ES2204191T3 - Metodo y aparato para contactar gases y solidos en lechos fluidificados. - Google Patents

Metodo y aparato para contactar gases y solidos en lechos fluidificados.

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ES2204191T3 ES99968882T ES99968882T ES2204191T3 ES 2204191 T3 ES2204191 T3 ES 2204191T3 ES 99968882 T ES99968882 T ES 99968882T ES 99968882 T ES99968882 T ES 99968882T ES 2204191 T3 ES2204191 T3 ES 2204191T3
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Abstract

Un lecho fluidificado gas-sólido que incluya: un contenedor que dispone de una carcasa y de región interna abierta dentro de la carcasa; un dispositivo de contacto situado dentro de la citada región interna abierta y que contiene porciones planas pareadas dispuestas en planos de intersección. Cada una de las porciones planas incluye una o más redes y una o más ranuras abiertas adyacentes a cada una de las redes. Las redes y las ranuras están dispuestas de tal modo que una red en una de las porciones planas corta a la ranura en la porción plana pareada; partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto; y al menos una corriente de gas que fluye en primer lugar a través del dispositivo de contacto y que origina la fluidización de las partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto.

Description

Método y aparatos para contactar gases y sólidos en lechos fluidificados.
Antecedentes del invento
El presente invento es de aplicación, de forma general, en lechos fluidificados en los que sólidos y fluidos fluyen en una relación de contracorriente, y, de forma más específica, al uso de estructuras internas para facilitar el contacto entre los sólidos y fluidos en el lecho fluidificado.
Habitualmente, los lechos fluidificados se utilizan en procesos petrolíferos, químicos, de combustión y de otro tipo, con el fin de lograr una mezcla enérgica y un contacto estrecho entre corrientes de fluidos y partículas sólidas dentro de un recipiente. Este contacto estrecho puede utilizarse para lograr una mayor eficacia en transferencias de calor, transferencias de masa, y/o en reacciones químicas entre las corrientes de fluidos, partículas sólidas, y/o fluidos que recubren las partículas sólidas o que son arrastrados por éstas. Los lechos fluidificados se generan habitualmente mediante el paso de la corriente de fluidos, normalmente una corriente de vapor, hacia arriba a través de una capa de pequeñas partículas sólidas a una velocidad de caudal suficiente para suspender las partículas y original una turbulenta de las partículas sólidas. El límite inferior del lecho fluidificado se forma en el nivel de la entrada de la corriente de fluidos, o justo bajo éste. El límite superior varia en relación con la velocidad de la corriente de fluidos y se forma en el nivel donde el fluido se desprende de las partículas. La velocidad del flujo de fluido se mantiene por encima de la que originará la suspensión de las partículas sólidas y por debajo de la que originará que las partículas sean arrastradas fuera del recipiente o por encima del nivel del límite superior deseado.
En algunos tipos de lechos fluidificados, las partículas sólidas permanecen suspendidas en el lecho fluidificado y no existe un flujo descendente neto de las partículas sólidas. En otros tipos de lechos fluidificados, las partículas sólidas son continuamente añadidas de la parte superior y retiradas del fondo del lecho fluidificado de modo que se produce un flujo descendente resultante de partículas sólidas contracorriente con respecto al fluido que fluye de forma ascendente. En ambos tipos de lechos fluidificados, generalmente es aconsejable reducir el encauzamiento del fluido a través de las partículas sólidas y la formación de zonas estancadas de fluido o partículas sólidas en el lecho fluidificado. también puede ser aconsejable, especialmente en el caso de lechos fluidificados contracorriente, reducir la recirculación o retromezcla de las partículas sólidas y del fluido dentro del lecho fluidificado debido al efecto perjudicial que la retromezcla puede tener sobre la eficacia de los procesos que tienen lugar dentro del lecho fluidificado.
