ES2321077T3 - Regenerador de catalizador con pozo central. - Google Patents

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ES2321077T3 ES03021731T ES03021731T ES2321077T3 ES 2321077 T3 ES2321077 T3 ES 2321077T3 ES 03021731 T ES03021731 T ES 03021731T ES 03021731 T ES03021731 T ES 03021731T ES 2321077 T3 ES2321077 T3 ES 2321077T3
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Robert B. Peterson
Chris Santner
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Abstract

Un regenerador de catalizador para regenerar catalizador gastado de FCC de ligeros y calentar el catalizador para suministrar calor a un reactor de FCC, que comprende: una vasija de regenerador que aloja un lecho de catalizador de fase densa; una parte de tubería vertical central para recibir el catalizador gastado que ha de regenerarse; un pozo central que recibe un extremo inferior de la parte de tubería vertical y que define un anillo entre la parte de tubería vertical y un diámetro interno del pozo central; una válvula para introducir catalizador gastado a través de la parte de tubería vertical en el anillo; un distribuidor de combustible para introducir combustible en el pozo central para mezclarlo con el catalizador del anillo; un distribuidor de fluidización para introducir gas de fluidización en el pozo central para fluidizar el catalizador del anillo; una ranura radial formada en el pozo central por debajo de la superficie superior del lecho denso para introducir la mezcla de catalizador y combustible desde el anillo en el lecho de fase densa por debajo de la superficie superior del mismo; un distribuidor de aire dispuesto en el lecho de fase densa subyacente a la ranura radial para introducir aire de combustión en el lecho de fase densa; una salida de descarga de catalizador en comunicación de fluido con el lecho de fase densa; y una salida para la descarga de gas de descarga en comunicación de fluido con una fase diluida por encima del lecho de fase densa, en el que el regenerador comprende, además, una fuente de fueloil para suministrar fueloil al distribuidor de combustible.

Description

Regenerador de catalizador con pozo central.
Campo del invento
El presente invento se refiere a un regenerador de catalizador para regenerar catalizador para FCC de ligeros gastado y para calentar el catalizador con el fin de suministrar calor a un reactor de FCC.
Antecedentes del invento
Se ha propuesto producir olefinas ligeras, tales como etileno y propileno a partir de mezclas de olefinas y parafinas más pesadas empleando un sistema de craqueo catalítico en lecho fluido (FCC) con las condiciones de reacción descritas, por ejemplo, en las patentes norteamericanas 5.043.522 de Leyshon y otros; 5.171.921 de Gaffney y otros; y 6.118.035, de Fung y otros. En este sistema, material de alimentación y catalizador en partículas entran en un reactor en condiciones de reacción específicas. El efluente del reactor es tratado en una serie de separadores ciclónicos, usualmente alojados en una vasija, que separan la mayor parte del catalizador del efluente para ser regenerado para hacerlo recircular a un regenerador y, luego, al reactor, en forma similar a las operaciones de FCC en una refinería convencional. Los gases efluentes calientes, pobres en catalizador, procedentes de los ciclones, son enfriados luego y separados mediante destilación fraccionada, por ejemplo, en los constituyentes de producto.
El documento WO 93/00674 describe un procedimiento para desprender y regenerar catalizador de craqueo catalítico en lecho fluidizado. La separación del catalizador caliente se consigue por intercambio indirecto de calor al sumergir el separador caliente en la zona de regenerador, de preferencia en el lecho de borboteo del regenerador o en un combustor de coque asociado con el regenerador. La separación del catalizador gastado en el separador caliente puede llevarse a cabo, también, mediante intercambio directo de calor con catalizador caliente recirculado desde el lecho al separador caliente.
El documento EP 0413062 describe un método para convertir una disposición de reactor-regenerador de FCC apilados en una unidad de columna ascendente de FCC que tiene un regenerador de dos etapas, de aplicación en el craqueo de hidrocarburos pesados.
Sin embargo, existen algunas diferencias significativas entre el procedimiento de FCC de olefinas ligeras y las operaciones de FCC en una refinería convencional.
Los procedimientos de FCC convencionales producen un efluente que tiene cantidades significativas de hidrocarburos más pesados que se condensan en una torre de enfriamiento súbito. También se arrastra en el efluente una cantidad menor de catalizador residual, que no es retirado por los ciclones, que es recogida con los hidrocarburos más pesados condensados en la torre de enfriamiento súbito para formar aceite de suspensión. El aceite de suspensión procedente de la torre de enfriamiento súbito es, con frecuencia, difícil de tratar y/o de desechar; con frecuencia, se quema como fueloil. En el proceso de FCC de olefinas ligeras, solamente existen cantidades muy pequeñas de hidrocarburos más pesados en el gas efluente, es decir, se tiene una proporción relativamente alta entre catalizador y fueloil, de modo que la eliminación de los finos de catalizador resulta problemática porque se recupera muy poco aceite pesado y cualquier "aceite de suspensión" tendría una carga de catalizador mucho más alta que en el caso del proceso convencional de FCC en refinería.
Otra cuestión en el proceso de FCC de olefinas ligeras consiste en la regeneración del catalizador recuperado por los ciclones del efluente de la columna ascendente. En la unidad de FCC de refinería convencional se forman cantidades significativas de coque en la columna ascendente, que se depositan sobre las partículas de catalizador. En el regenerador, este coque puede utilizarse como fuente de combustible para quemarlo con oxígeno en la vasija del regenerador a fin de aportar el calor necesario para conseguir el equilibrio térmico de la unidad. Con frecuencia, puede ser necesario enfriar el regenerador para evitar que el catalizador se caliente demasiado, en particular cuando el material de alimentación deposita una gran cantidad de carbón sobre el catalizador. Por otra parte, en el proceso de FCC de olefinas ligeras de la técnica anterior se tiene como resultado un depósito de coque insuficiente para soportar la regeneración del catalizador y el calor de la reacción.
En un proceso convencional de FCC de gasolinas, se ha sugerido que puede introducirse combustible suplementario, tal como gas combustible o fueloil (aceite de antorcha) para conseguir las temperaturas requeridas para la regeneración del catalizador y el calor de reacción durante operaciones de estado no uniforme, por ejemplo, cuando se pone en marcha la unidad, a fin de alcanzar una temperatura de regenerador adecuada. Sin embargo, por lo que sabe la solicitante, no se cuenta con sistemas conocidos adecuados para introducir combustible en el lecho de fase densa de un regenerador de FCC que trate catalizador con bajo contenido de carbón, para lograr un funcionamiento continuo.
