ОТПАРНАЯ СЕКЦИЯ УСТАНОВКИ КОКСОВАНИЯ В ПСЕВДООЖИЖЕННЫХ УСЛОВИЯХ
STEAMING SECTION OF COKING UNIT UNDER FLUIDISED CONDITIONS

Область техники
Данное изобретение относится к усовершенствованной отпарной секции с целью уменьшения образования отложений и уноса углеводородов в установках коксования с псевдоожиженным слоем.
Уровень техники
Коксование в псевдоожиженном слое (коксование в псевдоожиженных условиях) представляет собой процесс переработки нефти, в котором питающий поток тяжелых нефтепродуктов, обычно неспособный к перегонке остаток (кубовые остатки) от перегонки, превращают в более легкие, более полезные продукты путем термического разложения (коксования) при повышенных реакционных температурах, обычно около 480-590°С (примерно от 900 до 1100°F). Этот процесс осуществляют в установке, имеющей большую реакционную емкость, содержащую горячие частицы кокса, которые поддерживают в псевдоожиженных условиях при необходимой температуре реакции с помощью пара, вдуваемого со дна этой емкости. Питающий поток тяжелой нефти нагревают до температуры, при которой ее можно перекачивать, смешивают с распыленным паром и подают через подающие сопла в реактор. Пар, вдуваемый со дна реактора в отпарную секцию, проходит вверх через частицы кокса, находящиеся в отпарной секции, в то время как они опускаются из расположенной выше основной части реактора. Часть подаваемой жидкости покрывает частицы кокса и затем разлагается на слои твердого кокса и более легких продуктов, которые увлекаются в виде газа или испаренной жидкости. Легкие углеводородные продукты реакции коксования испаряются, смешиваются с псевдоожижающим паром и проходят вверх, через псевдоожиженный слой, в зону разреженной фазы, которая находится над плотным псевдоожиженным слоем частиц кокса. Эта смесь испаренных углеводородных продуктов, образованных в ходе реакций коксования, продолжает протекать снизу вверх через разреженную фазу вместе с паром с приведенными скоростями примерно от 1 до 2 метров в секунду (примерно 3-6 футов в секунду), увлекая некоторое количество мелких твердых частиц кокса. Большую часть увлеченных твердых веществ отделяют от газовой фазы с помощью центробежной силы в одном или более циклонных сепараторов и возвращают в плотный псевдоожиженный слой посредством силы тяжести, через погружные трубки циклонов. Затем смесь пара и паров углеводородов из реактора выпускают из выходных отверстий циклонов и резко охлаждают путем контакта с жидкостью, стекающей по перегородкам скруббера, в секции скруббера. Насос обеспечивает циркуляцию сконденсированной жидкости к внешнему охладителю и обратно, к верхнему ряду секции скрубберов, чтобы обеспечить холод для резкого охлаждения и конденсации наиболее тяжелой фракции жидкого продукта. Эту тяжелую фракцию обычно подают рециклом до полной выработки, направляя ее назад в реакционную зону псевдоожиженного слоя.
Компоненты питающей смеси, которые немедленно не испаряются, покрывают частицы кокса в реакторе и затем разлагаются на слои твердого кокса и более легкие продукты, которые выводят в виде газа или испаренных жидкостей. В ходе контакта питающего потока с псевдоожиженным слоем некоторые частицы кокса могут быть неравномерно или слишком сильно покрыты отложениями из питающего потока, и при столкновении с другими частицами кокса они могут слипаться с ними. Эти более тяжелые частицы кокса невозможно эффективно перевести в псевдоожиженное состояние паром, вдуваемым со дна отпарной секции, так что впоследствии они опускаются вниз, из реакционной секции в отпарную секцию, где они могут прилипать к перегородкам отпарной секции и накапливаться на них, главным образом на самых верхних рядах перегородок. Из-за роста отложений в открытом пространстве между перегородками, находящимися на ряд выше, накопление отложений на перегородках отпарной секции может стать столь значительным, что это ограничивает возможность ожижения кокса в секции реактора и со временем может привести к остановке установки.
