MX2012000929A - Aparato separador y removedor para tubos ascendentes externos de craqueo catalitico fluido. - Google Patents

Abstract

La presente invención proporciona un sistema de separación de tubo ascendente compacto para reactores de craqueo catalítico fluido que poseen un sistema de tubo ascendente externo, en donde el tubo ascendente entra en el reactor desde el exterior del recipiente del reactor.

Description

APARATO SEPARADOR Y REMOVEDOR PARA TUBOS ASCENDENTES EXTERNOS DE CRAQUEO CATALITICO FLUIDO Campo de la Invención La presente invención se refiere a un aparato de separación y desprendimiento y su uso en un proceso para el craqueo catalítico de hidrocarburos. De manera más particular, la presente invención se refiere a la separación rápida y el desprendimiento efectivo de corrientes de hidrocarburos craqueados, en forma catalítica, en un aparato de desembrague o desprendimiento que tiene un sistema compacto de separación de tubo de subida, en donde un tubo externo de subida entra en el aparato de desprendimiento desde el exterior.

Antecedentes de la Invención El craqueo catalítico de fluido (FCC, por sus siglas en inglés) es un proceso comúnmente utilizado en las refinerías de petróleo que origina altas producciones de gasolina y gas de petróleo licuado, las cuales se encuentran en una alta demanda en los Estados Unidos y a través del mundo. A pesar de la larga existencia del proceso de craqueo catalítico fluidizado, las técnicas son continuamente buscadas para la mejora de la recuperación del producto, tanto en términos de calidad como de composición del producto, es decir, la producción y selectividad.

En general, los procesos comerciales de craqueo catalítico de fluido son realizados en unidades FCC, en las cuales el reactor de tubo de subida se encuentra, ya sea interno o externo a un gran recipiente, que es típicamente conocido como un recipiente de desprendimiento o recipiente de reactor. Como es conocido dentro de la técnica, las unidades FCC con tubos de subida, ya sean internos o externos, presentan sus propias ventajas y desventajas diferentes que se relacionan, entre otras cosas, con el tamaño y las eficiencias.

En forma típica, en los procesos FCC, el catalizador es puesto en contacto con una alimentación de hidrocarburos en una zona de reacción, la cual es generalmente en la forma de un tubo alargado llamado el tubo de subida, el reactor de tubo de subida o la tubería de reactor de tubo de subida (aunque en algunas ocasiones, el reactor puede ser un rector de flujo descendente) . El tubo de subida puede ser localizado en el interior (es decir, un tubo interno de subida) , o en el exterior (es decir, un tubo externo de subida) del recipiente de desembrague. Entonces, el catalizador es sustancialmente separado de los hidrocarburos en una o más etapas de separación y los hidrocarburos craqueados, acompañados por una cantidad tan pequeña como sea posible del catalizador, dejan la zona de reaeción para la recuperación del producto en la unidad de fraccionado corriente abajo y las adicionales operaciones de procesamiento. El catalizador gastado separado de los separadores es recolectado en la parte inferior del aparato de desprendimiento (en un lecho denso) en donde es típicamente puesto en contacto con un .gas que es diferente de los hidrocarburos, tal como, por ejemplo, amoniaco, nitrógeno o vapor de modo que favorezca la remoción y recuperación de los hidrocarburos volátiles arrastrados con el catalizador, lo cual comúnmente referido como el desprendimiento (o desprendimiento de vapor en donde el vapor es utilizado como el medio de desprendimiento) . Entonces, el catalizador es evacuado hacia una zona de regeneración en donde el coque formado durante la reacción en el reactor de tubo de subida y los hidrocarburos que todavía no han sido desorbidos durante la etapa de desprendimiento son quemados en un medio de oxidación.

Sin embargo, con el propósito de obtener productos selectivos y evitar el exceso de craqueo en los hidrocarburos deseados para productos de derivación menos deseables en la zona de reacción de la unidad catalítica de craqueo, es preferible separar con rapidez los productos gaseosos producidos en la zona de contacto del catalizador agotado, incluyendo por medio de una primera separación (corte desigual) , que aunque no proporciona la separación completa de las partículas de catalizador agotado del producto craqueado, remueve de manera suficiente una proporción sustancial de ellos en un modo rápido que reduce las reacciones de degradación.

Existe un número de modos para realizar estas operaciones de separación/desorción y la literatura está llena con dispositivos desarrollados para los procesos de craqueo catalítico, los cuales son más o menos efectivos para estas distintas operaciones. Y mientras es relativamente simple realizar la separación rápida o el desprendimiento efectivo, es difícil realizar la separación rápida y el desprendimiento efectivo de una manera sustancialmente Simultánea. Además, puesto que el precio del petróleo se está incrementando cada vez y se vuelve más rara la cantidad de petróleo disponible para la conversión en productos petroquímicos , siempre existe la necesidad en la técnica de procesos más eficientes de separación de catalizador de corte desigual con el propósito de obtener producciones más altas de productos deseables .

Por ejemplo, las Patentes de los Estados Unidos Nos. 4,288,235, 4,348,364 y 4,433,984 describen un aparato de tipo de lado-por-lado que separa en forma rápida los sólidos de materia particulada de una corriente de sólidos-gas de fase mezclada de los reactores de tipo tubular. El aparato proyecta los sólidos a través de la fuerza centrífuga en contra de un lecho de sólidos a medida que la fase de gas hace un cambio de dirección de 180° para efectuar la separación. La fase de sólidos experimenta dos cambios de 90° antes de salir del aparato.

