MXPA02005917A - Sistema de sellamiento para pata de ciclon. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un sistema para sellar la pata de un ciclon para separar los solidos de una suspension de gas/solidos. Mas especificamente, la presente invencion se refiere a un sistema para sellar las patas de dos etapas de ciclones en serie usados en procesos de craqueo catalitico de fluidos (FCC), que comprende una configuracion terminal que usa una curva (31) de gran radio que esta desprovista de partes en movimiento, que cambia la direccion del flujo de masa descendente de catalizador en fase densa en un, plano ortogonal al flujo gaseoso ascendente, lo que impide la entrada de la fase de gas dentro de la pata (24), promueve el sellamiento eficiente e impide el "empacamiento" del lecho denso de particulas.

Description

SISTEMA DE SELLAMIENTO PARA PATA DE CICLÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema de sellado para la pata de un ciclón, para separar los sólidos en suspensión gas/sólido. Más específicamente, la presente invención se refiere a un sistema de sellado para patas de dos etapas de los ciclones en serie utilizados en los procesos de desintegración catalítica de fluidos (FCC).

ESTADO DE LA TÉCNICA El propósito de la desintegración catalítica de fluidos (FCC) es convertir los hidrocarburos con un alto punto de ebullición a fracciones de hidrocarburos ligeros, tales como gasolina y gas licuado de petróleo (LPG) . El catalizador utilizado en las unidades de desintegración catalítica de fluidos consiste de un polvo de tamaño de partícula controlado, que es intimamente mezclado con alimentación hacia la unidad FCC y subsiguientemente con los productos de desintegración que son también gaseosos, formando una suspensión gas/sólido la cual tiene que ser separada eficientemente con el fin de minimizar las pérdidas del catalizador de la unidad FCC, proporcionando ventajas obvias para el refinador y para el ambiente. En el campo de la separación de partículas sólidas en suspensión gaseosa, se acostumbra utilizar ciclones como el mecanismo para separar los sólidos en la suspensión gas/sólido. Los ciclones de este tipo normalmente tienen un dispositivo en sus extremos de descarga del material sólido o, como es más bien conocido, en los extremos de las patas de los ciclones. Este dispositivo actúa como un elemento de sellado, previniendo el contra flujo de la corriente gaseosa, hacia la parte interna del ciclón, lo cual podría reducir considerablemente su eficiencia de separación. Típicamente, en el caso específico de los procesos de desintegración catalítica de fluidos (FCC) se hace uso de un par de separadores de ciclón en serie, con el fin de maximizar la separación de las partículas -el catalizador del proceso- proveniente de la suspensión gas/sólido. El uso de más de un grupo de separadores de ciclón es también un arreglo claramente común, dependiendo del tamaño y del modelo del recipiente separador de la unidad de FCC. La separación de la mayor parte de las partículas tiene lugar en la primera etapa de separación (ciclón primario) , después de lo cual una concentración mucho menor es dejada detrás, en la cual las partículas del catalizador para la segunda etapa de separación (ciclón secundario) son de tamaño promedio más pequeño. En este método conocido de operación, la presión interna en los ciclones está siendo por debajo de la presión del recipiente separador, existe por lo tanto una necesidad para sellar el extremo inferior de las patas de los ciclones por medio del uso de dispositivos de sellado. El catalizador recolectado en los ciclones fluye en caída libre hacia las patas de los ciclones, formando una columna densa de sólidos que después de alcanzar un nivel específico establecen un equilibrio de presión entre la base de la pata del ciclón y la parte interna del recipiente separador. Habiendo alcanzado el equilibrio de presión, el proceso de descarga del ciclón comienza con la apertura de los dispositivos de sellado. Es precisamente durante el proceso de descarga de los sólidos recolectados en las patas del ciclón, que ocurre una pérdida significativa de los sólidos a partir de este sistema. Inicialmente, el flujo con dirección hacia abajo de los sólidos, mantiene el sello en el sistema debido a la existencia de la columna de sólidos. Cuando la descarga es casi completa, la columna de sólidos es ya significativamente más pequeña, y la diferencial de presión rompe el sello de la fase densa, y se forma luego un flujo gaseoso ascendente que se origina desde la base de la pata, devolviendo algo del material particulado ya recolectado, y perjudicando la operación del ciclón. Cuando el efecto del movimiento de descarga del catalizador sobre el dispositivo de sellado cesa, el dispositivo de sellado regresa a su posición normal de equilibrio y comienza otro ciclo más de recolección y acumulación de materiales particulados. En la práctica, se ha observado que el retorno del material particulado es más intenso en la segunda etapa de separación, debido a la mayor diferencial de presión a la cual está sometido este equipo y al tamaño promedio más pequeño de las partículas que constituyen el material particulado