Твердый кокс из реактора, состоящий в основном из углерода с меньшими количествами водорода, серы, азота и следами ванадия, никеля, железа и других элементов, происходящих из питающего потока, проходит через отпарную секцию и выходит из реакционной емкости в нагреватель, где его частично сжигают в псевдоожиженном слое с воздухом, чтобы повысить его температуру примерно от 480 до 700°С (примерно от 900 до 1300°F), после чего горячие частицы кокса подают рециклом в реакционную зону псевдоожиженного слоя, чтобы они обеспечивали тепло для реакций коксования и действовали как зародыши для образования кокса.
Процесс Flexicoking™, разработанный компанией Еххоп (Еххоп Research and Engineering Company), фактически является процессом коксования в условиях псевдоожижения, который осуществляют в установке, включающей реактор и нагреватель, как это описано выше, но также включающей газификатор для газификации полученного кокса посредством реакции со смесью воздуха/пара, с получением топливного газа с низким теплосодержанием. В этом случае нагреватель работает со средой, обедненной по кислороду. Газ, полученный в газификаторе, содержащий увлеченные частицы кокса, возвращают в нагреватель, чтобы обеспечить часть требований реактора по теплу. Возвратный поток кокса, направляемый из газификатора в нагреватель, обеспечивает остальные требования по теплу. Выходящий из нагревателя горячий коксовый газ используют для получения пара высокого давления перед тем, как направить его на очистку. Полученный кокс непрерывно удаляют из реактора. Ввиду сходства процесса Flexicoking и процесса коксования в псевдоожиженных условиях, термин «коксование в псевдоожиженных условиях» используют в данном описании таким образом, что он охватывает и коксование в псевдоожиженных условиях, и процесс Flexicoking, за исключением случаев, когда необходимо проводить различия, как в нижеприведенном обсуждении проблем отпарной секции.
Отпарная секция установки коксования в псевдоожиженных условиях расположена в нижней части реактора. Частицы кокса из реактора проходят в отпарную секцию, где они контактируют с отдувочным паром из барботера, расположенного на дне отпарной секции, для удаления из кокса находящихся в паровой фазе углеводородных продуктов, которое осуществляют в нижней части установки. В результате хорошего перемешивания в реакторе некоторое количество кокса, поступающего в отпарную секцию, уже покрыто способным к крекингу углеводородным материалом. Для этого материала отпарная секция играет роль дополнительной реакционной секции, внутри которой могут происходить крекинг и сушка. По мере того, как этот материал перемещается через отпарную секцию, происходят дополнительные реакции крекинга. По этой причине в отпарной секции особенно желателен режим вытеснения (поршневой режим), чтобы свести к минимуму количество способного к крекингу материала, направляемого в отпарную секцию или в нагреватель в виде уноса углеводородов, где он эффективно разлагается до кокса. В случае основных установок для коксования, отличных от Flexicokers, это явление не является слишком нежелательным, так как эти количества являются небольшими, но в случае Flexicokers этот материал направляют в нагреватель, где его подвергают воздействию обедненной по кислороду среды при высокой температуре. Непрореагировавший материал, который поступает в нагреватель, может подвергаться крекингу с получением полного диапазона продуктов в паровой фазе. Затем эти продукты переносятся в верхнюю часть нагревателя, где они могут сконденсироваться на поверхностях, что приводит к ограничениям по производительности и/или длительности процесса.
