes al desgaste produciendo más finos que son
más difíciles de recuperar y que también tienden a desgastar los
ciclones. Los ciclones de alta eficiencia (y alta velocidad)
aumentan la recuperación de finos, pero el gas realiza más giros en
el cuerpo de ciclón, incrementando el desgaste del catalizador.
La recuperación de partículas en ciclones
convencionales de gran diámetro asociados con el regenerador FCC
había alcanzado una meseta. Las refinerías recurrieron a los
separadores de tercera etapa (TSS) con muchos ciclones de diámetro
pequeño para aumentar la extracción de partículas de los gases de
combustión FCC. Mecánicamente, los separadores de tercera etapa son
complejos. Se necesitan muchos ciclones TSS para manejar los grandes
volúmenes presentes en las corrientes de gases de combustión FCC.
Cada ciclón es de diámetro pequeño y está montado vertical u
horizontalmente. Un fabricante de ciclones utiliza muchos ciclones
pequeños, de 10 pulgadas de diámetro, para aumentar las fuerzas
centrífugas y reducir la distancia radial a una pared donde se
podrían recoger los sólidos. Dado que se necesitan muchos ciclones,
generalmente hay que instalarlos en una sola cuba, que actúa como
un colector. La unidad TSS facilitó la llegada de partículas a la
pared del ciclón reduciendo la distancia a las paredes del ciclón.
El factor de compensación es un cierto aumento de la caída de
presión, y un gasto de capital considerable para una unidad que
solamente supuso una modesta mejora en la extracción de finos.
Las unidades TSS permitieron a las refinerías
llegar a un nuevo nivel de recuperación de sólidos, pero las
unidades TSS conocidas no siempre eran adecuadas para las refinerías
que deseaban usar turbinas de recuperación de potencia. Las
refinerías estaban en un punto muerto para mejorar la eficiencia de
los ciclones TSS. Entonces, las innovaciones de Chitnis y
colaboradores (Patente de Estados Unidos 5.681.450) mejoraron la
operación de ciclones, especialmente su rendimiento en las
partículas de menos de 5 micras, que son difíciles de quitar en los
ciclones convencionales y difíciles y costosas de quitar usando
precipitación electrostática. Estas mejoras redujeron el rearrastre
de polvo de las unidades TSS. Los ciclones TSS no habían resuelto
satisfactoriamente el problema de cómo tratar el gas descargado con
los sólidos. Se descargan cantidades relativamente grandes de gases
con los sólidos si los sólidos son descargados tangencialmente
mediante una ranura realizada en una pared lateral del cañón del
ciclón o axialmente mediante una salida inferior abierta de sólidos
enfrente de la salida de gas limpio. En algunos ciclones TSS no hay
dipleg ni lugar para la desaireación de sólidos. Los sólidos son
descargados a una velocidad relativamente alta y pueden aspirar una
cantidad significativa de gas. Más bien que el gas que fluidiza los
sólidos, los sólidos transportan cantidades excesivas de gas. En la
salida de sólidos de los ciclones TSS, la considerable energía
cinética de los sólidos transporta gas del cuerpo de ciclón.
Chitnis y colaboradores se preguntaron qué le sucedía a este gas, y
observaron un flujo significativo y fluctuante de gas de y a la
ranura longitudinal de los ciclones de prueba, lo que parecía
caótico. El gas de un ciclón fluía a la cámara de retención y
entonces volvía a entrar en el mismo ciclón así como otros
ciclones. Reducir la longitud y la anchura de la ranura parecía
reducir el flujo de gas y la interacción entre los
ciclones.
ciclones.
Chitnis y colaboradores observaron que el
catalizador descargado siempre llevaba gas a la cámara de retención
donde no tenía adonde ir. Solamente una cantidad menor de este gas
era necesario para el flujo secundario. Cantidades mucho mayores de
gas salían del ciclón, y volvían a entrar en el ciclón de alguna
forma. Chitnis y colaboradores observaron pulsos localizados de
descarga de catalizador/gas que alternaban con el flujo inverso de
gas de nuevo a la ranura del cañón. Ésta era la única forma de que
el gas descargado con la fase rica en sólidos volviese a los
ciclones de la cámara de retención, puesto que no se había quitado
gas suficiente con la fase sólida de la parte inferior del
dispositivo para el equilibrio de masa de los ciclones. Chitnis y
colaboradores llegaron a la conclusión de que todos los ciclones TSS
reciclan involuntariamente o producen el reflujo de gas a través de
la salida de sólidos al cuerpo de ciclón. El gas de reflujo
arrastraba de nuevo sólidos al torbellino interior del ciclón y
fuera del tubo de salida de gas. El problema procedía de la forma
en que el gas vuelve al cuerpo del ciclón. Sin otros medios para el
reflujo de gas, un flujo inverso, caótico o aleatoriamente
fluctuante en el espacio y el tiempo, producía el reflujo de este
gas mediante la salida de sólidos. Este reflujo de gas era en
contracorriente al flujo de salida de la descarga de sólidos. Un
ciclón podría alternar entre una fase de alta descarga de sólidos y
una fase de reflujo inferior de sólidos. Otra alternativa era que
un extremo de una ranura de salida descargase sólidos mientras que
el otro extremo de la ranura permitía el reflujo al ciclón. En
cualquier caso, el efecto del reflujo caótico mediante la salida de
sólidos era perturbar el flujo aerodinámico de gas del flujo
tangencial dentro del cuerpo de ciclón.
Chitnis y colaboradores fueron capaces de
estabilizar la operación del ciclón, y redujeron aproximadamente a
la mitad la cantidad de finos descargados del tubo de salida de gas,
proporcionando unos medios separados de reflujo de gas,
preferiblemente en la parte inferior del cuerpo de ciclón. Todavía
se desean más mejoras en la separación de sólidos en los ciclones
de separadores de tercera etapa de Chitnis y colaboradores.
La presente invención se refiere al
descubrimiento del rearrastre secundario de partículas de
catalizador en ciclones de separador de tercera etapa, y al uso de
blindajes para mejorar la separación de sólidos y reducir el
arrastre de sólidos en la descarga de gas de un separador de ciclón
de gas/sólido de bajo caos. Estudios del flujo en frío han
demostrado que los blindajes instalados en los ciclones de Chitnis y
colaboradores mejoraban considerablemente su rendimiento. Los
blindajes evitan el rearrastre secundario del catalizador ya
separado de la cámara de sedimentación. Este fenómeno de arrastre
secundario se denomina "diafonía". Los blindajes,
preferiblemente en forma de tubos, funcionan como chapas deflectoras
alrededor del extremo inferior de los tubos de reflujo inhibiendo
sustancialmente dicha diafonía. En particular donde los ciclones
están espaciados relativamente poco y terminan a alturas
diferentes, los blindajes evitan sustancialmente que los sólidos
descargados de la salida de sólidos de un ciclón adyacente sean
arrastrados de nuevo en el gas reciclado a los agujeros de reflujo
de gas en los ciclones.
