PL182276B1

PL182276B1 - Urzadzenie do strippingu fluidyzowanych cial stalych PL PL PL

Info

Publication number: PL182276B1
Application number: PL95311996A
Authority: PL
Inventors: Marie-Andree Senegas; Thierry Patureaux; Philippe Selem; Jean-Louis Mauleon
Original assignee: Total Raffinage Distribution
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-21
Publication date: 2001-12-31
Also published as: TW308608B; FR2728805A1; HU218365B; CZ348495A3; PL311996A1; EP0719850A1; HUT74531A; FR2728805B1; JPH08266886A; DE69512196T2; DE69512196D1; AR000410A1; US5716585A; KR100393162B1; ZA9511047B; CZ293342B6; KR960022956A; HU9503784D0; ES2137469T3; ATE184631T1

Abstract

1. Urzadzenie do strippingu fluidyzowanych cial stalych gazem w przeciwpradzie, zawierajace pio- nowy zbiornik do strippingu, co najmniej jeden przewód doprowadzajacy umieszczony u góry zbiornika do wprowadzania czastek, co najmniej jeden przewód przylaczony u podstawy zbiornika do ewakuacji czastek po strippingu, co najmniej jedna linie do odprowadzania skrakowanego wsadu, co najmniej jedna linie do zasilania gazem do strippin- gu u podstawy zbiornika, zas wewnatrz zbiornika zawierajace strefe cyrkulacji ku dolowi zawiesiny czastek w przeciwpradzie wspomnianego gazu, znamienne tym, ze posiada co najmniej jedno wy- pelnienie (17, 18, 19) skladajace sie z co najmniej jednego elementu, którego przekrój przeplywowy jest zasadniczo poprzeczny wzgledem osi zbiornika (4), przy czym element ten rozciaga sie na caly przekrój poprzeczny zbiornika (4) w strefie cyrkula- cji i sklada sie z celek poprzez które przechodza czastki i gaz do strippingu, zas celki te ukierunko- wuja radialnie cyrkulacje gazu i czastek poddawa- nych strippingowi. FIG. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do strippingu fluidyzowanych ciał stałych, to znaczy cząstek lub ziaren stałych w złożu fluidalnym. Przedmiotem wynalazku jest w szczególności urządzenie do strippingu, przy pomocy płynu, ciał stałych w złożu fluidalnym, zwłaszcza w celu usunięcia par węglowodorów porywanych w pustych przestrzeniach między cząstkami i zaadsorbowanych na tych cząstkach.

Wynalazek jest szczególnie użyteczny do technik stosowanych w przemyśle naftowym. Jest zwłaszcza przydatny w procesach krakingu w złożu fluidalnym, w których cząsteczki węglowodorów o wysokich ciężarach cząsteczkowych i wysokiej temperaturze wrzenia są rozszczepiane, zależnie od przewidywanego przeznaczenia, na mniejsze cząsteczki, które mogą wrzeć w niższych zakresach temperatur.

Obecnie jednym z najczęściej stosowanych w tym celu procesów jest kraking katalityczny na złożu ruchomym (po angielsku Fluid Catalytic Cracking, inaczej FCC). W tego typu procesie wsad węglowodorowy jest jednocześnie, w wysokiej temperaturze, odparowywany i wprowadzany do kontaktu z ziarnami katalizatora krakingu, które są utrzymywane w postaci zawiesiny w parach wsadu i porywane z tymi parami. Po osiągnięciu, w wyniku krakingu, pożądanego zakresu ciężarów cząsteczkowych i odpowiadającego mu obniżenia temperatur wrzenia, otrzymane produkty są oddzielane od ziaren katalizatora, a te ostatnie poddawane są strippingowi w celu odzyskania porwanych z nimi węglowodorów, potem regenerowane przez spalanie powstałego koksu i ponownie wprowadzane do kontaktu z wsadem poddawanym krakingowi.

W procesie powyższym pożądana redukcja temperatur wrzenia węglowodorów jest wynikiem kontrolowanych reakcji katalitycznych i termicznych. Reakcje te zachodzą w sposób niemal natychmiastowy, gdy wsad subtelnie rozpylony zetknie się z ziarnami katalizatora. Ziarna katalizatora jednak dezaktywują się szybko, gdyż podczas krótkiego czasu w którym są w kontakcie z wsadem następuje adsorpcja węglowodorów i osadzanie koksu i innych zanieczyszczeń na ich miejscach aktywnych. Jest zatem niezbędny zarówno ciągły stripping zdezaktywowanych ziaren katalizatora, na przykład parą, żeby odzyskać adsorbowane i porywane w pustych przestrzeniach między ziarnami węglowodory jak również regenerowanie ziaren, także w sposób ciągły, bez pogorszenia ich właściwości, przez kontrolowane spalania koksu w sekcji regeneracji jedno- lub kilkustopniowej, przed zawróceniem ziaren katalizatora do strefy reakcyjnej.