Otro aparato de separación y desprendimiento rápido que incluye la Patente de los Estados Unidos No. 5,837,129, describe una unidad FCC que tiene un tubo interno de subida, y un tipo inercial de separador de cuerno de carnero en el extremo terminal de un reactor de tubo de subida en combinación con una salida de gas situada en posición horizontal. La salida de gas situada en posición horizontal se orienta hacia arriba y hacia el reactor de tubo de subida, o hacia arriba y hacia afuera del reactor de tubo de subida, proporciona una separación rápida y eficiente del producto de vapor de hidrocarburo de las partículas de catalizador.

En general, la separación rápida puede ser efectuada utilizando ciclones directamente conectados con un tubo interno de subida, como es descrito en la Patente de los Estados Unidos No. 5,055,177. En este sistema, los ciclones conectados con el tubo de subida se encuentran en el interior de un recipiente de desembrague o desprendimiento, el cual también encierra, de manera general, una segunda etapa de ciclón. El gas separado en la primera etapa entra en la segunda etapa de ciclón para una separación más completa. El catalizador es dirigido hacia el lecho de desprendimiento fluidizado de fase densa del recipiente de desprendimiento en donde el vapor es inyectado como una contracorriente hacia el catalizador para desorber los hidrocarburos. Entonces, estos hidrocarburos son evacuados del reactor hacia la fase diluida superior del recipiente de desembrague y son introducidos en el sistema de separación en la segunda etapa de ciclón. El hecho de que existan dos etapas de ciclón, la primera conectada con el tubo de subida que realiza la separación primaria, la segunda que es generalmente conectada con la salida para el gas de los ciclones de primera etapa, necesita un diámetro muy grande para que el recipiente de desprendimiento rodee las dos etapas de ciclón. La fase diluida de este recipiente sólo es desplazada por los gases desorbidos en el separador o desprendidor, o por los gases arrastrados por el catalizador en las salidas de sólido (las extremidades inferiores, es decir, los medios usados para regresar las partículas de catalizador recolectadas en los ciclones al lecho de catalizador fluidizado) de la primera etapa. Entonces, los gases de la sección de desprendimiento son sistemáticamente expuestos a una degradación térmica a largo plazo en el separador, debido a que si el ciclón primario funciona correctamente, es arrastrada una cantidad muy pequeña de hidrocarburos en la extremidad inferior del ciclón primario hacia el separador. El volumen del recipiente de desprendimiento es grande y la cantidad de hidrocarburos y vapes? de desprendimiento es muy pequeña, la veleeidad superficial de los gases en la fase diluida del recipiente de desprendimiento en el exterior de los ciclones primarios es muy baja, típicamente no mayor que 0.61 metros (2 pies) por segundo (metros-pies/s) . En consecuencia, el tiempo de evacuación para los hidrocarburos desprendidos o arrastrados en las extremidades inferiores con el catalizador será necesariamente del orden de varios minutos.

Una desventaja adicional de este sistema de separación es que introduce hidrocarburos arrastrados o adsorbidos sobre el catalizador en un modo localizado en el lecho de desprendimiento fluidizado. Debido a que el lecho fluidizado es un mezclador radial deficiente aunque es un muy buen mezclador axial, existe una pérdida inevitable de eficiencia en la zona de desprendimiento. Podría ser posible mejorar el desprendimiento introduciendo gases de desprendimiento, de manera directa, en la salida de los sólidos. Sin embargo, esto sólo sería efectivo si el catalizador fluyera en forma lenta en la salida del ciclón con el propósito de no arrastrar gases, lo cual no es posible de conseguir si es retenida la operación adecuada de los ciclones primarios.

La Patente de los Estados Unidos No. 6,296,812 proporciona un aparato para la separación y desprendimiento de una mezcla de gas y una corriente de partículas en un reactor de tubo interno de subida del flujo ascendente y/o flujo descendente. El aparato tiene un envolvente de reacción que contiene un recipiente que separa las partículas de la mezcla y un recipiente que desprende las partículas separadas que se localizan por debajo del recipiente de separación, que tiene una pluralidad de cámaras de separación y una pluralidad de cámaras de desprendimiento distribuidas en posición axial alrededor de una extremidad del reactor de tubo interno de subida de forma alargada. La porción superior de cada cámara de separación incluye un orificio de entrada que se comunica con el reactor, para así separar las partículas de la mezcla gaseosa en un plano sustancialmente vertical, con cada cámara de separación que contiene dos paredes laterales sustancialmente verticales que también son las paredes de la cámara de circulación.

Las presentes solicitantes han desarrollado, de manera inventiva, un sistema de separación de tubo de subida altamente compacto que tiene un tubo externo de subida que utiliza el concepto descrito en la Patente de los Estados Unidos No. 6,296,812, que permite la eficiencia de separación pro-eficiente, . el desprendimiento efectivo y la evacuación rápida en forma simultánea de los hidrocarburos separados debido a la forma compacta mejorada del equipo mientras se mantienen todas las ventajas asociadas con el sistema de separación en la Patente de los Estados Unidos No. 6,296,812.

Sumario de la Invención La presente invención es dirigida a un aparato (10) para "la separación y desprendimiento de una mezcla gaseosa y una corriente de partículas, que comprende un revestimiento de recipiente de reactor (51) que tiene un medio de recepción de una mezcla de gases craqueados y partículas sólidas catalíticas agotadas por medio de un conducto de cruce de tubo de subida (46) de una tubería de reactor de tubo de subida (41) (es decir, un reactor de tubo externo de subida) , que se localiza externo al revestimiento de recipiente de reactor (51) , y que comprende una porción superior de dilución y una porción inferior de lecho de desprendimiento, y al menos una cámara de separación (50) para la recepción de la mezcla de gases craqueados y partículas sólidas catalíticas agotadas del conducto de cruce (46) para la separación de las materias particuladas catalíticas agotadas de los gases craqueados que se localizan dentro del revestimiento de recipiente de reactor (51) y que comprende una extremidad inferior (37) para la descarga de las partículas catalíticas separadas hacia la porción inferior de lecho de desprendimiento. Una cámara de desprendimiento (49) que comprende al menos un orificio de entrada (48) que se comunica con la cámara de separación (50) para la recepción de los gases craqueados separados de la cámara de separación (SQ) . Un orifici© de entrada de vapor de desprendimiento (45) para la recepción del gas de desprendimiento de la porción de lecho de desprendimiento y un conducto de desprendimiento (39) para la evacuación de vapores de la cámara de desprendimiento (49), y al menos un separador de ciclón (43) para la recepción de vapores de la cámara de desprendimiento (49) y que comprende al menos una extremidad inferior de separación de ciclón (52) que tiene una salida (38) para el retorno de los sólidos separados hacia el lecho de desprendimiento y un conducto de evacuación de vapor (42) para la descarga de vapores hacia un recolector de salida de gas (40) que se comunica con un conducto de salida de vapor (44) para la remoción de los vapores separados del revestimiento de recipiente de reactor (51) .