En un aspecto, la presente invención proporciona
un separador externo que aloja una pluralidad de ciclones en una
cuba de separador externo. El separador es útil, por ejemplo, en un
proceso de craqueo catalítico fluidizado donde una alimentación de
hidrocarburo es craqueada catalíticamente por contacto con un
catalizador de craqueo regenerado en un reactor de craqueo para
producir productos más ligeros y catalizador gastado, y el
catalizador gastado es regenerado en un regenerador de catalizador
que tiene uno o más separadores para recuperación de catalizador y
finos de gases de combustión para producir catalizador regenerado
que es reciclado al reactor de craqueo, y gases de combustión del
regenerador conteniendo finos de catalizador. El separador externo
quita al menos una porción de los finos de la corriente de gas de
combustión del regenerador. Cada uno de los ciclones tiene un
cuerpo de ciclón, una entrada de gas de combustión, un tubo de
salida de gas, un agujero de reflujo de gas, y un blindaje. El
cuerpo de ciclón tiene una longitud, un eje longitudinal, un extremo
de entrada y un extremo de salida. La entrada de gas de combustión
está en comunicación de fluido con el extremo de entrada del cuerpo
de ciclón. El tubo de salida de gas en el extremo de entrada del
cuerpo de ciclón tiene un eje longitudinal alineado con el eje
longitudinal del cuerpo de ciclón para extraer gas con un contenido
de finos reducido. La salida de sólidos está dispuesta en el
extremo de salida del cuerpo de ciclón para descarga de finos y una
menor cantidad de gas a una cámara de retención en una porción
inferior de la cuba de separador externo. El agujero de reflujo de
gas está dispuesto en el extremo de salida del cuerpo de ciclón,
aislado por fluido de la entrada de gas de combustión en el extremo
de entrada del cuerpo de ciclón, para reciclar una porción del gas
descargado con los sólidos a través de la salida de sólidos de la
cámara de retención de nuevo al cuerpo de ciclón. El blindaje se
extiende hacia abajo del extremo de salida del cuerpo de ciclón
alrededor del agujero de reflujo de gas para impedir que los sólidos
sean arrastrados en el gas reciclado a través del agujero de
reflujo de gas al cuerpo de ciclón.
El cuerpo de ciclón es preferiblemente
cilíndrico y la salida de sólidos puede incluir un agujero en una
pared lateral para descarga tangencial de finos y una menor
cantidad de gas a la cámara de retención. El agujero de reflujo de
gas puede ser un agujero o un tubo cilíndrico que tiene un eje
longitudinal alineado con el eje longitudinal del cuerpo de ciclón
y que pasa a través de una junta estanca en el extremo de salida del
cuerpo de ciclón. El tubo de reflujo de gas descarga
preferiblemente reflujo de gas tangencialmente al cuerpo de ciclón.
La entrada de gas de alimentación descarga preferiblemente gas
tangencialmente o axialmente al cuerpo de ciclón.
Cuando el agujero de reflujo de gas es un tubo,
se puede extender dentro del cuerpo de ciclón de 0 a 1 longitud de
cuerpo de ciclón y/o extenderse fuera del cuerpo de ciclón a la
cámara de retención de 0 a 1 longitud de cuerpo de ciclón. Paletas
de remolino pueden estar asociadas por fluido con el agujero de
reflujo de gas. Una o ambas, la entrada de reflujo de gas al tubo
de reflujo de gas y la salida de reflujo de gas del tubo de reflujo
de gas, pueden ser tangenciales. Preferiblemente, la descarga
tangencial del tubo de reflujo de gas y la entrada de gas de
alimentación inducen espín en la misma dirección dentro del cuerpo
de ciclón.
El blindaje puede ser de cualquier forma
adecuada, pero es preferiblemente cilíndrico con un extremo inferior
abierto, y tiene preferiblemente una zona en sección transversal
mayor que el agujero de reflujo de gas. Un extremo inferior del
blindaje termina preferiblemente debajo de un extremo inferior de
cualquier extremo inferior del tubo de reflujo de gas. Un extremo
superior del blindaje es preferiblemente contiguo con el extremo de
salida del ciclón. El blindaje termina preferiblemente en un extremo
inferior espaciado encima de cualquier fase densa de sólidos en la
cámara de retención.
En otro aspecto, la invención proporciona un
separador de ciclón que tiene un cuerpo de ciclón de fondo cerrado
que tiene una longitud y un eje longitudinal. Una entrada de gas de
alimentación está dispuesta en un extremo de entrada del cuerpo de
ciclón para una corriente de gas y sólidos arrastrados. Un tubo de
salida de gas en el extremo de entrada tiene un eje longitudinal
alineado con el eje longitudinal del cuerpo de ciclón para extraer
gas con un contenido reducido de sólidos arrastrados. Una salida de
sólidos está dispuesta en una pared lateral del cuerpo de ciclón
para descarga tangencial de sólidos y una menor cantidad de gas del
ciclón de fondo cerrado a una cámara de retención. Un agujero de
reflujo de gas está aislado por fluido de la entrada de gas de
alimentación para reciclar gases de la cámara de retención de nuevo
al cuerpo de ciclón. Un blindaje se extiende hacia abajo del cuerpo
de ciclón alrededor del agujero de reflujo de gas. El agujero de
reflujo de gas puede incluir un tubo que se extiende dentro del
cuerpo de ciclón de 0 a 1 longitud de cuerpo de ciclón y que se
extiende fuera del cuerpo de ciclón a la cámara de retención de 0 a
1 longitud de cuerpo de ciclón. El blindaje se extiende
preferiblemente hacia abajo del cuerpo de ciclón a debajo de
cualquier extremo inferior del tubo de reflujo de gas.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un separador de ciclón, que tiene un tubo de reflujo de
gas que pasa a través y fijado de forma sellada a un extremo cerrado
de un cuerpo de ciclón al menos parcialmente cilíndrico que tiene
una longitud, un diámetro y un eje longitudinal. El tubo de reflujo
tiene (a) un diámetro menor que el diámetro del cuerpo de ciclón,
(b) una entrada de reflujo fuera del cuerpo de ciclón, y (c) una
salida de reflujo dentro del cuerpo de ciclón. El cuerpo cilíndrico
de ciclón tiene el extremo sellado como su extremo, y un tubo de
salida de gas, fijado de forma sellada y que pasa a través de un
extremo opuesto del cuerpo de ciclón. El tubo de salida de gas
tiene un diámetro menor que el diámetro del cuerpo de ciclón y un
eje longitudinal alineado axialmente con el cuerpo de ciclón. La
salida de reflujo está en una porción del tubo de reflujo de gas
que está alineada axialmente con el tubo de salida de gas. Una
entrada tangencial de gas y sólidos conecta por fluido con el
extremo opuesto del extremo del cuerpo de ciclón que recibe gas y
sólidos arrastrados. Se ha previsto una salida de sólidos para
descargar una corriente concentrada de sólidos con una menor
porción de gases del cuerpo de ciclón mediante al menos un agujero
en una pared lateral del cuerpo de ciclón cerca del extremo
sellado. La salida de sólidos y la entrada de reflujo de gas están
conectadas por fluido fuera del cuerpo de ciclón. Un blindaje está
dispuesto entre la salida de sólidos y la entrada de reflujo de gas
para inhibir el arrastre de sólidos de la salida de sólidos a la
entrada de reflujo de gas. Preferiblemente, el tubo de reflujo se
extiende a ambos lados del cuerpo de ciclón una distancia igual a 0
a 100% de la longitud del cuerpo de ciclón, y el blindaje se
extiende hacia abajo del cuerpo de ciclón a debajo de cualquier
extremo inferior del tubo de reflujo de gas debajo del cuerpo de
ciclón.