Un ejemplo de un lecho fluidificado que incluye un flujo contracorriente de corrientes de fluidos y partículas sólidas puede encontrarse en determinados tipos de separadores y regeneradores utilizados para la desintegración catalítica de fluidos o en sistemas CCC. En dichos sistemas CCC, los hidrocarburos con un punto de ebullición intermedio y elevado son atomizados y puestos en contacto en un reactor a altas temperaturas con partículas catalizadoras fluidificadas de modo que los hidrocarburos son desintegrados para dar origen a productos de reacción con un punto de ebullición bajo, como la gasolina. Los productos de reacción y las partículas catalizadoras son posteriormente separados, por ejemplo, en un ciclón, y cada uno sigue una dirección diferente para continuar con su procesamiento. Normalmente, las partículas catalizadoras son retiradas del reactor de forma continua y sometidas a procesamiento adicional, en primer lugar en un separador catalítico, con el fin de eliminar los hidrocarburos volátiles y posteriormente en un regenerador con el fin de eliminar el material carbonáceo no volátil, denominado coque, que se deposita sobre las partículas catalizadoras durante el proceso de reacción, reduciendo la efectividad del catalizador. En el separador catalítico, los hidrocarburos volátiles arrastrados, intersticiales y absorbidos son eliminados del catalizador en un lecho fluidificado al poner en contacto contracorriente el catalizador con un flujo de corriente de gas, por ejemplo de vapor de agua, en un proceso denominado separación. La eliminación de estos hidrocarburos residuales del catalizador es recomendable ya que los hidrocarburos pueden recuperarse y volver al proceso como un producto de reacción, en vez de ser transportadas junto con partículas catalizadoras al regenerador, donde entrarían en combustión, originando de ese modo un incremento en la demanda de aire en el regenerador. La combustión de los hidrocarburos residuales en el regenerador también puede contribuir a la degradación del catalizador al someter a éste a elevadas temperaturas. Las partículas catalizadoras abandonan el separador para dirigirse al regenerador donde el coque se deposita y cualquier hidrocarburo residual entra en combustión al pasar las partículas catalizadoras a través de un lecho fluidificado contra corriente con respecto a un gas de oxidación, habitualmente el aire, en un proceso conocido corno regeneración. Las partículas catalizadoras regeneradas son posteriormente devueltas al reactor para proseguir con la desintegración catalítica de hidrocarburos. En estos lechos fluidificados encontrados en el separador y regenerador de CCC, sería recomendable que todas las partículas catalizadoras y las corrientes de fluidos pasaran a través del lechos fluidificados de forma totalmente contracorriente sin encauzamiento y retromezcla y con todas las partículas catalizadoras y corrientes de gases pasando a través del lechos fluidificados en intervalos de tiempo definidos, una condición conocida como circulación a tapón, de modo que sea posible lograr una eficacia en el proceso mayor y más previsible.
Existen informes que indican que determinados dispositivos, como rellenos no distribuidos, que se han utilizado para acercarse a la condición de circulación a tapón en sistemas contracorriente de flujos de gas y líquidos, no funcionan excesivamente bien en sistemas de partículas debido a que las partículas sólidas pueden depositarse en zonas estancadas no aireadas dentro del relleno. También existen informes que indican que, a través de pruebas de aproximaciones sucesivas, algunos rellenos de tipo rejilla, como el cheurón o los elementos de disco y rosca, han demostrado ser relativamente eficaces a la hora de retardar la velocidad de la mezcla de sólidos "de arriba a abajo" en lechos de fluidificación óptima. Sin embargo, estos rellenos de rejilla, pueden reducir la cantidad de fluidos y sólidos que puede pasar a través del lecho fluidificado ya que el relleno fuerza a los fluidos y sólidos a fluir a través de rutas de flujo estrechadas. Además de reducir la capacidad de flujo, los rellenos frecuentemente tienen un bajo rendimiento de "rechazo" ya que ofrecen una aceptable eficacia de procesamiento únicamente dentro de un margen limitado de velocidades de caudal de gas. Asimismo, estos rellenos pueden permitir la formación de grandes burbujas de gas en el lecho fluidificado, con varias consecuencias no deseadas, incluyendo la reducción de la eficacia de contacto entre el vapor y los sólidos, un incremento de la retromezcla de sólidos ya que al desplazar hacia arriba las burbujas de gas a las partículas sólidas, y el incremento del arrastre de los sólidos en la fase de disolución por encima del lecho fluidificado como consecuencia de las grandes burbujas de gas que se elevan a través del lecho fluidificado. Como consecuencia, existe una necesidad de obtener un elemento de relleno que limite en menor medida el área de flujo de le sección transversal del lecho fluidificado, tenga un buen rendimiento dentro de un amplio margen de velocidades de caudal de gas, y reduzca la formación de grandes burbujas de gas dentro del lecho 
\hbox{fluidificado.}
Habitualmente se utilizan elementos de mezcla estática que están formados por formas rígidas con fines tales como conseguir a través de la mezcla, transferencia de masa, transferencia de calor, o reacciones químicas en corrientes de sustancias fluidas que fluyen en cocorriente a través de una tubería, recipiente, u otro tipo de conducto. Estos elementos pueden tomar muchas formas pero habitualmente utilizan deflectores estacionarios que separan, rompen y luego recombinan las corrientes de fluidos o los fluidos y sólidos hasta que se forma una corriente generalmente homogénea. Los mezcladores estáticos tienen habitualmente un diseño especializado para aplicaciones de uso específico, como las que se ocupan de flujos en cocorriente de líquido-líquido, líquido-sólido, o gas-sólido, ya que un rendimiento óptimo en un tipo de aplicación no indica necesariamente que el mezclador estático funcionará del mismo modo o incluso de forma en otras aplicaciones.