В то время как унос не является основной причиной беспокойства для установок коксования в псевдоожиженных условиях, эти установки действительно испытывают другие сложности, вытекающие из работы отпарной секции. Как правило, отпарная секция имеет некоторое количество перегородок, обычно называемых «навесами» из-за их формы в виде перевернутых частей желобов, проходящих через пространство отпарной секции в продольном направлении в виде нескольких взаимно перекрывающихся рядов или ярусов. Кокс проходит над этими перегородками в ходе его прохождения сверху вниз через отпарную секцию и контактирует с паром, который входит из барботера со дна емкости, под перегородками. По мере того, как пар перемещается в отпарной секции снизу вверх, происходит его перераспределение. Как в установке с псевдоожиженными условиями, так и в установке Flexicoking происходит обильное образование отложений на перегородках отпарной секции в результате образования значительных осадков кокса на верхних частях перегородок, что может ограничить поток и со временем привести к незапланированным потерям производительности. Механизм, постулированный для их образования, заключается в том, что часть кокса останавливается в неподвижной/мертвой зоне, такой как верхняя часть перегородки отпарной секции, и тонкая пленка жидкости (не участвовавшего в реакции и частично подвергшегося превращению исходного материала) на коксе приводит к тому, что частица кокса непрочно слипается с другими частицами и/или с поверхностью перегородки отпарной секции. Часть этой пленки жидкости превращается в кокс, связывая частицы кокса друг с другом. Со временем молекулы углеводородов из паровой фазы конденсируются в промежутках между частицами, создавая очень твердое и трудное для удаления отложение. Образующиеся отложения приобретают характерную форму, из-за которой их называют «акульими плавниками». Сокращение области протекания потока, вызываемое этими отложениями, делает отпарную секцию уязвимой, а уменьшенные просветы могут задерживать частицы, отколовшиеся при термическом цикле. Если акульи плавники являются достаточно большими, они прерывают циркуляцию кокса в отпарной секции. Плохая гидродинамика в отпарной секции установки может снижать производительность установки и со временем приводить к остановке реактора.
Ранее, с переменным успехом, предпринимали попытки преодолеть эту проблему. Например, отпарные секции снабжали барботерами пара, расположенными ниже перегородок отпарной секции, как сообщали Hsiaotao Bi et al. в "Flooding of Gas-Solids Countercurrent Flow in Fluidized Beds" (Захлебывание подаваемого противотоком двухфазного потока газ-твердое вещество в псевдоожиженных слоях), Eng. Chem. Res., 2004, 43, 5611-5619. Также применяли перегородки с отверстиями, расположенными через заданные интервалы; при этом барботеры подавали в эти отверстия постоянный поток пара, чтобы уменьшить образование отложений. Было обнаружено, однако, что такие отверстия в перегородках могут забиваться, возможно в результате плохого распределения пара. Влияние изменения конфигураций перегородки на захлебывание отпарной секции обсуждают в статье Bi et al.
Несмотря на эти усилия, было бы желательно иметь усовершенствованную конфигурацию перегородки в отпарной секции, объединяющую качества как долговременной устойчивости к образованию отложений, так и стойкости к захлебыванию, а также хорошее поведение в зазорах.
Краткое описание изобретения
Теперь мы разработали усовершенствованную конфигурацию для перегородок отпарной секции установки коксования в псевдоожиженных условиях. В соответствии с данным изобретением усовершенствованная перегородка отпарной секции включает перевернутый желоб с открытым дном, который имеет отверстия, расположенные по длине этого желоба на некотором расстоянии от верхней точки желоба. Предпочтительно желоба имеют форму перевернутой буквы V, с углом между наклонными сторонами, составляющим от 60 до 120°, предпочтительно от 80 до 100°, при этом полагают, что оптимального результата достигают при угле 90°. Дополнительной отличительной особенностью является то, что концы этого желоба, расположенные на внешней кромке или вблизи нее, идут вертикально вниз, чтобы увеличить движущую силу потока газа, проходящего через отверстия в этой перегородке. В случае предпочтительных желобов в форме перевернутой буквы V, направленный по вертикали вниз, выступ обеспечивают с каждой стороны желоба, на внешней кромке желоба или вблизи нее, при этом он идет от нижней кромки желоба, чтобы ускорить желаемое течение газа через отверстия и замедлить образование отложений.