Otro aspecto de la presente invención es que
proporciona un separador de gas/sólidos de ciclones múltiples que
tiene una pluralidad de ciclones espaciados horizontalmente de
ciclones adyacentes. Cada ciclón tiene un cuerpo de ciclón
incluyendo un extremo de entrada de alimentación para admitir gas y
sólidos arrastrados a un espacio anular definido por una pared
lateral del cuerpo de ciclón y un tubo cilíndrico de salida de gas
axialmente alineado con el cuerpo de ciclón. Una salida de sólidos
en un extremo opuesto del cuerpo de ciclón tiene una salida
tangencial para sólidos y una menor cantidad de gas a través de una
pared lateral del cuerpo de ciclón. Un agujero de reflujo de gas
está axialmente alineado con el tubo de salida. La pluralidad de
ciclones comparten una cámara de retención común para sólidos
descargados de la salida de sólidos, y un colector común para el
suministro de gases y sólidos arrastrados. Una pluralidad de
blindajes colocados en la cámara de retención inhiben la descarga
de sólidos de la salida tangencial de los ciclones adyacentes cerca
de una entrada del agujero de reflujo de gas. El agujero de reflujo
de gas incluye preferiblemente un tubo que tiene una porción
interior dentro del cuerpo de ciclón y una porción exterior que se
extiende a la cámara de retención, donde la porción interior
incluye paredes laterales imperforadas y extremos abiertos, y la
porción exterior tiene un tubo cilíndrico sellado en el extremo que
se extiende hacia abajo a la cámara de retención rodeada por un
dicho blindaje que tiene un diámetro mayor que el tubo cilíndrico
que se extiende hacia abajo. El blindaje tiene preferiblemente un
extremo inferior que termina debajo de un extremo inferior del tubo
cilíndrico que se extiende hacia abajo.
Además, en otro aspecto, la presente invención
proporciona una mejora en un separador de gas/sólidos de ciclones
múltiples incluyendo una pluralidad de ciclones espaciados
horizontalmente de ciclones adyacentes, incluyendo cada uno un
cuerpo de ciclón que tiene (i) un extremo de entrada de alimentación
para admitir gas y sólidos arrastrados a un espacio anular definido
por una pared lateral del cuerpo de ciclón y un tubo cilíndrico de
salida de gas axialmente alineado con el cuerpo de ciclón; (ii) una
salida de sólidos en un extremo opuesto del cuerpo de ciclón que
tiene una salida tangencial para sólidos y una menor cantidad de gas
a través de una pared lateral del cuerpo de ciclón; y (iii) un
agujero de reflujo de gas axialmente alineado con el tubo de
salida, donde la pluralidad de ciclones comparten una cámara de
retención común para sólidos descargados de la salida de sólidos, y
un colector común para gases y sólidos arrastrados. La mejora
incluye una pluralidad de blindajes colocados en la cámara de
retención para inhibir la descarga de sólidos de la salida
tangencial de los ciclones adyacentes a cerca de una entrada del
agujero de reflujo de gas. Los blindajes son preferiblemente tubos
cilíndricos que se extienden hacia abajo del extremo de salida de
sólidos del cuerpo de ciclón alrededor de los agujeros de reflujo
de gas. Los blindajes pueden tener un diámetro más grande que los
agujeros de reflujo de gas y un extremo inferior abierto. Los
extremos inferiores de los blindajes terminan preferiblemente debajo
de un extremo inferior de los agujeros de reflujo de gas, y encima
de un nivel de sólidos de fase densa en la cámara de retención. Los
extremos inferiores de los blindajes que cuelgan de los cuerpos de
ciclón terminan preferiblemente aproximadamente a la misma altura
en la cámara de retención.
Otro aspecto de la invención es la provisión de
aparato para separar una mezcla de gas-sólidos. El
aparato incluye un ciclón de fondo cerrado, un agujero de reflujo
de gas en un extremo inferior del ciclón, y un blindaje dependiendo
de un extremo inferior del ciclón alrededor del agujero de reflujo
de gas. El blindaje es preferiblemente contiguo con el ciclón para
rodear el agujero de reflujo de gas. El agujero de reflujo de gas
incluye preferiblemente un paso tubular. El blindaje puede ser un
tubo concéntrico que tiene un diámetro interior mayor que una pared
exterior del paso tubular. El tubo termina preferiblemente debajo de
un extremo inferior del paso tubular.
Otro aspecto de la invención es un método para
separar una mezcla de gases-sólidos. El método
incluye los pasos de introducir la mezcla en respectivas entradas
de una pluralidad de ciclones de fondo cerrado adyacentes,
descargar gases pobres en sólidos de extremos superiores de los
ciclones respectivos, descargar gases arrastrados conteniendo
sólidos de salidas tangenciales en los extremos inferiores de los
ciclones respectivos, refluir una porción de los gases arrastrados
a los ciclones a través de agujeros de reflujo formados en extremos
inferiores de los ciclones respectivos, y blindar los agujeros de
reflujo de las salidas tangenciales para inhibir la diafonía.
Otro aspecto de la invención es un aparato para
separar una mezcla de gases-sólidos. El aparato
incluye medios para introducir la mezcla en respectivas entradas de
una pluralidad de ciclones de fondo cerrado adyacentes, medios para
descargar gases pobres en sólidos de extremos superiores de los
ciclones respectivos, medios para descargar gases arrastrados
conteniendo sólidos de salidas tangenciales en extremos inferiores
de los ciclones respectivos, medios para refluir una porción de los
gases arrastrados a los ciclones a través de agujeros de reflujo
formados en extremos inferiores de los ciclones respectivos, y
medios para blindar los agujeros de reflujo de las salidas
tangenciales para inhibir la diafonía.
La figura 1 (técnica anterior) es una vista
esquemática simplificada de un separador de tercera etapa de la
técnica anterior que representa ciclones de fondo cerrado con tubos
de reentrada.
La figura 2 es una vista esquemática
simplificada del separador de tercera etapa de la figura 1 después
de la modificación para incluir tubos de blindaje según los
principios de una realización de la invención.
La figura 3 es una vista en alzado simplificada
de un ciclón con un blindaje de reentrada según una realización de
la invención.
La figura 4 es una vista simplificada en planta
del ciclón de la figura 3 visto a lo largo de las líneas
4-4.
La figura 5 es una vista esquemática
simplificada de equipo de prueba para modelado de flujo en frío de
los ciclones de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama en planta
simplificado que representa la disposición de los ciclones y tubo de
entrada en el equipo de prueba de la figura 5.
La figura 7 es una presentación gráfica de la
distribución del tamaño de partícula en la salida de gas de los
ciclones de separador de tercera etapa equipados con blindajes
(-0-0-0-) según la presente
invención y sin blindajes
(-\bullet-\bullet-\bullet-)
según la técnica anterior.
La figura 1 (técnica anterior) es un separador
de tercera etapa (TSS) similar al separador de ciclón de caos
reducido de la Patente de Estados Unidos 5.681.450 de Chitnis y
colaboradores. El TSS 100 recibe unos gases de combustión FCC
conteniendo finos a través de la entrada 102. El gas de alimentación
es distribuido en la cámara impelente 104 a las entradas de una
pluralidad de ciclones 106. Cada ciclón 106 está equipado con
paletas de remolino de entrada (no representadas; véase la figura
3) para inducir una configuración de flujo tangencial en un cañón
108. Los finos se recogen en la pared de cada cañón 108 y son
descargados de cada ranura de salida de sólidos 110 formada en su
extremo inferior. El gas descargado con los sólidos a la cámara de
retención 112 vuelve a entrar en cada cañón 108 mediante un tubo de
reflujo de gas 114. El gas limpio es retirado mediante cada tubo de
salida 116 y sacado de la cuba mediante la salida de gas 118. Los
sólidos que se acumulan en la cámara de retención 112 son sacados
por la salida de sólidos 120.
