СЕПАРАТОРНАЯ СИСТЕМА ЛИФТ-РЕАКТОРА
SEPARATION SYSTEM OF ELEVATOR REACTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[00001] Варианты осуществления, раскрытые в настоящем описании, относятся к любым операциям с паро-дисперсной средой, использующим высокоскоростной подъемный трубопровод разбавленной фазы (или лифт-реактор), например к процессу флюид-каталитического крекинга (Fluid Catalytic Cracking, FCC). В таких процессах существует потребность в усовершенствованном оборудовании для сепарации каталитической и паровой фаз посредством устройства завершения реакции (Reaction Termination Device, RTD) на выходе лифт-реактора. В дополнение к сепарации пара и твердого вещества, устройство завершения реакции должно также обеспечивать способ минимизации времени нахождения сепарированного пара для предотвращения нежелательных реакций по завершении процесса в лифт-реакторе. В устройстве согласно настоящему изобретению паро-каталитическая смесь проходит через серию уникальных контуров и камер, обеспечивающих плавный профиль потока, который способствует сепарации газа и твердого вещества. Сепараторное устройство также максимизирует локализацию пара и, благодаря своей очень компактной конструкции, снижает время нахождения пара внутри системы. Желательно также, чтобы указанная конструкция устраняла внутренние дисбалансы потока, которые могут возникать в таких системах, что достигается посредством новой конструкции камеры сепарации катализатора, которая сводит к минимум повторное поступление сепарированного катализатора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[00002] Процессы флюид-каталитического крекинга хорошо зарекомендовали себя в нефтеперерабатывающей промышленности при конверсии диапазона малоценных высококипящих нефтяных фракций в высокоценные относительно низкокипящие продукты, в частности бензин, пропилен и другие легкие олефины.
[00003] В процессе флюид-каталитического крекинга тонкоизмельченные твердые частицы катализатора содействуют реакциям крекинга благодаря обеспечению как тепла для реакции, так и каталитической активности. Тонкоизмельченная форма катализатора может вести себя как флюид (отсюда и название «флюид-каталитический крекинг») и она протекает в замкнутом цикле между зоной крекинга (лифт-реактором) и отдельной зоной регенерации.
[00004] Зона реакции установки для флюид-каталитического крекинга обычно состоит из двух частей - лифт-реактора и устройства завершения реакции для быстрой сепарации катализатора и продуктов реакции. Устройство завершения реакции обычно заключено в емкости реактора, исходя из механических соображений, и эта емкость также заключает в себе другие устройства, важные с точки зрения управления процессом. Будучи сепарированными от катализатора, продукты реакции выпускаются из емкости для быстрого охлаждения и разделения на нужные фракции.
[00005] В лифт-реакторе горячий катализатор вступает в контакт с жидким нефтяным сырьем, вызывая его испарение и обеспечивая возможность протекания нужных газофазных реакций крекинга, в результате чего образуются различные газофазные углеводородные продукты, а также твердые отложения кокса на катализаторе. На выходе лифт-реактора желательна быстрая сепарация катализатора от углеводородного продукта для регулирования времени реакции таким образом, чтобы избежать избыточного крекинга углеводородных паров. Желательно ограничение времени конверсии углеводородов в лифт-реакторе, поскольку эта зона предназначена для обеспечения тщательного перемешивания пара и твердого катализатора. После выхода смеси из лифт-реактора возможно менее тесное взаимодействие в емкости для локализации/сепарации, и могут происходить нежелательные реакции термического крекинга, которые будут приводить к потере ценных продуктов и к образованию потока малоценных побочных продуктов. Благодаря заключению углеводородных паров внутрь устройства завершения реакции и их как можно более прямому выпуску из системы, сводится к минимуму время их нахождения при высокой температуре, которая приводит к термической деградации. Желательна также быстрая и полная сепарация углеводородных паров от катализатора для завершения реакций каталитического крекинга. Для достижения очень высокой скорости восстановления катализатора требуются две ступени сепарации пара и катализатора; устройство завершения реакции рассматривается как первичная ступень сепарации, а вторичная ступень сепарации состоит из нескольких высокоэффективных циклонов. Во время первичной сепарации углеводородный пар сепарируется от основной массы катализатора и выходит из устройства завершения реакции через камеру, соединенную непосредственно со вторичной ступенью сепарации. Сепарированный катализатор стекает вниз в другой камере, известной как опускная труба и расположенной на нижнем конце первичного сепаратора, в отпарной слой. При стекании катализатора вниз в опускной трубе он захватывает углеводородный пар. Катализатор и захваченные углеводороды выходят из устройства завершения реакции и втекают в отпарную зону, где они дополнительно сепарируются. При прохождении катализатора через отпарную зону, углеводородный пар между частицами и внутри них удаляется под действием противоположно направленного потока пара для отпаривания. Катализатор, очищенный от углеводородных паров, но покрытый твердым углеводородным налетом, выходит из отпарной зоны и поступает в зону регенерации.