Además, existe la necesidad de un sistema y un procedimiento para el FCC de olefinas ligeras capaces de tratar un material de alimentación ligero que, usualmente, proporcione una formación inadecuada de coque, pero mejorados de alguna manera para conseguir el calor de reacción requerido en el reactor.
Sumario del invento
El presente invento hace frente a los problemas de manipulación del catalizador en el proceso de FCC de olefinas ligeras antes indicado, preferiblemente empleando una adición de fueloil a la torre de enfriamiento súbito y la recirculación del aceite de la torre de enfriamiento súbito para separar por lavado el catalizador de los gases efluentes, recuperando una suspensión de catalizador en el fueloil a partir del aceite de enfriamiento súbito en recirculación, e introduciendo continuamente la suspensión en el regenerador para recuperar el catalizador y satisfacer las necesidades de calor para la regeneración del catalizador y el calor de la reacción. De esta forma, el fueloil suministrado para separar por lavado el catalizador del gas efluente, puede ser utilizado, de preferencia, para satisfacer las necesidades de calor del regenerador y, al mismo tiempo, puede eliminar las pérdidas de catalizador en el gas efluente.
Existen un método y un sistema para recuperar finos de un gas efluente de tipo FCC de ligeros. El material de alimentación para tal unidad de FCC de ligeros es uno que, usualmente, proporciona una formación de coque inadecuada, por ejemplo, un material de alimentación C_{4}-C_{12}, de preferencia un material de alimentación C_{4}-C_{8}. Los gases craqueados procedentes del reactor son enfriados por contacto directo con aceite en circulación, por ejemplo, en una torre de enfriamiento súbito con aceite. Los finos de catalizador arrastrados con el efluente del reactor son separados por lavado de los gases. Un circuito de reflujo para aceite en circulación enfría los gases y retira los finos. Una corriente retrógrada de aceite de enfriamiento súbito es enviada a un sistema de separación de catalizador para lograr la separación de los finos de catalizador. La retirada del catalizador puede conseguirse, por ejemplo, mediante filtración, separación hidrociclónica, precipitación electrostática y una combinación de éstas. Por ejemplo, cuando se utiliza filtración del catalizador, una corriente retrógrada del aceite de enfriamiento súbito puede ser enviada a través de uno de, por lo menos, dos filtros para retirar los finos. Se hace funcionar otro filtro para lavado en contracorriente empleando gas comprimido a fin de retirar los finos recogidos. Los finos recuperados se combinan con aceite de enfriamiento súbito para formar una suspensión que transporta los finos al regenerador de FCC. El aceite de enfriamiento súbito de la suspensión se quema en el regenerador para proporcionar una forma conveniente de satisfacer las necesidades de calor del sistema de FCC, al mismo tiempo que se devuelven los finos de catalizador recuperados del gas efluente del reactor al sistema de FCC. De esta manera, las pérdidas de catalizador pueden limitarse a los finos arrastrados en el escape del regenerador desde la fase diluida. Como en el FCC se genera una cantidad mínima de aceite, el aceite de enfriamiento súbito es importado para dotar a la torre de enfriamiento súbito y proporcionar el calor requerido en el regenerador.
Un método de recuperar finos de catalizador desde un gas efluente tipo FCC de ligeros puede incluir los pasos de:
(a)
suministrar aceite de enfriamiento súbito para mantener una cantidad en existencia en estado estable del mismo;
(b)
poner en contacto el gas efluente con el aceite de enfriamiento súbito para enfriar el gas efluente y separar por lavado los finos de catalizador a fin de obtener un gas efluente enfriado, esencialmente libre de finos;
(c)
devolver el aceite de enfriamiento súbito del paso de puesta en contacto a la cantidad en existencia;
(d)
hacer recircular continuamente aceite de enfriamiento súbito desde la cantidad en existencia al paso de puesta en contacto;
(e)
separar los finos de una corriente de aceite de enfriamiento súbito procedente de la cantidad en existencia, para recuperar los finos y evitar que se acumulen en la cantidad en existencia; y
(f)
poner en suspensión los finos recuperados del paso de separación.
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En el método, los pasos de puesta en contacto y de recogida pueden efectuarse en una torre de enfriamiento súbito que comprenda elementos de contacto vapor-líquido y una zona de fondos que contiene la cantidad en existencia de aceite de enfriamiento súbito. El aceite de enfriamiento súbito recirculado puede ser enfriado antes del paso de puesta en contacto. La separación puede efectuarse por cualesquiera medios adecuados, por ejemplo, filtración, separación electrostática y uso de hidrociclones, y, de preferencia, la separación se lleva a cabo en forma continua.
Cuando se utiliza filtración, la separación se efectúa, preferiblemente, empleando al menos dos filtros, uno primero de los cuales está en un modo de filtración, mientras que uno segundo de ellos es utilizado, en paralelo, para lavado en contracorriente con el fin de separar los finos recogidos. El filtrado puede ser devuelto a la cantidad en existencia. La filtración y el lavado en contracorriente pueden incluir también, periódicamente, la alternancia de los filtros primero y segundo entre los modos de filtración y de lavado en contracorriente. Preferiblemente, el lavado en contracorriente incluye al menos un impulso de gas comprimido a través de dicho al menos un filtro que está en el modo de lavado en contracorriente, en dirección de flujo inverso, para retirar los finos separados, y recoger los finos separados en una vasija de contención. Los finos separados se combinan con un aceite pesado, tal como fueloil o aceite de enfriamiento súbito, para formar una suspensión, de preferencia en la vasija de contención.
El proceso de precipitación electrostática es similar al procedimiento de filtración por cuanto que hay múltiples unidades en línea, recogiendo finos de catalizador, mientras una o más están siendo lavadas en contracorriente. Este paso de lavado en contracorriente utiliza fueloil limpio o aceite de enfriamiento súbito en circulación. La separación se consigue aplicando un campo eléctrico a través de un medio de empaquetado. Las partículas de catalizador son ionizadas y/o polarizadas y recogidas en puntos de contacto del medio de empaquetado. La retirada de las partículas se consigue desactivando los electrodos y lavando por descarga en contracorriente las partículas liberadas.