Cada uno de los ciclones 106 tiene esencialmente
las mismas dimensiones, es decir cada cañón 108 tiene la misma
longitud y el mismo diámetro. Dado que la altura de la cámara
impelente 104 típicamente tiende hacia abajo cuando se extiende
hacia fuera del centro de la cuba, la elevación de las ranuras de
salida de sólidos 110 tenderá igualmente a bajar. Así, los ciclones
106 en una posición exterior tendrán una ranura de salida de
sólidos 110 debajo de la parte inferior de los ciclones 106 en una
posición interior. Consideramos que esta diferencia en la altura de
los ciclones 106 contribuye a la diafonía entre las ranuras de
salida de sólidos 110 y el extremo inferior de los tubos de
reentrada 114. Apuntar la ranura de salida de sólidos 110 lejos del
ciclón adyacente 106 no elimina la diafonía porque generalmente hay
cientos de ciclones relativamente poco espaciados 106 en el TSS
100. Además, los ciclones 106 están relativamente espaciados en cada
dirección horizontal, especialmente los ciclones 106 entre el
centro y periferia exterior del TSS 100.
La figura 2 representa el TSS de la figura 1,
donde se usa correspondencia en los dos últimos dígitos de los
números de referencia de las figuras 1 y 2 para indicar partes
correspondientemente similares. Los ciclones 206 han sido
remodelados con respectivos tubos de blindaje 222 según los
principios de la presente invención. Aunque cada cañón 208 de los
ciclones 206 termina a una altura diferente en la cámara de
retención 212 con relación a ciclones adyacentes de los ciclones
206 que están más cerca o más lejos del centro del TSS 200, los
blindajes 222 tienen una longitud inversamente correspondiente de
modo que los extremos inferiores de los blindajes 222 terminen
aproximadamente a la misma altura, preferiblemente encima de
cualquier fase densa de sólidos en la cámara de retención
212.
212.
La figura 3 representa una vista simplificada en
sección de un ciclón preferido de la invención, y la figura 4
representa una vista inferior del mismo ciclón. El gas de entrada y
los sólidos arrastrados entran axialmente en el anillo entre el
cañón 208 y el tubo de salida de gas 216 donde son dirigidos
tangencialmente por las paletas de remolino 224. El flujo de gas
forma una espiral alrededor del tubo de salida 216. La fuerza
centrífuga lanza las partículas a la pared del cañón 208. Los
sólidos se recogen como una capa circulante relativamente fina de
partículas que son descargadas a través de una o más salidas
tangenciales de polvo 210. El ciclón 206 tiene una parte inferior
cerrada 226 que es preferiblemente una pestaña ciega 228 empernada a
una pestaña de acoplamiento 230 en el extremo inferior del cañón
208. La reentrada de gas se realiza por un tubo dispuesto en el
centro 214 que pasa a través de y/o está fijado a la pestaña ciega
228. Aunque no es preciso, el tubo de blindaje 222 tiene
convenientemente el mismo diámetro que el cañón 208, y está soldado
o fijado de otro modo a la pestaña ciega 228. Al mejorar un ciclón
de Chitnis y colaboradores, el blindaje 222 se añade a cada ciclón,
por ejemplo, soldando el tubo de blindaje 222 a la superficie
inferior de la pestaña ciega 228 que soporta el tubo de reentrada
214.
Aunque el ciclón de reentrada blindado 206 se
describe en un ejemplo con referencia a las características
específicas del ciclón 206 en las figuras 2-4, se
aprecia fácilmente que el ciclón blindado puede tomar cualquier
forma de los ciclones de fondo cerrado, equipados con reflujo de
gas, descritos en Chitnis y colaboradores, modificados de manera
que incluyan el blindaje 222 de la presente invención.
La invención se entiende mejor por referencia a
los ejemplos siguientes.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
El rendimiento de ciclones de entrada axial con
y sin blindajes se estudió en una unidad de flujo en frío a gran
escala. El tamaño de la unidad de flujo en frío se redujo con
respecto al diseño comercial, y representó un diseño existente del
separador de tercera etapa (TSS) de Chitnis y colaboradores, en el
que partículas de catalizador se habían acumulado dentro de los
tubos de reflujo de gas de algunos ciclones TSS. El modelo de flujo
en frío tenía cuatro elementos de ciclón operativos y dos no
operativos, cuyo tamaño, velocidad del gas de entrada y carga de
polvo eran típicos en la salida de un regenerador FCC comercial como
indica la comparación de las bases de diseño expuestas en la tabla
1:
El diagrama esquemático de la instalación de
prueba se representa en la figura 5. El catalizador se introdujo,
mediante educción de aire, en el tubo de entrada 310. La instalación
de prueba operó en vacío conectando el escape del filtro de gas de
salida 314 a la entrada de un ventilador de aire 316. El tubo de
entrada 310 estaba conectado a la cámara impelente de entrada 320 a
través de ventanas con deflector 322. El deflector aseguró buena
distribución del aire entrante cargado de polvo a la cámara
impelente de entrada 320. La cámara impelente de entrada 320 estaba
curvada de la forma típica de un diseño TSS comercial. El aire
cargado de catalizador entró en los ciclones de flujo axial 322 a
través de sus paletas de remolino 324. La figura 6 representa el
plano de la disposición del tubo de entrada 310 y los ciclones 322
(identificados como ciclones 322A a 322F en la figura 6) encima de
la cámara de sedimentación 328. Los ciclones 322A a 322F estaban
dispuestos en un paso triangular como en un TSS típico. El cuerpo
de ciclón 326 terminaba en la cámara de sedimentación (cuba de
contención) 328 debajo de la cámara impelente de entrada 320, que
tenía un diámetro correspondiente al flujo ascendente en un TSS
comercial típico. El polvo concentrado y el gas arrastrado salieron
de los ciclones 322 a través de la ranura de salida de sólidos 323
a la cámara de sedimentación 328. Parte del gas con el polvo
concentrado se ventiló a través del recipiente de flujo secundario
330, y posteriormente se filtró en 332 antes de combinarse con el
gas limpio de los filtros de salida de gas 334 antes de entrar en la
aspiración del ventilador de aire 316. La tasa de flujo de gas a
través de la línea de flujo inferior 336 se midió y controló por
una válvula de mariposa (no representada). El polvo en el gas de
flujo inferior se quitó en el filtro de flujo inferior 332.
La corriente de gas excedente que entró en la
cámara de sedimentación 328 a través de la ranura de salida de
sólidos fluyó de nuevo a los ciclones 322 a través del tubo de
reentrada 340 situado en la parte inferior del ciclón 322. La
sección del ciclón 322 conteniendo la ranura de salida de polvo 323
y el tubo de reentrada 340 estaba diseñada como una pieza de
carrete separada para permitir la rápida reorientación de la
descarga de la ranura de polvo. El gas limpio salió del ciclón a
través de tubo 342 a la cámara impelente de salida 344 desde donde
fluyó a través de los filtros de salida 334 para quitar las
partículas de catalizador arrastradas. El gas limpio, combinado con
el gas limpio del flujo inferior, fluyó posteriormente mediante la
línea 314 a la aspiración del ventilador 316. El flujo de gas se
midió, pero no se controló. La tasa general de flujo de gas a
través de la unidad (y la presión de unidad) se controló manualmente
con el amortiguador 346 en la salida del ventilador 316. La unidad
estaba provista de anemómetros de alambre caliente, tubos pitote,
manómetros y medidores de presión para las mediciones del flujo y
de la presión, incluyendo provisiones para seguimiento de gas helio
y aplicación de velocidades de gas en el ciclón 322 y la cámara
impelente.
