ES2199858T3 - Sistema de inyeccion de alimentacion para procedimiento de craqueo catalitico. - Google Patents
Sistema de inyeccion de alimentacion para procedimiento de craqueo catalitico.Info
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Abstract
Una boquilla para uso en una unidad de craqueo catalítico fluido que comprende: un primer conducto para proporcionar un pasaje para permitir el flujo de un primer gas dispersante a través del mismo; una primera tapa que cubre el extremo de dicho primer conducto; dicha primera tapa incluye por lo menos un pasaje de salida a través del mismo adaptado para descargar dicho primer gas dispersante en un material de alimentación de hidrocarburo líquido; un segundo conducto que encierra dicho primer conducto y está espaciado del mismo para formar una sección anular entre ellos, proporcionando así un pasaje para permitir que fluya a través del mismo dicho material de alimentación de hidrocarburo líquido; una segunda tapa que cubre el extremo de dicho segundo conducto, la cual está espaciada de dicha primera tapa, formando así una zona de mezclado entre ellas para mezclar dicha alimentación de hidrocarburo líquido y dicho primer gas dispersante y dicha segunda tapa incluye por lo menos una ranura circular como pasaje de salida a través de la misma, cuyo pasaje está esencialmente alineado con el pasaje de salida en dicha primera tapa y está adaptado para descargar dicha mezcla de dicha alimentación de hidrocarburo líquido y dicho primer gas dispersante, y donde está presente un tercer conducto rodeando a dicho segundo conducto y formando una sección anular entre ellos para proporcionar un pasaje para permitir que fluya un segundo gas dispersante a través del mismo.
Description
Sistema de inyección de alimentación para
procedimiento de craqueo catalítico.
La presente invención se refiere a sistemas de
inyección de alimentación y, en particular, a boquillas de
alimentación utilizadas para procesos de craqueo catalítico.
En una Unidad típica de Craqueo Catalítico Fluido
(FCCU, por sus siglas en inglés) que consiste en un regenerador, un
reactor elevador y un separador, tal como se ilustra en
US-A-5562818 a nombre de Hedrick y
que se incorpora aquí como referencia, se succiona catalizador
regenerado finamente dividido desde el regenerador a través del
tubo vertical del regenerador y se pone en contacto con una carga
de alimentación de hidrocarburo en una porción inferior del elevador
de un reactor. La carga de alimentación de hidrocarburo y vapor
entran en el elevador a través de las boquillas de alimentación. La
mezcla de alimentación, vapor y catalizador regenerado, que tiene
una temperatura de desde aproximadamente 200ºC a aproximadamente
700ºC, pasa hacia arriba a través del reactor elevador,
convirtiendo la alimentación en productos más ligeros mientras se
deposita una capa de coque sobre la superficie del catalizador.
Después, los vapores de hidrocarburo y el catalizador procedentes
de la parte superior del elevador pasan a través de ciclones para
separar el catalizador agotado de la corriente de producto de vapor
de hidrocarburo. El catalizador agotado entra en el separador donde
se introduce vapor para remover los productos de hidrocarburo del
catalizador. Después, el catalizador agotado que contiene coque pasa
a través de un tubo vertical del separador para entrar en el
regenerador en donde, en presencia de aire y a una temperatura de
desde aproximadamente 620ºC a aproximadamente 760ºC, la combustión
de la capa de coque produce catalizador regenerado y gas de
combustión. El gas de combustión se separa del catalizador atrapado
en la región superior del regenerador mediante ciclones y el
catalizador regenerado se devuelve al lecho fluidificado del
regenerador. Posteriormente, el catalizador regenerado es
succionado desde el lecho fluidificado del regenerador a través del
tubo vertical del regenerador y, en la repetición del ciclo
mencionado previamente, hace contacto con la carga de alimentación
en el elevador inferior.
El elemento más crítico del reactor elevador de
la Unidad de Craqueo Catalítico Fluido es el sistema de inyección
de alimentación. Para un rendimiento máximo, es esencial que el
sistema de inyección de la alimentación distribuya la alimentación
en forma de rocío fino con una cobertura uniforme a través del
elevador y una distribución del tamaño de gotita estrecha. Tal rocío
aumenta el área superficial de las gotitas de alimentación y
facilita el contacto íntimo con el catalizador regenerado. Sin
embargo, los sistemas existentes de inyección de alimentación de la
técnica anterior tienen dificultades para lograr este rendimiento
deseado.
Una Unidad típica de Craqueo Catalítico Fluido
puede disponer de boquillas laterales de entrada o boquillas
inferiores de entrada para introducir la alimentación de
hidrocarburo en el reactor elevador. Las boquillas inferiores de
entrada introducen la alimentación de hidrocarburo desde el fondo
del reactor elevador, mientras que las boquillas laterales de
entrada introducen la alimentación desde la periferia del reactor
elevador y a una mayor elevación. La mayoría de las Unidades de
Craqueo Catalítico modernas están diseñadas con boquillas laterales
de entrada. Para las Unidades de Craqueo Catalítico Fluido con
configuración de entrada lateral, el catalizador regenerado es
transportado hacia arriba desde el fondo del elevador mediante el
gas de fluidización, generalmente vapor, y la alimentación de
hidrocarburo es inyectada mediante boquillas múltiples montadas en
la periferia del reactor elevador a una mayor elevación. Las
boquillas laterales de entrada modernas, tal como se describe en
US-A5794857 son en general buenos atomizadores de la
alimentación. Sin embargo, la configuración de entrada lateral
tiene varias desventajas significativas. El punto más alto de la
inyección de alimentación conduce a un menor volumen del reactor
elevador y menor circulación de catalizador, debido a la mayor caída
de presión en el elevador. El contacto de catalizador regenerado
caliente con el vapor de transporte en el elevador inferior,
conduce también a una mayor desactivación del catalizador antes del
contacto de la alimentación.