Перегородки отпарной секции могут быть расположены в отпарной секции реакционной емкости параллельно друг другу и располагаться на некотором расстоянии друг от друга по вертикали ярусами; или же, в качестве альтернативы, перегородки могут быть расположены так, что продольные оси перегородок повернуты под углом, обычно под прямыми углами, относительно перегородок, расположенных в других ярусах. В предпочтительном примере воплощения чередующиеся пары ярусов перегородок последовательно расположены по вертикали в отпарной секции, и перегородки в этих парах повернуты на 90° по отношению друг к другу. Целью такого изменения является обеспечение более извилистого пути для твердых веществ и предоставление газу возможности перераспределяться на каждом уровне. Кроме того, если произойдет образование отложений на перегородках, то для циркуляции кокса останется больше свободного пространства.
В соответствии с данным изобретением установка коксования в псевдоожиженных условиях включает реакционную емкость и нагреватель с отпарной секцией на дне реакционной емкости, включающей горизонтально направленные, орошаемые перегородки отпарной секции, расположенные отделенными друг от друга по вертикали ярусами, для отдувки окклюдированных углеводородов из продукта-кокса. Каждая перегородка отпарной секции имеет форму открытого со дна желоба с отверстиями, имеющего направленную вверх вершину и заканчивающегося к внешним кромкам в направлении сверху вниз. В предпочтительном виде перегородки отпарной секции имеют сечение в виде перевернутой буквы V и включают пару плоских сторон, направленных от вершины V вниз, где эти две стороны встречаются с нижними кромками, которые идут параллельно вершине и имеют плоский выступ, направленный вниз от боковой кромки с каждой стороны, чтобы увеличить пространство, ограничиваемое сечением; каждая сторона имеет ряд отверстий, отстоящих от вершины на расстояние, составляющее предпочтительно от 10 до 35% от ширины этой стороны. Общая площадь отверстий по отношению к общей площади поверхности каждой стороны (включая отверстия) предпочтительно составляет в диапазоне от 0,1 до 2% от площади поверхности сторон.
Чертежи
В сопровождающих чертежах:
Фиг.1 представляет собой упрощенную схему типичного реактора установки коксования в псевдоожиженных условиях.
Фиг.2 представляет собой схематический вид сбоку конструкции перегородки отпарной секции по данному изобретению.
Фиг.3 представляет собой схематический вид сверху конструкции перегородки отпарной секции по данному изобретению.
Фиг.4 представляет собой схематическое изображение перегородок отпарной секции в перекрестном расположении.
Фиг.5 представляет собой схематическое изображение параллельной и перекрестной конфигурации перегородок при проведении гидравлического испытания.
Фиг.6 представляет собой график, изображающий результаты испытания на эффективность отпаривания в режиме холодного потока для трех различных конфигураций перегородки отпарной секции.
Фиг.7 представляет собой график, изображающий влияние конструкции и конфигурации перегородки отпарной секции на среднюю долю пузырьков и плотность слоя в отпарной секции.
Подробное описание изобретения
На Фиг.1, где показана значительно упрощенная схема реактора установки коксования в псевдоожиженных условиях, реактор 10 содержит в зоне 11 коксования псевдоожиженный слой, состоящий из нагретых частиц-зародышей кокса, в который направляют питающий поток, нагретый до температуры, достаточной для инициирования реакций коксования (термического крекинга) и отложения свежего слоя кокса на горячих, находящихся во взвешенном состоянии частицах кокса, циркулирующих в слое. Питающий поток подают через кольцеобразно расположенные отверстия 12, 13, 14, 15 для подачи питания, которые расположены так, что питающий поток с распыленным паром входит непосредственно в псевдоожиженный слой 11, состоящий из горячих частиц кокса. Сжижающий газ, обычно пар, впускают в основании реактора 10 установки коксования, через трубопровод 16, в отпарную зону 20 реактора коксования, в количестве, достаточном для получения приведенной скорости сжижения в зоне коксования, обычно в диапазоне примерно от 0,15 до 1,5 м/с (примерно от 0,5 до 5 