ES2255137T3 - Separador para la centrifugacion directa de particulas de una mezcla gaseosa y su utilizacion en el craqueo termico o catalitico en lecho fluidizado. - Google Patents
Separador para la centrifugacion directa de particulas de una mezcla gaseosa y su utilizacion en el craqueo termico o catalitico en lecho fluidizado.Info
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Abstract
SE DESCRIBE UN SEPARADOR DE PARTICULAS DE UNA MEZCLA GASEOSA QUE LAS CONTIENE, EN AL MENOS UNA CAMARA QUE COMPRENDE UNA ZONA (1) DE CONFORMACION RECTANGULAR O CUADRADA DE LA SECCION DE PASO DE LA MEZCLA QUE CIRCULA POR UN REACTOR (R) TUBULAR HACIA UNA ZONA (3) DE ENROLLAMIENTO ADECUADA PARA HACER GIRAR LA MEZCLA EN UN PLANO VERTICAL, EN UN ANGULO DE 360 GRADOS COMO MAXIMO; UNA PARED EXTERNA (30) QUE DEFINE EL ENROLLAMIENTO EN UN ANGULO DE 70 A 225 GRADOS; UN DEFLECTOR (10) QUE SE ENROLLA COAXIALMENTE CON LA PARED EXTERNA (30) EN UN ANGULO DE 30 GRADOS COMO MINIMO Y, COMO MAXIMO, EL ANGULO DE ENROLLAMIENTO DE LA PARED EXTERNA MAS 90 GRADOS; UNA SALIDA (4) DE GAS COAXIAL CON LA ZONA DE ENROLLAMIENTO, Y CONECTADA INDIRECTAMENTE O NO A UN CICLON (12) SECUNDARIO; Y UNA SALIDA (9) DE PARTICULAS QUE TIENE UNA PARED (32) UNIDA A LA ZONA (1) DE CONFORMACION. APLICACION: CRAQUEO CATALITICO EN LECHO FLUIDIFICADO DE UNA CARGA DE HIDROCARBUROS.
Description
Separador para la centrifugación directa de
partículas de una mezcla gaseosa y su utilización en el craqueo
térmico o catalítico en lecho fluidizado.
La presente invención se refiere al menos a un
separador rápido de centrifugación directa que permite separar un
sólido de partículas de un gas y su utilización particularmente en
el craqueo catalítico en lecho fluidizado. Puede también ser
utilizado en un aparato de craqueo térmico en presencia de
partículas sustancialmente inertes con o sin vapor de agua.
En la industria petrolera, y más precisamente en
los procedimientos de conversión de carga hidrocarbonada en lecho
circulante, en presencia de un sólido dividido de acción catalítica
o no catalítica, la carga se pone en contacto con partículas de
sólido dividido en un reactor sustancialmente vertical, saliendo la
fase gaseosa y los sólidos por el mismo extremo, bien sea por el
vértice del reactor si la circulación se realiza generalmente hacia
lo alto (el reactor es entonces corrientemente llamado ascendente) o
bien por la base de este cuando la circulación se realiza
generalmente hacia abajo (el reactor se llama entonces
corrientemente descendente). A la salida del reactor, es preciso
separar los productos de la reacción de las partículas catalíticas
o no; los productos de la reacción son arrastrados hacia una
separación secundaria y las partículas sólidas se reciclan a la
entrada del reactor después de haber, en ciertos procedimientos,
experimentado una regeneración que permite dar de nuevo a las
partículas propiedades (contenido en coque, actividad por ejemplo)
adecuadas para la reacción.
La presente invención se refiere a un dispositivo
que comprende un equipo que permite la separación rápida de los
productos gaseosos y del sólido a la salida del reactor, lo cual se
adapta particularmente a ciertos procedimientos de conversión tales
como el craqueo térmico o el craqueo catalítico de cargas
hidrocarbonadas caracterizados por el hecho de que la temperatura a
la salida del reactor es en general lo suficientemente elevada para
permitir que tengan lugar reacciones secundarias de degradación de
los productos.
Así, puede resultar ventajoso utilizar ciclones
directamente conectados con el reactor más bien que contentarse con
realizar una separación por inercia tosca en un gran volumen.
Ejemplos de procedimientos de conversión de fracciones
hidrocarbonadas con separación rápida se facilitan en la patente de
Ross y col. (US-A-4 946 656) donde
la separación se realiza en un ciclón de contra sentido. La
utilización de los ciclones de contra sentido permite obtener
eficacias de separación satisfactorias. Sin embargo, el volumen de
los ciclones de contra sentido es importante ya que va en función
del diámetro del equipo Dc expresado en m, que se puede evaluar
aproximadamente (al 10% aproximadamente) en función del caudal de
gas Qg expresado en m^{3}/s por
Dc = 0,63
\surd
Qg
El volumen del ciclón en general es calculable en
función del diámetro del ciclón. Utilizando un ciclón más compacto,
se podría sin duda llegar a un volumen
Vc = 0,625\pi
Dc^{3}
El tiempo de permanencia ts el más corto que se
puede alcanzar en un ciclón de contra sentido es por consiguiente
igual a:
Ts = Vc/Qg =
0,8Dc
Para un ciclón de 1,3 m de diámetro,
corrientemente encontrado en las unidades industriales de
conversión de los hidrocarburos, se llega a un tiempo de permanencia
medio de los hidrocarburos de 1 s aproximadamente, lo cual es
demasiado largo para evitar reacciones parásitas de
recombinación.