La cámara de desprendimiento (49) es situada en posición central dentro del revestimiento de reactor (51) y la cámara de separación (50) es situada en posición axial alrededor de la cámara de desprendimiento (49) y en donde la cámara de desprendimiento (49) asciende en dirección central a través de la cámara de separación (50) de una posición por debajo a una posición por encima de la cámara de separación (50) .

El orificio de entrada (48) comprende al menos un medio de cambio de dirección de flujo de gas (48a) definido en parte por una pared exterior de la cámara de desprendimiento (49) que se localiza por encima del orificio de entrada (48) . El medio de cambio de dirección de flujo de gas (48a) recibe los gases craqueados separados que viajan en dirección vertical hacia arriba después de la separación de las partículas de catalizador agotado en la cámara de separación (50) . De manera más particular, la mezcla de gases craqueados y las materias particuladas de catalizador agotado viaja a través del conducto de cruce de tubo de subida (46) y entra en la cámara de separación (50) en donde impacta o choca con el desviador de partición (47) que se localiza opuesto a la entrada del conducto de cruce de tubo de subida (46) que separa la mezcla que viaja en dirección horizontal de los gases craqueados y el catalizador agotado en dos corrientes que viajan alrededor de la circunferencia de la cámara de separación (50) . Un desviador (47a) situado opuesto al desviador de partición (47) y por encima del medio de dirección de flujo (48a) en la cámara de separación (50) , evita que las dos mezclas de vapor cargadas con catalizador choquen y provoquen una nube de catalizador, lo cual podría reducir la eficiencia de recolección del catalizador. Entonces, el catalizador viaja hacia abajo a través de la cámara de separación (50) y entra en las extremidades inferiores (37) . Los vapores separados viajan por el contrario hacia arriba a través del orificio (48) y entran en la cámara de desprendimiento (49) .

El catalizador sale de las extremidades inferiores (37) y entra en un lecho de separación fluidizado que se localiza por debajo de la extremidad inferior (37) . En el lecho de desprendimiento, los catalizadores gastados son puestos en contacto con un medio de desprendimiento, de preferencia vapor, aunque podrían emplearse otros gases de desprendimiento conocidos por aquellas personas expertas en la técnica, para remover los hidrocarburos volátiles arrastrados por el catalizador. Los gases de desprendimiento salen de la porción del hecho y viajan hacia arriba en dirección del separador de la cámara de separación (49) a través del orificio de vapor (45) . De esta manera, los vapores de desprendimiento y los vapores desprendidos de hidrocarburo (junto con el vapor de domo, es decir, el vapor) se mezclan con los gases craqueados de producto en la cámara de desprendimiento. La cámara de desprendimiento es cerrada y acoplada al menos con un separador de ciclón (43) para la separación de las materias particuladas arrastradas de los efluentes gaseosos por medio de un conducto de desprendimiento (39) . Los gases separados salen de los separadores de ciclón (43) a través del conducto de evacuación (42) y la materia separada particulada de catalizador agotado fluye hacia abajo de la extremidad inferior de separación de ciclón (52) y sale de la extremidad inferior de separación de ciclones a través de la salida (38) para ¡cegresar haeia el lecho de desprendimiento (y eventualmente la regeneración en un regenerador, tal como es o conocido por aquellas personas expertas en la técnica) . Los gases salen del revestimiento de reactor (51) por medio de un conducto de salida (44) en comunicación con un recolector de salida de gas (40) que se comunica con los conductos de evacuación (42) para el procesamiento corriente abajo en productos de componente, como es conocido por aquellas personas expertas en la técnica.

El aparato actualmente reivindicado (10) podría ser, por ejemplo, un aparato para el craqueo catalítico fluidizado de hidrocarburos. El aparato (10) es proporcionado, de manera ventajosa, con un reactor de tubo externo de subida (41) que tiene la capacidad para entrar al aparato (10) desde el exterior del aparato (10) . Además, el sistema de separación de tubo de subida actualmente reivindicado podría ser ventajosamente adaptado para los sistemas de craqueo catalítico de fluido que tienen un reactor de tubo externo de subida.

Breve Descripción de las Figuras La invención será mejor entendida a partir de las figuras que la acompañan, las cuales ilustran, de manera esquemática, el aparato, y en la cual: La Figura 1 ilustra una vista en perspectiva del aparato de la presente invención para el craqueo catalítico de lecho fluidizado de hidrocarburos, que incluye un reactor de tubo externo de subida que entra al aparato desde el exterior .

La Figura 2 es una ilustración en tres dimensiones del aparato que es presentado en la Figura 1.

Las Figuras 3A-3D ilustran las secciones transversales de varias configuraciones de entrada que podrían emplearse en los aparatos de la invención.

La Figura 4 ilustra la sección transversal de una configuración de entrada única que podría emplearse en los aparatos de la invención.