Liczne urządzenia i procesy krakingu katalitycznego zostały opisane w artykule zamieszczonym w czasopiśmie „Oil and Gas Journal, 18 maja 1992, strony 68-71”, w którym można znaleźć szczegółowe informacje. Inne urządzenia i procesy prowadzone na złożu ruchomym, złożu fluidalnym cyrkulacyjnym lub złożu wrzącym, różne od stosowanych w krakingu katalitycznym a obejmujące urządzenie do strippingu, takie jak procesy MTG kompanii naftowej Mobil czy DCC towarzystwa inżynieryjnego Stone and Webster, są również domeną której dotyczy niniejszy wynalazek.

Stripping jest jednym z decydujących etapów w procesie krakingu katalitycznego na złożu ruchomym. W przypadku niedostatecznego strippingu pary węglowodorów pozostają na ziarnach i między ziarnami katalizatora i, podczas etapu regeneracji, stanowią dodatkowe obciążenie przy spalaniu w regeneratorze. Spalanie par węglowodorów zabranych z ziarnami do regeneratora oznacza stratę wydajności konwertowanego produktu.

W technice, w przypadku kolumny reakcyjnej wznoszącej, stripping wykonuje się w zbiorniku znajdującym się w górnym krańcu kolumny reakcyjnej, po oddzieleniu produktów wychodzących ze strefy reakcyjnej. Na ogół zbiornik ten charakteryzuje znaczna wysokość w stosunku do średnicy. Może on mieć różne kształty i być na przykład zbiornikiem o przekroju kołowym lub sześciokątnym.

182 276

Zbiornik dzieli się na dwie strefy. W pierwszej strefie, położonej w górnej części zbiornika, balistyczne urządzenie separujące, znane ze stanu techniki, na przykład opisane w patencie US 2 574 422 i w patencie US 2 576 906, pozwala oddzielić w wychodzących produktach ziarna katalizatora i skierować je ku dołowi, podczas gdy pary węglowodorów wznoszą się ku górze i, po uzupełniającej separacji subtelnych drobin katalizatora za pomocą systemu cyklonowego, są odsyłane do strefy frakcjonowania. W drugiej strefie, położonej w dolnej części zbiornika, odbywa się stripping w gęstej fazie fluidalnej. Gaz wtryskiwany u podstawy zbiornika przemywa w przeciwprądzie zawiesinę zdezaktywowanych ziaren katalizatora i pozwala na przemieszczenie i odzyskanie węglowodorów zawleczonych w pustych przestrzeniach między ziarnami zdezaktywowanego katalizatora lub na powierzchni ziaren. Ziarna katalizatora po strippingu są usuwane przez wylot u podstawy zbiornika i wprowadzane do strefy regeneracji.

W celu optymalizacji operacji strippingu stosuje się gazy silnie polarne, takie jak para wodna, które silniej adsorbują się niż węglowodory na ziarnach katalizatora, a tym samym poprawiają desorpcję węglowodorów.

Jednakże operacja strippingu pozostaje sprawą delikatną. Szczególnie trudna jest kontrola trasy ziaren katalizatora i uniknięcie zjawiska częściowej defluidyzacji związanej z nieprawidłowością przepływu (przejście bezpośrednie do złoża fluidalnego dużych pęcherzy) i z mieszaniem wstecznym (zejściem cząstek źle zfluidyzowanych do rejonu ścianki zbiornika do strippingu) zwanym powszechnie „backmixing”. Również średni czas strippingu zdezaktywowanych ziaren katalizatora i jakość zetknięcia między ziarnami a gazem okazują się być trudno sterowalne, zwłaszcza w złożach fluidalnych znacznych rozmiarów.

Czas strippingu jest istotny i wymaga limitowania dla uniknięcia reakcji ubocznych, w szczególności koksowania. Średni czas strippingu musi jednak być wystarczający, by reakcji regeneracji nie zakłócała obecność paliwa stanowiąca dodatkowe obciążenie spalania w regeneratorze.

Ilość koksu na katalizatorze na wejściu do strefy regeneracji, a także sposób regeneracji, określają temperaturę osiąganą w strefie regeneracji, gdyż kalorie pochodzące ze spalania koksu, nie licząc strat cieplnych, służą jednocześnie do podgrzania gazu do regeneracji (powietrza i/lub tlenu) i rozkładają się między gaz spalinowy i cząstki katalizatora. W stabilnym procesie ilość koksu produkowana w jednostkowej instalacji krakingu będzie mniej więcej stała, o ile równowaga termiczna nie będzie modyfikowana działaniami zewnętrznymi.

Produkowana ilość koksu jest związana z różnicą Δ koksu między ilością koksu znajdującą się na katalizatorze na wejściu do strefy regeneracji a ilością na wyjściu z tej strefy.

Jeśli Δ koksu rośnie, a w konsekwencji wzrasta temperatura zregenerowanego katalizatora, to dla utrzymania temperatury reakcji w akceptowalnych granicach jest konieczne zmniejszenie przepływu ziaren katalizatora w obiegu. Ponadto wzrost Δ koksu wiąże się z wyższą temperaturą regeneracji ziaren katalizatora. A zatem kontrola Δ koksu w nowoczesnej jednostkowej instalacji krakingu w procesie FCC, gdzie temperatura regeneracji nie jest limitowana, staje się jedną z podstawowych zmiennych procesu.