Se ha sugerido que un tipo de elemento de mezcla estática, comúnmente conocido como un elemento SMV, puede utilizarse en lechos fluidificados líquido-sólido para obtener una mayor concentración de sólidos bajo determinadas condiciones de flujo de líquido. El elemento SMV incluye un conjunto de láminas onduladas que están situadas de modo que las ondulaciones de las láminas adyacentes están en contacto, prolongándose en ángulo entre sí, formando de ese modo rutas de flujo de líquidos y sólidos a lo largo de los picos y valles de la ondulación. El efecto del elemento SMV sobre la retromezcla de los sólidos, y la idoneidad del elemento para su uso en lechos fluidificados gas-sólido en lugar de líquido-sólido, no ha sido analizado.
También se ha sugerido, en la Patente de los Estados Unidos No. 5.716.585 que es posible utilizar láminas onduladas de relleno, por ejemplo, elementos SMV modificados, con el fin de facilitar la separación de sólidos en lechos fluidificados gas-sólido. En dicha patente, se analiza de forma específica el uso de las láminas onduladas de relleno en las unidades de separación para catalizadores CCC agotados. La naturaleza impermeable de las láminas onduladas, sin embargo, bloquea el paso de gases y sólidos a través de las láminas, y puede servir corno obstáculo para el intercambio deseado entre el gas de separación y los hidrocarburos asociados con las partículas 
\hbox{catalizadoras.}
En la Patente de los Estados Unidos No 4.220.416 de Brauner y otros se analiza otro tipo de elemento de mezcla estática. El elemento que se cita en dicha patente incluye porciones planas pareadas dispuestas de modo que se encuentran separadas en dos planos perpendiculares y juntas a lo largo de un eje de conexión, con una diversidad de porciones planas pareadas que habitualmente se colocan extremo con extremo dentro de una tubería u otro tipo de conducto. Cada una de las porciones planas incluye al menos una red, y habitualmente dos o mas redes que están separadas para formar ranuras abiertas a través de las cuales las sustancias pueden fluir para su mezcla. Aunque también se utilizan para otras aplicaciones, estos tipos de elementos han demostrado resultar de especial utilidad en la mezcla de compuestos de polímeros altamente viscosos que fluyen en cocorriente en un flujo laminar. Hasta la fecha, no existe informe alguno que sugiera la idoneidad de estos elementos para su uso en lechos fluidificados.
Breve resumen del invento
El objeto del presente invento es proporcionar un lecho fluidificado con un elemento de contacto que reduzca la retromezcla de sólidos y gases en el lecho fluidificado de modo que sea posible lograr un mayor grado de circulación a tapón y una mayor eficacia de procesamiento en comparación con diversos tipos de elementos convencionales.
Otro objeto del presente invento es proporcionar un lecho fluidificado vapor-sólido con un elemento de contacto que reduzca el tamaño de las burbujas de gas formadas en el lecho fluidificado de modo que se disponga de una mayor superficie de gas para el contacto con sólidos en el lecho fluidificado, lo que resultará en una mayor eficacia de procesamiento.
