ES2246808T3 - Procedimiento y aparato para poner en contacto una alimentacion con separacion inmediata del catalizador. - Google Patents
Procedimiento y aparato para poner en contacto una alimentacion con separacion inmediata del catalizador.Info
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Abstract
Un proceso para el craqueo catalítico fluidizado de una alimentación que contiene hidrocarburos, comprendiendo dicho proceso: a) inyectar un chorro de una alimentación que contiene hidrocarburos en dirección principalmente transversal, en el interior de una capa fluyente de partículas de catalizador aguas arriba de un punto de inyección (18) localizado en la periferia de una zona de desprendimiento (20) o en la parte exterior de una zona de desprendimiento (20); b) inyectar partículas de catalizador e hidrocarburos desde el punto de inyección (18) en el interior de la zona de desprendimiento (20) en dirección considerablemente horizontal, en el que la zona de desprendimiento (20) tiene un volumen (19) considerablemente abierto por encima y por debajo del punto de inyección (18) y una densidad media de catalizador de menos de 80 Kg/m3 ; c) recoger las partículas de catalizador descendentes en una zona de recogida (22) por debajo del punto de inyección (18) y mantener una distancia de sedimentación (13) de al menos 1, 5 m en la zona de desprendimiento entre el punto de inyección (18) y la zona de recogida (22), en el que la zona de recogida tiene una densidad de catalizador de al menos 240 Kg/m3; d) recoger los vapores ascendentes y las partículas de catalizador atrapadas del volumen (19) considerablemente abierto localizado por encima del punto de inyección (18) y transferir los vapores ascendentes y las partículas de catalizador atrapadas a una zona de separación inercial (29) y separar el catalizador atrapado de los vapores ascendentes para proporcionar una corriente de vapor separada y catalizador separado; y, e) recuperar los hidrocarburos de la parte inferior de la zona de desprendimiento (20) y la corriente de vapor separada.
Description
Procedimiento y aparato para poner en contacto
una alimentación con separación inmediata del catalizador.
Existe un número de procesos cíclicos continuos
que emplean técnicas sólidas fluidizadas en las que una corriente de
fase al menos parcialmente líquida que contiene compuestos de
hidrocarburos se pone en contacto con sólidos fluidizados en una
zona de contacto y los materiales carbonáceos u otros materiales de
incrustación se depositan sobre los sólidos. Los sólidos son
transportados durante el curso del ciclo a otra zona en la que se
retiran las incrustaciones en una sección de reactivación o, más
específicamente, en la mayoría de los casos los sedimentos de
carbono son retirados al menos parcialmente mediante combustión en
un medio que contiene oxígeno. Posteriormente, los sólidos de la
sección de reactivación se extraen y se reintroducen total o
parcialmente en la zona de contacto.
Uno de los procesos más importantes de esta
naturaleza es el proceso de craqueo catalítico fluido (FCC) para la
conversión de hidrocarburos de punto de ebullición relativamente
elevado en hidrocarburos más ligeros. La alimentación de
hidrocarburos se pone en contacto, en una o más zonas de reacción,
con el catalizador de craqueo en forma de partículas y se mantiene
en estado fluidizado bajo condiciones apropiadas para la conversión
de hidrocarburos.
El procesado de alimentaciones cada vez más
pesadas en procesos de tipo FCC y la tendencia de tales
alimentaciones a elevar la producción de coque y a generar productos
no deseados, ha conducido a nuevos métodos para poner en contacto
las alimentaciones con el catalizador. Recientemente, los métodos
para poner en contacto el catalizador FCC durante períodos de
contacto muy cortos resultan de particular interés. En el documento
US-A 4.985.136, se pone en contacto una alimentación
de FCC con una cortina de cae de catalizador durante un tiempo de
contacto de menos de 1 segundo, seguido de una rápida separación.
El sistema de tiempo de contacto ultra-corto mejora
la selectividad frente a la gasolina mientras que disminuye la
producción de coque y de gas seco mediante la utilización de un
catalizador de elevada actividad que previamente se ha puesto en
contacto con la alimentación durante un período de tiempo
relativamente corto. De manera específica, los inventos están
destinados a catalizadores de zeolita que tienen elevada actividad.
Configuraciones para llevar a cabo tales formas de contacto de las
alimentaciones se conocen a partir de los documentos
US-A 2.935.466, US-A 4.435.272,
US-A 4.944.845, US-A 5.296.131 y
US-A 5.462.652.
El tipo de inyección deseada para las
configuraciones de tiempo de contacto corto han recibido particular
atención en las patentes referenciadas anteriormente. La
alimentación puede formarse en el interior de un chorro mediante un
conjunto de corrientes de inyección idénticas de la alimentación o
mediante un orificio extendido que ponga en contacto, de manera
uniforme, una corriente de catalizador que fluye en un patrón
compatible. La inyección de la alimentación se configura para
disparar la alimentación al interior de una banda relativamente
fina de catalizador que cae en dirección perpendicular al flujo de
los chorros.
