SEPARADOR CICLON ASCENDENTE ACOPLADO CON DESINTEGRACION CATALITICA DE FLUIDO.
INVENTORES: LEONCE FRANCIS CASTAGNOS JR. HAROLD CARL KAUFMAN
NACIONALIDAD: CIUDADANOS NORTEAMERICANOS.
38 SOUTH BONNEYMEAD CIRCLE, THE WOODLANDS, TEXAS 77381 E.U.A. 7127 NORTHHAMPTON AY HOUSTON TEXAS 77055 E.U.A.
PROPIETARIO: TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION
NACIONALIDAD: SOCIEDAD NORTEAMERICANA
RESIDENCIA: 2000 WESTCHESTER AVENUE, WHITE PLAINS NEW YORK 10650 E.U.A.
RESUMEN DE LA INVENCION
Un separador ciclón ascendente se coloca al exterior del recipiente de contención. El separador ciclón ascendente descarga el catalizador separado hacia un depurador de catalizador y el vapor separado hacia una cámara plena, ambos colocados en el interior del recipiente de contención. Se proporciona un medio para retirar el gas de depuración del depurador de catalizador y hacer pasar el mismo a través del separador ciclón ascendente hacia la cámara plena. El separador ciclón ascendente es inhe-tentemente establece a la presión con relación al recipiente de contención. La invención es particularmente Gtil para modificar un separador ciclón as-centedente conectado directamente con un recipiente de conteción pre-exis-tente con limitaciones de espacio.
I>a invención se relaciona con un aparato separador ciclón fiiado directamente a un reactor ascendente de desintegración catalítica de fluido (FCC). ¾ patente Norteamericana número A- 52l4.8J4.ll describe un aparato para separar rápidamente el catalizador de ungas de hidrocarburo desint grado, en una unidad de desintegración catalítica fluldizada (FCC). Describe asimismo un proceso para retirar el gas depurador de un recipiente del reactor de FCC. Un orificio de ventilación para el retiro de los gases del reac. tor y del depurador se coloca en un espacio anular formado alrededor del tubo de salida del separador ciclón y el techo del separador ciclón ascendente. =1 orificio de ventilación proporciona estabilidad de presión en un sistema de separador ciclón acoplado directamente. El proceso de desintegración catalítica de fluido (FCC) comprende mezclar el catalizador regenerado caliente con un material de alimentación de hidrocarburo, en un reactor ascendente de línea de transferencia, bajo condiciones de reacción de desintegración catalítica. El material de alimentación se desintegra para rendir hidrocarburo dentro de la escala de ebullición de gasolina, asi como productos de degradación, tales como coque, que se deposita sobre el catalizador, ocasionando una reducción en la actividad catalítica. El vapor del hidro-carburo y el catalizador ¿oqulficado se hacen pasar desde la parte superior del reactor ascendente hacia un recipiente ce contención, que contiene un separador ciclón, en donde el catalizador 3T separa del hidrocarburo. En la técnica, el recipien. te separador se denomina el recipiente del reactor o el reci-piente de desenganche. El catalizador separado se baca pasar a un depurador, también en el recipiente de contención, y se pone en contacto con un gas depurador para recaovér el hidrocarburo volátil. El catalizador depurado lu?go se hace pasar a un recipiente se regeneración separado, en donde el coque se remueve del catalizador, mediante oxidación, a un régimen controlado. El catalizador, esencialmente liberado del coque, se recoge en un una tubería vertical para el catalizador regenerado, verti-calmente orientada. El catalizador regenerado se hace pasar desde, la t,uhería vertical hacia el reactor ascendente, para re-utilización cíclica en el proceso. ün material de alimentación de desintegración catalítica de fluido convencional (FGC) comprende cualesquiera de las fracciones de hidrocarburo que se sabe- que rinden una fracción dentro de la escala de ebullición de combustible lóquido. Estos materiales de alimentación incluyen gasóleos ligero y pesado, diesel, residuo atmosférico, residió de vacío, nafta, tal coso nafta de, calidad baja, gasolina del coquificador, gasolina re-ductora de viscosidad y fracciones seme entes, de la- desintegra ción de vapor.