Otro objeto del presente invento es proporcionar un lecho fluidificado vapor-sólido con un elemento de contacto que logre una distribución aún mejor de burbujas de gas con un tamaño aún más uniforme y pequeño que los resultados derivados del uso de diversos tipos de elementos convencionales, como elementos de disco y rosca, de modo que pueda lograrse una mayor eficacia de procesamiento y una reducción del arrastre de vapor de las partículas sólidas.
Otro objeto del presente invento es proporcionar un lecho fluidificado vapor-sólido con un elemento de contacto que permita obtener una alta eficacia de procesamiento a la vez que se estrecha una porción mucho más pequeña de la superficie de la sección transversal del lecho fluidificado en comparación con diversos tipos de elementos convencionales, por ejemplo, los elementos de disco y rosca, de modo que sea posible mantener una mayor capacidad de flujo de fluido y sólido en el lecho fluidificado.
Otro objeto del presente invento es proporcionar un lecho fluidificado vapor-sólido con un elemento de contacto que permita obtener una alta eficacia de procesamiento y capacidad en una amplia diversidad de velocidades superficiales de gas, de modo que el elemento de contacto pueda ser utilizado en aplicaciones con velocidades de gas ampliamente variables.
Para cumplir este y otros objetivos relacionados del invento, se ha colocado un dispositivo de contacto, corno el de tipo general que se describe en la Patente de Estados Unidos No. 4.220.416, en un lecho fluidificado gas- sólido en un recipiente. En el dispositivo de contacto, que incluye una o más porciones deflectoras pareadas, cada porción deflectora es normalmente, aunque no necesariamente, plana e incluye varias redes separadas entre sí que se prolongan en ángulo agudo a lo largo de la totalidad o de una porción de la sección transversal del lecho fluidificado. Las porciones deflectoras pareadas están unidas entre sí y forman un ángulo que habitualmente es de 60 ó 90 grados, pero pueden disponerse en otros ángulos si es preciso. Entre las redes de cada porción deflectora existen ranuras abiertas que permiten el flujo de gas y sólidos a través de ellas.
Se ha descubierto de forma inesperada que el uso de este tipo de dispositivo de mezcla en lechos fluidificados gas-sólidos aporta una mayor capacidad de flujo y rendimiento global en comparación con las láminas onduladas y las bandejas de discos y roscas.
Breve descripción de los diagramas
En los diagramas adjuntos que forman parte integrante de las presentes especificaciones y que deben leerse de forma conjunta con las mismas, y en los que aparecen números a modo de referencia que se utilizan para indicar las piezas en las diferentes vistas:
La Fig. 1 es una vista esquemática de una columna en la que se muestra un lecho fluidificado que incluye un elemento de contacto de acuerdo con el presente invento;
La Fig. 2 es una vista esquemática de un sistema CCC que emplea el elemento de contacto del presente invento; y
La Fig. 3 es un gráfico que compara los rendimientos de separación globales del elemento de contacto del presente invento con otro elemento de contacto.
Descripción detallada del invento
En este apartado se hará referencia a los diagramas de forma más detallada, y en primer lugar a la Fig. 1, que incluye un elemento de contacto utilizado en el presente invento designado generalmente con el número 10 y que se muestra de forma esquemática situado dentro de un recipiente cilíndrico o columna 12. La columna 12 es un contenedor con una sección transversal cuadrada, rectangular, o de cualquier otra forma que se desee que está construida de materiales adecuados para, y compatibles con el proceso que tiene lugar dentro de una zona interior abierta dentro de la carcasa exterior de la columna. La columna 12 puede utilizarse para diversos tipos de procesamiento en lecho fluidificado de gases y sólidos, por ejemplo, procesos que incluyen intercambio de calor, transferencia de masa, y/o reacciones químicas. A modo de ejemplo, la columna 12 puede utilizarse para separar hidrocarburos de catalizadores agotados o para regenerar catalizadores agotados mediante la combustión de coque procedente del catalizador agotado en procesos de desintegración catalítica de fluidos (CCC). Asimismo, la columna 12 también puede utilizarse para llevar a cabo intercambio de calor entre gases y catalizadores calientes en procesos de CCC y e otra índole, para eliminar elementos contaminantes de gases de combustión, para carbón u otro combustible en procesos de generación de electricidad, en procesos de secado de partículas sólidas, y para lograr la mezcla, recubrimiento o aglomeración de partículas sólidas. Estos ejemplos no pretenden limitar el ámbito del invento, sino que se incluyen con el fin de servir de ilustración para aplicaciones específicas del mismo.