Aparte de la corriente uniforme y del contacto
con el catalizador, el tiempo de contacto corto también requiere
buena separación entre el catalizador y los hidrocarburos. La
técnica anterior descrita anteriormente típicamente dirige el
catalizador y la mezcla de vapor al interior de un conducto que
comunica con un dispositivo de separación aguas abajo. Por tanto,
el contacto de los hidrocarburos con el catalizador continúa
durante un período de tiempo considerable a medida que fluye al
dispositivo de separación y mientras que se encuentra en el
dispositivo de separación.
El invento además limita el tiempo de contacto
entre el catalizador y los hidrocarburos en una configuración para
poner en contacto alimentaciones de hidrocarburos relativamente
pesados y partículas de catalizador fluidizadas durante períodos de
tiempo ultra-cortos.
Este invento proporciona la separación rápida de
una alimentación de una corriente de catalizador inyectando la
corriente de catalizador junto con los vapores de contacto en una
zona de desprendimiento, en dirección considerablemente horizontal,
bajo condiciones diluidas de fase del catalizador y extrayendo de
manera inmediata los vapores craqueados de la parte superior de la
zona de fase diluida. La inyección horizontal de la fase diluida en
el interior del recipiente de desprendimiento combinada con la
extracción superior de los vapores inicia una separación por
gravedad intermedia del catalizador de los vapores de los
hidrocarburos. Mediante este método, una parte importante del
contacto entre el catalizador y los hidrocarburos se interrumpe
inmediatamente después de la inyección de la corriente de
catalizador en el interior del recipiente de desprendimiento. El
contacto de la alimentación con la corriente de catalizador puede
ocurrir aproximadamente en el mismo punto o cerca del mismo punto
de inyección de la corriente de catalizador en el interior del
recipiente de desprendimiento. De esta forma, los tiempos de
contacto ultra-cortos pueden controlarse a partir
de tiempos mínimos que se aproximan a cero hasta tiempos más largos.
A diferencia de la técnica anterior, este invento no necesita
mantener el contacto mientras el catalizador y la mezcla de
hidrocarburos viajan juntos en sentido vertical u horizontal hasta
la etapa de separación.
Por consiguiente, en una realización este invento
es un proceso para el craqueo catalítico fluidizado de una
alimentación de hidrocarburos. El proceso inyecta partículas de
catalizador e hidrocarburos a partir de un punto de inyección en el
interior de una zona de desprendimiento en una dirección
considerablemente horizontal. Una zona de recogida recoge las
partículas de catalizador que descienden por debajo del punto de
inyección. Una distancia de al menos 5 pies
(1,5 m) en la zona de desprendimiento entre el punto de inyección y la zona de recogida proporciona una zona de sedimentación para la separación continua del catalizador y los vapores de hidrocarburos. El proceso recoge los vapores ascendentes y las partículas de catalizador retenidas de la parte superior de la zona de descarga y los transfiere a una zona de separación inercial. La zona de separación inercial separa el catalizador retenido de los vapores ascendentes para proporcionar una corriente de vapor separada y el catalizador separado. El proceso recupera hidrocarburos de la parte inferior de la zona de desprendimiento y la corriente de vapor separada.
(1,5 m) en la zona de desprendimiento entre el punto de inyección y la zona de recogida proporciona una zona de sedimentación para la separación continua del catalizador y los vapores de hidrocarburos. El proceso recoge los vapores ascendentes y las partículas de catalizador retenidas de la parte superior de la zona de descarga y los transfiere a una zona de separación inercial. La zona de separación inercial separa el catalizador retenido de los vapores ascendentes para proporcionar una corriente de vapor separada y el catalizador separado. El proceso recupera hidrocarburos de la parte inferior de la zona de desprendimiento y la corriente de vapor separada.
Típicamente, se inyecta un chorro de una
alimentación que contiene hidrocarburos -en dirección
principalmente transversal- en el interior de una capa que fluye de
partículas de catalizador aguas arriba del punto de inyección y en
la periferia de la zona de desprendimiento o en la parte exterior
de la zona de desprendimiento. Una forma particularmente útil de
este invento utiliza un tubo vertical como lugar para una
configuración de boquilla distribuidora que lleva a cabo el contacto
de una corriente que contiene hidrocarburos con una capa que cae de
material en forma de partículas. Generalmente, la inyección del
chorro de corriente que contiene hidrocarburos en el interior de la
capa que fluye de partículas de catalizador tiene lugar en el
conducto confinado, pero cerca de la salida del conducto en el
interior del recipiente de desprendimiento. La localización del
distribuidor en el tubo vertical típicamente permite la descarga
del fluido y de la mezcla de sólidos directamente del distribuidor
en el interior del recipiente de desprendimiento a una elevación
apropiada para la práctica de este invento. Una configuración de
distribuidor de tubo vertical puede encajar sólidamente cerca del
punto de unión de la mayoría de los tubos verticales con el
recipiente de desprendimiento.