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El desarrollo del catalizador ha mejorado el proceso de desintegración catalítica de fluido (PCC). La gran actividad, selectividad y sensibilidad del material de alimentación se demuestran mediante los nuevos catalizadores de desintegración de zeolita cristalina. Estos catalizadores de gran actividad ae han usado para melorar el rendimiento de productos más deseables. ¡ El catalizador de conversión de hidrocarburo empleado en un proceso de desintegración catalítica de fluido (FCC), es de preferencia un catalizador de zeolita cristalina de gran actividad, de un tamaño de partícula fluidizable. El catalizador es transferido en suspensión o dispersión con un material de al¿. mentación de hidrocarburo, ascendentemente a través de una o más zonas de conversión ascendentes, que proporcionan un tiempo de permanencia de hidrocarburo en cada zona de conversión, dentro de la escala de ^,5 8 1^ segundos, típicamente menos de 8 segundos, Las conversiones de hidrocarburo ascendentes a temperatura elevada, que ocurren a temperaturas de por lo menos Í.82°C. hasta 788° C., presiones de O.15 MPa a 0.¾.1 MPa y a de 0.5 a lj. segundos de tiempo de permanencia del catalizador de hidrocarburo en la zona ascendente, son deseables. El producto de conversión de hidrocarburo vaporoso se separa rápidamente del catalizador. En las unidades modernas de desintegración catalítica de fluido (FCC)^ Se ha aumentado la temperatura de desintegra-clon, a fin da obtener tina alta conversión del material dentro de la escala de ebullición del material de alimentación a productos ligeros. ¾s temperaturas de desintegración tpicas en las unidades de FCC modernas, quedan dentro de la escala de 526o C, a 565° c» 0 superiores. A estes temperaturas elevadas, la degradación térmica de los productos líquidos desintegrados pueden ser significativas, dando por resultado la formación de productos gaseoso adicionales y la pérdida de productos líquidos valiésos. ¾i muohos casos, la capacidad de la unidad de FCG la severidad de funcionamiento, se limitan mediante la capaci dad de comprimir y recuperar los productos gaseosos ligeros. La separación rápida del catalizador del producto de hidrocarburo es par icularmente deseable, para limitar el tiempo de conversión del bidrocarburo al tiempo de permanenc'a en la zona de conversión ascendente. Durante la conversión del ni drocarburo, el coque se acumula sobre las partículas del catalizador y retiene los vapores del hidrocarburo. El contacto del hidrocarburo retenido con el catalizador continúa, después de la remoción de la zona de conversión de hidrocarburo, hasta que el hidrocsrburo se separa del catalizador. Permitiendo que la reacción catalítica continúe más allá del contacto óptimo en duración, da por resultado la degradación de los productos líquidos en productos gaseosos menos deseables y coque. El catalizador se separa del hidrocarburo mediante los señera 'ores ciclón y luego se depura con un gas depurador para remover el hidrocarburo volatilizarle, IOS productos de conversión de hidrocarburo y el hidrocarburo deourado se combinan y se hacen pasar a un sistema de fraccionación y recuperación de vapor. Este s stema comprende una torre de fracciona-clon, enfriadores de vapor y un compresor de gas en húmedo, accionado a una presión de succión de 0.13 Pa a 0.17 í,IÍ3a. Si catalizador depurado que contiene las cantidades de dessctiva-† ción de coque, se hace pasar a una zona de regeneración de catalizador. Se usan uno o más separadores ciclón para proporcionar una separación rápida, eficiente del hidrocarburo desintegrado, de las partículas de catalizador, en la salida del reactor ascendente. Estos separadores ciclón, diseñados usualmante como ciclones ascendentes o de picadura basta, terminan las reacciones catalíticas que se están llevando a cabo en el eas, tor ascendente. Los separadores ciclón ascendentes pueden quedar ya sea al exterior, o más comúnmente en el interior del reactor o recipiente de desenganche. El vapor separado de los sepa redores ciclón ascendentes se descarga tplcamente hacia la sección superior del recipiente del reactor y se hace pasar hacia uno o más juegos de ciclones secundarios para la remoción de las partículas del catalizador, antes de que los vapores entren en el sistema de fraccionación o recuperación de vap -r. En las unidades de FCC que funcionan a temperaturas de desintegración mayores de aproximadamente 526o C., uede ocurrir una degradación térmica signi icativa de los productos desintegrados, cuan.