El elemento de contacto 10 incluye una o más porciones deflectoras pareadas 14, y cada porción deflectora 14 incluye al menos una, y normalmente varias redes separadas entre sí 16 que se prolongan en ángulo agudo a lo largo de la totalidad o de una porción de la sección transversal del lecho fluidificado. En cada porción deflectora 14 existen ranuras abiertas 18 entre las redes 16 o situadas en posición adyacente a las mismas con el fin de permitir el flujo de gas y sólidos entre ellas. Las propias redes 16 pueden ser perforadas para permitir el flujo de fluido entre ellas. Las porciones deflectoras pareadas 14 se prolongan en planos de intersección que se juntan entre sí en un extremo o en una porción intermedia a lo largo de sus longitudes. Las redes 16 situadas en cada porción deflectora 14 están alineadas de forma que crucen las ranuras 18 formadas en la porción deflectora pareada 14. El ángulo formado por las porciones deflectoras de intersección 14 es habitualmente de 60 ó 90 grados, aunque pueden disponerse en otros ángulos si es preciso. Las redes 16 de cada porción deflectora 14 habitualmente están dispuestas en el mismo plano, aunque pueden disponerse en diferentes planos si es preciso. En lugar de ser de naturaleza plana, las redes 16 también pueden construirse con forma curvada o cualquier otra que sea preciso.
Diversas porciones deflectoras pareadas 14 se unen de forma alineada, interconectada y en intersección para formar cada uno de los elementos de contacto 10. Una serie de elementos de contacto 10 puede en entonces colocarse extremo con extremo, separados o en contacto con la columna 12. Los elementos adyacentes pueden situarse alineados entre sí o rotarse para colocarse en un ángulo de 45, 90 grados, o cualquier otro ángulo que se desee. El ángulo formado por el plano de cada una de las porciones deflectoras 14 y un eje longitudinal de la columna 12 varía dependiendo del ángulo de intersección elegido para las porciones deflectoras pareadas. Por ejemplo, cuando se utiliza un ángulo de intersección de 90 grados, las porciones deflectoras 14 se sitúan en ángulos de 45 y 135 grados con respecto al eje de la columna. Cuando se utiliza un ángulo de intersección de 60 grados, las porciones deflectoras 14 se sitúan en ángulos de 60 y 120 grados con respecto al eje de la columna.
Cada uno de los elementos de contacto 10 pueden tener un tamaño que permita llenar completamente la sección transversal de la columna 12 o también es posible situar una serie de elementos menores 10 uno al lado del otro de modo que puedan llenar la sección transversal de la columna. Cuando están situados uno al lado del otro, los elementos 10 pueden orientarse en la misma o en diferentes direcciones, y situarse en diversas filas pueden orientarse en la misma o en diferentes direcciones y colocarse en diversas filas separadas entre sí.
De acuerdo con el presente invento, se forma un lecho fluidificado 20 en la porción de la columna 12 en la que está situado el elemento de contacto 10, o una serie de elementos de contacto 10. El lecho fluidificado 20 está formado por sólidos particulados, representados esquemáticamente mediante las flechas 22, y un gas fluidificante fluyendo en dirección ascendente, representado por las flechas 24. La forma, tamaño y composición de las partículas de los sólidos 22 ha sido preseleccionada, así como la composición y velocidad del gas 24. Preferiblemente, los sólidos 22 se añadirán a la parte superior y se eliminarán de la parte inferior del lecho fluidificado 20 de forma continua, de modo que los sólidos 22 y el gas 24 se desplacen contracorriente a través del lecho fluidificado. Otra posibilidad es que los sólidos 22 permanezcan en el lecho fluidificado 20 hasta que haya finalizado el procesamiento, para proceder posteriormente a su drenaje del lecho fluidificado.