En una realización de aparato, este invento
comprende una parte de recipiente de desprendimiento y un
catalizador y un contactor de alimentación para inyectar la
alimentación y el catalizador desde un punto de inyección en el
interior de la parte del recipiente de desprendimiento en una
dirección considerablemente horizontal. El contactor de alimentación
inyecta una alimentación que contiene hidrocarburos en el interior
de una corriente de catalizador que fluye para suministrar la
alimentación y el catalizador al punto de inyección. Una parte de
recipiente de recogida, localizada por debajo de la parte de
recipiente de desprendimiento y al menos 5 pies (1,5 m) por debajo
del punto de inyección, recoge un lecho denso de catalizador de la
parte de recipiente de desprendimiento. Un separador inercial,
localizado por encima de la parte de recipiente de desprendimiento,
comunica directamente con la parte superior de la parte de
recipiente de desprendimiento, para separar los hidrocarburos de las
partículas de catalizador que suben con los hidrocarburos de la
parte de recipiente de desprendimiento. Una salida de catalizador,
definida por el separador inercial, recupera los hidrocarburos
separados del separador inercial.
La Figura 1 es una ilustración esquemática de un
aparato de FCC que incorpora la configuración de tiempo de contacto
corto de este invento.
La Figura 2 es una sección esquemática tomada a
lo largo de las líneas 2-2 de la Figura 1.
La Figura 3 es una ilustración esquemática de un
aparato de FCC que incorpora una configuración alternativa de
tiempo de contacto corto de este invento.
La Figura 4 es una sección esquemática tomada a
lo largo de las líneas 4-4 de la Figura 3.
La Figura 5 es una sección de la parte del
conducto del tubo vertical que contiene el contactor para ser
utilizado en este invento.
La Figura 6 es una sección de la parte del
conducto del tubo vertical tomada en las líneas 6-6
de la Figura 5.
La Figura 7 es una vista de frente de un
distribuidor de alimentación tomada en las líneas
7-7 de la Figura 5.
El invento puede utilizarse en combinación con
cualquier tipo de material en forma de partículas. El material
puede ser inerte o reactivo en presencia del material fluido
particular. Una amplia variedad de materiales catalíticos e inertes
resulta apropiada para este invento. Por ejemplo, en los procesos
destructivos de destilación, un material inerte apropiado comprende
una alfa-alúmina. Aplicaciones FCC de este proceso
pueden incluir cualquiera de los catalizadores bien conocidos que se
utilizan en la técnica de craqueo catalítico fluidizado. Estas
composiciones incluyen catalizadores de tipo arcilla amorfa que, en
su mayoría, han sido sustituidos por catalizadores de alta
actividad que contienen sílice y alúmina cristalinas o que contienen
zeolitas. Los catalizadores que contienen zeolitas son preferidos
frente a los catalizadores de tipo amorfo, debido a su actividad
intrínseca mayor y a su resistencia más elevada a los efectos de
desactivación provocados por la exposición a vapor de agua a alta
temperatura y por la exposición a los metales que contienen la
mayoría de las alimentaciones. Las zeolitas son los silicatos de
alúmina cristalinos más comúnmente utilizados y normalmente se
dispersan en un material de soporte inorgánico poroso tal como
sílice, alúmina o circonio. Estas composiciones de catalizador
pueden tener un contenido de zeolita de 30% o más. Preferiblemente,
los catalizadores de zeolita utilizados en el proceso de este
invento tienen un contenido de zeolita de 25-80% en
peso del catalizador. Las zeolitas también pueden estabilizarse con
elementos de las tierras raras y contener de 0,1 a 10% en peso de
tierras raras.
Aunque se concibe fundamentalmente para ser
utilizado en unidades de FCC, este invento puede ser útil para
cualquier proceso que busque poner en contacto corrientes que
contienen hidrocarburos con una corriente fluidizada en forma de
partículas durante cortos períodos de tiempo. Los tipos de proceso
en los que este invento puede resultar útil incluyen el contacto
del catalizador con las alimentaciones residuales y el contacto
destructivo de alimentaciones con un elevado contenido de asfaltenos
con partículas catalíticas o inertes a alta temperatura. Medios
líquidos apropiados para este invento incluyen cualquier corriente
líquida que entre en el distribuidor al menos parcialmente como
líquido y que posteriormente se vaporice por contacto con el
material en forma de partículas. La alimentación para el contacto
destructivo comprende crudos altamente refractarios que tienen
puntos de ebullición que se extienden sobre intervalos amplios y
que tienen concentraciones elevadas de metales y de coque. Por
ejemplo, un crudo típico tiene un punto de ebullición que varía de
116º-815ºC (240º-1575ºF) con más de la mitad del volumen de líquido
ebullendo por encima de 538ºC (1000ºF). Para los procesos de FCC,
las alimentaciones apropiadas para el procesado mediante el método
de este invento incluyen alimentaciones de FCC convencionales y
alimentaciones residuales o de punto de ebullición más elevado. La
alimentación convencional más común es un gasóleo a vacío que es
típicamente un material de hidrocarburos que tiene un intervalo de
ebullición de 343º-552ºC (650º-1025ºF) y que se prepara mediante
fraccionamiento a vacío o formación de residuo mediante destilación
atmosférica. Generalmente, estas fracciones tienen un bajo
contenido de precursores de coque y de los metales pesados que
pueden desactivar el catalizador. Las alimentaciones pesadas o
residuales, es decir, las que tienen un intervalo de ebullición por
encima de 500ºC (930ºF) y un elevado contenido de metales, están
también encontrando una utilidad mejorada en las unidades de
FCC.