Las unidades de craqueo catalítico con boquillas
inferiores de entrada pueden evitar las desventajas de la
configuración de entrada lateral descrita anteriormente. Sin
embargo, las boquillas inferiores de entrada de la técnica
anterior, en general no son tan buenas en la atomización de la
alimentación. La US-A-4097243
describe un diseño de boquilla inferior de entrada con puntas
múltiples para distribuir la alimentación en corrientes múltiples.
La atomización de la alimentación fue bastante mala. Además, la
alimentación se inyectaba en una dirección esencialmente
longitudinal del elevador, lo cual da lugar a que se retarde el
mezclado entre la alimentación y el catalizador regenerado, debido
a que ambos se están moviendo en una dirección esencialmente
paralela. Esto da lugar a una condición indeseable del contacto de
la alimentación con una zona amplia de vaporización de la
alimentación en el elevador del reactor. Cierto número de mejoras,
tales como CA-A-1015004,
US-A4808383,
US-A-5017343,
US-A-5108583 y
EP-A-151882 describen varios medios
para mejorar la atomización de la alimentación para boquillas
inferiores de entrada. Sin embargo, la atomización de la
alimentación permanece inadecuada y la inyección de la alimentación
permanece esencialmente longitudinal, dando lugar al retardo del
mezclado con el catalizador del regenerador y un contacto
indeseable de la alimentación en una amplia zona de
vaporización.
Las US-A-4784328
y EP-A-147664 describen dos diseños
complicados de cajas de mezclado en el fondo del elevador del
reactor de la Unidad de Craqueo Catalítico Fluido para mejorar el
mezclado entre la alimentación y el catalizador regenerado. Sin
embargo, estas cajas de mezclado tienen una geometría muy
complicada con muchos pasajes, lo cual hace difícil conservar su
integridad mecánica y funciones adecuadas con el paso del tiempo
debido a que la región del elevador inferior es sumamente
erosiva.
La US-A-4795547 y
US-A-5562818 describen dos boquillas
inferiores, de entrada con diseños diferentes de conos desviadores
en la salida del tubo de alimentación esencialmente longitudinal
que transporta la alimentación atomizada. La función de estos conos
desviadores es redirigir la corriente de alimentación que fluye en
forma esencialmente axial, hacia una alimentación que se descarga
en forma un tanto radial en la salida, lo cual está destinado a
mejorar el mezclado con el catalizador regenerado. Sin embargo,
existen desventajas mayores en estos diseños de desviador. Primero,
la alimentación de hidrocarburo es atomizada corriente arriba del
desviador y, cuando la alimentación atomizada choca con la
superficie del cono desviador en la salida, se origina la
recoalescencia de muchas de las gotitas atomizadas de la
alimentación, dando lugar a la formación de láminas de líquido que
se descargan del cono. El cono desviador logra un cambio en la
dirección de la alimentación pero se logra al alto precio de
empeorar significativamente la atomización de la alimentación. En
segundo lugar, la alimentación descargada radialmente en forma de
láminas de líquido del cono desviador puede penetrar a través del
catalizador en el elevador sin demasiada vaporización y choca con
la pared del elevador, dando lugar a un daño mecánico mayor.
El objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar un sistema mejorado de inyección de alimentación por
la parte inferior para uso en procesos de craqueo catalítico, lo
cual dará como resultado una mejor distribución de la alimentación
en el elevador del reactor.
Este objetivo se logra con la siguiente boquilla
para uso en una unidad de craqueo catalítico fluido, que
comprende:
un primer conducto para proporcionar un pasaje
para permitir el flujo de un primer gas dispersante a través del
mismo;
una primera tapa que cubre el extremo de dicho
primer conducto; dicha primera tapa incluye por lo menos un pasaje
de salida a través del mismo adaptado para descargar dicho primer
gas
dispersante en un material de alimentación de
hidrocarburo líquido;
un segundo conducto que encierra dicho primer
conducto y está espaciado del mismo para formar una sección anular
entre ellos, proporcionando así un pasaje para permitir que fluya a
través del mismo dicho material de alimentación de hidrocarburo
líquido;
una segunda tapa que cubre el extremo de dicho
segundo conducto, la cual está espaciada de dicha primera tapa,
formando así una zona de mezclado entre ellas, para mezclar dicha
alimentación de hidrocarburo líquido y dicho primer gas dispersante
y dicha segunda tapa incluye por lo menos una ranura circular como
pasaje de salida a través de la misma, cuyo pasaje está
esencialmente alineado con el pasaje de salida en dicha primera
tapa y está adaptado para descargar dicha mezcla de dicha
alimentación de hidrocarburo líquido y dicho primer gas
dispersante,
y donde está presente un tercer conducto rodeando
a dicho segundo conducto y formando una sección anular entre ellos
para proporcionar un pasaje para permitir que fluya un segundo gas
dispersante a través del mismo.
La presente invención mejora la atomización de la
alimentación de los sistemas de inyección con entrada por la parte
inferior eliminando así la necesidad de la configuración de entrada
lateral y sus desventajas. Se ha encontrado que el sistema de
inyección de alimentación con entrada por la parte inferior de la
presente invención logra una atomización y distribución mejoradas de
la alimentación, obteniendo una distribución uniforme de la
alimentación a través del elevador. El presente sistema de
inyección de alimentación distribuirá la alimentación de
hidrocarburo en un rocío fino con una cobertura uniforme a través
del elevador y una distribución del tamaño de gotita estrecha. Otra
ventaja es que la alimentación atomizada puede descargarse en una
dirección esencialmente radial para un mejor mezclado con el
catalizador regenerado, sin tener que utilizar un cono desviador.
Una ventaja adicional es que la alimentación atomizada puede
descargarse en una dirección esencialmente radial, sin chocar con
la pared del elevador.
La figura 1 es una realización preferida de una
Unidad de Craqueo Catalítico Fluido con un sistema de inyección de
alimentación con una sola entrada por la parte inferior.