El gas 24, tras desplazarse en dirección ascendente a través del lecho fluidificado 20, entra en una fase de disolución por encima del lecho fluidificado y puede dirigirse a través de un separador como por ejemplo, un ciclón (no se muestra) para eliminar cualquier partícula sólida arrastrada antes de que llegue a su destino final o a uno intermedio. Los sólidos 22, tras ser eliminados del lecho fluidificado 20, pueden ser asimismo transportados a su destino final o a uno intermedio.
El elemento de contacto 10 puede situarse en la ubicación vertical que se desee dentro del lecho fluidificado 20. En algunas aplicaciones, puede ser recomendable situar elemento 10, o a diversos elementos 10, próximo a los límites superiores e inferiores del lecho fluidificado 20, mientras que en otras aplicaciones puede resultar aconsejable situar los elementos a una distancia predeterminada de los límites. En otras aplicaciones, los elementos 10 pueden situarse por encima o incluso por debajo del lecho fluidificado 20.
Entre los tipos de procesamiento que tienen lugar dentro del lecho fluidificado 20 se puede incluir transferencia de calor, transferencia de masa, combustión y/o reacciones químicas. Por ejemplo, el lecho fluidificado 20 puede utilizarse para separar hidrocarburos de catalizadores agotados o depósitos de coque quemado en catalizadores agotados en sistemas CCC. En la Fig. 2 se muestra un elemento de contacto 10 que utiliza un sistema CCC, en el que los hidrocarburos volátiles se separan de las partículas catalizadoras sólidas agotadas (representado esquemáticamente mediante la flecha 28) en una columna separadora 26 antes de que las partículas catalizadoras sean transportadas a un regenerador 30 en el que el coque se deposita y es quemado con el fin de regenerar las partículas del catalizador. La columna separadora 26 dispone de un elevador central 32 que transporta las partículas catalizadoras agotadas en una corriente de gas portadora hasta la región interna abierta de la columna 26. Desde ese punto, las partículas catalizadoras fluyen en sentido descendente bajo la influencia de la gravedad hasta el elemento de contacto 10 y a través de él. El vapor o cualquier otro gas de separación es transportado a través de la línea de flujo 34 hasta la columna 26 en un punto bajo el elemento de contacto, fluyendo en sentido ascendente para lograr la fluidización de las partículas catalizadoras el elemento de contacto 10 y la consiguiente separación de los hidrocarburos volátiles asociados con las partículas del catalizador. Al estar las partículas catalizadoras fluidificadas durante este contacto con la corriente de gas, es posible lograr un nivel mayor de circulación a tapón y una mayor eficacia de procesamiento en comparación con procesos convencionales de separación.
La corriente de gas elevada que contiene los hidrocarburos volátiles separados puede ser dirigida desde el separador 26 hasta el reactor CCC (no se muestra) o cualquier otro destino a través de la línea de flujo 35. Las partículas catalizadoras separadas son trasladadas mediante otra línea de flujo 36 desde el separador 26 hasta el regenerador 30, donde fluyen en dirección descendente a través de otro elemento de contacto 10. El aire o cualquier otro gas de oxidación es dirigido a través de la línea de flujo 38 hasta un quemador 40 situado en una porción inferior del regenerador en un punto bajo el elemento de contacto 10. Los depósitos de coque de las partículas catalizadoras son quemados al tiempo que las partículas catalizadoras son fluidificadas en el elemento de contacto 10, lo que resulta en una regeneración de las partículas del catalizador. Las partículas catalizadoras pueden entonces ser dirigidas de nuevo a través de la línea de flujo 42 hasta el separador 26 o pueden ser transportadas hasta el Reactor de CCC (no se muestra). El gas de combustión elevado es dirigido a través de la línea de flujo 44 hasta una depuradora (no se muestra) o es procesado de otra manera. Tanto en el regenerador 30 como en el separador 26 se utilizan separadores ciclónicos 46 para eliminar las partículas catalizadoras arrastradas de las corrientes de gas elevadas.
El elemento de contacto 10 también puede utilizarse como intercambiador de calor al formar las redes 16 en forma de pared doble de modo que un medio de intercambio de calor pueda fluir entre las redes 16 para realizar un intercambio de calor con un medio de su entorno. Como ejemplo de este tipo de utilización, los extremos de las redes 16 pueden prolongarse a través de la columna 12 para conectarse a un colector que distribuya un fluido a las redes 16 para su distribución desde ellas. Otro medio, por ejemplo un sólido estacionario o fluido, u otro fluido rodea las redes 16 y experimenta un intercambio de calor con el fluido segregado distribuido desde las redes 16.