фут/с). Зону коксования обычно поддерживают при температурах в диапазоне от 450 до 650°С (примерно от 840 до 1200°F) и давлении в диапазоне примерно от 0 до 1000 кПа (ман.) (примерно от 0 до 145 фунтов/кв. дюйм), предпочтительно примерно от 30 до 300 кПа (ман.) (примерно от 5 до 45 фунтов/кв. дюйм), что приводит к получению характерных продуктов превращения, которые включают паровую фракцию и кокс, который отлагается на поверхности частиц-зародышей кокса. Парообразные продукты реакций крекинга с увлекаемыми ими более мелкими частицами кокса идут вверх, из плотной фазы реакционной зоны через зону переходной фазы и, наконец, через реакционную зону с разреженной фазой, ко входу в циклоны (показаны только два, один из них обозначен 22). Более мелкие частицы кокса, отделенные от парообразных продуктов коксования в циклонах, возвращают в состоящий из частиц кокса псевдоожиженный слой через погружные трубки 23 циклонов, в то время как пары проходят в секцию 24 мокрой очистки через выход (выходы) 25 для газа из циклона. После прохождения через секцию 24 мокрой очистки, снабженную перегородками 26 для промывки, пары выходят из реакционной секции через трубопровод 27 в ректификационную колонну для продуктов (не показана). В ректификационной колонне для продуктов продукты конверсии фракционируют на легкие потоки, такие как нафта; потоки с промежуточной температурой кипения, такие как легкие газойли; и тяжелые потоки, включающие кубовые остатки продукта. Если желательно, поток тяжелых материалов, сконденсированных в скруббере, можно подавать рециклом в реактор 10 коксования.
Более тяжелые частицы кокса, которые проходят сверху вниз из реакционной секции 11 в отпарную секцию 20, частично отпаривают от окклюдированных углеводородов в зоне 20 отпаривания путем использования отдувочного газа, обычно пара, который поступает через барботер, расположенный в нижней части отпарной секции, на конце линии 16. Частицы кокса после десорбции проходят по линии 21 в нагреватель (не показан), который работает при температуре примерно на 40-200°С, предпочтительно примерно на 65-175°С, а более предпочтительно примерно на 65-120°С превышающей фактическую рабочую температуру зоны коксования. После отпаривания часть кокса, который не сжигают для удовлетворения требований зоны коксования по теплу, можно подавать рециклом в зону коксования или отобрать в качестве продукта-кокса. Если установка представляет собой установку Flexicoking, за нагревателем следует секция газификатора с соединением по потоку для потоков кокса, возвратного кокса и газа.
Питающие потоки тяжелой нефти, которые можно обработать в процессе коксования в псевдоожиженных условиях, включают тяжелые углеводородные нефти, тяжелую и отбензиненную сырую нефть, кубовые остатки после перегонки нефти при атмосферном давлении, кубовые остатки после вакуумной перегонки нефти или же осадки, полученные от перегонки, деготь, асфальт, битум, другие тяжелые углеводородные остатки, нефть, полученную из битуминозных песков; горючий сланец, уголь, угольные пульпы, жидкие продукты, полученные в результате процессов сжижения угля, включая кубовые остатки, полученные от сжижения угля; и их смеси. Такие питающие потоки обычно могут иметь содержание углерода по Конрадсону (Conradson) (ASTM D189-06e2) по меньшей мере около 5% масс., обычно примерно от 5 до 50% масс. Предпочтительным питающим потоком является остаток от вакуумной перегонки нефти (кубовый остаток).
Перегородки 18 в отпарной секции 20 представляют собой продольные желоба с открытым дном, имеющие форму перевернутой буквы V, проходящие горизонтально через отпарную секцию. Перегородки, идущие внутрь от боковых стенок отпарной секции, направляют нисходящий поток твердых веществ на перегородки отпарной секции. Обычно перегородки расположены рядом друг с другом, в каждом расположенном по вертикали ряду или ярусе, с достаточным боковым зазором между ними, чтобы твердые вещества могли протекать сверху вниз, а газ - протекать снизу вверх. Данные перегородки отпарной секции эффективно используют отдувочный пар для замедления образования отложений, особенно на верхней части перегородок, где наиболее высока вероятность образования «акульих плавников».