Cuando se aplican en operaciones con catalizador,
tanto los metales como el coque sirven para desactivar el
catalizador mediante el bloqueo de los sitios activos de los
catalizadores. Para superar sus efectos desactivadores, el coque
puede retirarse hasta el grado deseado mediante regeneración.
La Figura 1 muestra una configuración de FCC que
presenta una estructura de acuerdo con este invento. La
configuración de FCC que se muestra en la Figura 1 consiste en un
reactor 10 que incluye una parte 11 de recipiente de
desprendimiento, una parte 14 de recipiente de recogida y un
separador 13. El separador 13 incluyen una parte 12 de recipiente
separador y un tubo ascendente 15. La configuración hace circular
al catalizador y lo pone en contacto con la alimentación de la
manera descrita anteriormente.
A continuación, observando la operación en la
zona de reacción, el catalizador regenerado, el catalizador gastado
o una de sus mezclas entra en el reactor a través de la boquilla 16
que típicamente comunica con el final del tubo vertical de
catalizador regenerado. La alimentación se inyecta en la boquilla 16
del tubo vertical a través de la boquilla 17 de inyección de la
alimentación que la pone en contacto con el catalizador,
preferiblemente a través del contactor como se describe con más
detalle en la presente memoria. Después del contacto entre la
alimentación y los hidrocarburos o de manera simultánea, la
alimentación y las partículas del catalizador entran en la parte 11
del recipiente de desprendimiento a partir del punto de inyección
18.
El contacto del catalizador y la alimentación
produce una corriente concentrada de catalizador que fluye al
interior de la parte 11 de recipiente de desprendimiento a lo largo
de una trayectoria considerablemente horizontal. La trayectoria
considerablemente horizontal se define para designar una trayectoria
que tiene al menos una componente principal horizontal. La
dirección principal de la corriente de catalizador a medida que
entra en el recipiente de desprendimiento determina principalmente
la trayectoria de entrada de la alimentación y de la corriente de
hidrocarburos. Por tanto, la corriente de hidrocarburos será
dirigida al interior del recipiente de desprendimiento con un
ángulo, que se muestra en la Figura 1 como A, de 60º o menos, con el
fin de garantizar que el momento del catalizador mueve la mezcla de
catalizador e hidrocarburos en una dirección considerablemente
horizontal a través de la parte 11 de recipiente de desprendimiento.
La descarga considerablemente horizontal desde el punto de
desprendimiento promueve el desprendimiento rápido de la corriente
de hidrocarburos en fase de vapor de las partículas de catalizador
relativamente más pesadas. El desprendimiento rápido también
requiere un espacio vertical para el paso no restringido de los
vapores ascendentes a través del recipiente de desprendimiento 11.
Con este fin, la parte de recipiente de desprendimiento tiene un
volumen 19 considerablemente abierto por encima del punto de
inyección y quizás, de manera más importante, un volumen abierto 20
por debajo del punto de inyección. El volumen abierto 20 se define
como una región de densidad de catalizador diluida por encima de la
interfase de catalizador 21 y que se muestra como la dimensión B en
la Figura 1. La dimensión B es como mínimo de al menos 1,5 m y, más
típicamente, de 2 a 3,6 m. Las condiciones de fase diluida se
refieren a una densidad de catalizador de menos de 300 Kg/m^{3}
y, más típicamente se refiere a una densidad de menos de 150
Kg/m^{3}. La densidad de catalizador en los volúmenes abiertos 19
y 20 varía con la proximidad a la alimentación y al punto de
contacto del catalizador. Normalmente, la densidad del volumen
abierto no supera una media de 80 Kg/m^{3}; y típicamente, tiene
una densidad media de catalizador de menos de 48,4 Kg/m^{3}. El
catalizador de los volúmenes abiertos 19 y 20 se recoge en un lecho
denso 22 dentro de la zona de recogida 14. Las condiciones de fase
densa se caracterizan por una densidad aparente de catalizador
dentro del intervalo de 240 a 800 Kg/m^{3}. De esta forma, el
lecho denso de la zona de recogida 22 típicamente retiene las
partículas de catalizador a una densidad de al menos 240 Kg/m^{3}
y, más típicamente, las partículas de catalizador son retenidas a
una densidad de 730 Kg/m^{3} o más. La distancia B sobre la zona
de desprendimiento 11 también puede servir como zona de
sedimentación en la que el catalizador se desprende y se deposita a
partir de los vapores ascendentes.
La zona de recogida 14 puede servir como zona de
separación para la recuperación de los hidrocarburos atrapados y
adsorbidos del catalizador que entra en la zona de recogida 14. El
gas de separación entra en la zona de recogida 14 a través de la
boquilla 23 y del distribuidor 24. El gas de separación, tal como
vapor de agua, avanza en sentido ascendente a través del
catalizador. La serie de rejillas 25 puede proporcionar la
redistribución del medio de separación y de los hidrocarburos
separados a medida que pasan en sentido ascendente a través del
lecho 22. Una boquilla 26 retira el catalizador separado para la
regeneración en un recipiente regenerador (no mostrado) y/o para
reciclado a la boquilla 16 con el fin de que el catalizador entre de
nuevo en contacto con la alimentación. La adición opcional de
catalizador regenerado caliente al lecho 22 puede facilitar la
separación mediante el aumento de temperatura en la zona de
separación. El catalizador caliente puede entrar en la zona de
separación por encima de la interfase del lecho 21 a través de la
boquilla 27. De manera alternativa, puede mantenerse una parte 22'
de lecho extendido con una mayor interfase de catalizador 21', con
el fin de mantener el catalizador de fase densa por encima del punto
de entrada del catalizador regenerado a través de la boquilla 27,
con tal de que se proporcione la longitud mínima de desprendimiento
entre el punto de inyección 18 y el nivel de lecho 21'.