Obecnie, przy coraz bardziej wymagających warunkach operacyjnych procesu FCC, odpowiadających coraz cięższym, a zatem wrzącym przy wyższych temperaturach frakcjom wsadowym, obserwuje się zwiększenie osadu koksu na ziarnach katalizatora. W pewnym sensie może to być korzystne, gdyż wynika stąd wyższa temperatura ziaren na wejściu do strefy reakcji co pozwala na pełniejsze odparowanie wsadu, kontrolowany kraking termiczny asfaltenów i wyższą energię wniesioną przez katalizator. Jednakże korzystnie jest móc kontrolować i limitować temperaturę regeneracji ziaren katalizatora, aby chronić jego stabilność termiczną i zmniejszać szkodliwe oddziaływanie niektórych składników obecnych we wsadzie, zwłaszcza w pozostałościach ogniotrwałych. Ponadto niekiedy jest pożądane zwiększenie stosunku C/0, czyli stosunku wagowego katalizatora C będącego w kontakcie ze wsadem 0 na wejściu do kolumny reakcyjnej, aby poprawić kontakt między wsadem a ziarnami katalizatora i zwiększyć konwersję wsadu kontaktując go z ziarnami o większej ilości miejsc aktywnych.

Proponowano dotąd różne techniki dla poprawienia strippingu, zwłaszcza rozwiązania opisane w niżej przedstawionych patentach.

182 276

W patencie US 2 472 502 opisano urządzenie do strippingu obejmujące strefę sekcji osiatkowanych, oddzielonych od siebie w strefie strippingu i poprzecznych względem osi zbiornika reaktora. Sekcje osiatkowane limitują niepożądaną cyrkulację cząstek stałych. Zgłaszający wskazuje, że zawartość procentowa cząstek stałych, które nie uległy strippingowi i zeszły do strefy regeneracji jest w tym urządzeniu ograniczona, a jednocześnie zmniejszona została możliwość by cząstki stałe, które uległy strippingowi recyrkulowały ku górze.

Przedmiotem patentu US 2 481 439 jest urządzenie do strippingu obejmujące strefę sekcji osiatkowanych, oddzielonych od siebie. Sekcje osiatkowane zawierają celki i są rozsunięte od siebie by uniknąć tworzenia się kanałów dla przepływu gazu do strippingu przez strumień opadających cząstek stałych. Sekcje osiatkowane zajmują większą część długości strefy strippingu, zaś przestrzenie między sekcjami osiatkowanymi stanowią mniejszą część strefy strippingu. Przestrzenie te służą do redystrybucji cząstek stałych i gazu do strippingu, co pozwala na powstanie gęstej mieszaniny fluidalnej turbulentnej. Ponadto celki sekcji osiatkowanych dodatkowo dzielą strumień gazu na liczne małe strumienie. W ten sposób, według zgłaszającego, cząstki stałe podczas przejścia przez celki, które utworzyły sekcje osiatkowane kontaktują się ściśle z dodatkowo podzielonymi strumieniami gazu.

W patencie US 2 491 536 opisano urządzenie do strippingu o budowie zbliżonej do urządzenia przedstawionego w patencie US 2 472 502. Najniższa część strefy strippingu gdzie jest wprowadzany gaz do strippingu jest podzielona na celki, a sekcje osiatkowane znajdują się jedynie w pozostałej części strefy strippingu. Przestrzeń między sekcjami osiatkowanymi pozwala redystrybuować cząstki stałe w gazie do strippingu i zapobiegać by gaz nie upływał przewodem utworzonym przez najmniejsze celki sekcji osiatkowanych.

Urządzenia zaprezentowane we wspomnianych patentach rozwiązują jedynie częściowo problemy związane ze strippingiem. Ponadto opisane środki nie są dostosowane do zmian i wprowadzania nowych technologii, w szczególności do warunków operacyjnych coraz bardziej wymagaj ącychjednostekFCC.

Aby osiągnąć zadawalające wyniki i rozwiązać problemy związane z dotychczasową technologią, zgłaszający opracował nowe urządzenie do strippingu fluidyzowanych cząstek stałych.

Urządzenie do strippingu fluidyzowanych ciał stałych gazem w przeciwprądzie, zawierające pionowy zbiornik do strippingu, co najmniej jeden przewód doprowadzający umieszczony u góry zbiornika do wprowadzania cząstek, co najmniej jeden przewód przyłączony u podstawy zbiornika do ewakuacji cząstek po strippingu, co najmniej jedną linię do odprowadzania skrakowanego wsadu, co najmniej jedną linię do zasilania gazem do strippingu u podstawy zbiornika, zaś wewnątrz zbiornika zawierające strefę cyrkulacji ku dołowi zawiesiny cząstek w przeciwprądzie wspomnianego gazu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada co najmniej jedno wypełnienie składające się z co najmniej jednego elementu, którego przekrój przepływowy jest zasadniczo poprzeczny względem osi zbiornika, przy czym element ten rozciąga się na cały przekrój poprzeczny zbiornika w strefie cyrkulacji i składa się z celek poprzez które przechodzą cząstki i gaz do strippingu, zaś celki te ukierunkowują radialnie cyrkulację gazu i cząstek poddawanych strippingowi.