Otro inconveniente de los ciclones es su
voluminosidad importante que implica implantarlos en reactores de
dimensión muy grande.
Otros sistemas se pueden igualmente considerar.
Así Percevault (patente
FR-1-110.117) describe un sistema
original de separación para situar en el vértice de un conducto. Su
sistema consiste en posicionar de un lado y de otro del conducto
dos cámaras de separación en conexión con el conducto por una voluta
que inician una puesta en rotación de la centrifugación en el plano
vertical. El gas es trasegado al medio de las cámaras mediante un
conducto que penetra verticalmente en estas cámaras por su vértice y
que se abre en la cámara de separación para una abertura
sustancialmente horizontal. Este dispositivo de separación puede
presentar un volumen más pequeño que los ciclones de contra sentido.
Probablemente se encuentra bien adaptado para la separación de
efluentes débilmente cargados con polvos pero sin duda no para la
separación de efluentes muy cargados con partículas tales como los
encontrados en el procedimiento de craqueo catalítico. En efecto,
los conductos de evacuación de los gases que penetran verticalmente
en las cámaras de separación forman un obstáculo de circulación de
la suspensión gas-sólido cuando esta pasa del
conducto a las cámaras de separación. Sin duda esto no es molesto
si las partículas se encuentran presentes en pequeñas cantidades
(típicamente cuando el caudal másico de partículas no excede de 0,5
veces el caudal másico de gas). Más allá, las partículas forman una
capa densa y espesa en la parte superior de la cámara de separación
y cualquier obstáculo, tal como los conductos que penetran para la
evacuación de los gases, favorecen el nuevo arrastre de las
partículas y provoca por consiguiente una baja de eficacia de la
separación. Por otro lado, en este sistema, el conducto de
alimentación desemboca sin transición en las cámaras de separación,
lo cual provoca una deceleración y no una aceleración. Ello permite
sin duda separar las partículas grandes que tienen una inercia
suficiente pero no las partículas finas que tienen tendencia a
seguir las corrientes gaseosas. Por último, el hecho de disminuir
las velocidades implica un aumento del volumen de separación, de ahí
un aumento a la vez del tiempo de permanencia de los gases y de la
voluminosidad.
Van den Akker y Hegidius (EP-0332
277 A2) proponen un sistema de separación en el cual los conductos
de evacuación de los gases están posicionados horizontalmente,
girando el gas entrante en el separador manteniendo alrededor del
eje conductos de evacuación de los gases. No obstante, los autores
precisan que las cámaras de separación se comunican entre sí. Por
este motivo, no es posible establecer una circulación uniformemente
conformada antes de la puesta en rotación de la centrifugación.
Además, el gas puede recircular dentro del separador, es decir
realizar una rotación completa y volver a la zona de entrada en
contacto con gas directamente procedente del conducto de entrada.
Ello induce por consiguiente un gradiente de velocidad tangencial
importante al comienzo de la puesta en rotación de los gases en las
cámaras de separación, siendo la velocidad del gas más elevada
cerca de las paredes de las cámaras de separación y del eje del
conducto de entrada. Resulta por consiguiente delicado acelerar
uniformemente el gas y las partículas que entran en la zona de
separación. Además, la recirculación en la cámara de separación
provoca un aumento del retromezclado del gas en el separador y
puede por consiguiente inducir bajadas se selectividad en el caso de
reacciones muy rápidas. Por otro lado, la recirculación de gas
aumenta sustancialmente la pérdida de carga (o diferencia de
presión) entre la entrada y los conductos de evacuación de los
gases.
La técnica anterior se describe también en las
patentes siguientes:
- la patente
US-A-4.721 561 muestra un separador
de gases-partículas con dos zonas y la necesidad de
disponer de dos aberturas, una para el gas y el sólido preseparado
hacia abajo, la otra para la subida del gas.
- las patentes WO 95/04117 y
US-A-4.708 092 describen un
separador de presión negativa en un lecho fluidizado con una
entrada y una salida en el mismo reactor. Su funcionamiento es por
consiguiente muy diferente del de la invención (separador a presión
positiva) ya que la presión del separador es inferior a la de la
fase diluida del recinto que lo contiene.
- por último, la patente WO 91/03527 sugiere un
separador centrífugo balístico en forma de cruz, en el cual los
sólidos son evacuados sin conducto en la fase diluida de un
reactor.
Todas estas patentes presentan el inconveniente
de una recirculación del gas en el separador, como se ha descrito
en la patente EP-A-0 332 277.
La presente invención permite evitar estos
inconvenientes, gracias a un separador compacto sin recirculación
interna del gas, permitiendo una separación muy rápida de los
efluentes, creando una pérdida de carga (o diferencia de presión)
muy baja y manteniendo una eficacia de separación de las partículas
superior al 80%. En efecto, el objeto principal de la invención no
es obtener eficacias de separación de partículas muy elevadas, es
decir superiores al 99,9% como se pueden obtener con separadores
ciclónicos optimizados. Se trata simplemente de retirar lo esencial
de las partículas con el fin de poder disminuir fuertemente las
reacciones catalíticas (cuyo avance depende de la cantidad de
sólidos en contacto con el gas) o las reacciones térmicas por
reducción de la temperatura a la salida del separador (inyectando
por ejemplo un líquido vaporizable), siendo la refrigeración del
efluente gaseoso tanto más cómoda cuanto menos partículas contenga.