Cada ciclón 322 tenía un diámetro interior de 10
pulgadas y una longitud de 5 pies. La ranura de salida de polvo
medía 2,5 pulgadas de alto por 1 o 1,5 pulgadas de ancho. El tubo de
reentrada 340 era un tubo de 1 pulgada, 2 pulgadas o 3 pulgadas
nominales. La velocidad del gas a través de las paletas de remolino
324 era aproximadamente 240-250 pies/s, y la carga
de polvo era 0,332 granos por pie cúbico real. A una tasa de flujo
inferior de gas de 3 por ciento, la velocidad del gas en el tubo de
reentrada de 1 pulgada 340 era aproximadamente
40-50 pies/s.
Se preparó una mezcla de alimentación de
catalizador mezclando conjuntamente 22,5% en peso de catalizador de
equilibrio FCC fresco, 44% en peso de la captura de cuarta etapa de
una refinería y 33,5% en peso de la captura de precipitador
electrostático de la refinería. Las proporciones se seleccionaron de
manera que concordasen lo más estrechamente posible con la
distribución del tamaño de partícula de entrada del TSS comercial
típico y se mezcló bien antes del uso. Se añadió aproximadamente
0,002 lb/lb de LAROSTAT 519 a la mezcla de alimentación para
minimizar los efectos de la electricidad estática. Se utilizó un
contador Coulter para mediciones del tamaño de partícula y las
mediciones seleccionadas se verificaron con microscopía electrónica
de exploración.
Los blindajes 335 tenían los mismos diámetros
interior y exterior que el cuerpo principal de los ciclones 322, y
cada uno de los blindajes 322 terminaba a la misma altura que los
otros blindajes 335, por debajo del extremo inferior de los tubos
de reentrada 340, pero por encima del nivel superior del lecho denso
en la cámara de sedimentación 328. Los ciclones del TSS no
terminaban a la misma altura en la cámara de sedimentación 328 a
causa de la curvatura de la cámara impelente de entrada 320. En
consecuencia, algunas ranuras de polvo descargaban hacia la entrada
de algunos tubos de reentrada 340. El gas que entra en los ciclones
322 desde la cámara de sedimentación 328 también
re-arrastró catalizador a causa de la velocidad
ascendente neta dentro de la cámara 328. Los resultados de la
prueba mostraron que los blindajes 335 eran beneficiosos para la
operación del TSS. Incrementaron la eficiencia general de recogida
de los ciclones 322 casi 6 por ciento, y eliminaron todas las
partículas de más de 10 \mum en la corriente de gas limpio que
salía de los ciclones 322 sin blindajes 335. Como se representa en
la figura 7, una comparación de la distribución de partículas para
los elementos TSS con y sin blindajes 335 mostró que no había
partículas de más de 10 \mum en el gas limpio después de instalar
los blindajes 335. El tamaño de corte (el tamaño máximo de partícula
en la salida de gas limpio del TSS) no cambió esencialmente con la
instalación de blindajes 335. En otros términos, los blindajes 335
no afectaron adversamente a la operación primaria de los ciclones
322; solamente eliminaron o redujeron el rearrastre secundario de
partículas de la cámara de sedimentación 328. Los resultados del
modelado de flujo en frío demostraron que el rendimiento general
del TSS se mejoró eliminando el rearrastre secundario de la cámara
de sedimentación mediante la instalación de blindajes. El
rearrastre secundario es el resultado de las partículas del
catalizador que salen de un ciclón en estrecha proximidad a los
tubos de reflujo de gas de ciclones adyacentes y son aspiradas a un
ciclón adyacente a través de su tubo de reflujo.
La cámara de sedimentación de polvo 328 presentó
fuerte circulación de aire hacia la derecha (vista superior) como
indican las amplias bandas de polvo que se mueven en una
configuración descendente a lo largo de la pared. Las bandas de
polvo se elevaron cerca de los ciclones de salida de polvo 322E,
322F y fluyeron hacia abajo cerca del ciclón 322A, indicando que la
proximidad de la salida de los varios ciclones 322 a la pared de la
cámara 328 y la orientación de las ranuras de salida de polvo del
ciclón determinan primariamente la velocidad de rotación y la
dirección. El emparejamiento de ciclones de espín a derecha y de
espín a la izquierda no fue suficiente para eliminar la rotación en
la cámara 328. Este movimiento rotacional en la cámara de
sedimentación 328 no cambió cuando el ciclón 322E se aisló del
recorrido del flujo de gas. La rotación en la cámara de
sedimentación 328 todavía era bastante fuerte después de desactivar
el flujo inferior, sugiriendo que una fracción sustancial del aire
salía a través de las ranuras de polvo del ciclón y después volvía a
entrar a través de los tubos de reentrada 340. Incrementar el
tamaño del tubo de reentrada 340, añadir blindajes 335 o bloquear
algunos tubos de reentrada 340 no cambió la gran configuración de
circulación en la cámara de sedimentación 328.
El rendimiento de las diferentes configuraciones
de ciclón comprobadas en este ejemplo se comparó en base a sus
eficiencias de recogida y catalizador residual con un tamaño
superior a 10 \mum en el gas limpio. Las configuraciones
comprobadas eran:
- \text{*}
- Diseño base (tubos de reentrada de 1 pulgada 340 y sin blindajes 335)
- \text{*}
- Ciclón con tubos de reentrada de 1 pulgada 340 y blindajes 335
- \text{*}
- Ciclón con tubos de reentrada de 3 pulgadas 340 y blindajes 335
Añadir blindajes 335 al ciclón 322 con el tubo
de reentrada de 1 pulgada 340 incrementó la eficiencia de 83,7 a
90%. Ampliar el diámetro del tubo de reentrada 340 de 1 pulgada
nominal a 3 pulgadas nominales disminuyó la eficiencia de recogida
casi 2%.
También se investigaron los efectos de variar el
porcentaje del flujo inferior (1-5%), la velocidad
nominal de entrada del ciclón (100-250 pies/s), la
carga de polvo, tubos de reentrada tapados, paletas de remolino
tapadas, ventana de entrada tapada, tamaño más fino de partícula, y
mayor tamaño del tubo de reentrada (2 y 3 pulgadas).
El efecto de la tasa de flujo inferior en el
rendimiento del ciclón 322 se estudió sistemáticamente a la
velocidad de entrada del ciclón de 195 pies/s para el diseño base
del ciclón sin blindajes. Los resultados mostraron que la
eficiencia de los ciclones aumentaba con una tasa de flujo inferior
de hasta 4% de la tasa de flujo inferior y posteriormente la
eficiencia pareció mostrar una ligera disminución a medida que
aumentaba la tasa de flujo inferior. La eficiencia de los ciclones
con respecto el ciclón de tubo de reentrada de 3 pulgadas pareció
ser insensible a la tasa de flujo inferior por encima de 4%. La
ligera caída de la eficiencia más allá de la tasa de flujo inferior
de 4% para el diseño base se podría haber debido a la turbulencia
incrementada en la cámara de sedimentación como resultado de las
partículas de catalizador separadas. La presencia de blindajes y la
reducción de la velocidad de reentrada para los ciclones con los
tubos de reentrada de 3 pulgadas y blindajes pareció reducir el
rearrastre de partículas de catalizador a medida que la tasa de
flujo inferior aumentaba. Incrementar la tasa de flujo inferior a
una velocidad de entrada constante del ciclón no aumenta la cantidad
de materiales de +10 \mum en el gas limpio.