Las figuras 2A/2B/2C ilustran características de
diseño detallado del sistema preferido de inyección de alimentación
de la figura 1.
La figura 3 ilustra un sistema de inyección de
alimentación de técnicas anteriores, con una sola entrada por la
parte inferior.
La figura 4A ilustra una vista en planta de la
distribución de alimentación en el elevador de boquillas de
alimentación con entrada lateral, de la técnica anterior.
La figura 4B ilustra una vista en planta de la
distribución mejorada de alimentación proporcionada por una sola
boquilla de acuerdo con la presente invención.
\newpage
Las figuras 5A/5B ilustran características de
diseño detallado de un sistema de inyección de alimentación aún más
preferido de la Figura 2A/2B/2C.
Las figuras 6 y 7 ilustran características de
diseño detallado de otro sistema preferido de inyección de
alimentación de la figura 1.
Con referencia ahora a la figura 1 que ilustra
una realización preferida de la presente invención, un reactor
elevador 1 de craqueo catalítico está conectado a un tubo vertical
2 del regenerador a través del cual el catalizador regenerado
caliente 3 entra en la región inferior del elevador. Se introducen
una alimentación 8 de hidrocarburo líquido, tal como gasóleo, y gas
dispersante 4 y 12, tal como vapor de agua, a través de un conjunto
de una sola boquilla inferior de entrada 100.
Preferentemente, la boquilla está provista de un
tercer conducto, tal como se ilustra en la figura 1 como conducto
5. El tercer conducto rodea al segundo conducto 38 y forma una
sección anular 6 entre ellos a fin de proporcionar un pasaje para
permitir el flujo de un segundo gas dispersante a través de
éste.
El conjunto de boquilla 100 comprende tres
conductos dispuestos en forma concéntrica y substancialmente
vertical. Un primer conducto 22 proporciona un pasaje para un
primer gas dispersante 12 y termina en una primera tapa 32. El
primer conducto 22 y la primera tapa 32 están rodeados por un
segundo conducto 38 que termina en una segunda tapa 48 y la sección
anular 9 así formada proporciona un pasaje para la alimentación 8
de hidrocarburo líquido. El segundo conducto 38 está rodeado a su
vez por un tercer conducto 5 que se encuentra abierto en la parte
superior. La superficie externa del conducto 5 está protegida por
un material resistente a la erosión 7, tal como un material
refractario u otro material conocido por los expertos en la técnica,
para evitar daños al conjunto de boquilla 100 por el catalizador
caliente del regenerador 3 que entra. La superficie externa de la
segunda tapa 48, que se extiende más allá de la terminación del
conducto 5 y al interior del reactor elevador 1, está protegida por
material resistente a la erosión, tal como STELLITE 6 (STELLITE es
una marca comercial) u otro material conocido por los expertos en
la técnica. Se forma una primera sección anular 6 entre el conducto
5 y el conducto 38. Una segunda sección anular 9 se forma entre el
conducto 38 y el conducto 22. Las lengüetas de centrado 10 en la
primera sección anular 6 mantienen centrado al conducto 38 dentro
del conducto 5. Las lengüetas de centrado 13 en la segunda sección
anular 9 mantienen centrado al conducto 22 dentro del conducto
38.
Un primer gas dispersante 12 entra en el primer
conducto 22 que termina con una primera tapa 32 que tiene por lo
menos un pasaje de salida 14 que descarga generalmente en una
dirección radialmente hacia afuera y preferentemente hacia arriba,
hacia la zona de mezclado 42 situada en la vecindad de la descarga
del pasaje de salida 14 entre la primera tapa 32 y la segunda tapa
48. La alimentación 8 de hidrocarburo líquido entra en el conducto
28, continúa a través del segundo conducto 38 substancialmente
vertical a través de la sección anular 9 hasta una segunda tapa 48
y se mezcla en un flujo transversal con el primer gas dispersante
12 en la zona de mezclado 42, dando como resultado la formación de
una mezcla fina de dos fases de pequeñas burbujas dispersas en el
líquido de hidrocarburo de petróleo pesado. La segunda tapa 48 tiene
por lo menos un pasaje de salida 11 en forma de ranura circular,
para la emisión de la mezcla de alimentación de hidrocarburo y el
primer gas dispersante en el reactor elevador 1 en una dirección
radialmente hacia afuera y preferentemente hacia arriba. El pasaje
11 está alineado esencialmente con la descarga del primer gas
dispersante 12 desde el pasaje de salida 14. Conforme la mezcla fina
de dos fases de pequeñas burbujas dispersas en el hidrocarburo de
petróleo pesado, pasa a través del pasaje de salida 11 al reactor
elevador 1 para hacer contacto con el catalizador 3 del
regenerador, la mezcla de dos fases se expande repentinamente
formando un cono fino hueco de atomización de alimentación de
hidrocarburo de petróleo pesado, con un tamaño de gotita estrecha
distribuido uniformemente a través del reactor elevador 1.
El conducto 5 penetra a través del fondo del
elevador 30 dentro del elevador 1 y termina en un nivel 15,
preferentemente por encima de la línea central 2a del tubo vertical
2 del regenerador. Un segundo gas dispersante 4 pasa a través del
conducto 24 y es dirigido hacia el conducto 5 a través de la primera
sección anular 6 y sale a través de la parte superior del conducto
5 hacia el reactor elevador 1 en una dirección esencialmente
longitudinal. El segundo gas dispersante 4 tiene varias funciones,
una de las cuales consiste en evitar que el catalizador regenerado
caliente 3 dañe la boquilla 100 de inyección de alimentación dentro
del conducto 5, en la operación normal. Otra función consiste en
proporcionar gas de fluidización de emergencia para transportar al
catalizador en caso de escasez de alimentación.