Una separación más impulsada puede ser realizada río abajo del
separador objeto de la invención en un separador que proporciona
más rendimiento en términos de eficacia de recogida de partículas
pero exponiendo el gas a tiempos de permanencia más grandes tal
como un tren de ciclones, no pudiendo entonces lo esencial del gas
reaccionar ya (menos partículas y/o una temperatura menos
elevada).
Se ha observado por consiguiente que realizando
una pre-separación de las partículas de los
efluentes, se obtenían muy buenos resultados en términos de
selectividad.
Más precisamente, la presente invención se
refiere a un dispositivo de conversión en lecho arrastrado de una
carga que comprende un recinto de reacción R de forma alargada en la
cual la indicada conversión se realiza en condiciones apropiadas,
comprendiendo cerca de un primer extremo, de río arriba a río abajo
en el sentido de circulación de la carga al menos un medio de
introducción de al menos un fluido de arrastre, al menos un medio
de introducción de al menos un sólido dividido en partículas, al
menos un medio de introducción de la indicada carga, comprendiendo
el indicado dispositivo cerca de un segundo extremo del indicado
recinto al menos una cámara, conectada con el indicado recinto, de
separación de fluidos y partículas procedentes del recinto R y
constituidas esencialmente por productos de conversión de la
indicada carga y de las partículas sólidas.
De forma detallada, la cámara 2 o dispositivo de
separación primario de partículas de una mezcla gaseosa que las
comprende, presenta una entrada de la mezcla conectada con un
reactor R alargado, de preferencia de forma sustancialmente
cilíndrica, proporcionando la indicada mezcla, una primera salida 4
que proporciona un efluente gaseoso resultante de la separación que
contiene una cantidad menor de partículas y una segunda salida 9
que proporciona una cantidad mayor de partículas, caracterizándose
la cámara de separación 2 porque comprende en combinación:
- una zona de transición 1 conectada con la
indicada entrada y adaptada para una conformación rectangular o
cuadrada de la sección de paso de la mezcla que circula por el
reactor hacia una zona 3 de giro definida a continuación;
- la zona 3 de giro de la centrifugación de una
zona central 7, estando esta zona de giro 3 conectada con la zona
de transición y adaptada para la puesta en rotación en una plano
vertical de la mezcla según un ángulo inferior de 360 grados, que
comprende por una parte dos paredes 6 sustancialmente verticales,
entre las cuales se realiza la indicada puesta en rotación y por
otra parte una pared externa 30 que define la centrifugación hacia
la zona central 7 de dicha mezcla según un ángulo comprendido entre
70 y 225 grados; y una pared interna llamada deflector 10 que
delimita por su otra superficie la zona central 7, conectada
tangencialmente con la zona de transición y que gira
sustancialmente de forma coaxial con la pared externa según un
ángulo de 30 grados al menos y como máximo el ángulo de
centrifugación según la pared externa más 90 grados, impidiendo
este deflector 10 sobre este ángulo la recirculación de los gases de
la mezcla entre la zona de giro 3 y la zona central 7;
- la primera salida 4 que proporciona el efluente
gaseoso está constituida por un tubo cuyo eje central se confunde
sustancialmente con el del deflector 10 y cuya entrada 5 es un
orificio perforado en una de las paredes 6 verticales de la zona de
giro, o de dos tubos, de preferencia no penetrantes, de los cuales
cada entrada es un orificio perforado en cada una de las indicadas
paredes; siendo la indicada primera salida sustancialmente coaxial
a la zona de devanado de forma que la conexión de la indicada salida
y del deflector sea realizada sustancialmente de forma
tangencial;
- la segunda salida 9 que comprende una primera
pared 31 conectada con la pared externa 30 de la zona de giro y una
segunda pared 32 conectada con la zona de transición 1 o al reactor.
El separador comprende en general superficies laterales 6 desde la
zona de giro hasta la salida de las partículas que son en general
planas, sustancialmente verticales y de preferencia paralelas entre
si. La zona de transición que es una zona de conformación y/o
eventualmente de aceleración de la mezcla de partículas y de
efluente entre la parte superior del reactor y el separador tiene
las funciones siguientes:
- permite modificar la forma de la sección de
paso que pasará de una sección sustancialmente circular en el
reactor a una sección sustancialmente rectangular o cuadrada a la
entrada de la zona de giro del separador. Esta sección rectangular
puede tener una relación entre el lado más grande y el más pequeño
de 1 a 3, siendo el lado más pequeño generalmente el que rodea
alrededor de la salida de los gases.
- puede permitir acelerar la circulación a la
velocidad óptima de separación, gracias a una disminución progresiva
de la sección de paso en el separador. Se ha observado que la
sección de salida o, en el caso en que existan varios separadores,
la suma de las secciones de salida de la zona de transición de cada
uno de los separadores podía estar comprendida entre 0,5 y una vez
la sección de paso del reactor. En estas condiciones, la velocidad
en la sección de paso rectangular se encuentra generalmente
comprendida entre 10 y 30 m/s, preferentemente entre 15 y 25 m/s,
mientras que la misma es por ejemplo de 10 a 25 m/s en la sección de
paso cilíndrica del reactor. Su longitud puede estar comprendida
entre 0,1 y 10 veces el diámetro del reactor y preferentemente
entre 0,5 y 3 veces el diámetro del reactor.