do los vapores se permite que entren en el reactor o en el recipiente de desenganche. Para ¡peducir la degradación térmica de los productos desintegrados, se han usado los sistemas del separador ciclón cerrados, tal como se da a conocer en la Patente Norteamericana núm ro A- 52l4.8lj.il. En los separadores ciclón acoplados directamente, los vapores separados de los sepa-redores cilcón ascendentes se hacen pasar directamente a la entrada de los separadores ciclón secundarios, ^os separadores ciclón acoplados directamente reducen la degradación térmica de los productos desintegrados, acortando el tiempo de permaneneia del vapor. Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato para separar rápidamente la suspensión de catalizador e hidrocarburo. O ro objeto es establecer un gradiente de presión estable entre el cuerpo tubular del separador ciclón 7 el recipiente del reactor para facilitar la remoción del gas del depurador del recipiente del reactor. Y todavía otro objeto de esta Invención es proporcionar un sistema de separador ciclón acoplado directamente para usarse con los separadores ciclón ascendentes al exterior del reactor o el recipiente de desenganche. La patente Norteamericana número A-I4.623I4J4.6 y la patente número l^ ^ ^S dan a conocer un sistema de un separador ciclón acoplado, cerrado en el recipiente del reactor, de un aparato de desintegración catalítica de fluido. Se proporciona un medio pera mezclar el._ga.s de depuración con el hidrocarburo desintegrado a medida que fluye hacia el separador ciclón ascendente acoplado directamente. La patente Norteamericana número A-I4.5O2 I4.7 da a conocer un método y aparato de separación de desintegración cataJLÍ tica de fluido de un separador ciclón cerrado. En el separador ciclón cerrado, al producto de hidrocarburo y el catalizador se hecen pa sar directsment ehacia el separador ciclón desde un tubo ascendente sin pasar hacia la atmósfera del recipiente del react or. Evitando la atmósfera del recipiente del reactor, se reduce tanto la desintegración cetalítica excesiva como la des- 1 integración térmica a temperatura elevada. La etente Nor eamericana número A-522l3°l,da a cono cer un sistema de separador ciclón de etapas múltiples con una csraa ra plena que proporciona un colector y soporte estructural. Ha necesidad en la técnica de retener las ventajas del proceso de la patente Norteamericana número A-52i1.8l4.il, en los recipientes del reactor de desintegración catalítica de fluido existentes, en donde el volumen libre limitado restringe la modificación de un separador ciclón ascendente acoplado directamente» LQ presente invención proporciona un aparato para la desintegración catalítica de fluido (FCC) de un material de el¿ mentación de hidrocarburo, en un reactor ascendente fijado a un sistema de separador ciclón acoplado directamente. Una particularidad esencial del sistema, es un separador ciclón cerrado al exterior del recipiente tíel reactor. El aparate comprende un recipiente del reactor verticalmente alargado que comprende un extremo superior, un extremo inferior y una pared lateral. % el extremo superior, hay una cámara plena para el retiro de los gases. ¾ el extremo inferior hay un depurador de catalizador que proporciona el contacto en contracorriente del catalizador con al gas depurador y para el retiro del catalizador. Un reactor ascendente verticalmente alargado comprende un extremo de entrada en aguas arri a y un extremo de salida en aguas abajo. El extremo de salida está fijado directamente a un separador ciclón ascendente. El separador ciclón ascenden te comprende* (l) un cuerpo tubular verticalmente alargado al exterior del recipiente del reactor, (ii) una pata de inmersión alargada que atraviesa la pered leteral del recipiente del reac tor y en comunicación de flujo con el depurador de catalizador, (iii) un conducto de salida de vapor que atravies la pared la- i teral del recipiente del reactor y fijado a una cámara plena, y (vi) un conducto de gas del depurador que atravies la pared lateral del recipiente del reactor, proporcionando comunicación de fluido entre el depurador de catalizador y el cuerpo tubuler cilindrico. . La invención se describirá ehora, a modo de ejemplo, con referencia a la figura 1 y a la figura 2, que son representativas de un aparato pera poner en contacto un material de ali- mentación de hidrocarburo con el catalizador fluidizado, fina-mente dividido. La figura 1 es una sección vertical a través de uns porción del sistema del separador ciclón acoplado directamente que incorpora la invención. ^a figura 2 es una vista detallada de una porción de la figura 1. Si reactor 10 ascendente comprende un extremo de entrada1 en aguas arriba y un extremo de salida 10b en aguas abajo. Una mezcla de los vapores de hidrocarburo desintegrado y si catalizador finamente dividido se descargan desde el reactor 10 ascendente a través del conducto 15 de acoplamiento directo, hacia el separador 0 ciclón ascendente. 