Descripción Detallada de la Invención La presente invención es dirigida en forma amplia a un aparato (10) para la separación de hidrocarburos y/u otros gases de partículas sólidas, tal como un catalizador de materia particulada y/u otras partículas (que incluyen materias particuladas inertes) , las cuales son típicamente divididas en forma fina y porosa, en una mezcla que contiene los gases y partículas sólidas, por ejemplo, un aparato para el craqueo catalítico fluidizado (FCC) de hidrocarburos. Esta mezcla podría ser un afluente que sale de una salida de un reactor diferente, por ejemplo, una que pone en contacto una fase esencialmente gaseosa con una fase sólida. De manera general, el aparato incluye un arreglo de compartimientos de uno o más reactores, cámaras, conductos, entradas, salidas, desviadores y extremidades inferiores, y una tubería de reactor de tubo externo de subida, con comunicación entre muchos de estos componentes, y de acuerdo con una modalidad preferida de la invención, puede producir en forma benéfica un gas de hidrocarburo que contiene menos aproximadamente del 0.05 por ciento de sólidos por peso, y en otra modalidad preferida de la invención, de preferencia, puede producir un gas de hidrocarburo que contiene menos aproximadamente del 0.02 por ciento de sólidos por peso.

Los distintos componentes o partes del aparato de la invención podrían ser generalmente colocados en un modo que es mostrado en las figuras, o se describe en la presente, o de otro modo. La presente invención no es limitada a los arreglos, configuraciones, dimensiones, instrumentaciones, componentes, ángulos, reactivos o direcciones o condiciones de flujo de producto precisas que son mostradas en estas figuras, o que se describen de aquí en adelante. Estos arreglos, configuraciones, dimensiones, instrumentaciones, componentes, ángulos, reactivos o direcciones y/o condiciones de flujo de producto podrían ser de otro modo, como lo requieren las circunstancias o como son deseados. Por ejemplo, una menor cantidad o cantidades adicionales de cámaras de separación, cámaras de desprendimiento, ciclones, desviadores, extremidades inferiores, conductos, entradas y/o salidas para gases, líquidos, sólidos o mezclas de los mismos y/u otros componentes o partes, podrían ser empleados. Además, estos componentes y partes podrían ser colocados en una amplia variedad de distintos modos, y podrían tener una amplia variedad de diferentes tamaños. La ubicación de los distintos componentes o partes del aparato, y los medios empleados para la unión de uno o más componentes, partes y/o áreas del aparato con uno o más de otros componentes, partes y/o áreas del aparato, también podrían ser variados. Además, más que la unión de varios componentes, partes y/o áreas del aparato, uno o más componentes, partes y/o áreas del aparato podrían ser maquinados o formados de otro modo a partir de una pieza de metal o de otro material. Todavía además, varios componentes, partes y/o áreas del aparato podrían ser unidos, ya sea permanente o removiblemente con otros componentes, partes y/o áreas del aparato, y podrían ser movibles o no movibles . Los componentes y partes unidos en forma removible son a menudo preferibles . debido a que estos componentes y partes podrían generalmente ser reemplazados y/o limpiados en un modo más simple y de costo más efectivo en el caso de que se ensucien, desgasten, dañen o destruyan.

A continuación, con referencia a las Figuras 1 y 2, el aparato (10) de la presente invención es típicamente empleado en una unidad de craqueo catalítico fluidizado (PCC) , que preferiblemente comprende una forma de placa curva o revestimiento de reactor cilindrico (51) , y al menos un reactor de tubo externo de subida (41) (es decir, un tubo externo de subida) . El revestimiento de reactor (51) incluye el área superior de dilución (51a) y el área inferior de desprendimiento de lecho denso (no se muestra) . El área superior de dilución (51a) del recipiente de reactor contiene un conducto de salida de vapor de recipiente (44) , el recolector de salida de gas (40) , un conducto de evacuación de ciclón (42) , una cámara de separación (50) , una cámara de desprendimiento (49) con un orificio de entrada (48) y el medio de cambio de dirección de flujo (48a) , el separador secundario (43), el desviador de partición (47), el desviador (47a) y la extremidad inferior (52) .

El área inferior de desprendimiento de lecho denso contiene un lecho de desprendimiento (que podría incluir, de manera opcional, el empaquetado o los desviadores como es conocido para aquellas personas expertas en la técnica) , medios que suministran el gas de desprendimiento al lecho de desprendimiento (tal como un anillo de vapor) y una salida de catalizador desprendido para la remoción del catalizador desprendido del revestimiento de reactor (51) y la transferencia del catalizador desprendido hacia un regenerador. Las configuraciones convencionales de regenerador, como es conocido en la técnica, podrían ser empleadas y todas estas modificaciones obvias se eneuenferañ dentro del alcance total pretendido de las reivindicaciones adjuntas. El aparato (10), y sus varios componentes, de preferencia también incluyen vapores, líquidos, sólidos y mezclas de los mismos, uno o más conductos, uno o más orificios de entrada y uno o más orificios de salida. De manera opcional, el aparato (10) podría incluir adicionalmente una o más cámaras de circulación (de preferencia, distribuidas alrededor del aparato) , conductos cruzados de tubo de subida (u otros conductos) , envolventes, válvulas, toberas y conos de desviación.