en esta segunda etapa de separación . A la luz de lo anterior, se ha concluido que un punto crítico en un proceso de separación que utiliza separadores de ciclón, con influencia directa sobre la eficiencia del proceso FCC, es el sello proporcionado por los dispositivos de sellado de las patas de ciclón. Los dispositivos de sellado toman varias formas, tales como válvulas con un contrapeso (válvula de charnela) , válvulas que involucran la inmersión (válvula de percolación) , y otras en la forma de placas planas o cónicas (placas de salpicadura) y, también, combinaciones de éstas. Estos dispositivos, que funcionan en condiciones claramente severas tales como temperaturas de 500°C y una alta carga de sólidos, no proporcionan normalmente sellado eficiente, ya que éstas pueden permitir el paso de un flujo ascendente de gas desde el recipiente separador hacia la parte interna de la pata del ciclón. Por ejemplo, un flujo mayor de 0.10 % del volumen total alimentado a la abertura de entrada del ciclón, da origen al retorno de partículas más finas de sólidos, perturbando la operación del ciclón y reduciendo la eficiencia de separación del ciclón. Con miras a resolver el problema del dispositivo de sellado, la patente británica GB-A-2,212,248 enseña un método para construir una válvula de charnela que permite prácticamente el sellado total a través de la aplicación de una sección cónica, instalada entre la base de la válvula y el asiento de la pata del ciclón. No obstante, es importante recordar que un paso pequeño de gas alimentado hacia la abertura del ciclón es benéfico, ya que esto fluidiza el sólido que se ha acumulado en la pata del ciclón facilitando su descarga. Por lo tanto, el intento para minimizar el paso del flujo de gas a través de la válvula, como fue propuesto en la patente británica GB-A-2 , 212 , 248 , puede dar origen a la pérdida de fluidización del sólido que se ha acumulado en la pata del ciclón, especialmente en la segunda etapa de separación en la cual la carga de sólidos está claramente diluida y puede ser del orden de 0.2 a 1.5 gramos de material particulado por metro cúbico de gas. Con esta condición de operación, el periodo para la acumulación de sólidos para alcanzar el equilibrio de presión, y por lo tanto la frecuencia de descarga de los sólidos desde la pata de inmersión, puede ser mayor de horas, y si no existe un flujo mínimo de gas a través de la válvula, el lecho denso de particulados puede llegar a "empaquetarse", con un posible riesgo de obstrucción completa de la pata del ciclón y pérdida de eficiencia del mismo. Como una alternativa a la modificación de los dispositivos de sellado la solicitud de Patente Brasileña Pl 9603898 del solicitante (incorporada completamente por referencia) enseña que es posible prevenir el retorno del material particulado a la parte interna de los ciclones para separar suspensiones gas/sólido en las unidades de desintegración catalítica de fluidos, a través de la formación de un complejo de patas compuesto de la unión de la pata del ciclón primario y la pata del ciclón secundario, eliminando uno de los dos dispositivos de sellado, que son la fuente principal de problemas y fugas en los sistemas de separación por ciclón. No obstante, este arreglo, aunque es muy satisfactorio en una variedad de casos, no puede proporcionar los beneficios deseados para ciertas unidades de desintegración catalítica de fluidos, principalmente aquellas en las cuales el arreglo físico de los ciclones primarios y secundarios no permiten la unión de las patas del ciclón como es enseñado en la solicitud de Patente Brasileña Pl 9603898. A pesar de los descritos en la literatura para resolver los problemas de pérdida de eficiencia de los ciclones, en conexión con el retorno de los particulados durante el ciclo de apertura del dispositivo de sellado de las patas de los ciclones utilizados como separadores de suspensión gas/sólido en los procesos de desintegración catalítica FCC, no ha sido todavía lograda una solución definitiva capaz de mantener una alta eficiencia de operación del ciclón de una manera simple, económica y segura. No obstante, una solución es presentada por el sistema descrito en la presente .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un sistema de sellado para la pata de un ciclón, para separar los sólidos de una suspensión particulada, que une el extremo interior de la pata del ciclón secundario y la pata del ciclón primario, formando un complejo de pata de ciclón primario y secundario, único, donde los sólidos recolectados por ambos ciclones son combinados, caracterizado por que los sólidos combinados son simultáneamente descargados por medio de una terminación de pata simple del tipo curva de radio largo . Tal sistema puede ser utilizado como un sistema de terminación para dos etapas en serie de ciclones utilizados en los procesos de desintegración catalítica (FCC) para separar sólidos en suspensiones gas/sólido. La configuración terminal permite el sellado eficiente y mejorado, de una menara tal como para prevenir el reatrapamiento de los particulados, y para reducir o eliminar el riesgo de "empaquetamiento" del lecho denso de partículas recolectoras en los ciclones. Esto