Korzystnie element wypełnienia kieruje na zewnątrz wspomnianego elementu około 50% gazu i cząstek w jednym kierunku, a około 50% gazu i cząstek w drugim kierunku, który tworzy z pierwszym kierunkiem kąt od 10 do 90 stopni.

Korzystnie element składa się z celek utworzonych przez połączenie blach fałdowanych ciętych poprzecznie do ich płaszczyzn, przy czym krawędź fałdy każdej blachy tworzy kąt od 45 do 135 stopni z krawędzią fałdy blachy przyległej.

Korzystnie celki tworzą sieć skrzyżowanych kanałów o jednolitym przekroju.

Korzystnie około 50% cząstek i gazu jest odchylanych od kierunku początkowego wewnątrz elementów, w każdej intersekcji utworzonej przez fałdy jednej blachy z fałdami blachy przyległej, przy czym kierunek tego odchylenia z kierunkiem początkowym tworzy kąt 10 do 90 stopni.

Korzystnie intersekcje utworzone przez fałdy jednej blachy z fałdami blachy przyległej stanowią strefę kontaktu między cząstkami a gazem do strippingu.

182 276

Korzystnie wypełnienie składa się z co najmniej dwóch elementów wypełnienia umieszczonych równolegle jeden nad drugim.

Korzystnie wypełnienie składa się z trzech elementów równoległych.

Korzystnie płaszczyzna blach fałdowanych jednego elementu tworzy kąt 45 do 90 stopni z płaszczyzną blach fałdowanych sąsiedniego elementu.

Korzystnie całkowita grubość E wypełnienia jest tak dobrana względem wysokości H strefy strippingu w zbiorniku, by stosunek E/H był zawarty między 10 a 80%.

Korzystnie przestrzeń zajęta przez wypełnienie stanowi około 20 do 80% wewnętrznej objętości zbiornika do strippingu.

Korzystnie elementy wypełnienia są względem siebie rozsunięte, zaś rozdzielająca je przestrzeń ułatwia redystrybucję cząstek w gazie.

Korzystnie objętość celek elementu wypełnienia stanowi od 50 do 98% całkowitej objętości tego elementu.

Korzystnie objętość celek elementu wypełnienia stanowi od 90 do 98% całkowitej objętości tego elementu.

Zalety urządzenia według wynalazku wynikają z jego konstrukcji, to znaczy z faktu, że posiada ono co najmniej jeden element wypełnienia, którego przekrój przepływowy jest poprzeczny względem osi zbiornika i który składa się z celek poprzez które przechodzą cząstki i gaz do strippingu, przy czym celki te ukierunkowują radialnie cyrkulację gazu i cząstek poddawanych strippingowi.

Ukierunkowanie radialne pozwala na lepszą dyspersję i homogenizację cząstek z gazem do strippingu. Zwłaszcza po przejściu przez element wypełnienia cząstki są redystrybuowane w przestrzeni zapewniając zorganizowany stan zakłócenia w gazie, który sprzyja kontaktom losowym. Ponadto element wypełnienia zapobiega pojawianiu się zjawisk mieszania wstecznego i nieprawidłowości przepływu cząstek, jak również powstawaniu kieszeni z części stałych lub gazu.

Zastosowanie elementu wypełnienia pozwala ponadto zmniejszyć wymiary strefy kontaktu cząstek z gazem. Ponieważ kontakt zostaje wyraźnie poprawiony, możliwe jest stosowanie zbiorników do strippingu o wymiarach zmniejszonych w stosunku do dotychczasowych, bez pogorszenia osiągu strippingu. Jest to częściowo wynikiem działania rozdzielczego i rekombinacyjnego jakie pełnią ścianki celek elementu wypełnienia powodując dodatkowy podział wtryskiwanego gazu na drobne pęcherzyki o jednakowych wymiarach i jednorodne rozmieszczenie pęcherzyków wewnątrz i na zewnątrz wspomnianego elementu, co ułatwia kontakt gazu z cząstkami.

Urządzenie według wynalazku pozwala lepiej odzyskiwać fluidyzowane cząstki stałe z zawiesiny cząstek w przeciwprądzie gazu.

W przypadku FCC cząstkami są zdezaktywowane ziarna katalizatora. Ścisły kontakt ziaren z gazem, generowany przez ukierunkowanie radialne sprzyja lepszej desorpcji fluidyzowanych węglowodorów znajdujących się na powierzchni i w porach cząstek. Ponadto ukierunkowanie radialne gazu pozwala na lepsze odzyskanie węglowodorów porwanych w przestrzeni między ziarnami. Stąd Δ koksu jest mniejsza, a stosunek C/0 zwiększony, co przyczynia się do łatwiejszego osiągania równowagi termicznej i reakcyjnej jednostki.