De manera adicional, el aparato (10), podría incluir, de manera opcional, toberas, por ejemplo, para el enfriamiento rápido (no se muestra) , de las reacciones residuales de craqueo, y/o columna (s) para el fraccionamiento al menos de un hidrocarburo diferente cortado que está presente en los gases que salen del separador secundario. El enfriamiento rápido es descrito, de manera más completa, en la técnica publicada, por ejemplo, en Forgac et al., la Patente de los Estados Unidos No. 5, 043,058. Otras características opcionales del aparato (10) , podrían ser, el separador de ciclón que podría o no estar cerrado y acoplado con el terminador de tubo de subida (no se muestra) . Otros tipos de separadores de corte grueso podrían ser empleados además de los ciclones, tales como el separador de cuerno de carnero, un separador de lata invertida, o un separador de guante. Véase, por ejemplo, los separadores mostrados en Pfeiffer et al., la Patente de los Estados Unidos No. 4, 756,886, Haddad et al., la Patente de los Estados Unidos No. 4, 404,095; Ross et al., la Patente de los Estados Unidos No. 5, 259,855, Barnes, la Patente de los Estados Unidos No. 4, 891, 129 y/o Gartside et al., la Patente de los Estados Unidos No. 4, 433,984.

Como se muestra en las Figuras 1 y 2, la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) de preferencia, tiene una forma alargada que es sustancialmente vertical, la parte inferior de la cual es proporcionada para la recepción del catalizador regenerado caliente de un regenerador (u otras materias particuladas) , toberas para la alimentación de un material de partida de hidrocarburo atomizado hacia el tubo de subida (u otros medios para la introducción del material de partida al reactor de tubo de subida) y de manera opcional, un gas de elevación. La parte superior del tubo de subida, (41) se conecta con un conducto de cruce de tubo de subida (46) , en donde la mezcla de gases craqueados y partículas sólidas que han viajado en una dirección ascendente en la tubería de reactor de tubo de subida (41) , y han experimentado una reacción (u otra) de craqueo catalítico fluidizado, pueden fluir hacia afuera de la tubería de reactor de tubo de subida (41) en dirección del conducto de cruce de tubo de subida y hacia la cámara de separación (50) que se encuentra en comunicación con el conducto de cruce de tubo de subida de la tubería de reactor de tubo de subida (46) .

De acuerdo con una modalidad de la invención, el diámetro de la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) fluctúa aproximadamente de 5.08 centímetros (2 pulgadas) aproximadamente a 1.83 metros (6 pies) y más grande, y en otra modalidad, fluctúa aproximadamente de 0.91 a 1.83 metros (3 a 6 pies) . De acuerdo con otra modalidad de la invención, el diámetro del conducto de cruce de tubo de subida (46) para los gases craqueados y las partículas sólidas fluctúa aproximadamente de unas cuantas pulgadas a 1.83 metros (6 pies) o más grande, y todavía en otra modalidad de la invención fluctúa aproximadamente de 0.91 a 1.83 metros (3 a 6 pies) .

Una vez que la mezcla de gases y partículas sólidas experimenta una reacción en la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) , tal como el craqueo catalítico fluidizado, la mezcla resultante de reacción de los gases craqueados de producto de hidrocarburo (u otra) y las partículas sólidas de catalizador gastado (u otras) de preferencia, viaja hacia afuera de la tubería de subida externa de salida (41) que se conecta con el conducto de cruce de tubo de subida (46) que se extiende a partir del tubo de subida y a través de la pared de revestimiento de reactor (51) , y forma una parte de, una porción superior o extremo de una cámara de separación (50) en un modo sustancialmente horizontal, como es mostrado en las Figuras 1 Y 2.

En forma típica, para una unidad FCC, el tiempo de residencia en la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) y la temperatura y presión, son efectivos para permitir que experimente, de manera exitosa, una reacción (u otra) de craqueo catalítico fluidizado. De acuerdo con una modalidad de la invención, este craqueo FCC de un petróleo de gas de vacío (otros materiales de partida hidrocarbonáceos son obviamente contemplados para uso en la presente invención, tales como aunque no se limitan a nafta, aceites de gas atmosférico, aceites de ciclo y residuos, que son bien conocidos por aquellas personas expertas en la técnica) el período de tiempo de residencia en la tubería de reactor de tubo de subida (41) fluctúa aproximadamente de 0.5 a 4 segundos, y en otra modalidad de la invención, fluctúa aproximadamente de 1 a 3 segundos .

De acuerdo con una modalidad de la invención, la temperatura de salida del tubo de subida podría fluctuar aproximadamente de 482.22°C a 587.78°C (900°F a 1090°F) , y más alta, y en otra modalidad de la invención fluctúa aproximadamente de 510.00°C a 565.56°C (950°F a 1050°F) . En una modalidad de la invención, la presión en la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) fluctúa aproximadamente de unas cuantas psig (calibración de libra-fuerza por pulgada cuadrada) aproximadamente hasta 2.068 bares (30 psig) y más alta, y en otra modalidad como fluctúa aproximadamente de 0.6894 a 2.06810 bares (10 a 30 psig). De acuerdo todavía con otra modalidad de la invención, la alimentación viaja a través de la tubería de reactor de tubo externo de subida a una velocidad que generalmente fluctúa aproximadamente de 9.1 a 22.86 metros/s (30 a 75 pies/s) y más alta, y todavía en otra modalidad fluctúa aproximadamente de 16.76 a 19.81 metros/s (55 a 65 pies/s).

El separador de la presente invención incluye al menos una cámara de separación alargada y sustancialmente vertical (50) que se extiende en dirección central en el recipiente de desembrague (51) , como es mostrado en las Figuras 1 y 2. La cámara de separación (50) se encuentra en comunicación fluida con el conducto de cruce de tubo de subida sustancialmente horizontal (46) que pasa de la parte superior del reactor de tubo de subida a través del revestimiento de reactor (51) hacia el interior del recipiente de desembrague (51) . En esta configuración, una mezcla de gases y sólidos (los hidrocarburos craqueados y el catalizador agotado) que ha experimentado una reacción en la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) pueden fluir hacia el conducto de cruee de tubo de subida (46) y hacia la cámara de separación (50) por medio del conducto de cruce de tubo de subida (46) . El conducto de cruce de tubo de subida (46) se extiende a partir, y forma parte de una porción superior o extremo de la cámara de separación (50) , en un modo sustancialmente horizontal.