Фиг.2 и 3 изображают предпочтительную конфигурацию перегородки отпарной секции. На Фиг.2 представлен вид сбоку перегородки 30 в виде перевернутой буквы V, включающей пару имеющих отверстия плоских сторон 31, 31, идущих вниз от вершины 32 буквы V, где соединяются эти две стороны, к нижним кромкам 33, которые, как показано на Фиг.3, идут параллельно вершине. Плоский выступ 34 выступает вниз, от нижней кромки 33 каждой стороны 31, чтобы увеличить пространство, ограничиваемое сечением. Отверстия на обеих сторонах расположены вдоль каждой стороны в ряд, параллельный вершине, при этом центры отверстий находятся на некотором расстоянии от вершины. Хотя предпочтительной является конфигурация перевернутой буквы V с плоскими сторонами, можно использовать искривленные секции, например перегородку можно изготовить в форме перевернутой полутрубы, с отверстиями, сформированными в верхней половине и направленными к верхней части секции; однако предпочтительной является конфигурация с плоскими сторонами, поскольку она помогает избежать разделения потока отдувочного газа, которое может происходить в случае перевернутых полутруб и других искривленных секций, с возможным образованием отложений в мертвых зонах, образующихся за областью разделения потока, если отверстия размещены не соответствующим образом.
На нижних кромках боковых сторон, как показано на Фиг.2 и 3, или, в альтернативном варианте, в непосредственной близости, но не совсем на нижних кромках, можно обеспечить направленные вниз выступы. В этом случае поперечное сечение перегородки будет напоминать вид с торца дома, у которого свесы крыши продолжаются вне стен. В любом случае задача продолженной вниз части секции заключается в ограничении направленного снизу вверх потока отдувочного газа и направлении его в отверстия и через них, из объема с открытым дном, определяемого сечением перегородки. При конфигурации перевернутой полутрубы желаемое ограничение для газа будет обеспечивать обращенная вниз дуга этого сечения.
Размеры перегородок необходимо определять эмпирически, в зависимости от физических размеров реактора и производительности, главным образом от проектируемого расхода по твердому веществу. Обычно ширина сторон (от вершины до нижней кромки) составляет примерно от 20 до 50 см, в большинстве случаев от 25 до 40 см, при этом величина 30-40 см представляет собой практически пригодный диапазон для большинства установок.
Отверстия могут иметь любую приемлемую форму, хотя обычно предпочтительными являются круглые отверстия, для удобства изготовления. Можно также использовать другие отверстия (или прорези), например прямоугольные или овальные. Если используют щели, то их предпочтительно располагают так, чтобы их продольные оси были параллельны вершине перегородки. Максимальный поперечный размер отверстий (перпендикулярно продольной оси перегородки) обычно может составлять от 5 до 20%, предпочтительно от 10 до 15%, от ширины стороны, измеренной от вершины до низа (без учета выступа). Таким образом, например, секция перегородки со сторонами 35 см обычно будет иметь круглые отверстия диаметром от 1,75 до 7 см, предпочтительно от 3,5 до 5,25 см. Эти отверстия предпочтительно расположены в верхней половине каждой стороны, ближе к вершине, чтобы свести к минимуму мертвые зоны вблизи вершины. Отступ от вершины обычно равен в диапазоне от 10 до 45%, предпочтительно от 10 до 35%, от ширины стороны, при измерении до центра отверстия. Таким образом, например, вышеупомянутая секция перегородки со сторонами 35 см обычно имеет круглые отверстия, расположенные с отступом от 3,5 до 10,5 см от вершины, при измерении от вершины до линии, соединяющей центры отверстий.
Общая площадь отверстий по отношению к общей площади поверхности каждой стороны представляет собой компромисс между желанием максимально увеличить количество отверстий, присутствующих на каждой стороне (и, таким образом, свести к минимуму размер мертвых зон в верхней части перегородки), и необходимостью предохранять отверстия от забивания.
Обычно общая площадь отверстий относительно общей площади поверхности каждой стороны (включая отверстия) составляет от 0,1 до 2% от площади поверхности, предпочтительно примерно от 0,25 до 0,5% от площади поверхности. Затем можно выбрать интервалы между отверстиями в соответствии с желаемой относительной площадью отверстий.