El gas dispersante adicional 16 puede
introducirse convenientemente a través del conducto 26 para ayudar
a la fluidización en la región inferior del elevador. En la figura
1, se ilustra el conducto 26 conectado a un solo anillo de
distribución 17 que rodea al conducto 5 y que tiene boquillas
múltiples 18. Se pueden utilizar otros medios conocidos en la
técnica, tal como una placa perforada, para distribuir el gas
dispersante adicional 16. Aunque la figura 1 ilustra una
realización con un conjunto 100 de una sola boquilla de inyección,
se pueden utilizar otros arreglos, tal como conjuntos múltiples 100
de alimentación en un reactor elevador, cada una de los cuales
emite por lo menos un rocío de forma cónica desde el pasaje de
salida 11, para lograr el mismo objetivo para Unidades grandes de
Craqueo Catalítico Fluido con mayores flujos de alimentación de
hidrocarburo. El número de conjuntos 100 de boquilla de
alimentación en un solo elevador puede ser cualquier número
razonable, pero se prefiere que esté en la escala de uno a
seis.
\newpage
Las figuras 2A, 2B y 2C ilustran detalles de las
tapas 32 y 48 que terminan los conductos 22 y 38 respectivamente,
en el extremo del conjunto 100 de inyección de alimentación en la
realización preferida de la figura 1. La figura 2A es una vista en
corte transversal, tomada a lo largo de la línea
2A-2A de la figura 1, de los conductos 22, 38 con
sus respectivas tapas 32, 48 y el conducto 5 con el material de
protección 7. El primer gas dispersante 12 pasa a través del
conducto 22 hacia la primera tapa 32 y sale por los pasajes 14 de
salida de gas dispersante hacia la zona de mezclado 42, la cual
está en la vecindad de la descarga del pasaje de salida 14, entre
las tapas 32 y 48, y corriente arriba de la descarga 11 de salida
con ranura circular. Se ilustra el pasaje de salida 14 sobre la
superficie cónica 35 de la tapa 32, de modo que se descarga el
primer gas de dispersión 12 a través del pasaje 14 en una dirección
generalmente radial hacia afuera y preferentemente hacia arriba y
se mezcla en un flujo transversal con la alimentación de
hidrocarburo líquido en la zona de mezclado 42. El ángulo de
descarga ascendente del pasaje 14 está con mayor preferencia en la
escala de 10º a 90º desde el eje del conjunto de boquilla 100 y con
más preferencia en la escala de 20º a 800 desde el eje del conjunto
de boquilla 100. Entonces, el ángulo resultante 33 de la superficie
cónica 35 de la primera tapa 32 de las realizaciones ilustradas por
las figuras puede estar convenientemente en la escala de 100º a
170º y preferentemente en la escala de 110º a 160º. La cantidad del
primer gas dispersante 12 puede estar en la escala de 0,2 a 7 por
ciento en peso de la alimentación de hidrocarburo 8, pero está
preferentemente en la escala de 0,5 a 5 por ciento en peso de la
alimentación de hidrocarburo 8. La velocidad de descarga del primer
gas dispersante 12 a través del pasaje 14 puede estar en la escala
de 15,2 y 244 metros/segundo (50 a 800 pies/segundo), pero está
preferentemente en la escala de 30,4 y 152 metros/segundo (100 a 500
pies/segundo). La alimentación de hidrocarburo 8 pasa a través del
conducto 38 a través de la sección anular 9 a la tapa 48 y se
mezcla en un flujo transversal con el gas dispersante 12 de los
pasajes 14 en la zona de mezclado 42, dando como resultado la
formación de una mezcla fina de dos fases de pequeñas burbujas de
vapor en el hidrocarburo líquido, exactamente corriente arriba del
pasaje 11 que está esencialmente alineado con el pasaje de salida
14 del primer gas dispersante. La alineación esencial de los
pasajes 14 y 11 garantiza que la mezcla fina de dos fases de
pequeñas burbujas de vapor en el hidrocarburo líquido pasa a través
del pasaje 11 tan pronto como se forma la mezcla en la zona de
mezclado 42, minimizando así la tendencia de recoalescencia y
maximizando la eficiencia de energía del primer gas dispersante para
atomización. Conforme la mezcla fina de dos fases de pequeñas
burbujas de vapor en el hidrocarburo líquido pasa a través de los
pasajes de salida 11 hacia el reactor elevador 1, la mezcla de dos
fases se expande repentinamente, debido a la caída de presión a
través del pasaje 11, dando como resultado la formación de una
atomización fina de la alimentación de hidrocarburo 8 con una
distribución del tamaño de gotita estrecha y una distribución
uniforme. La caída de presión a través de los pasajes 11 puede
estar en la escala de 0,689 y 6,89 bar (10 a 100 psi), pero está
preferentemente en la escala de 1,38 y 4,8 bar (20 a 70 psi). Se
ilustra que el pasaje de salida 11 tiene un bisel 41 en el extremo
del pasaje 11 para ayudar en la expansión radial repentina del
flujo de dos fases y la atomización fina de la alimentación de
hidrocarburo 8 dentro del rector elevador 1. Preferentemente, el
bisel 41 tiene un ángulo entre 0º y 40º y más preferentemente entre
0º y 10º con el pasaje de salida 11. La tapa 48 y el pasaje de
salida 11 pueden incluir una capa de protección 50, tal como
STELLITE u otro material conocido por los expertos en la técnica
para evitar daños causados por el catalizador. Se ilustra el pasaje
de salida 11 sobre una superficie cónica 45 de la tapa 48, de modo
que la mezcla del primer gas dispersante 12 y el hidrocarburo
líquido 8 se descarga a través del pasaje 11 en una dirección
generalmente radial hacia afuera y preferentemente hacia arriba.