- Según una variante donde varios separadores se
encuentran dispuestos en paralelo a la salida del reactor, sus
paredes externas al no ser secantes (presencia o ausencia de punto
tangente), la zona de transición puede comprender según su eje al
menos una pared que define sectores angulares, de longitud como
máximo igual a la de la zona de transición que es el prolongamiento
de las paredes externas de las zonas de envolvimiento, en
particular cuando estas paredes de forma
semi-circular son tangentes en un punto situado
sobre el plano P que pasa por los ejes de las zonas de giro de los
deflectores y de las salidas de gas.
Cuando estas paredes externas no son ni
tangenciales ni secantes, se puede interponer una pared en forma de
cono o de ángulo, por ejemplo triangular, situado sustancialmente en
su prolongación y que hace las veces de deflector del flujo. Estas
paredes o ángulos que se prolongan por debajo de dicho plano P
evitan la comunicación entre las entradas de las cámaras de
separación y permiten mantener la circulación acelerada entre la
zona de transición y la zona de giro, contribuyendo a la
conformación de la centrifugación a la entrada de la zona de giro,
lo cual resulta muy ventajoso.
La zona de aceleración puede ser horizontal o
vertical según la forma del separador y según el tipo de reactor
ascendente o descendente.
La zona de giro de la mezcla de partículas y de
efluentes se articula en general alrededor del deflector de forma
cóncava. Las partículas migran a la pared bajo el efecto de la
fuerza centrífuga. Son transportadas a esta zona de giro del
separador, cuyas otras dos paredes, opuestas una a la otra son
sustancialmente verticales.
La centrifugación tiene de preferencia un eje de
rotación sustancialmente confundido con el eje de los tubos de
salida del efluente.
El giro de la pared interna es habitualmente
tangente a la pared de la zona de conformación. La velocidad
superficial en la centrifugación sigue siendo sustancialmente la
misma que la obtenida a la salida de la zona de conformación.
Según un primer modo de realización que se aplica
a un reactor ascendente o descendente, la zona de transición puede
ser horizontal, la pared 30 externa de la zona de giro puede girarse
alrededor de un ángulo de 70 a 135 grados y el deflector 10
alrededor de un ángulo de 30 a 180 grados.
Según un segundo modo de realización, donde el
reactor es ascendente, la zona de transición puede ser vertical, la
pared 30 externa de la zona de giro puede girarse alrededor de un
ángulo de 160 a 225 grados y el deflector 10 alrededor de un ángulo
de 135 a 270 grados.
Según un tercer modo de realización donde el
reactor es descendente, la zona de transición puede ser vertical,
la pared externa 30 de la zona de giro puede girarse alrededor de un
ángulo de 70 a 90 grados y el deflector de 30 a 180 grados.
Resulta ventajoso que las dos paredes de la zona
de giro sustancialmente verticales sean sustancialmente
paralelas.
La salida de los efluentes que comprenden en
general, además de los productos gaseosos pero también menos de un
20% de las partículas entrantes, puede estar constituida por un tubo
cuya entrada es un orificio perforado en una de las paredes
verticales del separador, o de dos tubos de los cuales cada entrada
sea un orificio perforado en cada una de las paredes verticales. De
preferencia, el eje del tubo se encuentra sustancialmente
comprendido en un plano horizontal.
Cuando el separador comprende dos tubos, estos
pueden eventualmente juntarse en uno solo río abajo del separador
mediante aporte de codos y de uniones de tuberías. La velocidad
superficial de los efluentes a nivel de la entrada de los tubos de
salida se encuentra generalmente comprendida entre 0,5 y 2 veces la
velocidad del gas en la entrada de la zona de giro en el separador y
preferentemente de 0,75 a 1,25 veces esta velocidad. En otros
términos, la suma de las secciones de las primeras salidas de los
efluentes se encuentra comprendida entre 0,5 y dos veces la sección
de paso del reactor.
La abertura de salida de los sólidos entre el
separador y el conducto de evacuación de los sólidos está dispuesta
generalmente según un eje angular comprendido entre 0 y 45 grados
con relación a la vertical. La misma puede ser tangente a la
centrifugación.
La separación primaria según la invención
presenta las ventajas siguientes con relación a los de la técnica
anterior.
- al ser de volumen pequeño, es más compacto. El
tiempo de permanencia de los efluentes es por consiguiente muy
corto, del orden de la tercera a la décima parte del tiempo de
permanencia en un ciclón clásico, lo cual evita las reacciones de
recombinación y de sobrecraqueo.
Presenta además una baja ocupación de espacio
estérica, lo cual permite limitar las modificaciones en caso de
reconstrucción (revamping).
- La ausencia de recirculación del gas en el
separador reduce sustancialmente la pérdida de carga entre la
entrada del separador y la salida de los gases.
No obstante de su compacidad y su pequeño tamaño,
se puede obtener una eficacia de separación superior al 80% por
ejemplo.
La invención se refiere también a la utilización
de al menos un dispositivo de separación primario según la
invención en un aparato de craqueo térmico de una mezcla de
hidrocarburos en presencia de partículas inertes y en presencia o
no de vapor de agua.
La invención se refiere por último a la
utilización de este mismo dispositivo de separación en un aparato
de craqueo catalítico de una carga de hidrocarburos.
El reactor tubular en el cual se realiza la
reacción de craqueo de la carga en lecho fluidizado, en presencia
del catalizador, puede ser bien sea externo, o interno al recinto de
separación en el cual se realiza la separación última de los
efluentes del catalizador.