También es posible, a través del sistema de
choque no mostrado, aislar de una parte del lecho 22 los
hidrocarburos separados recuperados. La segregación de los
hidrocarburos separados puede proporcionar diferentes corrientes de
producto para la separación aguas abajo y la recuperación. El
tiempo de contacto más largo de los hidrocarburos que entran en la
zona de recogida puede alterar considerablemente las propiedades de
los hidrocarburos craqueados recuperados de esta zona. La
recuperación por separado de una corriente de la zona de separación
puede facilitar la recuperación independiente de una corriente de
producto aislado de la parte superior del recipiente de
desprendimiento 11.
No obstante, el medio de separación así como los
hidrocarburos separados, de manera ordinaria, ascienden a través del
recipiente de desprendimiento 11 y se combinan con los hidrocarburos
desprendidos que entran con la corriente de catalizador a partir de
la boquilla 16. A medida que los vapores y el catalizador atrapado
ascienden a través de la zona de desprendimiento 19, una sección de
transición en forma de cono truncado 28 reduce el área de flujo de
fluido y aumenta la velocidad de los gases a medida que estos
entran en el tubo ascendente 15. Con frecuencia, las condiciones
dentro de la zona de desprendimiento 19, del cono 28 y del tubo
ascendente 15 son denominadas condiciones fluidizadas rápidas, en
las que la velocidad de transferencia del catalizador en sentido
ascendente puede variar entre 6 y 18 m/s con una densidad que varía
de 65 a 550 Kg/m^{3}.
Los hidrocarburos que ascienden y el catalizador
atrapado adicional se mueven en sentido ascendente hacia el interior
de un dispositivo de separación inercial equipado con un par de
brazos 29, cada uno de los cuales presenta aberturas 30 dispuestas
tangencialmente. Los brazos 29 proporcionan una separación inercial
mediante aceleración centrípeta de las partículas de catalizador
relativamente pesadas que retiran rápidamente la mayoría del
catalizador de los vapores de los hidrocarburos. La representación
de las aberturas orientadas tangencialmente para proporcionar una
separación de tipo centrípeta o ciclónica no significa excluir otros
dispositivos de separación inercial, tales como los que utilizan
separación balística de partículas de los vapores de los
hidrocarburos. Los hidrocarburos craqueados con cantidades traza de
catalizador abandonan el separador 13 a través de la salida
31.
31.
Los vapores de los hidrocarburos de la salida 31,
en muchos casos, experimentan posterior separación para la
recuperación de cantidades traza de partículas de catalizador.
Normalmente, los separadores ciclónicos proporcionan la
recuperación secundaria de las partículas residuales de catalizador.
Las partículas de catalizador recuperadas a partir de separadores
adicionales pueden retornar a la zona de recogida 14 a través de la
boquilla 32. Después de cualquier recuperación adicional de
catalizador, los productos típicamente son transferidos a una zona
de separación (no mostrada) para la retirada de los gases ligeros y
de los hidrocarburos pesados.
El catalizador recuperado a partir del separador
inercial 13 se recoge en un lecho 33 para retornarlo al lecho 22 de
la zona de recogida 14. El catalizador puede pasar del lecho 33 a
la zona de recogida 14 a través de uno o más tubos verticales 34
internos o externos. La Figura 1 muestra una configuración de tubos
verticales 34 internos que retornan el catalizador del lecho 33 al
interior del aislamiento de los volúmenes abiertos 19 y 20 de la
zona de desprendimiento 11. Las partes inferiores 35 de los tubos
verticales 34 están típicamente sumergidas en el lecho 22. La
inmersión de las partes inferiores 35 de los tubos verticales evita
el reflujo de los vapores separados a través de los tubos
verticales y hacia el interior de los vapores separados que se
recogen en la parte superior de la zona de separación 13.
Los tubos verticales 34 internos tienen una
configuración que deja una trayectoria clara para el hidrocarburo
inyectado y para las partículas de catalizador a medida que entran
en la zona de desprendimiento 11 a partir del punto de inyección 18.
Como se muestra más claramente en la Figura 2, se aumenta el
espaciado de los conductos internos 34 en la zona de la boquilla 16,
con el fin de proporcionar un espaciado entre los conductos 34
igual a la dimensión C. Preferiblemente, la dimensión C es al menos
igual al diámetro de la boquilla 16. A través de esta distribución
en planta los hidrocarburos inyectados y las partículas de
catalizador tienen una trayectoria clara que se extiende al menos
hasta el centro de la zona de desprendimiento 11 como muestra la
dimensión T.