2
[00006] Первичная сепарация осуществляется с помощью устройства, известного специалистам в данной области техники как устройство завершения реакции или оконечное устройство лифт-реактора (Reaction or Riser Termination Device, RTD), которое расположено на выходе лифт-реактора. В этом случае первичный сепаратор известен как сепараторная система лифт-реактора (Riser Separation System, RSS или RS), и после него обычно располагается вторая ступень сепарации, которая обычно состоит из циклонов.
[00007] По выходе из первичной ступени сепарации газа и катализатора, катализатор втекает в отпарной слой под устройством завершения реакции, где он входит в контакт с противоположно направленным потоком отпарного газа для удаления любых остаточных летучих углеводородов, захваченных катализатором. Отпаренный от углеводородов катализатор, обычно именуемый отработанным катализатором и содержащий твердый коксовый налет, подается в зону регенерации катализатора, где производится выжигание кокса и восстановление активности катализатора. На этапе регенерации происходит выделение энергии и повышение температуры катализатора после выжигания кокса, и горячий регенерированный катализатор протекает обратно в реакционную зону. Углеводородный пар, сепарированный от катализатора, протекает в расположенную дальше по ходу потока перегонную систему для фракционирования на несколько продуктов. Установка флюид-каталитического крекинга, содержащая регенераторный узел лифт-реактора, является самобалансирующейся по теплу в том смысле, что тепло, выделяющееся в результате выжигания кокса в регенераторе, соответствует теплу, необходимому для испарения сырья, и теплу, необходимому для реакции крекинга.
[00008] Известные из уровня техники сепараторные системы лифт-реактора обычно имеют по меньшей мере две сепараторных камеры с приданными опускными трубами и по меньшей мере две циркуляционных камеры для сепарации газа и каталитического материала соответственно. В патенте США №6,296,812, Gauthier и др., предложено устройство для сепарации и отпаривания смеси газа и частиц, имеющее корпус, содержащий сепараторные камеры и циркуляционные камеры, распределенные в состоянии соединения с сепараторной системой лифт-реактора. Верхняя часть каждой сепараторной камеры имеет впускное отверстие, сообщающееся с лифт-реактором, среднюю зону для вращения смеси в вертикальной плоскости и нижнюю зону, известную как опускная труба, для сбора сепарированных частиц катализатора. Каждая сепараторная камера содержит две боковые стенки, которые также представляют собой стенки циркуляционной камеры, причем по меньшей мере одна из стенок каждой камеры содержит боковое выпускное отверстие для подачи смеси газа и частиц в смежную циркуляционную камеру. Циркуляционная камера имеет два дополнительных отверстия, одно из которых расположено в верхней части и соединено с трубопроводом для выпуска газов, который также соединен с вторичным сепаратором, а другое отверстие расположено ниже и сообщается с находящимся под ним отпарным слоем. Областью применения данного устройства является крекинг углеводородов на кипящем слое катализатора в лифт-реакторе.