La salida de los efluentes gaseosos del separador
primario según la invención está habitualmente conectada con al
menos un separador secundario tal como un ciclón, que permite
recuperar por una parte el catalizador que queda, con miras a
separarlo y por otra parte los efluentes hidrocarbonatos
sustancialmente exentos de catalizador (en general, menos de un
0,1% en peso de catalizador generalmente). Este separador
secundario puede situarse en el exterior del recinto de
separación.
Puede situarse, según otra variante, en el
interior de éste. En este caso, el separador secundario puede
situarse en la proximidad de la salida del tubo conectado con la
salida de los efluentes gaseosos del separador primario según la
invención, como lo muestra la figura 1; recibe así los efluentes
gaseosos de la reacción de craqueo y los efluentes gaseosos
resultantes de la separación del catalizador, en el fondo del
recinto de separación; o bien puede conectarse directamente con la
salida de un tubo conectado con la salida de los efluentes gaseosos
del separador primario según la invención. El indicado tubo
comprende entonces habitualmente una pluralidad de orificios que
reciben los efluentes gaseosos resultantes de la separación del
catalizador en la parte inferior del recinto de separación, siendo
el conjunto de efluentes evacuados por el ciclón secundario hacia
el exterior con miras a un tratamiento ulterior.
En el caso en que se desee disminuir la
temperatura de los productos gaseosos a la salida de la zona de
reacción, es posible inyectar un líquido tal como agua o mezclas de
hidrocarburos (cuya temperatura de ebullición es inferior a la
temperatura de los productos a la presión de circulación de los
productos) en el conducto de salida gracias a medios bien conocidos
del experto en la materia (pulverización del hidrocarburo inyectado
a contra-corriente en este conducto, siendo este
caso citado a título de ejemplo).
Los conductos de evacuación de los sólidos
desembocan en un recinto de separación y de separación S que puede
igualmente pero no necesariamente contener los medios de separación
primarios y/o secundarios, cuya parte inferior que puede encontrase
bajo o por encima de la abertura de estos conductos de evacuación,
contiene un inventario de sólidos divididos mantenidos en estado
llamado de fluidización gracias a por lo menos una inyección
apropiada de gas (tal como el nitrógeno, el vapor, el amoniaco, el
dióxido de carbono, el metano o el etano situada bajo los indicados
conductos y que permiten un buen reparto del gas por toda la
sección de paso. Con el fin de mejorar el reparto de los sólidos
procedentes de los conductos de evacuación sobre la sección del
recinto S, puede resultar ventajoso utilizar medios tales como por
ejemplo, hileras de tubos horizontales cruzadas las unas con
relación a las otras, placas perforadas situadas horizontalmente al
tresbolillo las unas con relación a las otras, posicionadas entre la
abertura de estos conductos y al menos un medio de introducción de
los gases de fluidización.
Antes de ser reciclados a la entrada del reactor
R, los sólidos pueden circular hacia medios de regeneración
destinados para darles de nuevo las propiedades que tenían antes de
su paso por la zona de reacción. En el caso en que los sólidos se
cubran de coque durante su paso por la zona de reacción R, puede ser
así necesario quemar este coque en un dispositivo de puesta en
contacto con el aire, tal como por ejemplo un conjunto de lechos
fluidizados, siendo los sólidos desprovistos de su coque
seguidamente reciclados a la entrada de la zona de reacción.
Las figuras 1 a 3 muestran ejemplos no
limitativos de realización del dispositivo de separación primaria
utilizables para separar productos y sólidos del dispositivo de
conversión de los hidrocarburos, entre los cuales:
- la figura 1 representa una sección axial vista
de frente de dos separadores primarios según la invención en un
recinto de separación de hidrocarburos de un dispositivo de craqueo
catalítico y la figura 1A representa una vista lateral de uno de
estos separadores primarios;
- la figura 2 muestra una vista de frente de un
separador primario "cuarto de vuelta";
- y la figura 3 representa una vista de frente de
un separador primario adaptado a un reactor descendente.
La figura 1 describe un sistema de separación
primario utilizado en el caso en que la zona de reacción sea un
reactor de craqueo catalítico en lecho fluidizado de tipo
ascendente. El sistema propuesto en la figura 1 se puede utilizar
particularmente en el caso en que la zona de reacción R penetre en
el recinto de separación S, que está entonces, generalmente pero no
necesariamente, centrada sobre R, donde desembocan las salidas 8 de
sólidos. La figura representa un sistema de dos cámaras de
separación sustancialmente simétricas con relación al eje de la
zona de reacción y que opera en paralelo, pudiendo el número de
cámaras llegar generalmente de 1 a 8 y preferentemente en esta
configuración de 2 a 4.
Cada separador (figura 1A) está constituido por
dos superficies 6 planas sustancialmente paralelas al eje de la
zona de reacción R. Su parte superior se gira alrededor de un
deflector 10 de forma sustancialmente
semi-circular, cuyo eje central sustancialmente
perpendicular al eje de la zona de reacción es sustancialmente el
de la zona de giro 3. Una zona de transición 1 y de aceleración
permite realizar una conformación y una aceleración de la mezcla
para cada separador entre el recinto de reacción R y una zona de
giro 3. Esta zona de giro 3 definida por una pared externa 30 y el
deflector 10 se conecta con el exterior de cada zona de transición.