Como se describió anteriormente para el ángulo de descarga
ascendente del pasaje 14, el ángulo correspondiente de descarga
ascendente del pasaje 11 está también preferentemente en la escala
de 10º a 90º desde el eje del conjunto de boquilla 100 y más
preferentemente en la escala de 20º a 80º desde el eje del conjunto
de boquilla 100. Después, el ángulo resultante 43 de la superficie
cónica 45 de la tapa 48 de las realizaciones ilustradas por las
figuras puede estar convenientemente en la escala de 100º a 170º,
pero está preferentemente en la escala de 110º a 160º.
Preferentemente, las superficies cónicas 35 y 45 están dispuestas
paralelas entre sí tal como se ilustra en esta figura. Aunque se
ilustra que las tapas 32 y 48 incluyen superficies cónicas 35 y 45
respectivamente, se pueden incluir otros tipos de superficies, tales
como superficies esféricas o elípticas en las tapas 32 y 48 siempre
y cuando los pasajes 14 y 11 puedan colocarse sobre estas
superficies para descargar el primer vapor de dispersión 12 y la
alimentación de hidrocarburo 8 en una dirección radialmente hacia
afuera y preferentemente hacia arriba.
La figura 2B ilustra una vista en planta de la
segunda tapa 48 situada en el extremo del conducto de hidrocarburo
38. Se ilustra que la tapa 48 tiene una ranura circular que
consiste en cuatro pasajes 11 de salida alargados y curvos sobre la
superficie cónica 45, como un ejemplo para la emisión de un rocío de
forma cónica que consiste en cuatro rocíos individuales en abanico
de mezclas del primer gas dispersante 12 y alimentación de
hidrocarburo 8 en una dirección radialmente hacia afuera y hacia
arriba dentro del elevador 1. El ángulo de cada uno de los rocíos
en abanico, como se puede apreciar en lo anterior, emitidos desde
un solo pasaje 11 puede estar en la escala de 30º a 120º,
preferentemente en la escala de 60º a 100º.
La figura 2C ilustra una vista en planta de la
primera tapa 32 situada en el extremo del primer conducto 22 de gas
dispersante. Se ilustra que la tapa 32 tiene cuatro grupos de
pasajes de salida 14 circulares sobre la superficie cónica 35,
dispuestos en cuatro líneas curvas por la parte posterior y
alineados esencialmente con los pasajes 11 de la figura 2B. Aunque
se ilustra que cada grupo de pasajes de salida 14 de gas
dispersante consiste en seis pasajes esencialmente redondos para
cada rocío individual en abanico emitido desde los pasajes 11, el
número de pasajes 14 en cada grupo podría ser cualquier número
razonable. El número total de pasajes 14 presentes en la tapa 32
dependerá del tamaño del conjunto de boquilla de alimentación y
puede variar convenientemente entre 40 y 300.
La figura 5A ilustra una vista en planta de la
segunda tapa 48 situada en el extremo del conducto de hidrocarburo
38 como en la figura 2B. Se ha encontrado ventajoso que el pasaje
anular de salida 11 esté abierto a lo largo de toda su
circunferencia tal como se ilustra en la figura 5A. En la figura 2B,
la ranura circular está dividida por cuatro puentes dando como
resultado cuatro pasajes separados 11. Reduciendo u omitiendo los
puentes de la figura 2B, se obtiene una sola abertura en forma de
ranura circular y se forma un solo rocío de forma cónica. Esto es
ventajoso para lograr un flujo más uniforme y libre de obstáculos
de la mezcla del primer gas dispersante 12 y de alimentación de
hidrocarburo 8 dentro del elevador 1. Opcionalmente, pero en forma
menos preferida, se pueden utilizar varias ranuras concéntricas
como pasajes 11.
Preferentemente, los pasajes de salida 14 de gas
en la primera tapa 32 están dispuestos en una línea circular por
detrás y esencialmente alineados con el pasaje 11 tal como se
ilustra en la figura 5B. Preferentemente, los pasajes de salida 14
constituyen un solo grupo tal como se ilustra en la figura 5B, en
contraste con los diferentes grupos de pasajes de salida tal como se
ilustra en la figura 2C. Este grupo de pasajes de salida 14 puede
estar dispuesto a lo largo de una o más líneas concéntricas en la
primera tapa 32. La figura 5B ilustra dos líneas concéntricas de
los pasajes 14.
La figura 6 ilustra un conjunto de boquilla 100
provisto de un pasaje 55 para permitir que parte del material de
alimentación de hidrocarburo líquido sea descargada en una posición
más central, entre la primera tapa 32 y la segunda tapa 48, que la
posición de los pasajes de salida 14 de dicha primera tapa 32. En
tal diseño preferido, el material de alimentación de hidrocarburo
líquido fluirá por lo menos en dos direcciones hacia la zona de
mezclado 42 presente entre los pasajes 11 y 14. Una dirección es un
flujo desde una región central 56 entre las tapas 32 y 48 y la otra
dirección es un flujo directamente desde la sección anular 9. Se ha
encontrado que mediante la introducción del material de
alimentación de hidrocarburo hacia la zona de mezclado 42 en esta
forma, se logra un mezclado aún más uniforme del primer gas
dispersante y la alimentación de hidrocarburo. En una realización
más preferida, existe un flujo esencialmente igual de hidrocarburos
desde cualquier lado hacia la zona de mezclado 42. En algunas
realizaciones prácticas, esta relación de flujo volumétrico del
flujo central y anular puede variar convenientemente entre 1 y 5.
El material de alimentación de hidrocarburo suministrado a la
región central 56 puede alimentarse a través de un conducto
separado de suministro presente en el conducto 22, en el cual este
régimen de alimentación de hidrocarburo puede controlarse
externamente de manera apropiada.