El proceso de separación hidrociclónica tiene, preferiblemente, al menos dos etapas de hidrociclones en serie, conteniendo cada etapa múltiples hidrociclones de pequeño diámetro en paralelo. El hidrociclon funciona según el mismo principio que un ciclón; específicamente, se hace uso de la fuerza centrífuga para separar el aceite y las partículas de catalizador. Son necesarias dos etapas, como mínimo, para concentrar la corriente de descarga. Típicamente, la corriente de descarga del ciclón supone de un 20 a un 40 por ciento del flujo total. Las exigencias de este proceso dictan que los sólidos se concentren en la corriente de descarga que es del 5 al 10 por ciento del flujo de entrada total. Por ejemplo, si el aceite en circulación es de 22.680 kg/h (50.000 lbs/h) y el fueloil neto es de 2.268 kg/h (5.000 lbs/h), entonces la corriente de descarga neta debe ser el 10 por ciento del flujo total o el 31,6 por ciento de cada etapa (0,316 \times 0,316 = 0,1). No es necesario que las corrientes de descarga de cada etapa sean idénticas, pero la corriente de descarga neta debe satisfacer las necesidades de fueloil. La cantidad de corriente de descarga es controlada, típicamente, mediante válvulas de control en las salidas de las corrientes de rebose y de descarga.
Se forma una suspensión combinando los finos con un aceite de enfriamiento súbito. Algunas veces, se añade vapor de agua para distribuir más los finos en el aceite de enfriamiento súbito. La suspensión procedente de la vasija de contención se introduce, de preferencia, en un regenerador de catalizador en una unidad de FCC de ligeros para combustión con el fin de satisfacer los requerimientos de calor del proceso de FCC. La suspensión en exceso de lo requerido para combustión puede introducirse en el reactor de la unidad de FCC, donde es vaporizada en el gas efluente. El aceite de enfriamiento súbito de relleno puede añadirse directamente a la cantidad en existencia, el circuito de recirculación o para lavado en contracorriente de los filtros.
Existe un sistema para recuperar finos de un gas efluente del tipo FCC de ligeros. El sistema incluye medios para suministrar aceite de enfriamiento súbito con el fin de mantener una cantidad en existencia en estado estable del mismo, medios para poner en contacto el gas efluente con el aceite de enfriamiento súbito para enfriar el gas efluente y arrastrar por lavado los finos de catalizador a fin de obtener un gas efluente enfriado, esencialmente libre de finos, medios para devolver el aceite de enfriamiento súbito desde el paso de puesta en contacto a la cantidad en existencia, medios para hacer recircular continuamente aceite de enfriamiento súbito desde la cantidad en existencia al paso de puesta en contacto, medios para separar finos de una corriente del aceite de enfriamiento súbito desde la cantidad en existencia para recuperar los finos y evitar que se acumulen en la cantidad en existencia, y medios para poner en suspensión los finos recuperados del paso de separación.
Existe otro sistema para recuperar finos de un gas efluente del tipo FCC de ligeros, que incluye una torre de enfriamiento súbito que tiene una entrada para recibir el gas efluente, elementos de contacto vapor-líquido dispuestos por encima de la entrada para enfriar el gas efluente y arrastrar por lavado los finos, una salida de gas por encima de los elementos de contacto para descargar gas efluente enfriado esencialmente libre de finos arrastrados, y una zona de contención de líquido por debajo de la entrada para recoger aceite de enfriamiento súbito de los elementos de contacto. Esta previsto un circuito de recirculación para hacer recircular de forma continua el aceite de enfriamiento súbito desde la zona de contención de líquido a los elementos de contacto. Al menos dos filtros pueden ser hechos funcionar de forma alternada en los modos de filtración y de lavado en contracorriente. Está previsto un circuito de filtración para hacer circular aceite de enfriamiento súbito desde la zona de contención de líquido, a través de un filtro en el modo de filtración y devolver el filtrado a la zona de contención de líquido. Está previsto un circuito de lavado en contracorriente para retirar los finos recogidos en el filtro y hacer pasar los finos recogidos a una zona de recogida de suspensión. Se añade un aceite pesado, por ejemplo fueloil o aceite de enfriamiento súbito procedente desde la cantidad en existencia a la zona de recogida de suspensión, para formar una suspensión de los finos recogidos en
ella.
El sistema puede incluir, también, una conducción de enfriamiento súbito para introducir el gas efluente en la entrada, incluyendo la conducción de enfriamiento súbito una zona de mezclado para recibir aceite de enfriamiento súbito para enfriar el gas efluente, y una conducción de filtrado que va del filtro que trabaja en el modo de filtración hasta la zona de mezclado para suministrar el filtrado como aceite de enfriamiento súbito. Puede estar prevista una conducción para suministrar aceite de enfriamiento súbito de relleno a la torre de enfriamiento súbito o al circuito de recirculación. Pueden utilizarse válvulas en los circuitos de lavado en contracorriente y de recirculación para poner selectivamente a los filtros en los modos de filtración y de lavado en contracorriente. El sistema también puede incluir una fuente de gas comprimido, una conducción desde la fuente al circuito de lavado en contracorriente, y una válvula en la conducción para aplicar impulsos del gas comprimido en el circuito de lavado en contracorriente para facilitar la retirada de finos del filtro que trabaja en el modo de lavado en contracorriente.
El sistema, alternativa o adicionalmente, incluye una conducción para suministrar la suspensión desde la zona de recogida de la suspensión al reactor de la unidad de FCC. Preferiblemente, el sistema puede incluir una conducción para suministrar la suspensión desde la zona de recogida de suspensión a un lecho de fase densa de un regenerador para recibir y regenerar catalizador desde el separador para recirculación a un reactor de FCC que suministra el efluente al separador. De preferencia, el regenerador incluye una zona de mezclado para mezclar la suspensión y el catalizador procedente del separador y una zona de descarga para introducir la mezcla procedente de la zona de mezclado en el lecho de fase densa, de preferencia por debajo de la parte superior del lecho de fase densa. La zona de mezclado es, preferiblemente, un anillo dispuesto centralmente dentro del lecho de fase densa. El regenerador puede tener un distribuidor de aire subyacente para introducir un gas que contiene oxígeno junto a la zona de descarga, preferiblemente en forma de conducto anular con perforaciones o múltiples boquillas o, alternativamente, una rejilla de conductos con múltiples brazos ramificados alrededor del anillo y bajo la zona de descarga.