Las paredes externas de las zonas 3 se prolongan hasta el punto
tangencial por una pared 1a dirigida según el eje del reactor que
evita la comunicación entre las entradas de las cámaras y permite el
mantenimiento de la circulación acelerada. Una rotación del giro de
aproximadamente 180º permite cambiar el sentido de dirección del
flujo de las partículas y aplicar las partículas a la pared bajo el
efecto de la fuerza centrífuga inducida por el giro 3. La
centrifugación gira sobre una zona central 7, que está protegida por
el deflector 10, impidiendo toda circulación entre 3 y 7 en un
ángulo de 135 grados. Los productos gaseosos son evacuados por un
conducto 4 de evacuación no penetrante en el separador, de forma
cilíndrica cuyo eje central se confunde sustancialmente con el del
deflector y de la zona de giro, y que está conectado con las
superficies 6 paralelas del separador por dos aberturas 5 situadas
respectivamente en cada una de las superficies 6 del separador. La
conexión del conducto 4 de evacuación y del deflector se realiza
sustancialmente según el mismo diámetro, al espesor del conducto
próximo.
Las partículas recogidas en la parte inferior del
giro son seguidamente evacuadas por una salida 9 de sólidos y
canalizadas por un conducto 8. La salida 9 está conectada
tangencialmente al giro 3 por su pared externa 31, la pared interna
32 que contiene al menos un segmento tangente a la abertura 5 del
conducto de salida de los productos 4 que se conecta con la zona de
transición.
El conducto de evacuación 8 introduce las
partículas catalíticas en un lecho fluidizado denso 16 del recinto
de separación que se pone en movimiento por un anillo de
fluidización 20. Este proporciona una corriente gaseosa de vapor de
agua por ejemplo necesaria para la separación de los hidrocarburos.
Este conducto 8 desemboca cerca del nivel del lecho denso (a más o
menos 1 m). Hileras 18, 19 horizontales de tubos cruzadas las unas
con relación a las otras permiten mejorar el reparto de las
partículas procedentes de los conductos 8 y por consiguiente su
separación.
Las partículas catalíticas separadas son enviadas
por un conducto 21 conectado con el extremo inferior del recinto a
un recinto de regeneración no representado en la figura 1. El
efluente gaseoso que contiene también de 10 a 20% de partículas se
introduce por una abertura 11 prevista en el conducto 4 a la
entrada 13 de un ciclón de separación 12 que permite recuperar
sustancialmente la integridad de las particular mediante una jamba
15. Esta entrada 13 recupera por otro lado los efluentes que
resultan de la separación.
Los efluentes gaseosos de craqueo y de separación
son evacuados del ciclón por un conducto 14 que conduce hacia unas
unidades de tratamiento río abajo no representadas.
La figura 2 describe un sistema de separación
primario objeto de la presente invención utilizado en el caso en
que la zona de reacción sea un reactor de tipo ascendente. El
sistema propuesto en la figura 2 se puede particularmente utilizar
en el caso en que la zona de reacción R no penetre en el recinto de
separación S. Se puede entonces posicionar la zona de transición 1
sustancialmente en la horizontal, siendo entonces la longitud de la
zona de transición 1 bien sea lo suficientemente larga para que el
separador sea colocado en el interior de S, o lo suficientemente
corta para que el separador sea colocado en el exterior de S,
conectándose el conducto 8 entonces en la pared del recinto S. La
figura representa un sistema mono-cámara, pudiendo
oscilar el número de cámaras generalmente de 1 a 8 y
preferentemente en esta configuración de 1 a 3. La zona de
transición 1 permite realizar una transición así como un cambio de
dirección para cada separador entre el recinto de reacción R y la
centrifugación 3. La centrifugación 3 se conecta tangencialmente con
el exterior de cada zona de transición. Una rotación de la
centrifugación de aproximadamente 90º (comprendida entre 45 y 135º)
permite cambiar el sentido de dirección del flujo de las partículas
y de aplicar las partículas a la pared bajo el efecto de la fuerza
centrífuga inducida por el giro 3. La centrifugación gira en la zona
central 7, que está protegida por un deflector 10, impidiendo toda
circulación entre la centrifugación 3 y la zona central 7 durante
al menos 15º sobre los 45 a 135º de rotación de la centrifugación 3.
Los productos son evacuados por el conducto 4 de evacuación de los
productos que es sustancialmente coaxial al deflector y que está
conectado con las superficies paralelas del separador por dos
aberturas situadas respectivamente sobre cada una de las superficies
6 del separador.
Las partículas recogidas son seguidamente
evacuadas a la salida 9 hacia el conducto de evacuación 8, estando
la salida 9 conectada tangencialmente con la centrifugación 3 por su
superficie externa 31, conteniendo la superficie interna al menos
un segmento tangente a la abertura 5 del conducto de salida de los
productos 4.