Preferentemente, se introduce parte del material
de alimentación de hidrocarburo en la región central 56 tal como se
ilustra en la figura 6. La figura 6 ilustra una realización en la
cual uno o más conductos 55 conectan en forma fluida la región
central 56 entre la segunda tapa 48 y la primera tapa 32 a través de
la abertura de entrada 58 con la parte inferior de la sección
anular 9. Las aberturas de salida 57 de los conductos 55 están
situados más en la parte central que la zona de mezclado 42 y los
pasajes 14 en dicha primera tapa 32. Preferentemente, la relación
del área total de sección transversal de todos los conductos 55 y
el área más pequeña de la sección anular 9 está entre 1:1 y 1:5. El
número de conductos 55 puede estar entre 1 y 15. Un número demasiado
grande no será benéfico para la resistencia mecánica de la
boquilla. Un número muy pequeño no logrará el efecto deseado de
mezclado. Un número preferido de pasajes 55 es de 4 a 8
inclusive.
La segunda tapa 48 puede fijarse en la boquilla
100 por medio de uno o más medios de fijación 59, por ejemplo por
medio de un perno o un pasador soldado, conectando la segunda tapa
con la primera tapa 32.
La figura 7 ilustra una primera tapa 32 de la
figura 6 como se ve desde arriba, provista de cinco aberturas de
salida 57 y dos líneas concéntricas de pasajes 14 y medios de
fijación 59.
La principal mejora de la presente invención
sobre las boquillas inferiores de entrada de la técnica anterior,
tal como se describe en la
US-A-4795547, es una atomización de
alimentación y fiabilidad del elevador mucho mejores. En la técnica
anterior de la US-A-4795547,
ilustrada en la figura 3, el hidrocarburo entra a través del
conducto 5 y la boquilla de atomización 11 de una sola fase, y el
gas dispersante entra a través del conducto 4 y la sección anular 6.
La atomización de la alimentación se produce conforme la
alimentación sale por la boquilla de atomización 11 de una sola
fase, corriente arriba lejos de la salida hacia el elevador 2. La
alimentación de la boquilla 11 y el gas dispersante en la sección
anular 6 se mueven ambos en una dirección esencialmente axial con
muy poca mezcla en flujo transversal entre los dos. Después, las
gotitas atomizadas de alimentación son llevadas en flujo
esencialmente longitudinal por el gas dispersante que entra a
través del conducto 4 y chocan con el cono deflector 13 de salida,
lo cual altera súbitamente la dirección de las gotitas de
alimentación desde un flujo esencialmente longitudinal hasta uno
radialmente hacia afuera y hacia arriba.
Las mejoras de la presente invención sobre la
técnica anterior de la US-A-4795547
incluyen:
Atomización en dos fases frente a atomización en
una fase: En la US-A-4795547, la
atomización de la alimentación se produce principalmente a través de
una boquilla 11 de atomización de una sola fase tal como se ilustra
en la figura 3, lo cual es bastante menos eficiente en comparación
a la presente invención que utiliza un atomizador de dos fluidos a
través de tapas 32 y 48 en la figura 1.
Atomización en la salida frente a atomización
corriente arriba: En la
US-A-4795547, la atomización de la
alimentación se produce principalmente a través de una boquilla de
atomización 11 de una sola fase ilustrada en la figura 3, lejos
corriente arriba de la salida final. Conforme las gotitas atomizadas
de alimentación son llevadas por el gas dispersante, las gotitas
pueden coalescer sobre la superficie del conducto de transporte,
dando lugar a una atomización deficiente. En la presente invención,
la atomización de la alimentación se produce en la misma salida,
mediante la alineación del pasaje 14 de salida del primer gas
dispersante con el pasaje 11, formando una mezcla fina de dos fases
de pequeñas burbujas de vapor en el hidrocarburo líquido, mediante
mezcla en flujo transversal en la zona de mezclado 42 entre las
tapas 32 y 48 exactamente corriente arriba del pasaje 11 y pasando
la mezcla de dos fases a través de pasajes de salida 11 para una
atomización fina. No existe un conducto de transporte con gotitas
atomizadas que pudieran dar lugar a una recoalescencia.
Descarga directa frente a cono desviador: En la
US-A4795547, se utiliza un cono desviador en la
salida para alterar súbitamente la dirección de las gotitas de
alimentación desde un flujo esencialmente longitudinal hasta un
flujo radialmente hacia afuera y hacia arriba. Esto da lugar a que
las gotitas choquen contra la superficie cónica empeorando de
manera significativa la atomización. En la presente invención, la
atomización de la alimentación se produce en la salida de las tapas
32 y 48, las cuales dirigen el primer gas dispersante 12 y la
mezcla del primer gas dispersante 12 con la alimentación de
hidrocarburo líquido 8 en direcciones esencialmente radiales a
través de los pasajes 14 y 11. No hay un cono desviador o cambio
súbito de la dirección en la alimentación atomizada que pudiera
conducir a una recoalescencia.
Debido a la mejora en la atomización de la
alimentación mediante la presente invención con respecto a las
boquillas inferiores de entrada de la técnica anterior, tal como la
US-A-4795547, en el caso de la
presente invención es más corta la penetración del chorro de la
alimentación de hidrocarburo emitida en una dirección radialmente
hacia afuera dentro del elevador. Esto evita el daño del elevador
por el choque directo de la alimentación de hidrocarburo, lo cual
se sabe que ocurre con las boquillas inferiores de entrada de la
técnica anterior, tal como en la US-A4795547, las
cuales descargan la alimentación de hidrocarburo en una lámina de
líquido.
La atomización de dos boquillas, una de acuerdo
con la presente invención, de las figuras 1 y 2, y la otra de
acuerdo con la técnica anterior de la patente
US-A-47995547, ilustrada en la
figura 3 de esta invención, fue sometida a prueba en una condición
ambiente utilizando aire para simular el gas dispersante y agua
para simular la alimentación de hidrocarburo. Los resultados de la
prueba confirman que la boquilla de la presente invención tiene una
atomización mucho mejor, en comparación a la técnica anterior de la
patente US-A-4795547. El tamaño
medio de la gotita generada por la boquilla de la presente invención
fue aproximadamente 1/3 del diseño de la técnica anterior de la
patente US-A-4795547 bajo las
mismas condiciones operativas.