El presente invento proporciona un regenerador de catalizador para regenerar catalizador de FCC de ligeros gastado y calentar el catalizador para suministrar calor a un reactor de FCC, que comprende:
una vasija de regenerador que aloja un lecho de catalizador de fase densa;
una parte de tubería vertical central, para recibir el catalizador gastado que ha de ser regenerado;
un pozo central que recibe un extremo inferior de la parte de tubería vertical y que define un anillo entre la parte de tubería vertical y el diámetro interno del pozo central;
una válvula para introducir catalizador gastado a través de la parte de tubería vertical en el anillo;
un distribuidor de combustible para introducir combustible en el pozo central para mezclarlo con el catalizador en el anillo;
un distribuidor de fluidización para introducir gas de fluidización en el pozo central para fluidizar el catalizador del anillo;
una ranura radial formada en el pozo central bajo una superficie superior del lecho denso, para introducir el catalizador y la mezcla combustible desde el anillo en el lecho de fase densa bajo la superficie superior del mismo;
un distribuidor de aire dispuesto en el lecho de fase densa subyacente a la ranura radial para introducir aire de combustión en el lecho de fase densa;
una salida de descarga de catalizador en comunicación de fluido con el lecho de fase densa; y
una salida de descarga de gas en comunicación de fluido con una fase diluida por encima del lecho de fase densa, en el que el regenerador comprende, además, una fuente de fueloil para suministrar fueloil al distribuidor de combustible.
Existe una válvula para controlar la introducción de catalizador gastado desde la parte de tubería vertical en el anillo. En una realización útil en una unidad de FCC que tiene una configuración de tubería vertical central, la válvula está situada en un extremo inferior de la parte de tubería vertical, es decir, en el extremo inferior de la tubería vertical. En otra realización, la unidad de FCC tiene un diseño yuxtapuesto y la válvula es una válvula de corredera para catalizador situada en el conducto que forma ángulo en el costado del regenerador. El conducto en ángulo se extiende hasta el centro del regenerador y la parte de tubería vertical está unida al extremo del mismo o forma parte de él. Se prevé un distribuidor de combustible para introducir combustible en el pozo central con el fin de mezclarlo con el catalizador del anillo. Está previsto un distribuidor de fluidización para introducir gas de fluidización en el pozo central con el fin de fluidizar el catalizador del anillo. Una ranura radial está formada en el pozo central por debajo de la superficie superior del lecho denso para introducir el catalizador y la mezcla combustible del anillo en el lecho de fase densa por debajo de la superficie superior del mismo. Un anillo de distribución o distribuidor de conducto de aire está dispuesto en el lecho de fase densa en torno al pozo central subyacente a la ranura radial para introducir aire de combustión en el lecho de fase densa. Una salida de descarga de catalizador se encuentra en comunicación de fluido con el lecho de fase densa. La salida de descarga de gas se encuentra en comunicación de fluido con una fase diluida por encima del lecho de fase densa.
El regenerador incluye, también, una fuente de fueloil para suministrar el fueloil al distribuidor de combustible. El regenerador puede incluir, también, una fuente de medio de fluidización para suministrar un medio de fluidización que no sea un gas que contenga oxígeno, por ejemplo vapor de agua, un gas inerte, y gas combustible al distribuidor de fluidización, y/o una fuente de vapor de agua para suministrar opcionalmente vapor de agua al distribuidor de combustible. El regenerador puede incluir, además, un precalentador de aire para calentar el aire antes de su introducción a través del distribuidor de aire, por ejemplo, durante una puesta en marcha.
Otro aspecto del presente invento es proporcionar un método de convertir una unidad de FCC original de configuración yuxtapuesta en una unidad de FCC convertida para el tratamiento de material de alimentación ligero. En este método, la unidad de FCC original tiene, al menos, un regenerador original que tiene una entrada para catalizador gastado, una entrada de aire y un conjunto de distribución de aire unido a la entrada de aire, dentro de una parte inferior del regenerador y cerca del fondo, una conducción en ángulo para suministro de catalizador gastado, unida a la entrada de catalizador gastado y una válvula de corredera de catalizador en la conducción de suministro en ángulo, que comprende: reemplazar el regenerador original con un regenerador de acuerdo con el presente invento.
En una realización de una conversión de esta clase de acuerdo con el presente invento, el método incluye retirar el conjunto de distribución de aire; instalar un pozo central hasta el fondo interior del regenerador; proporcionar una entrada de gas de fluidización y, al menos, una entrada de combustible a través del fondo del regenerador dentro del pozo central; instalar un anillo de distribución de gas de fluidización conectado a la entrada de gas de fluidización y, al menos, una boquilla de distribución de combustible, conectada a la correspondiente de, al menos, una entrada de combustible en el fondo interior del regenerador dentro del pozo central; proporcionar una entrada de aire a través del regenerador fuera del pozo central; instalar una placa deflectora dentro del pozo central; instalar un conducto interno conectado a la entrada de suministro de catalizador gastado, cuyo conducto interno tiene una parte en ángulo que forma un ángulo similar al de la conducción en ángulo para suministro de catalizador gastado, una parte de tubería vertical y una placa anular unida a la parte de tubería vertical, en el que el extremo inferior de la parte de tubería vertical se extiende dentro del pozo central creando una ranura radial entre la placa anular y un borde superior del pozo central, y en el que el extremo inferior de la parte de tubería vertical está separada por encima de la placa deflectora para permitir el flujo de catalizador gastado a través de la parte de tubería vertical y proporcionar la desviación de la dirección del flujo de catalizador gastado para mezclarlo con fueloil que se vaporiza dentro del pozo central cuando se hace funcionar la unidad de FCC convertida; e instalar un conducto de distribución de aire en torno al pozo central y por debajo de la ranura radial y conectado a la entrada de aire.
Breve descripción de los dibujos
La fig. 1 es un diagrama esquemático, simplificado, de la secuencia del proceso de una unidad de FCC, que incluye una torre de enfriamiento súbito de aceite, utilizada para craquear hidrocarburos ligeros, de acuerdo con una realización del invento.