La configuración del separador inercial 13 y el
retorno del catalizador a la zona de recogida 14 puede lograrse de
diferentes maneras. La Figura 3 muestra una configuración
alternativa que utiliza el conducto 36 que se extiende en sentido
descendente junto con el refuerzo de separación 40 para aumentar la
recuperación del catalizador separado del dispositivo de separación
inercial y el retorno del catalizador al lecho denso 22' mediante
el tubo vertical 38 externo. El aparato de la Figura 3 opera de
forma similar al aparato descrito juntamente con la Figura 1. Las
diferencias principales son la introducción de un cambio adicional
en la dirección del vapor a medida que el vapor pasa en sentido
ascendente al interior de la parte 11' del recipiente de
desprendimiento y la separación posterior de las partículas de
catalizador de los vapores de hidrocarburos antes de que la mezcla
abandone la zona de separación 13'. Más específicamente, los
hidrocarburos que entran en la parte 11' del recipiente de
desprendimiento a partir del punto de inyección 18' se separan
posteriormente de las partículas entrantes de catalizador a medida
que el vapor fluye hasta la abertura 39' que recibe los vapores de
hidrocarburos separados inicialmente. La abertura 39 sirve como
entrada del separador y está orientada hacia el lado de la zona de
desprendimiento opuesto al lado por donde se inyectan las partículas
de catalizador y los hidrocarburos a través del punto de inyección
18'. De esta forma, los hidrocarburos abandonan la zona de
desprendimiento por el lado opuesto al que se inyectan las
partículas de catalizador y los hidrocarburos.
Los hidrocarburos y el catalizador atrapado de la
entrada 39 continúan en sentido ascendente a través de la sección
15' del tubo vertical. De nuevo, los brazos 29' descargan
tangencialmente el catalizador y las partículas de catalizador
atrapadas a través de las aberturas 30'. Un refuerzo 40 proporciona
una abertura restringida 41 para los vapores recuperados que pasan
en sentido ascendente al interior de la sección secundaria 42 del
separador 13'. De nuevo, los hidrocarburos recuperados junto con
cualquier catalizador residual abandonan la zona de separación 13' a
través de la boquilla 31'.
El tubo vertical 38 externo recupera el
catalizador del lecho 33' que recoge el catalizador del separador
inercial 13'. El conducto 38 pasa el catalizador alrededor de la
zona de desprendimiento 11' y al interior del lecho de catalizador
22' de la zona de recogida 14'. El tubo vertical 38 externo
abandona la zona de desprendimiento 11' completamente abierto para
el desprendimiento de los vapores de hidrocarburos de la corriente
de catalizador.
La sección abierta de la zona de desprendimiento
puede segregarse posteriormente para confinar la separación de los
hidrocarburos de la corriente de partículas de catalizador. Como se
muestra en la Figura 4, puede colocarse un par de deflectores 43
cerca del conducto de catalizador 16' que descargue las partículas
de catalizador y la mezcla de alimentación en el interior de la
parte central 44 de la zona de desprendimiento 11'. Además, la zona
de desprendimiento 11' puede modificarse para proporcionar conductos
para el retorno de las partículas de catalizador que se encuentran
fuera de la zona 44'. Los conductos de catalizador 46 pueden estar
localizados en sectores circulares en la parte exterior de los
deflectores 43.
Inicialmente, el proceso y el aparato de este
invento pueden poner en contacto la alimentación con el catalizador
regenerado, con el catalizador carbonizado o con una mezcla de los
dos. Los procesos pueden utilizar cualquier tipo de regeneración
para la retirada del coque. La retirada del coque que, de manera
ordinaria, opera para retirar completamente el coque del
catalizador es denominada generalmente "regeneración completa".
La regeneración completa retira el coque del catalizador hasta un
nivel de menos de 2% en peso, o preferiblemente de menos de 1% en
peso, y o más preferiblemente, hasta menos de 0,05% en peso de
coque.
El catalizador regenerado tiene una temperatura
considerablemente más elevada que el catalizador carbonizado. El
catalizador regenerado que normalmente entra en el conducto
regenerado 16 tiene una temperatura dentro del intervalo de 590 a
760ºC y, más típicamente, la temperatura está dentro del intervalo
de 650 a 760ºC. Una vez que la mezcla de catalizador entra en
contacto con la alimentación, el catalizador acumula coque sobre
las partículas de catalizador y tiene una temperatura más baja.
Normalmente, la temperatura del catalizador carbonizado están dentro
del intervalo de 480 a 620ºC, pero su temperatura varía dependiendo
de su fuente.
La Figura 5 muestra un tubo vertical preferido y
una configuración de inyección de alimentación para este invento.
La Figura 5 muestra un contactor 115 que atomiza la alimentación en
corrientes de pequeñas gotitas de líquido. Normalmente, una aleta
111 al final del conducto 17 retiene el contactor 115 en el conducto
17. Colectivamente, las corrientes producidas por el contactor 115
proporcionan un conjunto lineal de catalizador que entra en
contacto con una cortina que cae de catalizador formada por una
salida 114 y una rampa 113.