Los resultados de la prueba confirman también que
la boquilla de la presente invención tiene una penetración de
chorro más corta, en comparación con la técnica anterior de la
patente US-A-4795547.
Las mejoras principales de la presente invención
sobre la técnica anterior de las boquillas laterales de entrada,
tal como la US-A-5794857 a nombre de
Chen y colaboradores, son que se puede lograr una adecuada
atomización de la alimentación mediante la presente invención con
la boquilla inferior de entrada mejorada, solucionando así la
necesidad de utilizar boquillas laterales de entrada y las
desventajas asociadas del menor volumen del elevador, mayor
desactivación del catalizador y circulación más baja del
catalizador. El coste de instalación de la boquilla inferior de
entrada mejorada de la presente invención es también mucho más bajo
en comparación a las boquillas laterales de entrada típicas.
Además, se puede lograr una mejor distribución de la alimentación a
través del reactor elevador con el uso de la presente invención,
cuando se compara con las boquillas laterales de entrada múltiples
típicas de la técnica anterior. Se demuestra esto mediante la
figura 4A que ilustra una vista en planta de la distribución típica
de alimentación de la técnica anterior en una sección transversal
del elevador que utiliza cuatro boquillas laterales de entrada de
la técnica anterior, tal como la
US-A-5794857, con un espaciamiento
de 90º, que emiten cuatro chorros en abanico radialmente hacia
adentro y que tienen un ángulo de 95º desde cada rocío en abanico.
La figura 4A ilustra que áreas esenciales, ilustradas como áreas 44
doblemente sombreadas, están cubiertas por patrones sobrepuestos de
rocío de boquillas adyacentes. También muestra que áreas
esenciales, ilustradas como áreas en blanco 46, no están cubiertas
en absoluto por ninguno de los cuatro rocíos en abanico. La
combinación de estas dos características conduce a resultados
indeseables de distribución irregular de la alimentación por las
boquillas típicas laterales de entrada de la técnica anterior,
donde algunas áreas en el elevador no tienen cobertura de
alimentación en absoluto y algunas áreas tienen demasiada
alimentación. La figura 4B ilustra los patrones de distribución de
alimentación en una sección transversal del reactor elevador para
una sola boquilla inferior de entrada de alimentación que emite
cuatro rocíos en abanico radialmente hacia afuera, con un
espaciamiento de 90º, de acuerdo con la realización de las figuras
1 y 2 con cuatro pasajes de salida 11. Cada rocío en abanico emitido
desde los pasajes 11 tiene un ángulo de 95º. Se muestra que, con
exactamente el mismo número de chorros y el mismo ángulo de rocío
que las boquillas laterales de entrada de la técnica anterior, pero
cambiando la inyección de alimentación de radialmente hacia adentro
en la figura 4A a radialmente hacia afuera en la figura 4B, la
mayor parte del área del reactor elevador es cubierta uniformemente
por la presente invención y no hay superposición de los rocíos en
abanico adyacentes. Esto demuestra claramente que la presente
invención tiene una distribución de alimentación superior cuando se
compara con la distribución típica de alimentación de las boquillas
laterales de entrada de la técnica anterior, tal como la
US-A5794857 a nombre de Chen y colaboradores.
Se instaló una sola boquilla inferior de entrada
de acuerdo con la figura 1 de la presente invención en una de las
unidades de Craqueo Catalítico Fluido del cesionario, la cual
originalmente tenía una sola boquilla inferior de entrada de
acuerdo con la técnica anterior, ilustrada en la figura 2 de la
patente US-A- 4795547, reproducida aquí como la
figura 3.
Las condiciones de operación de la Unidad de
Craqueo Catalítico Fluido, antes y después del reacondicionamiento,
están contenidas en la Tabla 1.
| Promedio post | Promedio pre | Delta | ||
| reacondicionado | reacondicionado | |||
| Condiciones del proceso | ||||
| Flujo de Alimentación | tons/día | 5281,3 | 5185,8 | 95,5 |
| Temperatura de Alimentación | tons/día | 268,7 | 260,3 | 8,4 |
| Primer Vapor de Dispersión | tons/día | 80,0 | 36,9 | 44,1 |
| Segundo Vapor de Dispersión | tons/día | 11,5 | 11,5 | 0 |
| Vapor Dispersante Adicional | tons/día | 24,2 | 18,6 | 5,6 |
| Temperatura del Reactor | ºC | 494,2 | 493,2 | 1,1 |
| Temperatura de Regeneración | ºC | 700,9 | 697,2 | 3,8 |
| Presión del Recipiente de Ascenso | bar manóm. | 2,0 | 2,2 | -0,2 |
| Presión del Reactor | bar manóm. | 1,8 | 1,9 | -0,2 |
| Presión del Regenerador | bar manóm. | 2,0 | 2,2 | -0,2 |
| Velocidad de Circulación del | tons/min | 17,7 | 17,9 | -0,2 |
| Catalizador |
La Tabla 2 contiene el rendimiento de la Unidad
de Craqueo Catalítico Fluido antes y después del
reacondicionamiento.
| Promedio | Promedio | |
| Preacondicionamiento | Reacondicionamiento Post | |
| Delta % en peso de alimentación | ||
| C2- | caso base | -0,2 |
| LPG | caso base | -1,1 |
| Gasolina | caso base | 1,1 |
| Aceite Cíclico Ligero | caso base | 1,2 |
| Aceite Cíclico Pesado y lechada | caso base | -1,3 |
| Coque | caso base | 0,0 |
Los datos demuestran que la presente invención
mejora el rendimiento de la Unidad de Craqueo Catalítico Fluido
reduciendo los productos de valor bajo de gas seco C2-, LPG y la
combinación de aceite cíclico pesado y lechada en 0,2, 1,1 y 1,3%
en peso respectivamente, y aumentando los productos de alto valor de
la gasolina y aceite cíclico ligero en 1,1 y 1,2% en peso,
respectivamente. Además del beneficio de la obtención de productos
más valiosos la Unidad de Craqueo Catalítico Fluido procesó también
un 1,9% más de alimentación, tal como se muestra en la tabla
anterior de condiciones de operación.