La fig. 2 es un alzado agrandado de la parte inferior del regenerador de la fig. 1 para regenerar catalizador en una unidad de FCC de ligeros utilizando una suspensión de los finos procedente del lavado en contracorriente del filtro de la torre de enfriamiento súbito de aceite, de acuerdo con el presente invento.
La fig. 3 es una vista en planta del regenerador de la fig. 2 cuando se mira a lo largo de las líneas 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 (técnica anterior) es un alzado agrandado de la parte inferior del regenerador que tiene una entrada lateral para catalizador utilizado para regenerar el catalizador en una unidad de FCC yuxtapuesta convencional.
La fig. 5 es un alzado agrandado de la parte inferior de otra realización de un regenerador de acuerdo con el presente invento para regenerar catalizador en una unidad de FCC convencional o de ligeros, en configuración yuxtapuesta.
Descripción detallada del invento
El presente invento reside en un método de convertir una unidad de FCC original de configuración yuxtapuesta en una unidad de FCC convertida para tratar material de alimentación ligero y en un sistema para regenerar catalizador gastado de la FCC de ligeros y calentar el catalizador para suministrar calor a un reactor de FCC. Tal como se utiliza en esta memoria, un proceso o una unidad de FCC de ligeros es uno en el que el material de alimentación de hidrocarburos a la columna ascendente de FCC tiene un contenido de residuos muy bajo, tal que sobre el catalizador no se deposita carbón suficiente para soportar la combustión para regeneración sin una fuente de combustible suplementaria, y en el efluente de la columna ascendente no hay fueloil suficiente para una recuperación convencional del aceite de suspensión, es decir, menos de un 2 por ciento en peso de los hidrocarburos de los gases efluentes del reactor procedentes de la columna ascendente tienen un punto de ebullición en la atmósfera superior a 288ºC (550ºF). Sin embargo, si esta cantidad es mayor que el 2 por ciento en peso, los filtros pueden, opcionalmente, ser derivados y este material puede utilizarse como suspensión. El proceso de FCC abarca un sistema de reacción catalítico en lecho fluido que convierte una corriente de alimentación de hidrocarburos ligeros que tiene, de preferencia, un elevado contenido de olefinas, en un mineral producto rico en propileno y etileno. La relación típica entre propileno y etileno del producto procedente del reactor puede ser de, aproximadamente, 2,0. El reactor de FCC es muy flexible porque puede tratar muchas corrientes ricas en olefinas que pueden estar disponibles en una instalación de olefinas o en una refinería, tal como, por ejemplo, corrientes C_{4}/C_{5} de una instalación de olefinas, C_{4} de refinería, nafta ligera producida en procesos de craqueo térmicos o catalíticos, o similares.
Con referencia a la fig. 1, una alimentación supercalentada, típicamente a 427ºC (800ºF) es introducida por la conducción 100 a la columna ascendente 102, donde se mezcla con catalizador regenerado caliente suministrado por la conducción 104. Si se desea, en este punto también puede inyectarse vapor de agua en la columna ascendente 102. Se mantienen las condiciones de la reacción en la columna ascendente 102 como se describe en las patentes norteamericanas 5.043.522; 5.171.921 y 6.118.035. El catalizador y los gases de hidrocarburos circulan hacia arriba en la columna ascendente 102, donde tienen lugar las reacciones de craqueo. Los gases de hidrocarburos y el catalizador son separados en una serie de ciclones usuales 106, 108 y los gases producto, a una temperatura típica de 593-649ºC (1100-1200ºF) con encaminados fuera de la parte superior de la vasija de separación 110 por la conducción 112.
Los gases efluentes en la conducción 112 pueden ser enfriados para generar vapor de agua en una caldera de calor residual (no mostrada) y, luego, son encaminados a una torre 114 de enfriamiento súbito donde el catalizador arrastrado es eliminado por lavado de los gases al entrar en contacto con aceite de enfriamiento súbito en circulación. El vapor sobrecalentado procedente de la torre 114 en la conducción 116 a una temperatura típica de 93-204ºC (200-400ºF) es encaminado luego a instalaciones convencionales para recuperación de productos, tales como torres de destilación (no representadas) para la recuperación de etileno, propileno y otros productos.
El catalizador separado por los ciclones 106, 108 es recogido en el fondo del separador 110 y puesto en contacto con vapor de agua (no mostrado) para desprender el gas de hidrocarburos residual del catalizador. El vapor de agua y los hidrocarburos salen del separador 110 con los otros gases efluentes a través del ciclón 108 y la conducción 112, como se ha mencionado previamente.
El catalizador circula entonces bajando por la tubería vertical 118 al regenerador 120 subyacente. En el regenerador 120, la pequeña cantidad de coque que se ha formado en el catalizador se quema en el lecho 122 de fase densa y se restaura la actividad del catalizador para recirculación a la columna ascendente 102 por la conducción 14, como se ha mencionado previamente. Como no hay coque suficiente para proporcionar el necesario calor de reacción para soportar la regeneración a una temperatura de regeneración típica de 677-732ºC (1250-1350ºF), es necesario combustible adicional para completar el equilibrio térmico en el sistema de reactor. El combustible adopta, de preferencia, la forma de fueloil, por ejemplo, fueloil de pirólisis, que contiene finos de catalizador procedentes de la torre de enfriamiento súbito 114 como se describe con mayor detalle más adelante, pero también puede preverse la posibilidad de añadir gas combustible, por la conducción 184, por ejemplo, para suplementar el calentamiento, si así se desea. La suspensión es suministrada continuamente al regenerador 120 desde el tambor 124 de compensación de suspensión por la conducción 126, que está diseñada para mitigar la erosión potencial.
Sistemas accesorios incluyen sistemas de FCC convencionales tales como, por ejemplo, suministro de aire, tolvas para catalizador y manipulación del gas efluente y recuperación de calor. Un compresor de aire (no mostrado) suministra aire por la conducción 128 para regeneración del catalizador. Puede estar previsto un calentador de aire (no mostrado) para la puesta en marcha. Están previstas tolvas para catalizador nuevo y catalizador gastado (no mostradas), para almacenar catalizador de equilibrio/usado y de relleno que, típicamente, se toma del regenerador o, respectivamente, se añade al regenerador, como es bien sabido en la técnica.