Se ha descubierto que el elemento de contacto 10 proporciona un rendimiento sorprendentemente óptimo en lechos fluidificados gas-sólido. En una serie de pruebas comparativas que incluían el uso de aire para separar helio del catalizador de equilibrio de CCC, el elemento de contacto 10 demostró una capacidad de flujo hasta un 20% en comparación con las bandejas de disco y rosca y una mayor eficacia global de separación en comparación tanto con las bandejas de disco y rosca como con los elementos SMV de relleno ondulado.
Las razones por las que el elemento de contacto 10 tiene un rendimiento sorprendentemente óptimo en lechos fluidificados gas-sólido no están totalmente claras, pero se cree que en parte es consecuencia de las redes de intersección 16 que proporcionan puntos de captura que bloquean el desplazamiento ascendente y la recirculación de sólidos 22. Al reducir esta recirculación o retromezcla, los sólidos 22 pueden avanzar hacia abajo a través del lecho fluidificado 20 de forma uniforme, aproximándose a la circulación a tapón. Las diversas redes de intersección 16 también reducen el tamaño de las burbujas de gas que pueden formarse en el lecho fluidificado 20 y contribuyen a una distribución más uniforme de las pequeñas burbujas de gas. Estas pequeñas burbujas proporcionan una mayor superficie para el contacto del gas con los sólidos 22, lo que consecuentemente aumenta la eficacia. Asimismo, es menos probable que las pequeñas burbujas de gas originen un desplazamiento ascendente de los sólidos, y reducen la cantidad de sólidos que son arrastrados junto con el gas, y deben separarse de él en la fase de disolución por encima del lecho fluidificado 20. La distribución uniforme del gas y los sólidos también reduce la formación de zonas estancadas que disminuirían la eficacia de funcionamiento. Sorprendentemente, la mayor efectividad que es posible obtener con el elemento de contacto 10 se obtiene a lo largo de un amplio margen de velocidades de gas superficial, y se obtiene sin necesidad de reducir la capacidad de flujo de gases y sólidos hasta un nivel no deseado.
El siguiente ejemplo se incluye para ilustrar el invento y no debe interpretarse en sentido restrictivo.
Ejemplo 1
Se realizaron pruebas a una serie de diferentes elementos de relleno con el fin de determinar las eficacias de separación utilizando aire para separar el helio del catalizador de equilibrio CCC en una columna dinámica de flujo frío. Se realizaron pruebas a dos distribuciones de los elementos de contacto del presente invento con porciones deflectoras 14 dispuestas en un ángulo de 60 grados con respecto al eje vertical de la columna. En la primera distribución, el modelo en forma de diamante formado por las porciones deflectoras de intersección 14 tenían unas dimensiones de 7,5 pulgadas (19,05 cm.) de altura y 4,33 pulgadas (11,0 cm.) de anchura. Las correspondientes dimensiones de la segunda distribución eran de 5,0 pulgadas (12,7 cm.) de altura y 2,88 pulgadas (7,32 cm.) de anchura. Los elementos de contacto se probaron utilizando láminas onduladas con una altura de ondulación de 2,5 pulgadas (6,35 cm.), con un ángulo de ondulación de 60 grados y con bandejas deflectoras convencionales de disco y rosca. Los resultados de las pruebas se analizaron utilizando un modelo de eficacia por etapas en el cual una bandeja de disco o rosca era igual a una etapa. Los resultados analizados se muestran en la Fig. 3, pudiendo observarse que los elementos de contacto 10 tuvieron un rendimiento significativo e incluso notablemente superior tanto al de las láminas onduladas como al de las bandejas de disco y rosca en toda la gama de velocidades de flujo de gas. Los elementos de contacto 10 también presentaron un excelente rendimiento de rechazo.