[00009] Устройство согласно патенту за авторством Gauthier и др., имеет множество сепараторных и циркуляционных камер, причем каждая сепараторная камера имеет свою собственную опускную трубу, содержащую выпускное отверстие для частиц, сообщающееся ниже сепараторных камер с отпарным слоем. В устройстве согласно патенту за авторством Gauthier и др., смесь пара и катализатора в лифт-реакторе принудительно замедляется и изменяет свое направление перед поступлением в сепараторные камеры через окно в верхней части лифт-реактора, совершая поворот на одну четверть (1/4) окружности перед сепарацией друг от друга. Затем пар поступает в собирающую камеру после дополнительного поворота на 180° под дефлектором сепараторной камеры. Катализатор стекает вниз из сепараторной камеры в опускные трубы, предназначенные для обеспечения низкого массового расхода для максимизации отсоединения газа. Данное устройство используется, главным образом, в качестве первичного устройства для сепарации катализатора и газа во внутренних лифт-реакторных системах, заключенных внутри емкости реактора/отпаривателя. Отпарной газ и углеводородные пары, захваченные из опускных труб сепараторной камеры в реактор, поступают в собирающие камеры по расположенным ниже трубопроводам, смешиваются с паром лифт-реактора из сепараторных камер перед поступлением в выпускную газовую трубу/коллектор и затем втекают в циклоны, представляющие собой вторичные сепараторы для окончательной сепарации газа и катализатора. Вышеописанная система характеризуется низкой эффективностью сбора катализатора. Впускное отверстие в сепараторную камеру задает жесткий угол поворота 90° от вершины лифт-реактора и обеспечивает поворот газа и катализатора лишь на 1/4 окружности для их сепарации друг от друга, что приводит к низкой эффективности сепарации. Изменение направления на 90° создает состояние турбулентности потока катализатора на входе и требует времени для создания структуры потока, при которой достигается хорошая сепарация крекинг-газов от твердых частиц катализатора. Отсутствие соединения между сепараторными камерами делает возможным неравномерное распределение давления, что приводит к неравномерной нагрузке на камеры и, как следствие, к низкой эффективности сепарации.
[00010] Еще один тип сепараторной системы лифт-реактора, такой как раскрытый в U.S. 4,664,888, Leonce F. Castagnos, содержит отклоняющее устройство. Патент за авторством Castagnos направлен на создание сепаратора катализатора и пара для лифт-реакторов флюид-каталитического крекинга, который расположен на выходе лифт-реактора и обеспечивает резкий поворот смеси нефти и катализатора на 180° вниз. Центробежный сепаратор эквивалентен половине полного оборота внутри циклона и обеспечивает перемещение большей части катализатора к стенке. Основная часть нефтяных паров вытесняется от стенки. На конце сепаратора находится срезающая лопатка, расположенная с возможностью отделения преимущественно каталитической фазы от преимущественно нефтяной фазы. Срезающие лопатки отводят каталитическую фазу от центра емкости и осаждают ее вблизи стенки емкости, где ее нисходящее течение продолжается под действием силы тяжести. Фаза нефтяных паров продолжает свое нисходящее течение на протяжении некоторого времени, однако затем она должна совершить поворот на 180° и течь вверх, чтобы выйти из емкости через ряд обычных циклонных сепараторов. Однако второй поворот на 180° нефтяных паров способен привести к повторному поступлению катализатора, что сведет к нулю первоначальную сепарацию газа и твердого вещества.
[00011] В патенте за авторством Castagnos также раскрыто полу-тороидальное отклоняющее устройство, в котором смесь газа и катализатора, выходящая из лифт-реактора, ударяется о поверхность дефлектора, при этом частицы катализатора прижимаются к ней, и предполагается, что сепарированная газовая фаза будет поступать в открытую область под кромкой дефлектора. При сепарации газов от твердой фазы, твердые вещества имеют тенденцию к замедлению, и влияние силы тяжести сводит на нет первоначально достигнутую сепарацию. Вся оставшаяся сжатая дисперсная фаза течет на собирающую поверхность, и затем частицы текут вниз и стекают с поверхности в направлении стенки емкости. Предполагается, что сепарированные газы будут подниматься по трубопроводам и не будут повторно контактировать с твердой фазой. В результате давление под ударной поверхностью и собирающей поверхностью будет выше, чем давление над ними. Эта разность давлений заставляет газ протекать не только по трубопроводам, но и через открытую область под кромкой дефлектора и собирающей поверхностью, что дополнительно сводит на нет уже достигнутую сепарацию. Следовательно, сепарированный газ является «нелокализованным» в том смысле, что он поступает в емкость, находится в ней в течение значительного времени нахождения и подвергается дополнительному крекингу в лифт-реакторе.