En el regenerador 120, el catalizador es separado del gas efluente en uno o más ciclones 130. Si se desea, puede utilizarse un ciclón separador de tercera etapa, usual (no mostrado), para reducir al mínimo las pérdidas de catalizador. Los gases de chimenea son enfriados, típicamente, supercalentando vapor de agua a alta presión y son expulsados a la atmósfera. El catalizador gastado, incluyendo los finos procedentes del separador de tercera etapa, no contienen o solamente contienen cantidades traza, de los venenos encontrados en el catalizador de FCC de refinería típico debido a los materiales de alimentación, relativamente más puros empleados en el proceso de FCC de olefinas ligeras, y puede utilizarse como adjunto en la fabricación de hormigón o de ladrillos o puede desecharse en vertederos.
La torre 114 de enfriamiento súbito incluye una zona 130 de contacto vapor-líquido, que puede incluir un empaquetado o bandejas usuales, dispuestas por encima de una zona 132 de contención de líquido. El gas efluente procedente de la conducción 112 es introducido por debajo de la zona de contacto 130. Un circuito 134 de recirculación incluye una bomba 136, un intercambiador de calor 138 y una conducción de retorno 140 para introducir un suministro continuo de aceite de enfriamiento súbito al distribuidor de líquido 142, por encima de la zona 130 de contacto. En la zona 130 de contacto, los finos de catalizador del gas efluente son separados por lavado en el aceite de enfriamiento súbito y se enfría el gas efluente. El gas efluente entra en la torre 114 de enfriamiento súbito, típicamente, a 427-538ºC (800-1000ºF), y sale a 93-204ºC (200-400ºF). El aceite de enfriamiento súbito puede ser mantenido en la zona 132 de contención a una temperatura de 177-371ºC (350-700ºF) y enfriado a 149-288ºC (300-550ºF) en el intercambiador 138 contra una corriente de material de alimentación o vapor de agua.
Si se desea, la torre 114 de enfriamiento súbito puede incluir una zona de enfriamiento 144 secundaria por encima de la zona de contacto principal 130, configurada de manera similar con un circuito 146 de reflujo circulante que incluye el intercambiador 148 para enfriar más el aceite de enfriamiento súbito hasta 93-232ºC (200-450ºF), por ejemplo. Una parte del aceite de enfriamiento súbito procedente de la zona de recogida 150 puede introducirse por la conducción 152 en la conducción 112 para conseguir el enfriamiento inicial de los gases efluente en la zona de mezclado 154, aguas arriba de la torre 114 de enfriamiento súbito. Por ejemplo, el aceite de enfriamiento súbito a 260-288ºC (500-550ºF) de la conducción 152 puede enfriar los gases efluentes hasta los 427-538ºC (800-1000ºF) en la zona de mezclado 154.
Un circuito de filtración 156 incluye una bomba 158, filtros 160a, 160b y una conducción 162 para devolver el filtrado a la torre 114 de enfriamiento súbito, bien directamente o bien a través del circuito de recirculación 134. Se proporciona medio gaseoso de lavado en contracorriente por la conducción 164 para poner a presión y llevar por descarga los finos recogidos a la conducción 166 y al tambor 124 de suspensión. El medio gaseoso de lavado en contracorriente puede seleccionarse de entre un gas inerte, aire y gas combustible. Unos de los filtros 160a o 160b está en modo de filtración mientras el otro está en modo de lavado en contracorriente. Por ejemplo, las válvulas 168, 170, 172 y 174 están abiertas y las válvulas 175, 176, 180 y 182 están cerradas cuando el filtro 160a está filtrando y el filtro 160b está siendo lavado en contracorriente; las válvulas se cambian después de haberse acumulado finos en el filtro 160a y éste está listo para ser sometido a lavado en contracorriente. La filtración es, preferiblemente, continua y debe realizarse a un régimen que mantenga el nivel de finos evitando que llegue a valores excesivos en el aceite de enfriamiento súbito, de preferencia no más del 0,5 por ciento en peso de finos, más preferiblemente no más del 0,2 por ciento en peso y, todavía más preferiblemente, no más del 0,1 por ciento en peso de finos en el aceite de enfriamiento súbito. Como ejemplo ilustrativo, en una torre de enfriamiento súbito que reciba 23-91 kg/h (50-200 lbs/h) de finos de catalizador en el gas efluente, por ejemplo 45 kg/h (100 lbs/h), entonces deben filtrarse 22.680 kg/h (50.000 lbs/h) de aceite de enfriamiento súbito con el fin de mantener una concentración de catalizador del 0,2 por ciento en peso en el circuito 134 de recirculación.
El flujo de lavado en contracorriente contiene una elevada concentración de finos de catalizador, del orden de 10 al 20 por ciento en peso. Esta concentración se reduce a un nivel gestionable, por ejemplo del 2 al 4 por ciento en peso, por dilución con fueloil y/o aceite de enfriamiento súbito en circulación en el tambor 124 de suspensión. La cantidad de aceote para dilución es, de preferencia, igual a la requerida para combustión en el regenerador. Si la concentración de finos es superior a un valor gestionable, puede introducirse fueloil y/o aceite de enfriamiento súbito adicionales en el tambor 124 de suspensión, y este exceso puede hacerse recircular a la columna ascendente por la conducción 127.
Si se desea, el gas comprimido puede poner a presión, convenientemente, el tambor 124 de forma que no sea necesario emplear una bomba para transferir la suspensión al regenerador 120 por la conducción 126. Como se ha mencionado, la suspensión de aceite de enfriamiento súbito procedente del tambor 124 es suministrada al regenerador 120 para combustión con el fin de satisfacer los requerimientos de calor y devolver el catalizador al sistema regenerador-columna ascendente; sin embargo, si existe suspensión en exceso, se la puede introducir, también, en la columna ascendente 102 por la conducción 127. De esta forma, el aceite de enfriamiento súbito de la suspensión suministrada a la columna ascendente 102, es añadido a los gases efluentes mediante los ciclones 106, 108 y, subsiguientemente, es condensado en la torre 114 de enfriamiento súbito, mientras que el catalizador arrastrado es transferido, eventualmente, al regenerador 120 con el otro catalizador recuperado de los ciclones 106, 108.