evita las fallas mecánicas que pueden surgir en los sistemas de sellado móvil, ya que las válvulas de charnela o de percolación son omitidas. El resultado de su uso es un incremento sustancial en la eficiencia y en la reducción consecuente de la emisión del particulado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características del sistema de sellado por pata de ciclón que es el objetivo de la presente invención, será comprendida mejor a partir de la siguiente descripción detallada, la cual se da puramente a manera de ejemplo, en asociación con los dibujos, a los cuales se hace referencia más adelante, y que son una parte integral de la presente: La figura 1 muestra una representación del montaje de reacción/separación de una unidad FCC típica de la técnica anterior. La figura 2 muestra una representación del montaje de separación de una unidad FCC de acuerdo a la presente modalidad. La figura 3 muestra una representación de una sección terminal de una pata de ciclón de acuerdo a la presente modalidad.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La descripción detallada de sellado de pata de ciclón será dada de acuerdo con la identificación de sus partes componentes, con base en las figuras anteriormente descritas. La figura 1 muestra una unidad de reacción/separación estándar, para un proceso de desintegración catalítica de fluidos. El proceso comprende la promoción de las reacciones de desintegración en una carga de hidrocarburos en fase gaseosa en suspensión, con las partículas de catalizador sobre la longitud completa de un reactor de tubo de flujo ascendente que será denominado de aquí en adelante como "tubo ascendente" (1) . Como resultado de las reacciones, se forma un depósito carbonaceo sobre la superficie del catalizador. La separación rápida de las partículas del catalizador coquificado en suspensión en los hidrocarburos desintegrados, es promovida en el extremo superior del tubo ascendente (1) . De esta manera, la corriente efluente de la reacción entra a un primer separador (3) de ciclón donde tiene lugar la separación de la mayor parte del catalizador en suspensión. A través de la acción de la gravedad, el catalizador fluye en caída libre hacia la pata (5) del ciclón (3) y es retenido por la válvula de sellado (6) la cual es mostrada, a manera de ejemplo, como una válvula de percolación . Los hidrocarburos desintegrados separados en el primer ciclón (3), que arrastran todavía partículas de catalizador, entran luego al segundo ciclón (4) donde éstos son completamente separados, moviéndose la fase gaseosa sobre sistemas externos (10) para el fraccionamiento de los productos desintegrados, y las partículas del catalizador que descienden, como ocurrió previamente en el ciclón (3), hacia la pata (7) del ciclón (4), donde éstas son retenidas en la válvula de sellado (8) , la cual es mostrada a manera de ejemplo como una válvula de charnela. Gracias a la columna de partículas de catalizadores que se acumulan sobre las tapaderas de las válvulas de sellado (6, 8) en un instante específico en el proceso es obtenido un equilibrio de presión entre la parte inferior interna de las patas (5, 7) de los ciclos (3, 4) y la parte interna del recipiente separador (2), donde la presión es normalmente mayor que aquellas encontradas dentro de los ciclones. Tan pronto como la tapadera de la válvula se abre, a través de la fuerza de la igualación de presiones, la columna de sólidos que se ha acumulado en las patas de los ciclones fluye hacia el lecho fluidizado (9) que se está acumulando en la parte inferior del recipiente separador (2) . A este tiempo, cesan las condiciones bajo las cuales existe equilibrio de las presiones, provocando que la tapadera de la válvula regrese a la posición cerrada. Este es el momento más crítico en la etapa de separación ya que, debido al periodo de tiempo requerido para el cierre completo de la válvula de sellado, es prácticamente imposible prevenir algún rearrastre de las partículas del catalizador nuevamente dentro del ciclón, a través de la fuerza de un contra flujo casi inevitable de la corriente gaseosa, a través de la parte interna de la pata del ciclón. Por lo tanto, los sistemas convencionales de separación por ciclón casi siempre operan fuera de las condiciones ideales de eficiencia y productividad. La unión de las patas de un ciclón primario y un ciclón secundario, tal que el material sólido es recolectado por ambos ciclones y descargado por medio de una válvula simple en el extremo de la sección de patas combinadas de los ciclones, es también una técnica conocida. En esta técnica, la reducción de las pérdidas del catalizador se desarrolló de manera más eficiente. La figura 2 muestra una modalidad de la presente invención que consiste de un sistema de separación tipo ciclón que comprende un ciclón primario (21) y un ciclón secundario (22) . Las patas (23, 24) de los dos ciclones están interconectadas para formar una unión (25) donde se combinan los sólidos, los cuales han sido recolectados. La pata simple (26) es sumergida en el lecho fluidizado (9) y termina en un sistema de sellado de la pata (26) . La figura 3 muestra, con mayor detalle, el sistema de sellado propuesto