Протяженность выступов под нижними кромками сторон является важным элементом перегородки, поскольку они увеличивают движущую силу потока газа, проходящего через отверстия. Для типичной перегородки выступы составляют около 10-30%, предпочтительно от 15 до 25%, от ширины (от вершины до нижней части) сторон, хотя может возникнуть необходимость это изменить, в зависимости от высоты имеющейся отпарной секции. Более длинные выступы, в пределах этих диапазонов, являются предпочтительными, чтобы максимально увеличить их влияние на поток газа через отверстия. Таким образом, у типичной перегородки со сторонами 30-40 см выступы могут выдаваться примерно на 3-12 см ниже нижней кромки сторон; а у перегородки со сторонами около 35 см выступы предпочтительно выдаются примерно на 8 см ниже нижних кромок сторон. И опять, однако, конкретные размеры, пригодные для высоты выступа (от нижней части стороны до нижней части выступа), можно определить наряду с размерами отверстий и расположением отверстий для каждого конкретного применения, чтобы гарантировать наличие достаточного перепада давления на отверстиях, с учетом общего соображения, что этот перепад давления должен быть больше, чем флуктуации давления, обычно существующие в отпарной секции.
Также было обнаружено, что расположение перегородок в отпарной секции является существенным для достижения лучших характеристик газового потока. Все перегородки можно расположить так, чтобы их продольные оси были параллельны; или же, более предпочтительно, перегородки на различных уровнях (в различных рядах) отпарной секции могут быть расположены под разными углами относительно друг друга. Обычно является приемлемым и полезным иметь перегородки, идущие под прямыми углами к перегородкам в соседнем ряду; или же можно расположить перегородки парами рядов, чтобы каждая пара была расположена под прямыми углами к соседней паре; это расположение в тексте данного описания называют «перекрестным расположением». Фиг.4 изображает пример этого типа расположения с перемежающимися парами рядов перегородок, повернутыми относительно друг друга на 90°. Целью такого изменения является обеспечить более извилистый путь для твердых веществ и дать возможность газу перераспределиться на каждом уровне. Типичный зазор между расположенными рядом перегородками в ряду составляет примерно от 80 до 120%, предпочтительно от 90 до 110%, от общей ширины перегородки, так что перегородки с шириной около 50 см должны отстоять друг от друга примерно на 40-60 см, предпочтительно на 45-55 см.
Отпарная секция, обычно круглая в поперечном сечении, может быть снабжена перегородкой на боковой стенке, чтобы направлять кокс внутрь, к перегородкам и на них. Хотя при конструировании таких перегородок следует принимать во внимание динамику потока в каждом конкретном реакторе, кольцеобразная конфигурация в верхней части отпарной секции обычно является удовлетворительной для направления потока кокса на первый ярус перегородок отпарной секции; но успешной может быть и перегородка в форме частичных (по хорде) перегородок, расположенных вдоль боковых стенок отпарной секции и совмещенных с перегородками отпарной секции в следующем, нижележащем, ярусе. Единичную перегородку можно обеспечить выше отпарной секции, и ее можно расположить примерно на 2 м (примерно на 7 футов) выше входа в отпарную секцию, чтобы направлять твердые вещества внутрь ближе к центру отпарной секции. В этой перегородке можно сделать отверстия таким же образом, как и в перегородках отпарной секции, чтобы предоставить газу возможность протекать через кокс по мере того, как он стекает вниз по перегородке.
Предпочтительной является конфигурация ярусов, подобная той, что показана на Фиг.4, с перегородками, расположенными попарно, и с продольными осями перегородок, повернутыми под некоторыми (обычно прямыми) углами относительно перегородок в других чередующихся ярусах. Такая конфигурация обеспечивает более извилистый путь для твердых веществ и позволяет газу перераспределиться по мере того, как он поднимается по отпарной секции, что приводит к улучшенной отдувке, избегая байпаса. Кроме того, увеличивается открытое пространство, оставляемое для циркуляции кокса, что сводит к минимуму влияние какого-либо образования отложений, которое могло бы произойти.