La figura 3 describe un sistema de separación
primario objeto de la presente invención utilizado en el caso en
que la zona de reacción sea un reactor de tipo ascendente. El
sistema propuesto en la figura 3 se puede utilizar en el caso en
que la zona de reacción R no penetre en el recinto S o en el caso
contrario. Se puede posicionar la zona de transición 1 en la
prolongación del reactor. La figura representa un sistema
mono-cámara, pudiendo llegar el número de cámaras
generalmente de 1 a 8 y preferentemente en esta configuración de 1
a 4. La zona de transición 1 permite realizar una transición para
cada separador entre el recinto de reacción R y la centrifugación
3. La centrifugación 3 se conecta tangencialmente con el exterior de
la zona de transición. Una rotación de la centrifugación de
aproximadamente 90º permite intercambiar el sentido de dirección
del flujo de las partículas y aplicar las partículas contra la pared
bajo el efecto de la fuerza centrífuga inducida por la
centrifugación 3. En este caso particular, la centrifugación se
termina necesariamente cuando la tangente a la centrifugación
encuentra la horizontal. La centrifugación gira en la zona central
7, que está protegida por un deflector 10, impidiendo toda
circulación entre la centrifugación 3 y la zona central 7 en un
ángulo de al menos 15º con relación al ángulo de 90º de rotación de
la centrifugación 3. Los productos son evacuados por el conducto 4
de evacuación de los productos conectados con las superficies
paralelas del separador por dos aberturas 5 situadas
respectivamente en cada una de las superficies 6 del separador.
Este conducto 4 es sustancialmente coaxial al deflector.
Las partículas recogidas son seguidamente
evacuadas hacia abajo a la zona de salida 9 hacia la canalización
de salida de los sólidos 8, estando la salida conectada con la
centrifugación 3 por su superficie externa, pudiendo la superficie
interna formar una centrifugación comprendida entre las dos
superficies paralelas del separador que se conecta tangencialmente
por al menos un segmento con la abertura 5 de los conductos de
evacuación de los productos 4. El tubo de evacuación de los sólidos
puede estar inclinado en 45º como máximo con relación a la
vertical, lo cual permite eventualmente posicionar el separador en
el exterior del recinto de separación S en el caso en que la zona
de reacción R sea externa al recinto S.
La presente invención permite obtener una
separación satisfactoria cuando la velocidad de los fluidos
gaseosos a la salida de la zona de transición y en la zona de
centrifugación se encuentra comprendida entre 10 y 30 m/s, y
preferentemente entre 15 y 25 m/s. La carga de sólido, definida como
la relación másica del caudal de sólido sobre le caudal de los
fluidos se encuentra preferentemente comprendida entre 2 y 100 en
función de las propiedades físicas de las partículas, mientras que
esta relación permite obtener condiciones de circulación estables
en la zona de reacción R. La abertura 5 de evacuación de los gases
permite obtener un buen funcionamiento cuando la velocidad de los
gases en estas aberturas se encuentra comprendida entre un 50% y un
150% de la velocidad de los gases a la entrada de la zona de
separación. Los conductos 8 de evacuación de los sólidos deben
permitir la evacuación de todo el sólido que circula por cada
separador primario respetando un flujo másico de materia sólida por
unidad de superficie superior a 100 kg/s/m^{2}, preferentemente
comprendido en el ámbito de los 300-800
kg/s/m^{2}.
Ejemplo
Ensayos fueron realizados con un dispositivo
según la invención utilizando un separador de centrifugación
directa tal como el descrito en la figura 1. El separador estaba
constituido por dos cámaras de centrifugación directa. El diámetro
de rotación de la centrifugación externo era de 95 mm y el diámetro
de centrifugación interno que sirve de deflector era de 50 mm. El
conducto de evacuación de los gases estaba constituido por dos
tubos no penetrantes centrados sobre el eje de centrifugación y
apoyándose coaxialmente sobre el deflector que se gira según un
ángulo de 180º. El separador era alimentado por un tubo de
transporte vertical de 123 mm de diámetro pudiendo transportar
hasta 12 t/h de catalizador procedente de un lecho fluidizado. El
catalizador separado en el separador era reinyectado en el lecho
fluidizado con el fin de operar en continuo. Este sistema se
realizó en las condiciones ambientes de temperatura y de presión de
forma que la densidad del gas en el separador fuese de 1,2
kg/m^{3}. En estas condiciones, se ha podido observar que si menos
de un 5% del gas es arrastrado con el sólido (esta cantidad
dependiente de la contra presión ejercida sobre la salida de las
partículas con relación a la salida de gas), entonces la pérdida de
presión entre la entrada de la centrifugación y la salida de los
tubos de evacuación de los gases es inferior a 800 Pa cuando la
velocidad en la centrifugación es de 20 m/s. Ensayos realizados a
5m/s de velocidad del gas en la centrifugación han mostrado que la
eficacia de recogida de las partículas es, para un caudal de
partículas de 7 t/h, superior al 97% cuando la cantidad de gas
trasegada con las partículas se encuentra comprendida entre un 2% y
un 50%.