El contacto de la alimentación con el catalizador
provoca una rápida vaporización y una elevada velocidad de descarga
del catalizador en el interior del recipiente de desprendimiento.
El contacto entre la alimentación y el catalizador craquea los
hidrocarburos más pesados para dar lugar a hidrocarburos más ligeros
y produce la coquización de los sitios más activos del catalizador.
El contacto transversal de la alimentación con la cortina de
catalizador que cae verticalmente crea una trayectoria beneficiosa
del catalizador y mezcla de alimentación en el interior del
recipiente de desprendimiento. Preferiblemente, la alimentación
entra en contacto con la cortina de catalizador que cae en
dirección transversal para obtener un contacto rápido entre la
alimentación y las partículas de catalizador. Para los fines de esta
descripción, la expresión "entrar en contacto
transversalmente" significa que la alimentación no fluye en
dirección paralela a la cortina que cae. Tras la inyección del
chorro de hidrocarburos, las partículas de catalizador típicamente
fluyen menos de 1,5 m a través del conducto 17 y, preferiblemente
fluyen menos de 3 m antes de la inyección en la zona de
desprendimiento desde el punto de
inyección.
inyección.
Como muestran las Figuras 5 y 6 se fija una rampa
113 al interior del conducto 116 y la abertura 114 normalmente
tiene forma rectilínea. Normalmente, la rampa tiene una anchura
igual o mayor que alrededor de la mitad de la anchura del conducto
16. El catalizador para descarga entra en el conducto 16 a partir
de una válvula de control, es decir, típicamente una válvula de
corredera (no mostrada). La válvula de control regula el caudal de
catalizador hacia el interior de la rampa 113. La velocidad de
descarga del catalizador desde la salida 114 puede controlarse
mediante la adición de fluidos aguas arriba de la rampa 113.
El contactor 115 produce un patrón de
pulverización que es compatible con la geometría de la cortina que
cae. Cuando la cortina que cae tiene forma lineal como se muestra
en las figuras, generalmente el inyector de la alimentación produce
un patrón horizontal de líquido atomizado. Por consiguiente, en una
configuración típica, la alimentación es descargada en una
dirección considerablemente transversal con respecto a la cortina de
catalizador. El contacto considerablemente transversal se utiliza
para describir el caso en el que la dirección principal de flujo del
catalizador tiene un ángulo incluido de al menos 30º y
preferiblemente de al menos 45º entre la dirección principal
mediante la cual el contactor 115 inyecta la alimentación en el
interior de la capa o cortina de catalizador. Preferiblemente, la
corriente fluye en dirección perpendicular hasta el contacto con la
cortina de catalizador que se mueve en sentido descendente. Cuando
entra en contacto con la cortina de catalizador que cae, la
alimentación típicamente tiene una velocidad mayor de 0,3 m/s y una
temperatura dentro del intervalo de 150 a 320ºC.
Las boquillas del contactor 115 tienen un tamaño
para crear chorros que tienen una velocidad de fluido hacia el
exterior de las aberturas dentro del intervalo de 9 a 120 m por
segundo y preferiblemente, la velocidad está dentro del intervalo de
30 a 90 m/s. De acuerdo con la práctica típica de FCC, la
alimentación abandona las aberturas de las boquillas del contactor
115 en forma de aerosol.
La dispersión de la alimentación en pequeñas
gotitas se promueve confiriendo la energía suficiente al líquido. En
algunos casos, este invento es llevado a la práctica con la adición
parcial de un diluyente gaseoso, tal como vapor de agua, a la
alimentación antes de al descarga a través de los orificios. La
adición del material gaseoso puede coadyuvar la atomización de la
alimentación. Típicamente, se mezcla una cantidad mínima de material
gaseoso, normalmente igual a alrededor de 0,2% en peso del líquido
combinado y de la mezcla gaseosa, con el líquido antes de su
descarga a través de las boquillas. Típicamente, la cantidad de
cualquier vapor de agua añadido es de 5% en peso o menos, de la
mezcla combinada líquida y gaseosa. Para la mayoría de los líquidos,
la atomización produce gotitas de un intervalo de tamaño de 50 a 750
micrómetros.
La Figura 7 muestra un conjunto extendido
linealmente de boquillas 123 que están dispuestas en dirección
transversal de la cara frontal del contactor 115. Las boquillas 123
están orientadas para inyectar la mezcla de fluidos atomizada que
sale directamente del contactor 115 en un patrón de flujo lineal a
partir de las boquillas localizadas en una posición más centrada.
Esas boquillas 123 que se encuentran localizadas más hacia el
exterior del conjunto pueden estar anguladas con el fin de orientar
el líquido atomizado inyectado sobre un patrón más amplio y de
mantener un espaciado simétrico entre los chorros. Las boquillas
123 pueden estar anguladas de esta forma, para cubrir cualquier
longitud o configuración de patrón de flujo del catalizador o de
dispersión del catalizador.