W przykładzie wykonania wynalazku cząstki i gaz w przeciwprądzie są odchylane w dwóch różnych kierunkach na wyjściu z elementu wypełnienia. Około 50% gazu i cząstek jest odchylane w jednym kierunku, a około 50% gazu cząstek w drugim kierunku, który tworzy z pierwszym kierunkiem kąt od 10 do 90 stopni. Odchylenia te i ukierunkowanie radialne wywołane są przez geometrię celek, z których składa się element wypełnienia. Wspomniane celki mogą przybierać rozmaite kształty.

Celki mogą być utworzone na przykład przez połączenie blach fałdowanych, ciętych poprzecznie do ich płaszczyzn. Blachy fałdowane mogą być perforowane, rowkowane lub o szorstkiej powierzchni i są łączone w taki sposób, by krawędź fałdy każdej blachy tworzyła kąt od 45 do 135 stopni z krawędzią blachy przyległej. W szczególnie korzystnym przykładzie wykonania wynalazku kąt ten wynosi 90 stopni, wyznaczając w ten sposób sieć skrzyżowanych pod kątem prostym kanałów. Skrzyżowania sprzyjają powstawaniu ścisłego

182 276 kontaktu między gazem a cząstkami wewnątrz wypełnienia. Skrzyżowane kanały sieci mogą mieć jednolity przekrój.

Takie rozmieszczenie blach sprzyja odchylaniu cząstek i gazu wewnątrz elementów. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku 50% cząstek i gazu jest odchylanych od kierunku początkowego w każdej intersekcji utworzonej przez krawędzie fałd jednej blachy z krawędziami fałd blachy przyległej, przy czym kierunek tego odchylenia z kierunkiem początkowym tworzy kąt 10 do 90 stopni. Intersekcje stanowią uprzywilejowane strefy kontaktu między cząstkami a gazem do strippingu.

W różnych przykładach wykonania wynalazku mogą być stosowane rozmaite struktury elementu wypełnienia, spotykane w innych dziedzinach. Zwłaszcza mieszalniki statyczne, takie jak produkowane przez spółki Sulzer-SMV lub Kenics, chociaż nie przeznaczone do tego celu, po adaptacji i modyfikacji mogą stanowić element wypełnienia według wynalazku.

Zależnie od typu, zbiornik do strippingu może mieć jeden lub kilka elementów wypełnienia. W korzystnym przykładzie wykonania według wynalazku zbiornik do strippingu ma co najmniej dwa elementy wypełnienia. W szczególnie korzystnym przykładzie wykonania, przedstawionym na rysunkach i przykładach opisanych poniżej, zbiornik ma trzy elementy wypełnienia. W niektórych przypadkach, zwłaszcza w zastosowaniu do FCC, elementy wypełnienia są rozsunięte, by ułatwić redystrybucję cząstek w gazie i pozwolić na przejście odpadów, zwłaszcza koksu. Wypełnienie może zajmować od 20 do 80% objętości wewnętrznej zbiornika do strippingu.

Jeśli stripper posiada więcej niż jeden element wypełnienia, to elementy są rozmieszczone wewnątrz w taki sposób, by płaszczyzna kierunków ziaren katalizatora i gazu po przejściu przez jeden element tworzyła kąt 90 stopni z płaszczyzną kierunków ziaren katalizatora i gazu po przejściu przez drugi element.

' W przypadku kształtu celek opisanych powyżej, płaszczyzna blach fałdowanych jednego elementu jest tak skierowana, by tworzyła kąt 45 do 90 stopni z płaszczyzną blach fałdowanych sąsiedniego elementu. Z tego powodu kierunek ziaren katalizatora i gazu jest modyfikowany nie tylko wewnątrz elementów ale również na wejściu i na wyjściu z każdego elementu wypełnienia.

Całkowita grubość E elementu lub elementów wypełnienia jest dobierana zależnie od wysokości H strefy strippingu w której odbywa się kontakt cząstek z gazem. Na ogół grubość ta wynosi 10 do 80% wysokości strefy strippingu.

Ponadto dla każdego elementu wypełnienia objętość celek stanowi od 50 do 98%, korzystnie od 90 do 98% całkowitej objętości tego elementu, co przyczynia się do dobrej cyrkulacji cząstek i gazu do strippingu, bez krępowania ich stanu turbulencji.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym w sposób schematyczny urządzenie do strippingu stosowane szczególnie w dziedzinie krakingu katalitycznego w złożu fluidalnym. Szczegółowy opis rysunków umożliwić ma lepsze zrozumienie istoty i korzyści wypływających ze stosowania nowego urządzenia do strippingu. Podane przykłady nie mają charakteru imitującego, a opisane urządzenie może zostać zaadaptowane do innych instalacji, w których występuje operacja strippingu.