que comprende el uso, en la parte inferior de la pata simple (26) , de una terminación (31) de curva de radio largo, que está desprovista de partes móviles. Dicha curva (31) tiene una proporción de "radio" (R) /diámetro (f) de la pata simple (26), que varía en la región de 1.0 a 3.0, y está construida de una pluralidad de secciones de tubo recto desplazadas por ángulos específicos de inclinación (a, ß), estas secciones son de aquí en adelante llamadas "brotes" (32) . Como se muestra en la figura 3, la entrada de la terminación 31 de cueva de radio largo está vertical al pie de la pata simple 26 después de la unión 25, entre las patas 23 y 24 de los dos ciclones. Es preferible que la dirección de descarga desde la terminación 31 sea horizontal, por ejemplo ortogonal a la dirección de entrada representada por la línea central de la pata simple 26, de modo que mientras el ángulo ß representa el ángulo subtendido por la primera y las subsiguientes secciones rectas 32 (en este segundo caso) de la terminación 31 de curva de radio largo, el ángulo OÍI representa el ángulo entre la línea horizontal a través del centro de curvatura y el inicio de la primera sección recta 32, y el ángulo 2 representa el ángulo entre el extremo de la última sección recta (en este caso segunda) 32 y una línea vertical a través del centro de curvatura. Preferentemente, o? y a2 son iguales. Igualmente, es deseable que el valor total de (OÍI + a2 + n.ß) esté en el intervalo de 75° a 100°, más preferentemente 90°, donde n es el número de secciones rectas 32. El desplazamiento angular que existe entre los brotes (32) cambia la dirección de flujo del flujo de la masa descendente del catalizador, en la fase densa, hacia un plano ortogonal al flujo gaseoso ascendente, lo cual previene la entrada de la fase gaseosa dentro de la pata (24), promoviendo el sellado eficiente y, simultáneamente, previniendo el "empaquetamiento", del brote denso de particulados que se han recolectado dentro de la pata (24) . La mayor eficiencia del sellado de la presente modalidad es lograda cuando, con respecto a la línea central de la entrada hacia la curva (31) de radio largo, la unión (25) entre la pata del ciclón primario (21) y la pata del ciclón secundario (22) yace sobre el lado opuesto frente al extremo de descarga de la terminación (31) de la curva, y a una elevación más alta por una distancia en el intervalo de 3.5 a 5.5 veces el diámetro de la pata (23) del ciclón primario (21) . El montaje anteriormente descrito aplica a todos los sistemas de ciclón interno de las unidades de FCC, por ejemplo de reactor y regenerador, ya que éste no depende del nivel de fluidización del lecho del catalizador; su aplicación incluye no solamente un brote de burbujeo, el cual es característico de la operación a una baja velocidad superficial de flujo gaseoso (típicamente de un lecho depurador) , sino también lechos fluidizados turbulentos con una alta velocidad de fluidización, como son encontrados en los regeneradores de FCC. La descripción anterior del sistema de sellado de pata de ciclón de la presente invención debe ser considerado solamente como una de un número de posibles modalidades, y cualesquiera características particulares introducidas en ésta deben ser comprendidas como descritas únicamente con el fin de facilitar el entendimiento. Por lo tanto, no se puede considerar de ningún modo que éstas sean restrictivas de la invención, la cual está limitada únicamente por el alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de sellamiento para la pata de un ciclón, para separar los sólidos de una suspensión particulada que une el extremo inferior de la pata del ciclón secundario y la pata del ciclón primario, formando un complejo de patas de ciclón primario y secundario, único, donde los sólidos recolectados por ambos ciclones son combinados, caracterizado porque los sólidos combinados son simultáneamente descargados por medio de una terminación de patas simple del tipo de curva de radio largo.

2. Un sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la terminación de curva de radio largo está sumergida en el lecho de catalizador fluidizado.

3. Sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la curva de radio largo de la pata simple tiene una proporción de radio (R) /diámetro (f) dentro de la banda de 1.0 a 3.0.

4. Un sistema de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la terminación está construida de una sucesión de secciones de tubo recto que subtienden ángulos ß en el centro de la curvatura .

5. Un sistema de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el ángulo total subtendido por las sucesiones de tubo recto, dirige la dirección del flujo de masa descendente del catalizador en fase densa, hacia un plano ortogonal al flujo gaseoso ascendente.

6. Un sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque con respecto a la línea central de la entrada hacia la terminación curvada, la unión de la pata del ciclón primario y la pata del ciclón secundario yace sobre el lado opuesto al extremo de descarga de la curva, y más alto que el extremo de descarga por una distancia en el intervalo de 3.5 a 5.5 veces el diámetro de la pata del ciclón primario.