Los efectos de la velocidad de entrada del
ciclón a una tasa de flujo inferior constante de 3% en el
rendimiento del diseño base del ciclón mostraron que la eficiencia
de los ciclones incrementaba de aproximadamente 81% a un máximo de
87% y posteriormente disminuía ligeramente a medida que la velocidad
de entrada del ciclón aumentaba de 110 pies/s a 249 pies/s. La
eficiencia máxima se produjo a una velocidad de entrada del ciclón
de 200 pies/s. Por debajo de una velocidad de entrada del ciclón de
185 pies/s, todas las partículas de catalizador recogidas del gas
limpio eran de menos de 10 \mum de diámetro. La concentración de
partículas de +10 \mum en el gas limpio incrementó nítidamente a
velocidades de entrada del ciclón superiores 190 pies/s. A la
velocidad máxima investigada, la concentración de partículas de +10
era 10 mg/Nm^{3}.
La caída de presión del ciclón entre las cámaras
impelentes de entrada y salida aumentó con la velocidad de entrada
del ciclón 322. La caída de presión del ciclón 322 estaba
relacionada en general con la velocidad de entrada del ciclón 322
por la ecuación siguiente:
(1)\Delta P =
0.001\ 07\
pVel^{1.8}
La caída de presión entre la entrada y la cámara
de sedimentación 328 también aumentó con la velocidad de entrada.
La caída de presión aumentó con el aumento del tamaño del tubo de
reentrada 340. Esto era porque el eflujo de gas del ciclón 322 de
la ranura de salida de sólidos aumentó cuando se incrementó el
diámetro del tubo de reentrada.
La caída de presión de la aleta de remolino 324
estaba relacionada generalmente con la velocidad de entrada del
ciclón 322 como:
(2)\Delta P =
1e-05\
Vel^{1.96}
Aproximadamente 25% de la caída de presión del
ciclón 322 fue a través de las paletas de remolino 324.
Las distribuciones de tamaño de partícula del
catalizador en el gas limpio a 195 pies/s (con 6 ciclones) y a 244
pies/s (con 4 ciclones) mostraron que había partículas en el gas
limpio de más de 10 \mum cuando los ciclones operaban a una
velocidad de entrada más alta. El PSD a una velocidad de entrada de
244 pies/s entrada presentó dos tamaños de corte, uno a
aproximadamente 6 y el otro a aproximadamente 50 \mum. El material
entre 6 y 50 parece proceder del rearrastre del catalizador de la
cámara de sedimentación 328 cuando se incrementó la velocidad de
entrada del ciclón. Estos ciclones no tenían blindajes 335. El
primer diámetro de corte para la velocidad de entrada más alta era
menor que el diámetro de corte a la velocidad de entrada inferior
del ciclón. Esto mostró que la eficiencia de los ciclones aumentó
cuando se incrementó la velocidad de entrada.
La velocidad del tubo de reentrada 340 se
determinó a una tasa de flujo inferior constante de 3% por medición
de trazador de helio. La velocidad del tubo de reentrada 340 se
incrementó cuando se aumentó la velocidad de entrada del ciclón
porque salía más gas a través de la ranura de polvo a la cámara de
sedimentación 328. A la velocidad prevista de entrada del ciclón de
refinería, la velocidad del tubo de reentrada 340 medida a partir
del trazador de helio era varios órdenes de magnitud superior a la
supuesta.
El rendimiento del TSS con distribución del
tamaño de partícula más fino del polvo de entrada se estudió
inyectando finos en comparación con la mezcla de alimentación PSD
usada para el resto de las pruebas. Los finos tenían 66% de
partículas de catalizador de menos de 10 \mum, mientras que la
mezcla de alimentación normal tenía solamente 24% de las partículas
de catalizador de menos de 10 \mum. La prueba se realizó con los
ciclones 322 con tubos de reentrada de 3 pulgadas 340 y blindajes
335. Aproximadamente a la misma velocidad de entrada y carga de
polvo, la eficiencia de los ciclones disminuyó 21% con alimentación
de distribución del tamaño de partícula más fino. Sin embargo, la
distribución del tamaño de finos del catalizador en el gas limpio no
quedó afectada por el tamaño de la alimentación. No había
partículas de 10+ \mum en el gas limpio ni siquiera cuando el
ciclón recibió 66% de partículas de menos de 10 \mum. Esto sugirió
que la eficiencia del ciclón 322 era constante e independiente de
la distribución del tamaño de partícula de entrada.
El efecto de la carga de polvo de entrada en el
rendimiento de los ciclones se caracterizó estudiando su eficiencia
de recogida a diferentes cargas de polvo de entrada. La carga de
polvo de entrada se varió entre 400 mg/Nm^{3} y 900 mg/Nm^{3}.
Los ciclones 322 usados tenían blindajes 335 y tubos de reentrada de
3 pulgadas 340. Los resultados mostraron que la eficiencia del
ciclón 322 aumentó con la carga de polvo de entrada aproximadamente
6% cuando se duplicó la carga de polvo al ciclón 322.
Se estudió el efecto del diámetro del tubo de
reentrada 340 en el rendimiento del ciclón. Se estudiaron dos
tamaños del DI del tubo de reentrada 340 de 2,02 pulgadas (2
pulgadas nominales) y 2,97 pulgadas (3 pulgadas nominales) además
del tubo de reentrada de 1,049 pulgadas (1 pulgada nominal) 340 del
diseño base. También se instalaron blindajes 335 en los ciclones
322. La investigación del rendimiento de los ciclones 322 con los
tres tamaños del tubo de reentrada 340 demostró que había una ligera
reducción de la eficiencia de ciclones cuando el tubo de reentrada
340 se ampliaba de 1,029 a 2,97 pulgadas de DI. El rendimiento del
tubo de reentrada más grande 340 era aproximadamente el mismo que
el del ciclón 322 con tubo de reentrada de 1 pulgada 340 sin
blindajes 335; sin embargo, no había partículas de +10 \mum en el
gas de salida limpio.
La ampliación del tubo de reentrada 340 de 1,049
pulgadas a 2,97 pulgadas dio lugar a una disminución de la
velocidad del tubo de reentrada 340 de 400 pies/s a 100 pies/s,
respectivamente. Aunque disminuyó la velocidad del tubo de
reentrada 340, la cantidad de gas que salía de la ranura de polvo
también aumentó, lo que dio lugar a flujo más neto de gas que
entraba en el ciclón 322 a través del tubo de reentrada 340 a una
tasa de flujo inferior constante. Por lo tanto, la turbulencia en
la cámara de sedimentación 328 aumentó cuando se incrementó el
tamaño del tubo de reentrada 340, a una tasa de flujo inferior
constante. No obstante, la reducción de la velocidad del gas de
reentrada redujo la cantidad de rearrastre de catalizador desde la
cámara de sedimentación 328.
La investigación del efecto de diámetro del tubo
de reentrada 340 en las distribuciones del tamaño de partícula de
salida TSS (PSD) demostró que el punto de corte de salida PSD
disminuía de 5 \mum a 3 \mum cuando el tubo de reentrada 340 se
ampliaba de 1,049 pulgadas a 2,02 pulgadas o 2,97 pulgadas. Ampliar
el tamaño del tubo de reentrada 340 puede mejorar la operabilidad
de la unidad sin pérdida significativa de la eficiencia del ciclón
322.
Se realizó una prueba sin el deflector de
entrada para determinar si la extracción del deflector de entrada
daría lugar a mala distribución del gas y del catalizador a los
ciclones 322 y afectaría a su rendimiento. Esto se hizo en
respuesta a la sospecha de que la presencia del deflector de entrada
podría hacer que las ventanas superiores se tapasen con residuos
refractarios. Los ciclones 322 usados en esta prueba tenían
blindajes 335 y tubos de reentrada 340 de 3 pulgadas nominales. Los
resultados mostraron que la extracción del deflector de entrada no
impactó negativamente en la eficiencia de recogida de los ciclones y
no había partículas de 10+ \mum en la corriente de gas limpio que
salía de los ciclones. La caída de la presión de entrada era
inferior sin el deflector de entrada.