Были проведены гидравлические испытания, чтобы оценить достоинства каждого варианта конструкции. Были испытаны три конфигурации с использованием условий, которые охватывают обычные рабочие диапазоны для приведенной скорости газа и потока твердых веществ. В качестве твердой фазы использовали кокс из промышленной установки Flexicoker. Блок для проведения испытаний представлял собой емкость, изображенную на Фиг.5, с внутренним диаметром 91 см (3 фута) и максимальным уровнем слоя 3 м (10 футов), которая содержала 6 слоев перегородок. Твердые вещества подавали в псевдоожиженный слой, представляющий собой отпарную секцию, через струйный клапан, который распределял твердые вещества в направлении одной стенки. Отдувочный газ вводили через вход (SG) для отдувочного газа. Оценивали три конфигурации: данная конструкция перегородок, расположенных в перекрестной конфигурации, которую сравнивали с перегородками без отверстий, установленными параллельно и при пересечении. Для каждой конфигурации было проведено несколько измерений, чтобы определить характер течения твердых веществ, характер течения пузырьков, измеряемый датчиком пузырьков (ВР), расположенным над первым ярусом перегородок, считая от дна. Также измеряли эффективность отдувки с помощью гелиевого трассера, вводимого через трубопровод для гелия, расположенный над перегородками.
2
2
2
2
Фиг.6 изображает результаты по эффективности отдувки для этих трех различных конфигураций в диапазоне скоростей отдувочного газа от 23 до 38 см/с (примерно 0,75-1,25 фут/с) для потоков твердого вещества 44 кг/м·с (низкая скорость потока) и 73,4 кг/м·с (высокая скорость пока) (примерно 9 фунтов/фут·с и 15 фунтов/фут·с). Эффективность отдувки измеряли в псевдоожиженном слое на высоте 145 см (примерно 57 дюймов).
2
2
На этом графике эффективность отдувки для перекрестно расположенных перегородок с выступами и отверстиями почти всегда существенно выше, чем эффективность отдувки для только перекрестно расположенных или параллельных перегородок без выступов и отверстий. Улучшенная отдувка углеводородов при перекрестном расположении перегородок с выступами и отверстиями должна приводить к снижению образования отложений на перегородках и/или должна позволить снизить количество отдувочного пара. Кроме того, эффективная отдувка, наблюдаемая при высоких загрузках твердого вещества (73,4 кг/м·с (15 фунтов/фут·с)), позволяет увеличить циркуляцию твердых веществ в реакторе. Повышенная эффективность отдувки была подтверждена с помощью экспериментов с гелиевым трассером, в которых профили концентрации Не показали улучшенное удаление трассера при перекрестном расположении перегородок, имеющих выступы и отверстия, при различных скоростях отдувочного газа.
Изменения гидродинамики отдувочной секции, происходящие в результате изменения конструкции и конфигурации перегородок, показаны на Фиг.7 в виде доли пузырьков и плотности слоя. Увеличенная доля пузырьков при фиксированной приведенной скорости указывает на меньший средний размер пузырьков. Меньший размер пузырьков способствует созданию большей площади поверхности на единицу объема, таким образом увеличивая площадь поверхности раздела для массопереноса: меньший размер пузырьков приводит к меньшему обратному смешиванию и пониженному уносу. Наблюдаемое увеличение кажущейся плотности слоя, по-видимому, действует противоположно наблюдаемому увеличению задержки пузырьков, хотя этот противоречащий интуиции эффект можно объяснить, заметив, что наличие отверстий для пара/перекрестного расположения активирует области в слое, плохо поддающиеся псевдоожижению; так что больший объем слоя вносит вклад в приведенную плотность.
Усовершенствования, полученные в результате изменения конструкции перегородок и конфигурации их расположения, являются двоякими: это и увеличение эффективности отдувки, и более плунжерное поведение потока для распределения времени пребывания в отпарной секции.