De este modo, la mezcla de producto de vapor de hidrocarburo craqueado y el catalizador agotado viajan a través del conducto de cruce de tubo de subida (46) en o junto al extremo superior de la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) hacia la cámara de separación (50) por medio del conducto de cruce de tubo de subida (46) , en donde la mezcla encuentra un desviador interno de partición (47) que se localiza por encima del orificio de entrada (48) y el medio de cambio de dirección (48a) de la cámara de desprendimiento (49) , que divide el flujo del tubo de subida en dos corrientes. Un desviador (47a) localizado en el lado opuesto donde entra el producto de vapor de hidrocarburo craqueado (que incluye partículas sólidas) , y se localiza entre la cámara de separación (50) y la cámara de desprendimiento (49) y por encima del orificio de entrada (48) y el medio de cambio de dirección (48a) de la cámara de desprendimiento (49) , evita que choquen las dos corrientes de vapor cargadas con catalizador, de esta manera, se evita la formación de una nube de catalizador, lo cual podría reducir la eficiencia de recolección del catalizador. En la cámara de separación, (50) (de manera general, en la porción superior de la misma) , los gases de hidrocarburo (y/u otros) que están presentes en el producto de vapor de hidrocarburo craqueado son separados de las partículas sólidas de catalizador (u otras) , de preferencia, a través del efecto centrífugo y/o inercial que es ejercido sobre las partículas sólidas cuando la mezcla gaseosa es girada o volteada en un plano sustancialmente vertical en la cámara de separación (50) (en una o más direcciones diferentes) . La cámara de separación (50) incluye de manera opcional, un medio que evita la recirculación de la mezcla gaseosa, tal como un desviador (no se muestra) .

Debido a las fuerzas centrífugas que son ejercidas sobre el producto de vapor de hidrocarburo craqueado en la cámara de separación (50) , la mayoría de las partículas sólidas (el catalizador gastado y/u otras partículas sólidas) se separan de los gases, y estas partículas sólidas separadas se deslizan en una dirección descendente a través de la cámara de separación (50) hacia la porción inferior de la cámara de separación (50) , que incluye al menos una extremidad inferior (37) . De acuerdo con una modalidad de la invención, la cantidad de partículas sólidas generalmente fluctúa aproximadamente del 70 al 95 por ciento de las partículas sólidas totales que están presentes en el producto de hidrocarburo craqueado que sale de la tubería de reactor de tubo externo de subida (41) , y en otra modalidad fluctúa aproximadamente del 80 al 90 por ciento. Las extremidades inferiores (37) permiten que las partículas sólidas que han sido separadas de los gases, que podrían arrastrar una cantidad pequeña de gas entre sus granos, y gas y líquido adsorbido en sus poros, salgan de la cámara de separación (50) , y entren en el lecho adyacente de desprendimiento localizado en la porción inferior del recipiente de reactor (51) . Las extremidades inferiores (37) podrían tener una sección transversal circular, rectangular u otra sección transversal y de manera general, tienen una parte inferior abierta, de preferencia, con un diseño que no restringe el flujo de sólido que sale de las extremidades inferiores (37) . Las extremidades inferiores (37) también podrían ser selladas con un medio de sellado de tina, que es fluidizado o proporcionado con la capacidad para un desprendimiento previo del catalizador separado con vapor. La descripción completa del medio de sellado de tina útil en la práctica de la presente invención es descrita en la Patente de los Estados Unidos No. 6, 692,552, los contenidos de la cual se incorporan en la presente como referencia. Otros sellos de extremidad inferior conocidos por aquellas personas expertas en la técnica también podrían ser empleados en la práctica de la presente invención en donde se desee (véase, por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos No. 3, 110,323).

La operación de un lecho de desprendimiento en un recipiente de reactor de una unidad FCC es conocida por aquellas personas expertas en la técnica. En forma típica, el lecho será equipado con desviadores, empaquetado u otros dispositivos que proporcionen un contacto íntimo del gas de desprendimiento y el catalizador. El gas de desprendimiento, usualmente vapor, es generalmente agregado en uno o más lugares en la porción inferior del lecho, tal como a través de un anillo de vapor. El gas de desprendimiento actúa para desplazar los hidrocarburos volátiles restantes del catalizador . gastado, de modo que estos hidrocarburos susceptibles de ser desprendidos pueden ser recuperados y no quemados en el regenerador. A continuación, el catalizador desprendido es removido del recipiente de reactor (51) por medio de una tubería vertical para el transporte hacia un regenerador, como también es conocido por aquellas personas expertas en la técnica.

A medida que la fuerza centrífuga en la cámara de separación (50) obliga a que los sólidos se dirijan hacia los límites de la cámara de separación (50) , los gases de producto craqueado generalmente se desprenden de los sólidos, ayudados por el desviador (47) , saliendo de la cámara de separación (50) hacia la cámara de desprendimiento (49) por lo menos a través de una ventana u orificio de entrada (48) . De manera adicional, la cámara de desprendimiento (49) tiene al menos un medio de cambio de dirección de flujo (48a) que es definido en parte por una pared exterior de la cámara de desprendimiento (49) y que se localiza por encima del orificio de entrada (48) . El medio de cambio de dirección de flujo (48a) ayuda a evitar que el catalizador entre a través de la ventana (48) .

Puesto que el propósito principal de la cámara de separación (50) es realizar una separación de corte desigual (aunque todavía relativamente completa) de las partículas sólidas de catalizador (u otras) de los vapores de producto craqueado con el propósito de evitar el exceso de craqueo, la cámara de separación (50) es diseñada para realizar una separación rápida de la mayoría de las partículas sólidas de catalizador (u otras) de los vapores de producto craqueado. Sin embargo, los vapores de producto craqueado que abandonan la cámara de separación (50) , son típicamente arrastrados con una porción menor de partículas y/o refinados, que típicamente requieren una separación adicional, por ejemplo, en un separador secundario de gas-sólido tal como un ciclón.