31 seoarador 20 ciclón ascendente es cerrado y se acopla (acoplado directamente) con el reactor 10 ascendente. El conducto 15 de acoplamiento directo une los dos y se construye como se ha mostrado para encerrar y separar completamente el vapor del hidrocarburo desintegrado y el catalizador fina, mente dividido que fluye a través del mismo, desde Is atmósfera circundante. El recipiente del reactor o el reactor es un término usado en la técnica de desintegración catalítica de fluido (FCC) que se refiere generalmente al recipiente de contención que recibe la descarga de la mezcla de reacción desde el reactor ascendente de desintegración catalítica de fluido (FCC). Es eseji clal para la invención que el separador 20 ciclón ascendente quede al exterior del recipiente 5^ del reactor, tSsta configuración puede usarse para modificar un separador ciclón ascendente cerrado y acoplado en un reactor ascendente en donde un recipiente del reactor pre-existente estuviera limitado en su volumen libre. El recipiente 5o del reactor comprende un extremo 5^a superior, una pared lateral ^b y un extremo 5cc inferior. Dentro del extremo superior hay une cámara plena 1|0 para el retiro de los vapores de hidrocarburo a través del conducto 7^» Dentro -el extremo °c inferior, un depurador 51 de catalizador ocupa el volumen interno del extremo 5^c inferior, incluyendo una serie de deflectores 52 que facilitan el contacto en contracorriente del gas depurador y el catalizador. •Él separador 2C ciclón ascendente comprende un cuerpo tubular 22, unapata 2I. de inmersión, el conducto 26 de salida de vapor y el conducto 28 del gas del depurador. El cuerpo 22 tubular proporciona medios para la superación de los vapores de hidrocarburo desingrados desde el catalizador finamente dividido a través del conducto 1 de transición, ^a psta 2Í de inmersión atraviesa la pared 5^ lateral, conduciendo el catalizador desde el cuerpo 22 tubular al depurador 5 de catalizador. ¾ catalizador separado cae mediente fuerza de gravitación desde el cuerpo 22 tubular hacia la pata 2l+ de inmersión. El flujo es resistido por el medio 2 de sellado que está fijado opcional- mente al extremo Inferior de la pata 2I4. de Inmersión. El medio sellador 25 es típicamente una válvula "J", una válvula de goteo o, como se muestra en el dibujo, una válvula de charnela. El medio 25 de sellado sella la pata 2? de inmersión del flujo del gas depurador hacía arriba de la pata 2i| de inmersión, mien. tras que permite al flujo del catalizador al depurador 51 de catalizador, con solamente una resistencia superficial al flujo a fin de retener cierta cantidad del catalizador en la pata de inmersión. El vapor desintegrado es retirado del cuerpo 22 tubular a través del conducto 26 de salida de vapor atravesando la pared 5°n lateral del recipiente del reactor, 7 se descarga hacia la cámara i].l plena inferior. ¾ conducto 28 del gas del depurador y el recipiente 5o del reactor proporcionan medios para el transporta del gas del depurador desde el depurador 51 al cuerpo 22 tubular. Este gas depurador es retirado del cuerpo 22 tubular junto con el vapor desintegrado a través del conducto 2o de salida de vapor. ¦La orientación del coiiducto'26 de salida de vapor y el conducto 28 del gas depurador sé muestran en mayor detalle en la figuta 2. Si conducto 28 del gas depurador atraviesa y está fijado a la pared 5^ lateral del reclciente 3el reactor. El conducto 26 de salida de vapor queda concéntrico con el conducto 28 de descarga de gas. Si conducto 26 de salida de vapor atraviesa, pero no está fijado a la pared 5^ lateral del recipiente del reactor, debido a que queda en el int tior del conducto 28 del gas depurador. En particular, hay