Na rysunku fig. 1 przedstawia typowe urządzenie do krakingu katalitycznego, fig. 2 przedstawia urządzenie według wynalazku dostosowane do strippera jednostki FCC, fig. 3 przedstawia widok z góry sekcji elementu wypełnienia, fig. 4 przedstawia widok całości wypełnienia według wynalazku.

Urządzenie do krakingu katalitycznego w procesie FCC jest znane. Zawiera ono przede wszystkim kolumnę zewnętrzną 1 zwaną elewatorem wsadu, do której u dołu, linią 2, doprowadzany jest wsad do przerobu, a przewodem 3, cząstki katalizatora krakingu. Gaz nośny, na przykład para wodna, wprowadzany jest do kolumny 1 linią 35.

Kolumna zewnętrzna 1 uchodzi u góry do zbiornika 4, w którym odbywa się oddzielanie skrakowanego wsadu i stripping zdezaktywowanych cząstek katalizatora.

W przedstawionym przypadku stripper 4a jest mimośrodowy w stosunku do kolumny. Jednakże stripper może mieć różne kształty i położenia. Na przykład, może być koncentryczny z kolumną co wymaga odpowiedniego rozmieszczenia elementów.

182 276

Wsad po krakingu jest oddzielany w cyklonie 5 umieszczonym w zbiorniku 4 i ewakuowany linią 6 u góry zbiornika, podczas gdy zdezaktywowane cząstki przemieszczają się grawitacyjnie w dół strippera 4a zbiornika 4. Linią 7 odbywa się zasilanie gazem do strippingu, najczęściej parą wodną; iniektory lub dyfuzory gazu do fluidyzacji 8 rozmieszczone są regularnie u podstawy 4a zbiornika 4. Stripping odbywa się korzystnie w środowisku gęstym, w przeciwprądzie do cząstek.

Zdezaktywowane cząstki katalizatora po strippingu są ewakuowane u podstawy zbiornika 4 do regeneratora 9 za pośrednictwem przewodu 10, wyposażonego w zawór regulacyjny 11. W regeneratorze 9 koks osadzony na cząstkach katalizatora jest spalany przy pomocy powietrza wtryskiwanego u dołu regeneratora przez rozmieszczone regularnie iniektory 13 zasilane linią 12. Cząstki katalizatora po obróbce, porywane przez gaz spalinowy, są oddzielane w cyklonach 14, skąd gaz spalinowy jest usuwany linią 15, podczas gdy cząstki katalizatora są odrzucane ku dołowi regeneratora 9 i przewodem 3, wyposażonym w zawór regulacyjny 16, zawracane do zasilania elewatora 1.

Charakterystyki wymiarowe i operacyjne takiego urządzenia są zazwyczaj następujące:

- wysokość części reakcyjnej elewatora 1: 5-40 metrów,

- temperatura wsadu do krakingu: 75 - 450°C,

- intensywność podawania wsadu do przerobu w elewatorze 1: 1000 - 20 000 ton/dzień,

- intensywność podawania katalizatora do elewatora 1: 3 - 50 ton/minutę,

- temperatura krakingu w elewatorze: 500 - 600°C,

- czas przebywania wsadu w elewatorze 1: 0,1 -10 sekund,

- temperatura regeneracji katalizatora: 650 - 900°C,

- czas przebywania katalizatora w regeneratorze 9: 5 - 20 minut.

Stripper przedstawiony schematycznie na fig. 2 zawiera urządzenie według wynalazku. Trzy elementy wypełnienia 17, 18 i 19 zostały umieszczone w strefie 36 cyrkulacji zawiesiny cząstek katalizatora w przeciwprądzie gazu do strippingu.

Trzy elementy 17, 18 i 19 są ustawione wyraźnie prostopadle w stosunku do osi zbiornika 4 i wyraźnie równolegle względem siebie. Są one zlokalizowane powyżej iniektorów dostarczających gaz do strippingu. Sposób ich zamocowania do ścian zbiornika 4 jest znany i pozwala utrzymywać je nieruchomo podczas strippingu.

W pokazanym przykładzie wykonania elementy wypełnienia 17, 18 i 19 są rozdzielone przestrzeniami 20, 21 w celu uniknięcia problemów zatykania i gromadzenia odpadów, szczególnie koksu, między elementami wypełnienia. W przestrzeniach 20, 21 stripping jest znacznie poprawiony ze względu na radialny przepływ gazu i cząstek oraz homogenny stosunek cząstek do gazu. Przestrzenie 20, 21 pozwalają na przejście z jednego elementu do drugiego ewentualnych odpadów skierowanych radialnie. Ponadto przestrzenie 20, 21 umożliwiają redystrybucję cząstek i gazu i utworzenie z nich gęstej mieszaniny fluidalnej turbulentnej między elementami wypełnienia.