Los vapores de producto craqueado, que han sido separados de la mayoría de las partículas sólidas en la cámara de separación (50) , aunque tienen algunos sólidos arrastrados, salen de la cámara de separación (50) por medio del orificio de entrada (48) son unidos con los vapores de desprendimiento del lecho de desprendimiento que entran en la cámara de desprendimiento (49) a través del orificio de entrada de vapor de desprendimiento (45) . Los vapores de producto craqueado y los vapores de desprendimiento (también con algunas materias particuladas arrastradas dé catalizador) son adicionalmente separados de las partículas arrastradas de catalizador en un sistema de ciclón cerrado-acoplado por medio de uno o más separadores secundarios de gas-sólido (43) , tales como ciclones, en donde ocurre generalmente la separación de los gases y las partículas sólidas restantes.

Después de pasar a través de la cámara de desprendimiento (49) , el afluente resultante de desprendimiento, que comprende el gas de desprendimiento, los gases de hidrocarburo craqueado, los gases de hidrocarburo desorbidos de las partículas sólidas separadas, y una porción menor del catalizador arrastrado, sale de la cámara de desprendimiento a través de un conducto de desprendimiento y hacia los separadores secundarios (43) (típicamente, ciclones como son bien conocidos por aquellas personas expertas en la técnica) . En los separadores secundarios, la separación de las materias particuladas arrastradas de catalizador de los vapores es esencialmente completada y los vapores salen de los ciclones (43) a través de los conductos de evacuación (42) . Los conductos de evacuación (42) a su vez dirigen los vapores hacia un recolector de salida de gas (40) a partir del eual los vapores son removidos del recipiente de reactor (51) a través del conducto de salida de vapor (44) . Entonces, los vapores son dirigidos hacia las unidades de procesamiento corriente abajo como es bien conocido por aquellas personas expertas en la técnica.

En los separadores secundarios de ciclón (43), las partículas sólidas restantes son separadas de los vapores, y son removidas por medio de una extremidad inferior (52) hacia el lecho de desprendimiento de catalizador.

Las Figuras 3A-3D ilustran las secciones transversales de varias configuraciones múltiples de entrada (es decir, las Figuras 3A, 3C y 3D) que podrían emplearse en el aparato (10) de la invención. La Figura 3B presenta una modalidad específica de la invención, que ilustra una vista superior en sección transversal la configuración de entrada de un conducto de cruce no dividido de tubo de subida (46) , el revestimiento de reactor (51) , la cámara de separación (50) , la cámara de desprendimiento (49) , el desviador de partición (47) , y el desviador (47a) , en donde entra la mezcla de gas-sólido de hidrocarburo craqueado en la cámara de separación (50) de manera directa a partir del conducto de cruce de tubo de subida (46) para incidir sobre el desviador de partición (47) que a su vez divide la mezcla de gas-sólido de hidrocarburo en dos corrientes de vapor que se evitan que chocan entre sí y que formen una nube de catalizador a través del desviador (47a) . La Figura 3A presenta una modalidad específica de la invención, que ilustra una vista superior en sección transversal de una configuración de entrada de un conducto de cruce dividido de tubo de subida de forma "Y" (46) , el revestimiento de reactor (51) , la cámara de separación (50) , la cámara de desprendimiento (49) , y el desviador (47a) , en donde entra la mezcla de gas-sólido de hidrocarburo craqueado en la cámara de separación (50) a partir de dos entradas que tienen una primera incidencia sobre la porción de la entrada de forma "Y" que divide la mezcla en dos corrientes de vapor antes de entrar en la cámara de separación (50) . Se evita que las corrientes de vapor choquen entre sí y que formen una nube de catalizador a través del desviador (47a) . La Figura 3C presenta una modalidad específica de la invención, que ilustra una vista superior en sección transversal de una configuración de conducto de cruce dividido de tubo de subida de forma de "herradura" (46) , el revestimiento de reactor (51) , la cámara de separación (50) , la cámara de desprendimiento (49) , y el desviador (47a) , en donde entra la mezcla de gas-sólido de hidrocarburo craqueado en la cámara de separación (50) a partir de dos entradas que primero han incidido sobre la porción dividida de la entrada de forma de herradura que divide la mezcla en dos corrientes de vapor antes de entrar en la cámara de separación (50) . Se evita que las corrientes de vapor chequen entre sí y que formen una nube de catalizador por medio del desviador (47a) . La Figura 3D presenta una modalidad específica de la invención, que ilustra una vista superior en sección transversal de una configuración de entrada de conducto de cruce dividido de tubo de subida de forma de "V" (46) , el revestimiento de reactor (51), la cámara de- separación (50), la cámara de desprendimiento (49) , y el desviador (47a) , en donde entra la mezcla de gas-sólido de hidrocarburo craqueado en la cámara de separación (50) a partir de dos entradas que primero han incidido sobre la porción dividida de la entrada de forma de "V" que divide la mezcla en dos corrientes de vapor antes de entrar en la cámara de separación (50) . Se evita que las corrientes de vapor choquen entre sí y que formen una nube de o catalizador a través del desviador (47a) .

La Figura 4 presenta una modalidad específica preferida de la invención, que ilustra una vista superior en sección transversal de una configuración de entrada de conducto de cruce único de tubo de subida (46) que podría emplearse en el aparato (10) de la invención. La configuración de entrada de conducto único de cruce de tubo de subida (46) proporciona fuerzas mejoradas rotacional es/centrifugas sobre la mezcla de gas-sólido de hidrocarburo craqueado a medida que entra en la cámara de separación (50) . De acuerdo con esta modalidad, los efectos del "desviador" no son directamente impuestos sobre la mezcla.