Claims (15)

1. Un lecho fluidificado gas-sólido que incluya: un contenedor que dispone de una carcasa y de región interna abierta dentro de la carcasa; un dispositivo de contacto situado dentro de la citada región interna abierta y que contiene porciones planas pareadas dispuestas en planos de intersección. Cada una de las porciones planas incluye una o más redes y una o más ranuras abiertas adyacentes a cada una de las redes. Las redes y las ranuras están dispuestas de tal modo que una red en una de las porciones planas corta a la ranura en la porción plana pareada; partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto; y al menos una corriente de gas que fluye en primer lugar a través del dispositivo de contacto y que origina la fluidización de las partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto.
2. El lecho fluidificado gas-sólido de la reivindicación 1, incluyendo conductos de flujo de corriente de gas en comunicación con el contenedor para trasladar la corriente de gas hacia la región interna abierta para que ésta fluya a través del dispositivo de contacto y eliminar la corriente de gas del contenedor después que se produzca el citado flujo a través del dispositivo de contacto.
3. El lecho fluidificado gas-sólido de la reivindicación 2, que incluye conductos de flujo de partículas sólidas en comunicación con el contenedor para dirigir las partículas sólidas hacia el dispositivo de contacto y eliminar las partículas sólidas del contenedor tras pasar a través del dispositivo de contacto.
4. El lecho fluidificado gas-sólido de la reivindicación 2, donde los citados conductos de flujo de gas y conductos de flujo de partículas sólidas están dispuestos de modo que proporcionen un flujo contracorriente de las citadas partículas sólidas y la citada corriente de gas.
5. El lecho fluidificado gas-sólido de la reivindicación 2, en el cual las citadas partículas sólidas están formadas de partículas catalíticas.
6. El lecho fluidificado gas-sólido de la reivindicación 5, que ha sido seleccionado entre el grupo que está formado por un separador catalítico CCC y un regenerador catalítico CCC.
7. Un proceso para fluidificar partículas sólidas dentro de un contenedor dispone de una carcasa y un dispositivo de contacto dispositivo de contacto situado dentro de la citada región interna abierta dentro de la carcasa; el citado dispositivo de contacto incluyendo porciones planas pareadas dispuestas en planos de intersección, cada una de las porciones planas incluyendo una o más redes y una o más ranuras abiertas adyacentes a cada una de las redes. Las redes y las ranuras están dispuestas de tal modo que una red en una de las porciones planas corta a la ranura en la porción plana pareada. Dicho proceso incluye los pasos necesarios para proporcionar una serie de partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto; y el flujo de al menos una corriente de gas a través del dispositivo de contacto originando así la fluidización de las partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto.
8. El proceso de la reivindicación 7, incluyendo el traslado de las partículas sólidas a través del dispositivo de contacto en dirección contracorriente con respecto a la dirección de flujo de la corriente de gas.
9. El proceso de la reivindicación 8, incluyendo la aportación de cantidades adicionales de partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto a la vez que se elimina al menos parte de las partículas sólidas fluidificadas del dispositivo de contacto mientras la citada corriente de gas fluye a través del dispositivo de contacto.
10. El proceso de la reivindicación 7, incluyendo la conservación de la cantidad de partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto mientras la citada corriente de gas fluye a través del dispositivo de contacto.
11. El proceso de la reivindicación 7, en el cual las partículas sólidas son partículas catalizadoras asociadas con hidrocarburos volátiles, y en el cual, durante la citada fase de circulación de la citada corriente de gas a través del dispositivo de contacto, al menos parte de los hidrocarburos volátiles son separados de las partículas catalizadoras por la corriente de gas durante la citada fluidización.
12. El proceso de la reivindicación 11, en el cual la citada corriente de gas está formada de vapor de agua.
13. El proceso de la reivindicación 7, en el cual las citadas partículas sólidas son partículas catalizadoras que contienen depósitos de coque, e incluyendo la fase de combustión de los depósitos de coque con el fin de originar la regeneración de las partículas catalizadoras durante la citada fase de circulación de la citada corriente de gas a través del dispositivo de contacto.
14. El proceso de la reivindicación 7, en el que, durante la citada fluidización de las partículas sólidas dentro del dispositivo de contacto, las redes del dispositivo de contacto impiden el flujo de las partículas sólidas en la dirección del flujo de la corriente de gas.
15. El proceso de la reivindicación 7, procesamiento seleccionado del grupo que consta de uno o más procesos de transferencia de masa, intercambio de calor y reacción química, tiene lugar durante la citada fluidización de las partículas sólidas.
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