una área de flujo entre el conducto 26 de salida de vapor y el conducto 28 de descarga de gas. La proporción relstiva de los miembros del separador ciclón ya es conocida en la técnica. Perry's, Cfoemlca.1 ¾t-gineqra' Hand¾ookr cuarta edición, páginas 2o a 68 a 20 a 71 describe los parámetros de diseño para los separadores ciclón usados para remover la3 partículas sólida da los vapores. Kjrk-Qthmqr Enciclopedia of Che-nica 1 Technology , tercera edición, Volumen 1, páginas 667 a 67 describe los parámetros de diseño generel para separadores ciclón usados para separar las partículas sólidas de los gases. Sn la técnica, la proporción de los miembros del separador ciclón se especifica con refcción al tamaño del conducto de salida de vapor que se requiere pera remover el volumen del vapor. En la figura 2, el conducto 2o de salida de vapor se muestra con un diámetro D. En la práctica industrial, este diámetro es típicamente dentro -e la escala de 3O.5 centímetros a 152. ¡ centímetros. ?? proporciona un área de flujo de 0.08 D¿ entre el diámetro externo del conducto 26 de salida de vapor y el diámetro interno del conducto 28 de entrada el gas del depurador. La presión en un recipiente del reactor de desintegra, ción catalítica dé fluido varía entre °.13 y 0.I. MPa, siendo O.25 Pe típica en -la-práctica actual. La presión en un separa- - üj. - dor ciclón ascendente abierto, es decir, uno que descarga los vapores separados directamente hacia el recipiente del reactor, es mayor que aquella del recipiente del reactor. En contraste, sena encontrado vente,loso mantener la presión en el separador ciclón ascendente de un sistema separador ciclón conectado directamente, menor que aquella del recipiente del reactor. ½ presión óptima dentro del separador ciclón ascendente, de un sistema separador ciclón conectado directamente es típicamente da 6. x 10- a ?.?? MPa menor que aquel del recipiente del reactor. El gradiente de presión es ocasionado mediante la presión más baja del sistema de recuperación de vppor (no ilus. trado) en comunicación de flujo con el conducto 7^ ele salida. Este diferencial de presión es la fuerza motriz que atrae el gas depurador hacia el separador ciclón ascedente (primero). Típicamente, el gas depurador fluye a través de dos etapas de separación ciclón, mostradas en la figura.1, a medida que se remueve del recipiente del reactor. Si diferencial de presión se mantiene, diraenslonando correctamente el asea de flujo entre el" conducto 26 de descarga de gas y el conducto 28 le salida del gas depurador. IOS solicitantes han encontrado que proporcionando un área de flujo de 0.0 D2 a ü.09 1)2 entre el conducto 26 de descarga de gas y el conducto 28 de entrada del gas depurador, se proporcionan los medios para el flujo del gas depurador requerí do. En consecuencia esto- se puede loprar en la selección de los tamaños del conducto. En la alternativa, se fija la placa 5O del orificio de restricción a la pared 5<¾ lateral del recipiente del reactor, para proporcionar un área de flujo de 0.02 D2 a o. Ü9 D2 q través del espacio 30» anular. Como se ha mencionado anteriormente la invención está particularmente adaptado para modificar un separador ciclón ascendente conectado directamente a un recipiente del reactor prjg existente. El separador ciclón secundario se muestre en la figure 1 como un separador ciclón individual. Si separador 60 ciclón secundario es. representativo de una formación de separadores ciclón, típicamente 2, 1+, 6 u 8 en número, que ocupan el recipiente 5^ del reactor. Esta formación se muestra a modo de ejemplo en la patente Norteamericana número 52213 1. SQ propone que le formación de separadores ciclón se coloque ya sea en paralelo o en serie. Ss decir, cada separador ciclón es secun. darlo el separador 20 ciclón ascendente. En la alternativa, al guiaos separadores ciclón son secundarios con respecto al separador ciclón 20 y algunos son terciarios. Por ejemplo, en una formación de 8 separadores ciclón contenidos mediante el recipiente del reactor, J. separadores ciclón son secundarios con respecto al separador 2 cicl ón ascendente, y 1+ separadores ciclón son terciarios. El separador 60 ciclón secundario atrae el vapor del hidrocarburo y los fins del catalizador desde, la cámara I.I plena primaria a trave3_._del conducto 59· ^oa finos del catalizador