Aunque la presente invención ha sido descrita en ciertas modalidades preferidas, se pretende que todas las variaciones obvias para una persona experta en la técnica caigan dentro del espíritu y alcance de la invención, que incluye las reivindicaciones adjuntas. Todas las patentes, solicitudes y publicaciones de patente referidas con anterioridad son incorporadas en la presente como referencia en su totalidad.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de separación y desprendimiento de una mezcla gaseosa y una corriente de partículas, caracterizado porque comprende: un revestimiento de recipiente de reactor que tiene un medio de recepción de una mezcla de gases craqueados y las partículas sólidas catalíticas agotadas por medio de un conducto de cruce de tubo de subida de una tubería de reactor de tubo de subida que se localiza externa al revestimiento de recipiente de reactor y que comprende una porción superior de dilución y una porción inferior de lecho de desprendimiento, al menos una cámara de separación para la recepción de la mezcla de gases craqueados y las partículas sólidas catalíticas agotadas del conducto de cruce para la separación de las materias particuladas catalíticas agotadas de los gases craqueados que se localizan dentro del revestimiento de recipiente de reactor y que comprende una extremidad inferior para la descarga de las materias particuladas catalíticas separadas en la porción inferior de lecho de desprendimiento; una cámara de desprendimiento que comprende al menos un orificio de entrada que se comunica con la cámara de separación para la recepción de los gases craqueados separados de la cámara de separación; un orificio de entrada de vapor de desprendimiento para la recepción del gas de desprendimiento de la porción de lecho de desprendimiento y un conducto de .desprendimiento para la evacuación de vapores de la cámara de desprendimiento; y, al menos un separador de ciclón para la recepción de vapores de la cámara de desprendimiento y que comprende al menos una extremidad inferior de separación de ciclón que tiene una salida para el retorno de los sólidos separados hacia el lecho de desprendimiento y un conducto de evacuación de vapor para la descarga de vapores hacia un recolector de salida de gas que se comunica con un conducto de salida de vapor para la remoción de los vapores separados del revestimiento de recipiente de reactor.

2. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara de desprendimiento es situada en posición central dentro del revestimiento de reactor y la cámara de separación es situada en posición axial alrededor de la cámara de desprendimiento y en donde la cámara de desprendimiento asciende, en dirección central, a través de la cámara de separación de una posición por debajo a una posición por encima de la cámara de separación.

3. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara de separación además comprende un desviador de partición que se localiza opuesto a la entrada del conducto de cruce de tubo de subida para la separación de la mezcla de gases craqueados y el catalizador agotado en dos corrientes que viajan alrededor de la circunferencia de la cámara de separación.

4. El aparato de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque comprende un desviador que es situado opuesto al desviador de partición y por encima del orificio de entrada en la cámara de separación.

5. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el orificio de entrada comprende al menos un medio de cambió de dirección de flujo de gas definido en parte por una pared exterior de la cámara de desprendimiento que se. localiza por encima del orificio de entrada, el medio de cambio de dirección de flujo de gas recibe los gases craqueados separados que viajan en dirección vertical hacia arriba después de la separación de las partículas de catalizador agotado en la cámara de separación.

6. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de cruce de tubo de subida no es dividido y la cámara de separación contiene un desviador de partición y el desviador.

7. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de cruce de tubo de subida es dividido y la cámara de separación contiene un desviador .

8. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto de cruce de tubo de subida no es dividido y la cámara de separación contiene al menos un desviador.

9. El aparato de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque comprende un medio de inyección de enfriamiento rápido que ayuda a terminar y/o reducir las reacciones de craqueo térmico.

10. Un proceso de separación y desprendimiento de una mezcla gaseosa y una corriente de partículas, caracterizado porque comprende: i) craquear un material de partida hidrocarbonáceo en presencia de un catalizador de craqueo en una tubería de reactor de tubo de subida localizada externa a un revestimiento de recipiente de reactor que tiene un medio que recibe una corriente de producto craqueado y el catalizador agotado por medio de un conducto de cruce de tubo de subida; ii) separar una porción mayor del catalizador agotado del producto craqueado al menos en una cámara de separación para formar una corriente de catalizador agotado y una corriente de producto craqueado arrastrado con las materias particuladas de catalizador agotado; iii) recibir el vapor de desprendimiento y el vapor de producto craqueado de la cámara de separación en una cámara de desprendimiento que comprende al menos un orificio de entrada que se comunica con la cámara de separación localizada en posición central dentro del recipiente de reactor y que transporta el vapor de producto craqueado al menos hacia un separador de ciclón para la recepción de vaperes de la eamaaía de deepseendimleneo y que eemprende al menos una extremidad inferior de separación de ciclón que tiene una salida para el retorno de los sólidos separados hacia una porción inferior de lecho de desprendimiento; iv) desprender los hidrocarburos volátiles del catalizador gastado de la etapa (ii) en una porción inferior de lecho de desprendimiento; v) separar los hidrocarburos volátiles y el medio de desprendimiento del catalizador gastado desprendido en la porción inferior de lecho de desprendimiento; vi) separar adicionalmente las materias particuladas de catalizador agotado arrastradas del producto craqueado en el separador de ciclón; y vii) retirar el producto craqueado por medio de un conducto de evacuación en comunicación con el separador de ciclón para la descarga de vapores hacia un recolector de salida de gas que se comunica con un conducto de salida de vapor para la remoción de los vapores separados del revestimiento de recipiente de reactor

11. El proceso de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el medio de desprendimiento es al menos uno seleccionado del grupo que consiste de vapor, nitrógeno y amoníaco.