Elementy wypełnienia stanowią blachy fałdowane łączone, cięte poprzecznie do ich płaszczyzn. Każdy element wypełnienia jest ustawiony wewnątrz strippera w taki sposób, by płaszczyzna blach fałdowanych jednego elementu była zorientowana pod kątem 90 stopni względem płaszczyzny blach fałdowanych sąsiedniego elementu. Wówczas kierunek cyrkulacji ziaren katalizatora i gazu po przejściu przez jeden element tworzy kąt 90 stopni z kierunkiem cyrkulacji ziaren katalizatora i gazu po przejściu przez drugi element, co ułatwia lepszą redystrybucję cząstek katalizatora na zewnątrz elementów wypełnienia i wytworzenie stanu zorganizowanego zaburzenia cząstek w gazie. Figura 3 przedstawia częściowy widok z góry sekcji elementu wypełnienia.

Element wypełnienia stanowią blachy fałdowane cięte poprzecznie do ich płaszczyzn. Blachy fałdowane są łączone w taki sposób, by krawędź 22 każdej blachy tworzyła kąt 90 stopni z krawędzią fałdy blachy przyległej. Fałdy każdej blachy krzyżują się z fałdami blachy przyległej i powstają celki tworzące sieć krzyżujących się kanałów 23, 24. Skrzyżowania te, inaczej intersekcje, stanowią uprzywilejowane strefy zetknięcia między cząstkami a gazem.

182 276

Podczas przejścia przez kanały 23, 24 cząstki i gaz w przeciwprądzie są utrzymywane w gęstym stanie fluidalnym. Przekrój celek jest tak dobrany, żeby nie następowało zatykanie wewnątrz elementu wypełnienia.

W przestawionym przypadku, blachy faliste są spawane ze sobą na poziomie krawędzi fałd 22, 22'. Cząstki katalizatora penetrują i są kierowane kanałami 23, 24. Układ kanałów pozwala na odchylanie cząstek w każdej intersekcji utworzonej przez fałdy jednej blachy z fałdami blachy przyległej, poprawiając w ten sposób rozdział i rekombinację wspomnianych cząstek i gazu do strippingu w przeciwprądzie.

Figura 4 przedstawia widok całości wypełnienia składającego się z trzech elementów 25, 26, 27. Elementy są rozdzielone rozporkami 28, 29, aby umożliwić redystrybucję cząstek gazu w przestrzeniach 30, 31. Gaz do strippingu cyrkuluje z dołu do góry poprzez elementy, a cząstki z góry na dół, przy czym nie obserwuje się zjawisk mieszania wstecznego i nieprawidłowości przepływu.

Przykłady

Próby wykonane w analogicznych warunkach i przy proporcjach jak podano poniżej mają na celu zilustrowanie wynalazku i podkreślenie niektórych korzyści wynikających z niniejszego urządzenia do strippingu.

Reprezentatywne testy wykonano stosując urządzenie według wynalazku w stripperze jednostki krakingu katalitycznego w złożu fluidalnym. Wyniki testów porównano z osiągami uzyskanymi na urządzeniu wyposażonym w przegrody w strefie strippingu.

Testy wykonano w jednostce produkcyjnej o ciśnieniu około 2 · 10⁵ Pascali. Wydajność strippingu utrzymywano na wysokim poziomie 2,8 ton pary do strippingu na godzinę, co odpowiada stopniowi przemywania pustej objętości 260%. Przerabianym wsadem była mieszanina VGO (vaccum gas oil) i pozostałości atmosferycznej z ropy z Morza Północnego w proporcji 40:60, a temperatura pracy jednostki wynosiła 520°C.

	Test Nr 1: Próba z o siatkowaniem	Test Nr 2: Próba z wypełnieniem	Test Nr 3: Próba z wypełnieniem
Para do strippingu t/h	2,8	2,8	1,6
Temperatura regeneratora (°C)	743	695	711
Stosunek C/0	4,8	6,4	5,8
Δ koksu (% wag.)	0,97	0,75	0,82
Wodór w koksie (% wag.)	7,8	6,0	6,6
Post-spalanie (°C)	+15	-3	+2
Dodatek świeżych cząstek katalizatora t/dzień	5,0	3,0	3,5

W teście Nr 1 zbiornik do strippingu posiadał w strefie strippingu przegrody o budowie klasycznej, dające osiągi zbliżone do wyników przy osiatkowaniach opisanych w patencie US 2 472 502. W teście Nr 2 zbiornik do strippingu posiadał w strefie strippingu 3 rozsunięte elementy według wynalazku.

Widoczne jest znaczne obniżenie temperatury regeneracji i temperatury po spalaniu (zwanej powszechnie „afterbuming”) w jednostce, w której zastosowano wynalazek. Zawartość wodoru w koksie i procent Δ koksu są również zmniejszone, co potwierdza dobry kontakt i przemywanie w strefie strippingu, stąd dobry odzysk węglowodorów znajdujących się na cząstkach i między cząstkami katalizatora.

182 276

Skuteczność strippingu pozwala zwiększyć stosunek C/0 (stosunek wagowy katalizatora C będącego w kontakcie z wsadem 0) wewnątrz urządzenia i zwiększyć konwersję wsadu przez wprowadzenie go w kontakt z większą ilością miejsc aktywnych cząstek katalizatora.