Claims (14)
1. Una boquilla para uso en una unidad de craqueo
catalítico fluido que comprende:
un primer conducto para proporcionar un pasaje
para permitir el flujo de un primer gas dispersante a través del
mismo;
una primera tapa que cubre el extremo de dicho
primer conducto; dicha primera tapa incluye por lo menos un pasaje
de salida a través del mismo adaptado para descargar dicho primer
gas dispersante en un material de alimentación de hidrocarburo
líquido;
un segundo conducto que encierra dicho primer
conducto y está espaciado del mismo para formar una sección anular
entre ellos, proporcionando así un pasaje para permitir que fluya a
través del mismo dicho material de alimentación de hidrocarburo
líquido;
una segunda tapa que cubre el extremo de dicho
segundo conducto, la cual está espaciada de dicha primera tapa,
formando así una zona de mezclado entre ellas para mezclar dicha
alimentación de hidrocarburo líquido y dicho primer gas dispersante
y dicha segunda tapa incluye por lo menos una ranura circular como
pasaje de salida a través de la misma, cuyo pasaje está
esencialmente alineado con el pasaje de salida en dicha primera
tapa y está adaptado para descargar dicha mezcla de dicha
alimentación de hidrocarburo líquido y dicho primer gas
dispersante, y donde está presente un tercer conducto rodeando a
dicho segundo conducto y formando una sección anular entre ellos
para proporcionar un pasaje para permitir que fluya un segundo gas
dispersante a través del mismo.
2. La boquilla de la reivindicación 1, en la que
dicha ranura circular incluye un bisel.
3. La boquilla de la reivindicación 2, en la que
el bisel tiene un ángulo entre 0º y 10º con el pasaje de
salida.
4. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones 1-3, en la que el pasaje de salida
a través de dicha segunda tapa está adaptado para descargar dicha
mezcla de dicha alimentación de hidrocarburo líquido y dicho primer
gas dispersante en una dirección generalmente radial hacia fuera y
hacia arriba.
5. La boquilla de la reivindicación 4, en la que
dicho ángulo de descarga ascendente está en la escala de 20º a 80º
desde el eje de dicha boquilla.
6. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, en la que el pasaje de salida
en dicha primera tapa incluye varios pasajes de salida para
descargar dicho primer gas dispersante en dicho material de
alimentación de hidrocarburo líquido para formar una mezcla con los
mismos, y el pasaje de salida en forma de ranura circular en dicha
segunda tapa incluye varios pasajes de salida adaptados para
descargar dicha mezcla de dicha alimentación de hidrocarburo líquido
y dicho primer gas dispersante en forma de rocíos en abanico
múltiples y en una dirección generalmente radial hacia afuera y
hacia arriba.
7. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones 1-5, en la que el pasaje de salida
en dicha primera tapa incluye varios pasajes de salida para
descargar dicho primer gas dispersante en dicho material de
alimentación de hidrocarburo líquido para formar una mezcla con los
mismos y el pasaje de salida en forma de ranura circular en dicha
segunda tapa está abierto a lo largo de toda su circunferencia y se
encuentra adaptado para descargar dicha mezcla de dicha
alimentación de hidrocarburo líquido y el primer gas dispersante en
forma de un solo rocío en abanico y en una dirección generalmente
radial hacia afuera y hacia arriba.
8. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones 1-7, en la que dicha segunda tapa
incluye una superficie cónica la cual incluye el pasaje de salida
en forma de ranura circular y dicha primera tapa incluye una
superficie cónica que tiene por lo menos un pasaje de salida.
9. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones 1-8, en la que el pasaje de salida
a través de dicha primera tapa incluye varios orificios
esencialmente redondos.
10. La boquilla de cualquiera de las
reivindicaciones 1-9, en la que está presente un
pasaje para permitir que parte del material de alimentación de
hidrocarburo líquido sea descargada en una posición más central,
entre la primera tapa y la segunda tapa, con relación a la posición
del pasaje de salida de dicha primera tapa.
11. Una unidad de craqueo catalítico fluido
porque comprende:
por lo menos un reactor elevador;
por lo menos una boquilla situada en el fondo de
dicho elevador, de conformidad con cualquiera de las
reivindicaciones 1-10, y un tubo vertical del
regenerador a través del cual entra el catalizador regenerado
caliente en la región inferior del elevador.
12. La unidad de craqueo catalítico fluido de la
reivindicación 11, en la que el tercer conducto de la boquilla de
alimentación termina en un punto por encima del nivel de la línea
central de dicho tubo vertical que entra en el elevador.
13. El uso de una unidad de craqueo catalítico
fluido de cualquiera de las reivindicaciones 11-12,
en un proceso para convertir catalíticamente una alimentación de
hidrocarburo.
14. Un método para inyectar alimentación en una
unidad de craqueo catalítico fluido que comprende las etapas
de:
introducir una alimentación de hidrocarburo
líquido y un gas dispersante en una boquilla de alimentación, de
conformidad con cualquiera de las reivindicaciones
1-10, en el fondo de un elevador,
mezclar dicha alimentación de hidrocarburo
líquido y dicho gas dispersante en una zona de mezclado en dicho
sistema de inyección de alimentación; y
descargar dicha mezcla de dicha alimentación de
hidrocarburo líquido y dicho gas dispersante de dicho sistema de
inyección de alimentación en un rocío de forma cónica y en una
dirección generalmente radial hacia afuera y hacia arriba.
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