Claims (10)
1. Un proceso para el craqueo catalítico
fluidizado de una alimentación que contiene hidrocarburos,
comprendiendo dicho proceso:
- a)
- inyectar un chorro de una alimentación que contiene hidrocarburos en dirección principalmente transversal, en el interior de una capa fluyente de partículas de catalizador aguas arriba de un punto de inyección (18) localizado en la periferia de una zona de desprendimiento (20) o en la parte exterior de una zona de desprendimiento (20);
- b)
- inyectar partículas de catalizador e hidrocarburos desde el punto de inyección (18) en el interior de la zona de desprendimiento (20) en dirección considerablemente horizontal, en el que la zona de desprendimiento (20) tiene un volumen (19) considerablemente abierto por encima y por debajo del punto de inyección (18) y una densidad media de catalizador de menos de 80 Kg/m^{3};
- c)
- recoger las partículas de catalizador descendentes en una zona de recogida (22) por debajo del punto de inyección (18) y mantener una distancia de sedimentación (13) de al menos 1,5 m en la zona de desprendimiento entre el punto de inyección (18) y la zona de recogida (22), en el que la zona de recogida tiene una densidad de catalizador de al menos 240 Kg/m^{3};
- d)
- recoger los vapores ascendentes y las partículas de catalizador atrapadas del volumen (19) considerablemente abierto localizado por encima del punto de inyección (18) y transferir los vapores ascendentes y las partículas de catalizador atrapadas a una zona de separación inercial (29) y separar el catalizador atrapado de los vapores ascendentes para proporcionar una corriente de vapor separada y catalizador separado; y,
- e)
- recuperar los hidrocarburos de la parte inferior de la zona de desprendimiento (20) y la corriente de vapor separada.
2. El proceso de la reivindicación 1, en el que
los hidrocarburos recuperados de la parte inferior de la zona de
desprendimiento (20) pasan en sentido ascendente al separador
inercial (29) y se recuperan como parte de la corriente de vapor
separada.
3. El proceso de la reivindicación 1, en el que
el catalizador separado se recoge con el catalizador descendente en
una zona (22) de separación común.
4. El proceso de la reivindicación 1, en el que
el catalizador separado se recoge por encima de la zona de
desprendimiento (20) y pasa en sentido descendente a la zona de
recogida (22) en el aislamiento de los vapores ascendentes.
5. El proceso de la reivindicación 2, en el que
la inyección del chorro de alimentación que contiene hidrocarburos
en el interior de la capa fluyente de partículas de catalizador
tiene lugar en un conducto confinado (16, 17) y las partículas de
catalizador tras la inyección del chorro de hidrocarburos fluyen
menos de 1,5 m a través del conducto antes de la inyección en la
zona de desprendimiento (20) desde el punto de inyección (18).
6. El proceso de la reivindicación 1, en el que
la corriente de catalizador regenerado entra en la zona de
desprendimiento (20) o en la zona de recogida (22) por debajo del
punto de inyección (18) a través de una entrada (27) de catalizador
regenerado y en el que la sedimentación del catalizador tiene lugar
en una zona de sedimentación (22) que se extiende por debajo de la
entrada (27) de catalizador regenerado.
7. El proceso de la reivindicación 1, en el que
los vapores ascendentes y las partículas de catalizador atrapadas
entran en el separador inercial (29) a través de la entrada (39) del
separador que tiene una abertura que está orientada hacia el lado de
la zona de desprendimiento (20) opuesto al lado por el que se
inyectan las partículas de catalizador y los hidrocarburos.
8. Un aparato para poner en contacto rápidamente
el catalizador en forma de partículas con una alimentación que
contiene hidrocarburos, comprendiendo el aparato:
- una parte de recipiente de desprendimiento (20);
- un contactor de alimentación y catalizador (114, 115) para inyectar una alimentación que contiene hidrocarburos en el interior de una corriente fluyente de catalizador e inyectar la alimentación y el catalizador en el interior de una parte de recipiente de desprendimiento (20) en dirección considerablemente horizontal desde un punto de inyección (18) definido por el contactor de la alimentación (114, 115), en el que el contactor de alimentación y catalizador (114, 115) inyecta la alimentación en el interior de una capa fluyente de catalizador en una dirección considerablemente transversal a una posición aguas arriba, con respecto al flujo de catalizador, del punto de inyección (18);
- una parte de recipiente de recogida (22) localizada por debajo de la parte de recipiente de desprendimiento y al menos 1,5 m por debajo del punto de inyección (18) para recoger un lecho denso de catalizador;
- un separador inercial (29) localizado por encima de la parte de recipiente de desprendimiento (20) y en comunicación directa con la parte superior de la parte de recipiente de desprendimiento (20) para separar hidrocarburos de las partículas de catalizador que ascienden con los hidrocarburos de la parte de recipiente de desprendimiento (20); y,
- una salida (31) para recuperar los hidrocarburos separados del separador inercial.
9. El aparato de la reivindicación 8, en el que
una pluralidad de conductos (34) se extienden verticalmente a
través de la parte de desprendimiento (20) y están espaciados con
una orientación que deja una trayectoria clara para al menos la
mitad del diámetro de la parte de recipiente de desprendimiento (20)
frente al punto de inyección (18).
10. El aparato de la reivindicación 8, en el que
el separador inercial (29) define una entrada (39) proyectada
horizontalmente que se abre al lado de la zona de desprendimiento
(20) opuesto al lado por el que se inyectan las partículas de
catalizador y los hidrocarburos.
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