En el regenerador 120 (véanse las figs. 2 y 3), hay una tubería vertical de lodos 118 y una válvula de macho 200. El catalizador gastado baja por la tubería vertical 118 y pasa por la válvula de macho 200 para catalizador. Después de pasar por la válvula de macho 200, el catalizador cambia de dirección y circula hacia arriba por el anillo 202 del pozo central 204 para catalizador gastado gracias al gas de fluidización introducido por la conducción 125 en el anillo de distribución 204b posicionado en el pozo central 204 bajo la válvula 200. El gas o el medio de fluidización puede ser, por ejemplo, vapor de agua, un gas inerte y gas combustible. Se introducen aceite de suspensión (conducción 126) y un gas de fluidización (conducción 123) a través de la conducción 129 mediante boquillas 204a. El gas de fluidización, por ejemplo, vapor de agua, facilita la dispersión y la atomización del aceite de suspensión a medida que éste es descargado en el catalizador del pozo central 204. El vapor de agua de dispersión y el aceite de suspensión, que se vaporiza al entrar en contacto con el catalizador gastado caliente, proporcionan una fluidización adicional del catalizador. En este punto, es necesaria la vaporización de la suspensión. De preferencia, en este caso no se utiliza un gas que contenga oxígeno como gas de fluidización, con el fin de evitar o, al menos, reducir al mínimo, la combustión en el pozo central 204. El catalizador es desviado hacia fuera, al lecho 122 de fase densa desde la ranura circular 206 definida por el extremo superior del pozo central 204 y la periferia exterior de la placa anular 208. La placa anular 208 está asegurada en torno a la tubería vertical 118 y, de preferencia, tiene un diámetro exterior al menos igual que el del pozo central 204. De esta forma, el catalizador es distribuido radialmente hacia fuera en el lecho 122 de fase densa, bien por debajo de su superficie superior 209.
El lecho denso 122 fluidizado es aireado con aire proporcionado por una rejilla de aire que, preferiblemente, adopta la forma del anillo 210 de distribución de aire. El anillo 210 tiene un diámetro comprendido entre el diámetro exterior del pozo central 204 y el diámetro exterior del lecho 122 de fase densa del regenerador 120. A medida que el aire de aireación se desplaza subiendo desde perforaciones o boquillas 211 por el lecho 122 de fase densa, el aceite de suspensión y el carbón del catalizador se queman para formar CO_{2}. Es importante introducir la mezcla de aceite de suspensión y catalizador en el lecho 122 de fase densa relativamente muy cerca del aire y por debajo de la superficie superior 209 del lecho 122 a fin de garantizar una buena combustión y la generación de calor dentro del lecho 122. Típicamente, el regenerador 120 es hecho funcionar a 677-732ºC (1250-1350ºF), de preferencia de 691-718ºC (1275-1325ºF). La convergencia del aire procedente del anillo 210 y la mezcla catalizador/aceite procedente de la ranura 206, a velocidades relativamente elevadas, dentro del lecho 122 de fase densa, facilita un buen mezclado en la zona de combustión dentro del lecho 122, para proporcionar un calentamiento y una regeneración uniformes del catalizador. El lecho regenerador debe estar diseñado para una velocidad de vapor superficial de entre 0,15 y 2,1 m/s (0,5 y 7 pies/s), preferiblemente de entre 0,45 y 1,5 m/s (1,5 y 5 pies/s) y, más preferiblemente, de entre 0,61 y 0,91 m/s (2 y 3 pies/s). El volumen del lecho 122 por encima del anillo 210 de aire debe estar diseñado para conseguir un tiempo de residencia suficiente con el fin de garantizar la regeneración esencialmente completa del catalizador.
El gas de descarga se recupera usualmente por encima del regenerador 120 mediante ciclones separadores 130 y una conducción superior 212 (véase la fig. 1). Como el regenerador 120 es hecho funcionar en un modo de combustión completa, en general no es necesario un quemador de CO para convertir el CO en CO_{2} antes de su descarga a la atmósfera, si bien puede incluirse uno si así se desea. Cuando se consigue una combustión completa, se genera más calor de combustión y, por ello, se necesita menos fueloil. Generalmente se evita el aire en exceso, pero como cuestión práctica, se necesita un ligero exceso para conseguir la combustión completa.
El regenerador 120 puede ser hecho funcionar con o sin promotor de CO, típicamente un catalizador tal como platino, que se añade comúnmente para favorecer la conversión de CO en CO_{2}.
En la fig. 4 se muestra la parte inferior de un regenerador 404 de FCC convencional en configuración yuxtapuesta de la técnica anterior. El catalizador es alimentado al regenerador mediante una conducción en ángulo 414, una válvula corredera 416 de catalizador y una entrada 420. Los extremos de un par de hidrociclones 430 se extienden por debajo de la superficie superior 209 del lecho denso 122. Se alimenta aire de combustión al lecho denso 122 a través de un aparato 409 de alimentación de aire.
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El regenerador 400 ilustrado en la fig. 5 es de acuerdo con el presente invento y es útil en una unidad de FCC que tiene una configuración yuxtapuesta y puede sustituir al regenerador mostrado en la fig. 4. Tanto si se trata de una instalación nueva como si forma parte de una modernización, tal regenerador 400 proporciona mayor versatilidad en la alimentación para aceptar alimentaciones ligeras o usuales, ya que se ofrece la posibilidad de alimentar fueloil, aceite de enfriamiento súbito o aceite de suspensión cuando se tratan alimentaciones de FCC de ligeros con el fin de proporcionar el necesario calor de reacción.
La conducción en ángulo 414 para la alimentación de catalizador no acaba ya en la entrada 420, como se muestra en la fig. 4. En cambio, la conducción en ángulo 414 está acoplada mediante la válvula de corredera 418 para catalizador con la conducción en ángulo 417 que se extiende desde ella sustancialmente hasta el eje central vertical del regenerador 400 y tiene una parte vertical 418 de soporte que se extiende desde ella dentro del pozo central 204. Una placa deflectora circular 450 está situada bajo el extremo inferior de la parte vertical 418 de soporte para redirigir el catalizador que circula a su través. Los componentes restantes que tienen números de referencia similares son iguales que los de las figuras anteriores.