Se realizó una sola prueba para estudiar el
efecto del tamaño de la ranura de salida de polvo en el rendimiento
del ciclón. Esta prueba se realizó con ciclones 322 con tubos de
reentrada de 3 pulgadas nominales 340 y blindajes 335 a un flujo
inferior de 3%. La anchura de la ranura de salida de polvo se redujo
de 1,5 pulgadas usada en el diseño base a 1,0 pulgada. La altura de
la ranura de 2,5 pulgadas no se cambió. Los resultados se compararon
con ciclones 322 con la anchura de ranura estándar de 1,5 pulgadas.
La disminución de la anchura de ranura a una tasa de flujo inferior
constante dio lugar a una disminución de aproximadamente 4% de la
eficiencia del 322; pero la caída de presión a través de los
ciclones 322 no quedó afectada. La tasa de salida de gas de la
ranura no cambió, pero su velocidad aumentó aproximadamente 87
pies/s debido a la reducción del área de la ranura. Esto podría
haber producido un aumento de la turbulencia en la cámara de
sedimentación 328, dando lugar así a mayor rearrastre de
catalizador. También era plausible que cuando se disminuía la
anchura de la ranura, inhibía la salida de polvo del ciclón 322,
haciendo que aumentase el rearrastre interno del polvo en el
torbellino.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Los resultados de tapar los tubos de reentrada
340, con 25% de los tubos de reentrada 340 tapados (un tubo de
reentrada 340), se compararon con datos de dos pruebas que se
realizaron en condiciones similares con los tubos de reentrada 340
destapados. En base a los datos, tapar 1 de cada 4 tubos de
reentrada 340 no parecía impactar negativamente en la efectividad
del sistema de ciclones. Tampoco cambió
\hbox{la caída de
presión a través de los ciclones 322.}
Se usó una placa curvada de Plexiglas (no
representada) para cubrir la ventana de entrada superior 320 con el
fin de simular el efecto de una ventana de entrada tapada en la
unidad comercial. Los resultados mostraron que tapar la ventana de
entrada no afectaba a la eficiencia de recogida del ciclón ni
producía la pérdida de partículas de +10 \mum en el gas limpio.
Sin embargo, aumentó la caída de presión a través del tubo de
entrada porque todo el gas pasaba a través de la ventana
inferior.
Se realizó otra prueba con el fin de investigar
el efecto de tapar completamente las paletas de remolino 324 de
algunos ciclones 322 dejando al mismo tiempo su ranura de salida de
polvo, los tubos de reentrada 322 y los tubos de salida de gas
abiertos. La prueba se realizó con cuatro ciclones en funcionamiento
322, mientras que dos ciclones no operativos (322B, 322E) se
dejaron bloqueados con su ranuras de salida de polvo, tubos de
reentrada 340 y tubos de salida de gas abiertos. Los resultados
mostraron una disminución significativa de la eficiencia de
recogida del ciclón dando lugar a un aumento brusco de las
partículas de 10+ \mum en el gas limpio que salía de los ciclones
322. Bloquear o tapar las paletas de remolino 324 dio lugar a gran
cortocircuito de gas y sólidos entre la cámara de sedimentación 328
y la cámara impelente de salida 344. Esto creó un efecto de vacío
que limpió todas las partículas de polvo usualmente adheridas a las
paredes y pestañas después de la realización, y hubo poca recogida
de polvo en la cámara de sedimentación 328. Este modo de fallo,
entre los tres estudiados, era el más catastrófico para la operación
del sistema de ciclones. Dio lugar al deterioro inmediato del
rendimiento. El bloqueo parcial de las paletas de remolino 324
podría producir el mismo efecto, pero sería menos drástico.
Los resultados del modelado de flujo en frío
descrito anteriormente mostraron que la presencia de partículas
grandes en el gas limpio de salida del TSS sin los blindajes se
produjo por rearrastre de partículas de catalizador ya separadas de
la cámara de sedimentación. Hubo un fuerte grado de turbulencia y
movimiento hacia la derecha de partículas separadas en la cámara de
sedimentación. Se halló que la velocidad de salida de gas/sólidos
del ciclón era más alta que la de diseño y, como consecuencia,
partículas de catalizador que salían fueron lanzadas junto a la
entrada de los tubos de reentrada de gas de ciclones adyacentes. La
velocidad del gas que entraba en el ciclón a través del tubo de
reentrada era varios órdenes de magnitud más alta que la supuesta
para el diseño y produjo rearrastre secundario de partículas de
catalizador de la cámara de sedimentación. Se halló que la adición
de blindajes a la parte inferior de los ciclones eliminaba la
diafonía y reducía el rearrastre secundario que eliminó las
partículas +10 micras del gas limpio.
Además de la instalación del blindaje, se halló
que las dos modificaciones adicionales siguientes mejoran la
operabilidad de la unidad: (1) la ampliación del tubo de reentrada
de 1 pulgada nominal a 3 pulgadas nominales, produciendo una ligera
disminución de la eficiencia general de recogida del TSS, pero
reduciendo la tendencia de los tubos de reentrada a taparse; y (2)
la extracción del deflector de entrada para eliminar la posible
obstrucción de las ventanas superiores con residuos refractarios.
Esto no impactó en el rendimiento del ciclón en la unidad de flujo
en frío.
Ejemplos
Otro ejemplo del efecto de los blindajes en el
rendimiento del TSS es estimar el rendimiento del TSS con una
composición hipotética de finos del catalizador en la corriente de
gas de entrada, en base a los resultados del modelado de flujo en
frío. Suponiendo tamaños de partícula uniformes de 5, 10, 20 y 60
micras, la eficiencia, la tasa de recogida y pérdida de partícula a
gas limpio para tubos de reflujo no blindados y blindados en base a
los datos del modelado de flujo en frío se exponen en las tablas 3 y
4, respectivamente.
\newpage
\global\parskip1.000000\baselineskip
Sin los blindajes, algunas partículas grandes
son rearrastradas desde la cámara de recogida fuera de los ciclones.
Con los blindajes instalados según la presente invención se elimina
el rearrastre.
Se describe un separador de gas/sólidos de
ciclones múltiples con reducido rearrastre de sólidos. El separador
usa una pluralidad de ciclones espaciados horizontalmente de
ciclones adyacentes para procesar gases de combustión conteniendo
finos residuales de catalizador. Cada ciclón tiene un cuerpo que
tiene un extremo de entrada de alimentación para admitir gas y
sólidos arrastrados a un espacio anular definido por una pared
lateral del cuerpo de ciclón y un tubo cilíndrico de salida de gas
axialmente alineado con el cuerpo de ciclón. Una salida de sólidos
en un extremo opuesto del cuerpo de ciclón tiene una salida
tangencial para sólidos y una menor cantidad de gas a través de una
pared lateral del cuerpo de ciclón. Un agujero de reflujo de gas
está axialmente alineado con el tubo de salida. La pluralidad de
ciclones comparten una cámara de retención común para sólidos
descargados de la salida de sólidos y un colector común para gases y
sólidos arrastrados. Una pluralidad de blindajes están colocados en
la cámara de retención para inhibir la descarga de sólidos de la
salida tangencial de los ciclones adyacentes a una entrada del
agujero de reflujo de gas.