Claims (16)
1. Dispositivo de conversión de una carga en
lecho arrastrado que comprende:
- un reactor R de forma alargada, de sección
sustancialmente circular y de eje vertical, que comprende cerca de
un primer extremo, de río arriba a río abajo en el sentido de
circulación de la carga al menos un medio de introducción de un
fluido de arrastre, al menos un medio de introducción de un sólido
dividido en partículas, y al menos un medio de introducción de una
carga de hidrocarburos,
- cerca de un segundo extremo del reactor R, al
menos una cámara de separación (2) de una mezcla de gas/partículas
sólidas procedente del reactor R, comprendiendo esta cámara en
combinación:
- una entrada de la mezcla conectada con el
reactor R que proporciona la indicada mezcla, una primera salida
(4) que proporciona un efluente gaseoso que resulta de la separación
que contiene una cantidad menor de partículas y una segunda salida
(9) que proporciona una cantidad mayor de partículas,
- una zona de transición (1) conectada con la
indicada entrada y adaptada para una conformación rectangular o
cuadrada de la sección de paso de la mezcla que circula del reactor
hacia una zona (3) de centrifugación definida a continuación;
- la zona (3) de giro de la centrifugación
alrededor de una zona central (7), estando la indicada zona de
centrifugación (3) conectada con la zona de transición (1) y
adaptada para la puesta en rotación en un plano vertical de la
mezcla según un ángulo inferior a 360 grados, que comprende:
- \sqbullet
- dos paredes (6) sustancialmente verticales, entre las cuales se realiza la indicada puesta en rotación,
- \sqbullet
- una pared externa (30) que define la centrifugación hacia la zona central (7) de dicha mezcla según un ángulo comprendido entre 70 y 225 grados,
- \sqbullet
- una pared interna llamada deflector (10) que delimita por su otra superficie la zona central (7), conectada tangencialmente con la zona de transición (1) y que gira sustancialmente de forma coaxial con la pared externa según un ángulo de 30 grados al menos y como máximo el ángulo de centrifugación según la pared externa más 90 grados, impidiendo el indicado deflector (10) en este ángulo la recirculación de los gases de la mezcla entre la zona de centrifugación (3) y la zona central (7);
- estando la primera salida (4) que proporciona
el efluente gaseoso constituida por un tubo cuyo eje central se
confunde sustancialmente con el del deflector (10) y cuya entrada
(5) es un orificio perforado en una de las paredes (6) verticales
de la zona de centrifugación (3), o de dos tubos de los cuales cada
entrada es un orificio perforado en cada una de las indicadas
paredes; siendo la indicada primera salida sustancialmente coaxial
con la zona de centrifugación (3) de forma que la conexión de la
indicada salida (4) y del deflector (10) sea realizada
sustancialmente de forma tangencial;
- la segunda salida (9) que comprende una primera
pared (31) conectada con la pared externa (30) de la zona de
centrifugación y una segunda pared (32) conectada con la zona de
transición (1) o al reactor.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
cual la segunda salida (9) presenta una abertura de salida de los
sólidos según un eje angular comprendido entre 0 y 45 grados con
relación a la vertical.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 y 2, en el cual la zona de transición (1) es horizontal, la pared
externa (30) de la zona de centrifugación gira alrededor de un
ángulo de 70 a 135 grados y el deflector (10) alrededor de un
ángulo de 30 a 180 grados.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 3, en el cual el reactor (R) es ascendente, la zona de
transición (1) es vertical, la pared externa (30) de la zona de
centrifugación gira alrededor de un ángulo de 160 a 225 grados y el
deflector (10) alrededor de un ángulo de 135 a 270 grados.
5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el
cual el reactor es descendente, la zona (1) de transición es
vertical, la pared externa (30) de la zona de centrifugación gira
alrededor de un ángulo de 70 a 90 grados y el deflector gira de 30
a 180 grados.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, en el cual las dos paredes (6) sustancialmente verticales de
la zona de centrifugación son sustancialmente paralelas.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 6, en el cual la zona de transición es también una zona de
aceleración, la sección o la suma de las secciones de salida de la
zona de transición de cada una de las cámaras, en el caso en que
existan al menos dos cámaras de separación, se encuentra comprendida
entre 0,5 y una vez la sección de paso del reactor y en el cual la
sección o la suma de las secciones de primera salida de gas está
comprendida entre 0,5 y dos veces la sección de paso del
reactor.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1, 3, 4, 6 y 7 que comprende al menos dos cámaras de separación de
las cuales las paredes externas no son secantes, estando las
indicadas cámaras dispuestas en paralelo a la salida del reactor
(R), en la cual la zona de transición comprende según su eje al
menos una pared (1a) de longitud como máximo igual a la de la zona
de transición, que es sustancialmente la prolongación de las
indicadas paredes externas (30) de las zonas de centrifugación.
9. Utilización de un dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores para el craqueo catalítico en lecho
fluidizado de una carga de hidrocarburos.
10. Utilización según la reivindicación 9, en el
cual el reactor (R) es ascendente, y en el cual las partículas
recogidas en la parte inferior de la centrifugación son evacuadas a
la salida (9) de las partículas sólidas, canalizadas en un conducto
de evacuación (8) e introducidas en un lecho fluidizado denso (16)
de un recinto de separación.
11. Utilización según la reivindicación 10, en la
cual el reactor tubular es exterior a un recinto de separación de
hidrocarburos.
12. Utilización según la reivindicación 11, en la
cual el dispositivo de separación se encuentra en el exterior de un
recinto de separación.
13. Utilización según una de las reivindicaciones
9 a 12, en la cual la primera salida (4) del dispositivo de
separación está conectada con al menos un separador secundario
(12).
14. Utilización según la reivindicación 13, en la
cual el separador secundario está situado en un recinto de
separación.
15. Utilización según la reivindicación 14, en la
cual el separador secundario (12) está situado en la proximidad de
la salida de un tubo conectado con la primera salida (4) que
proporciona el efluente gaseoso.
16. Utilización según la reivindicación 14, en la
cual el separador secundario está directamente conectado con la
salida de un tubo conectado con la primera salida que proporciona el
efluente gaseoso, comprendiendo el indicado tubo una pluralidad de
orificios adaptados para recibir los efluentes gaseosos resultantes
de la separación del catalizador en un recinto de separación.
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