Ponadto zwiększona jest stabilność cząstek katalizatora w urządzeniu, co pozwala zmniejszyć codzienny dodatek cząstek świeżego katalizatora i codzienny odrzut zdezaktywowanych cząstek katalizatora, przy zachowaniu właściwej zawartości cząstek w urządzeniu.

Trzecia próba (test Nr 3) została wykonana przy zmniejszeniu do 1,6 tony na godzinę ilości pary do strippingu. Wyniki w porównaniu z wynikami testu Nr 1 są również zadawalające. A zatem urządzenie według wynalazku pozwala na zmniejszenie zużycia pary do strippingu poprawiając efektywność w stosunku do tradycyjnych metod. Oznacza to oszczędność energii i zmniejszenie ilości zanieczyszczonej wody pochodzącej z kondensacji pary użytej do strippingu.

Powyższe wyniki wykazują korzyści jakie daje nowe urządzenie do strippingu. Poprawa kontaktu między gazem a cząstkami katalizatora powoduje, że do regeneratora wprowadzana jest mniejsza ilość węglowodorów, że zawartość wodoru w koksie zostaje zmniejszona i że nie występuje zjawisko post-spalania.

182 276

ρ|6·^

182 276

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do strippingu fluidyzowanych ciał stałych gazem w przeciwprądzie, zawierające pionowy zbiornik do strippingu, co najmniej jeden przewód doprowadzający umieszczony u góry zbiornika do wprowadzania cząstek, co najmniej jeden przewód przyłączony u podstawy zbiornika do ewakuacji cząstek po strippingu, co najmniej jedną linię do odprowadzania skrakowanego wsadu, co najmniej jedną linię do zasilania gazem do strippingu u podstawy zbiornika, zaś wewnątrz zbiornika zawierające strefę cyrkulacji ku dołowi zawiesiny cząstek w przeciwprądzie wspomnianego gazu, znamienne tym, że posiada co najmniej jedno wypełnienie (17,18,19) składające się z co najmniej jednego elementu, którego przekrój przepływowy jest zasadniczo poprzeczny względem osi zbiornika (4), przy czym element ten rozciąga się na cały przekrój poprzeczny zbiornika (4) w strefie cyrkulacji i składa się z celek poprzez które przechodzą cząstki i gaz do strippingu, zaś celki te ukierunkowują radialnie cyrkulację gazu i cząstek poddawanych strippingowi.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element wypełnienia kieruje na zewnątrz wspomnianego elementu około 50% gazu i cząstek w jednym kierunku, a około 50% gazu i cząstek w drugim kierunku, który tworzy z pierwszym kierunkiem kąt od 10 do 90 stopni.
3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że element składa się z celek utworzonych przez połączenie blach fałdowanych (22, 22’) ciętych poprzecznie do ich płaszczyzn, przy czym krawędź fałdy (22’) każdej blachy tworzy kąt od 45 do 135 stopni z krawędzią fałdy (22’) blachy przyległej.
4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że celki tworzą sieć skrzyżowanych kanałów (23,24) o jednolitym przekroju.
5. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że około 50% cząstek i gazu jest odchylanych od kierunku początkowego wewnątrz elementów, w każdej intersekcji utworzonej przez fałdy (22) jednej blachy z fałdami (22’) blachy przyległej, przy czym kierunek tego odchylenia z kierunkiem początkowym tworzy kąt 10 do 90 stopni.
6. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że intersekcje utworzone przez fałdy (22) jednej blachy z fałdami (22’) blachy przyległej stanowią strefę kontaktu między cząstkami a gazem do strippingu.
7. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że wypełnienie składa się z co najmniej dwóch elementów wypełnienia (17,18, 19) umieszczonych równolegle jeden nad drugim.
8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że wypełnienie składa się z trzech elementów równoległych.
9. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8, znamienne tym, że płaszczyzna blach fałdowanych (22) jednego elementu tworzy kąt 45 do 90 stopni z płaszczyzną blach fałdowanych (22*) sąsiedniego elementu.
10. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8, znamienne tym, że całkowita grubość E wypełnienia jest tak dobrana względem wysokości H strefy strippingu w zbiorniku, by stosunek E/H był zawarty między 10 a 80%.
11. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przestrzeń zajęta przez wypełnienie stanowi około 20 do 80% wewnętrznej objętości zbiornika do strippingu.
12. Urządzenie według zastrz. 7 albo 8, znamienne tym, że elementy wypełnienia (17, 18, 19) są względem siebie rozsunięte, zaś rozdzielająca je przestrzeń ułatwia redystrybucję cząstek w gazie.
13. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że objętość celek elementu wypełnienia stanowi od 50 do 98% całkowitej objętości tego elementu.

182 276
14. Urządzenie według zastrz. 13, znamienne tym, że objętość celek elementu wypełnienia stanowi od 90 do 98% całkowitej objętości tego elementu.

* * *