Además, una unidad de FCC de configuración yuxtapuesta con un regenerador convencional, por ejemplo, el regenerador ilustrado en la fig. 4, puede ser transformada en una unidad de FCC convertida con un regenerador 400 como se muestra en la fig. 5, reduciendo así los costes del capital asociados con la fabricación de un nuevo regenerador. Se eliminaría el conjunto 409 de suministro de aire. El pozo central 204, el anillo 204b de distribución de medio de fluidización y las boquillas 204a de distribución de combustible se instalarían en la base interna del regenerador, dentro del pozo central 204. La conducción 210 de distribución de aire se instalaría alrededor del pozo central 204 y debajo de la ranura radial 206. La placa deflectora 450 se instalaría dentro del pozo central 204. La conducción 417 con la parte de soporte 418 y la placa anular 208 se instalarían de tal modo que el extremo de la parte de soporte 418 penetrase en el pozo central 204 en una distancia suficiente por encima de la placa deflectora 450 para permitir la circulación del catalizador y proporcionar una desviación adecuada de la dirección de circulación del catalizador para mezclar el catalizador con el fueloil vaporizado dentro del pozo central 204. Los hidrociclones 430 pueden, o no, reemplazarse o reacondicionarse o reposicionarse dentro del regenerador 400 de tal forma que sus extremos se extiendan por debajo de la superficie superior 209 del lecho denso 122.

Claims (12)

1. Un regenerador de catalizador para regenerar catalizador gastado de FCC de ligeros y calentar el catalizador para suministrar calor a un reactor de FCC, que comprende:
una vasija de regenerador que aloja un lecho de catalizador de fase densa;
una parte de tubería vertical central para recibir el catalizador gastado que ha de regenerarse;
un pozo central que recibe un extremo inferior de la parte de tubería vertical y que define un anillo entre la parte de tubería vertical y un diámetro interno del pozo central;
una válvula para introducir catalizador gastado a través de la parte de tubería vertical en el anillo;
un distribuidor de combustible para introducir combustible en el pozo central para mezclarlo con el catalizador del anillo;
un distribuidor de fluidización para introducir gas de fluidización en el pozo central para fluidizar el catalizador del anillo;
una ranura radial formada en el pozo central por debajo de la superficie superior del lecho denso para introducir la mezcla de catalizador y combustible desde el anillo en el lecho de fase densa por debajo de la superficie superior del mismo;
un distribuidor de aire dispuesto en el lecho de fase densa subyacente a la ranura radial para introducir aire de combustión en el lecho de fase densa;
una salida de descarga de catalizador en comunicación de fluido con el lecho de fase densa; y
una salida para la descarga de gas de descarga en comunicación de fluido con una fase diluida por encima del lecho de fase densa, en el que el regenerador comprende, además, una fuente de fueloil para suministrar fueloil al distribuidor de combustible.
2. El regenerador de la reivindicación 1, en el que el distribuidor de aire es un anillo de distribución de aire dispuesto en el lecho de fase densa en torno al pozo central, subyacente a la ranura radial.
3. El regenerador de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el distribuidor de combustible está constituido por, el menos, una boquilla.
4. El regenerador de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende, además, una fuente de gas de fluidización para suministrar gas de fluidización al distribuidor de fluidización.
5. El regenerador de la reivindicación 4, en el que el gas de fluidización es vapor de agua.
6. El regenerador de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que comprende además una fuente de vapor de agua para suministrar vapor de agua al distribuidor de combustible.
7. El regenerador de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la válvula está situada en un extremo inferior de la parte de tubería vertical.
8. El regenerador de la reivindicación 7, en el que la parte de tubería vertical es un extremo inferior de una tubería vertical central situada dentro del regenerador.
9. El regenerador de una cualquiera de las reivindicaciones 1-8, cuyo regenerador tiene una conducción en ángulo de suministro de catalizador gastado que penetra en el regenerador y la válvula está situada en la conducción en ángulo de catalizador gastado antes de entrar en el regenerador y la parte de tubería vertical se extiende desde la conducción en ángulo de suministro de catalizador gastado dentro del regenerador.
10. El regenerador de la reivindicación 9, en el que la parte de tubería vertical está unida al extremo de la conducción en ángulo de catalizador gastado.
11. Un método de convertir una unidad de FCC original de configuración yuxtapuesta en una unidad de FCC convertida para tratar material de alimentación ligero, en el que la unidad de FCC original tiene, al menos, un regenerador original que tiene una entrada de catalizador gastado, una entrada de aire y un conjunto de distribución de aire unido a la entrada de aire dentro del regenerador y cerca del fondo del mismo, una conducción de suministro de catalizador gastado, en ángulo, unida a la entrada de catalizador gastado y una válvula de corredera para catalizador en la conducción de suministro en ángulo, que comprende reemplazar el regenerador original con un regenerador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10.
12. El método de convertir una unidad de FCC original de configuración yuxtapuesta en una unidad de FCC convertida para tratar material de alimentación ligero de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la sustitución del regenerador comprende:
retirar el conjunto de distribución de aire;
instalar un pozo central hasta el fondo interior del regenerador;
proporcionar una entrada de gas de fluidización y, al menos, una entrada de combustible a través del fondo del regenerador, dentro del pozo central;
instalar un anillo de distribución de gas de fluidización conectado a la entrada de gas de fluidización y, al menos, una boquilla de distribución de combustible conectada a dicha al menos una entrada de combustible correspondiente en el fondo interior del regenerador dentro del pozo central;
proporcionar una entrada de aire a través del regenerador, fuera del pozo central;
instalar una placa deflectora dentro del pozo central;
instalar un conducto interno conectado a la entrada de suministro de catalizador gastado, cuyo conducto interno tiene una parte en ángulo, que forma un ángulo similar al de la conducción de suministro de catalizador gastado, en ángulo, una parte de tubería vertical y una placa anular unida a la parte de tubería vertical, en el que el extremo inferior de la parte de tubería vertical penetra en el pozo central creando una ranura radial entre la placa anular y un borde superior del pozo central, y en el que el extremo inferior de la parte de tubería vertical está separada por encima de la placa deflectora para permitir la circulación de catalizador gastado a través de la parte de tubería vertical y proporcionar la desviación de la dirección de circulación del catalizador gastado para mezclar el catalizador gastado con fueloil que es vaporizado dentro del pozo central cuando se hace funcionar la unidad de FCC convertida; e
instalar un conducto de distribución de aire en torno al pozo central y por debajo de la ranura radial y conectado a la entrada de aire.
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