Claims (25)
1. Un separador externo (200) que aloja una
pluralidad de ciclones (206) en una cuba de separador externo útil
en un proceso de craqueo catalítico fluidizado donde una
alimentación de hidrocarburo es craqueada catalíticamente por
contacto con un catalizador de craqueo regenerado en un reactor de
craqueo para producir productos más ligeros y catalizador gastado,
el catalizador gastado es regenerado en un regenerador de
catalizador que tiene uno o más separadores (200) para recuperación
de catalizador y finos de gases de combustión, para producir
catalizador regenerado que es reciclado al reactor de craqueo y
conteniendo los gases de combustión del regenerador finos de
catalizador, donde el separador externo (200) quita al menos una
porción de los finos de la corriente de gases de combustión del
regenerador, estando alojada dicha pluralidad de ciclones de tercera
etapa (206) en una cuba común con una cámara de retención común
(212) en su porción inferior, donde los ciclones de tercera etapa
(206)
incluyen:
incluyen:
- (a)
- un cuerpo de ciclón (208) que tiene una longitud, un eje longitudinal, una entrada y un extremo de salida;
- (b)
- una entrada de gas de combustión en comunicación de fluido con el extremo de entrada del cuerpo de ciclón (208);
- (c)
- un tubo de salida de gas (216) en el extremo de entrada del cuerpo de ciclón (208) para extraer gas con un contenido de finos reducido;
- (d)
- un eje longitudinal del tubo de salida de gas (216) alineado con el eje longitudinal del cuerpo de ciclón (208);
- (e)
- una salida de sólidos (210) en el extremo de salida del cuerpo de ciclón (208) para descarga de finos y una menor cantidad de gas a la cámara de retención común (212);
- (f)
- un agujero de reflujo de gas en el extremo de salida del cuerpo de ciclón (208) para reciclar una porción de los gases descargados con los sólidos a través de la salida de sólidos (210) de la cámara de retención común (212) de nuevo al cuerpo de ciclón (208):
- (g)
- donde el agujero de reflujo de gas está aislado de la entrada de gas de combustión en el extremo de entrada del cuerpo de ciclón; caracterizado porque los ciclones (206) incluyen un blindaje (222) que se extiende hacia abajo del extremo de salida del cuerpo de ciclón (208) alrededor del agujero de reflujo de gas para impedir que sólidos, descargados de la salida de sólidos de un ciclón adyacente de dicha pluralidad de ciclones alojados en la cuba común, sean arrastrados en los gases reciclados a través del agujero de reflujo de gas al cuerpo de ciclón.
2. El separador externo (200) de la
reivindicación 1 donde el cuerpo de ciclón (208) es cilíndrico y la
salida de sólidos (210) incluye un agujero en una pared lateral
para descarga tangencial de finos y una menor cantidad de gas a la
cámara de retención común (212).
3. El separador externo (200) de la
reivindicación 1 o 2, donde el agujero de reflujo de gas incluye un
agujero.
4. El separador externo (200) de la
reivindicación 1 a 3, donde el agujero de reflujo de gas incluye un
tubo cilíndrico (214) que tiene un eje longitudinal alineado con el
eje longitudinal del cuerpo de ciclón (208) y que pasa a través de
una junta estanca en el extremo de salida del cuerpo de ciclón.
5. El separador externo (200) de la
reivindicación 4, donde el tubo de reflujo de gas (214) descarga
tangencialmente reflujo de gas al cuerpo de ciclón (208).
6. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, donde la entrada de gas de alimentación
descarga tangencialmente gas al cuerpo de ciclón (208).
7. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, donde la entrada de gas de alimentación
descarga axialmente gas al cuerpo de ciclón (208).
8. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7, donde el agujero de reflujo de gas es
un tubo (214) que se extiende dentro del cuerpo de ciclón (208) de 0
a 1 longitud de cuerpo de ciclón y que se extiende fuera de dicho
cuerpo de ciclón (208) a la cámara de retención común (212) de 0 a 1
longitud de cuerpo de ciclón.
9. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 8, incluyendo paletas de remolino (224)
asociadas por fluido con el agujero de reflujo de gas.
10. El separador externo (200) de la
reivindicación 9 incluyendo una entrada tangencial de reflujo de gas
al tubo de reflujo de gas (214).
11. El separador externo (200) de la
reivindicación 9 o 10 incluyendo una salida tangencial de reflujo de
gas del tubo de reflujo de gas (214).
12. El separador externo (200) de la
reivindicación 11 donde la descarga tangencial del tubo de reflujo
de gas (214) y la entrada de gas de alimentación inducen espín en
la misma dirección dentro del cuerpo de ciclón (208).
13. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 12, donde el blindaje (222) es cilíndrico
con un extremo inferior abierto.
14. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 13, donde el blindaje (222) tiene una zona
en sección transversal mayor que el agujero de reflujo de gas.
15. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 14, donde cada blindaje (222) tiene un
extremo inferior debajo de un extremo inferior de cada tubo de
reflujo de gas (214).
16. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 15, donde un extremo superior del blindaje
(222) es contiguo con el extremo de salida del ciclón (206).
17. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 16, donde el blindaje (222) termina en un
extremo inferior espaciado encima de una fase densa de sólidos en la
cámara de retención común (212).
18. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 17, donde los blindajes (222) incluyen
tubos cilíndricos que se extienden hacia abajo del extremo de salida
de sólidos del cuerpo de ciclón (208) alrededor de los agujeros de
reflujo de gas.
19. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 18, donde los blindajes (222) tienen un
diámetro mayor que los agujeros de reflujo de gas y un extremo
inferior abierto.
20. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 19, donde los extremos inferiores de los
blindajes (222) terminan debajo de un extremo inferior del agujero
de reflujo de gas y encima de un nivel de sólidos de fase densa en
la cámara de retención común (212).
21. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 20, donde los extremos inferiores de los
blindajes (222) que cuelgan de los cuerpos de ciclón (208) terminan
aproximadamente a la misma altura en la cámara de retención común
(212).
22. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 21, donde las alturas de los extremos
inferiores de los agujeros de reflujo de gas varían de un ciclón
(206) a ciclones adyacentes (206).
23. El separador externo (200) de cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 22, donde el diámetro de los blindajes
(222) es aproximadamente el mismo que el diámetro de los cuerpos de
ciclón (208).
24. Un método para separar una mezcla de
gases-sólidos, incluyendo:
- (a)
- introducir la mezcla en respectivas entradas de una pluralidad de ciclones de fondo cerrado adyacentes;
- (b)
- descargar gases pobres en sólidos de extremos superiores de los ciclones respectivos;
- (c)
- descargar gases arrastrados conteniendo sólidos de salidas tangenciales en extremos inferiores de los ciclones respectivos;
- (d)
- refluir una porción de los gases arrastrados a los ciclones a través de agujeros de reflujo formados en extremos inferiores de los ciclones respectivos;
- (e)
- blindar los agujeros de reflujo de las salidas tangenciales de ciclones adyacentes de la pluralidad de ciclones para inhibir la diafonía.
25. Aparato para uso en el método de la
reivindicación 24, incluyendo:
- (a)
- medios para introducir la mezcla en entradas respectivas de una pluralidad de ciclones de fondo cerrado adyacentes;
- (b)
- medios para descargar gases pobres en sólidos de extremos superiores de los ciclones respectivos;
- (c)
- medios para descargar gases arrastrados conteniendo sólidos de salidas tangenciales en extremos inferiores de los ciclones respectivos;
\newpage
- (d)
- medios para refluir una porción de los gases arrastrados a los ciclones a través de agujeros de reflujo formados en extremos inferiores de los ciclones respectivos;
- (e)
- medios para blindar los agujeros de reflujo de las salidas tangenciales de ciclones adyacentes de la pluralidad de ciclones para inhibir la diafonía.
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