[00012] Таким образом, в данной отрасли промышленности сохраняется необходимость в сепараторной системе лифт-реактора, имеющей повышенную эффективность. Авторами настоящего изобретения созданы способ и средства для достижения улучшенной сепарации катализатора и газовой фазы, а также повышенной эффективности сбора газа с использованием сепараторной системы лифт-реактора новой конструкции, обеспечивающей усовершенствованный профиль потока, который способствует сепарации газа и твердого вещества и повышает стабильность работы.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00013] Варианты осуществления настоящего изобретения, раскрытые в данном описании, относятся к способам и устройству для сепарации газообразной смеси от потока частиц, поступающего из центрального лифт-реактора, где углеводородное сырье присутствует вместе с потоком частиц. Устройство содержит: реакционную емкость (100), содержащую находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя и находящуюся сверху область (29а) размещения вторичного сепаратора, центральный лифт-реактор (4), содержащий впускное отверстие (26) центрального лифт-реактора на одном конце для приема углеводородного сырья и потока частиц и по меньшей мере одно выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора на противоположном конце для выпуска смеси крекинг-газов и твердых частиц; сепараторную емкость (1), содержащую чередующиеся по меньшей мере одну сепараторную камеру (2) и по меньшей мере одну собирающую камеру (3), распределенные в осевом направлении вокруг центрального лифт-реактора (4) вблизи выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора для сепарации крекинг-газов и твердых частиц; каждая сепараторная камера (2) содержит две по существу вертикальные боковые стенки (9), которые также содержат стенки смежных собирающих камер (3), впускное отверстие (27) сепараторной камеры, расположенное в верхней области (2а) сепараторнной камеры и сообщающееся с выпускным отверстием (5) центрального лифт-реактора для приема крекинг-газов и твердых частиц, и дефлектор (8) сепараторной камеры, поверх которого проходят крекинг-газы и твердые частицы и который расположен вблизи впускного отверстия (27) сепараторной камеры, причем по меньшей мере одна из вертикальных боковых стенок (9) каждой камеры содержит боковое выпускное отверстие (10), расположенное под дефлектором (8) сепараторной камеры и обеспечивающее возможность поступления крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из сепараторной камеры (2) в смежную собирающую камеру (3); каждая собирающая камера (3) содержит внешнюю стенку (14) собирающей камеры, которая содержит входное окно (15) отпарного газа для обеспечения возможности поступления отпарного газа от по меньшей мере одного инжектора (40) отпарного газа, расположенного вблизи находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя, в собирающую камеру (3), пол (16) собирающей камеры, который вместе с внешней стенкой (14) собирающей камеры, вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует собирающую камеру (3), и по меньшей мере один трубопровод (17) собирающей камеры, расположенный в верхней области (3а) собирающей камеры для выпуска крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из собирающих камер (3) в выпускной газовый коллектор (18); каждая сепараторная камера (2) также содержит внешнюю стенку (11) сепараторной камеры, которая проходит от впускного отверстия (27) сепараторной камеры в направлении расположенной снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с боковыми вертикальными стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует выпускное отверстие (36) сепараторной камеры, расположенное в нижней области (2b) сепараторной камеры и сообщающееся с общей областью (37) выпуска катализатора, расположенной тороидально вокруг центрального лифт-реактора (4) и содержащей стенку (38) общей области выпуска катализатора, проходящую в направлении расположенной снизу области (29) размещения отпарного слоя от внешней стенки (11) сепараторной камеры вблизи выпускного отверстия (36) сепараторной камеры и от внешней стенки (14) собирающей камеры вблизи пола (16) собирающей камеры, и окружающую снаружи центральный лифт-реактор (4) для направления твердых частиц в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя; реакционная емкость (100) также содержит по меньшей мере один вторичный сепаратор (28), распложенный в находящейся сверху области (29а) размещения вторичного сепаратора и сообщающийся с выпускным газовым коллектором (18) для приема крекинг-газов и небольшой части твердых частиц, причем вторичный сепаратор (28) содержит по меньшей мере один выпускной газовый трубопровод (32), сообщающийся с газовым коллектором (33) для выпуска крекинг-газов, содержащим выпускное газовое отверстие (35) для выпуска крекинг-газов из реакционной емкости (100), и по меньшей мере одну опускную трубу (30), имеющую выпускное отверстие (31) опускной трубы, проходящее внутрь находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя для возврата сепарированных твердых веществ в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя реакционной емкости (100).
[00014] Варианты осуществления, раскрытые в данном описании, также относятся к устройству для сепарации газообразной смеси от потока частиц, поступающего из центрального лифт-реактора, где осуществляется крекинг углеводородного сырья по технологии флюид-каталитического крекинга. Устойство содержит: реакционную емкость (100), содержащую находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя и находящуюся сверху область (29а) вторичного сепаратора, центральный лифт-реактор (4), содержащий впускное отверстие (26) центрального лифт-реактора на одном конце для приема углеводородного сырья и потока частиц и по меньшей мере одно выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора на противоположном конце для выпуска смеси крекинг-газов и твердых частиц; сепараторную емкость (1), содержащую чередующиеся по меньшей мере одну сепараторную камеру (2) и по меньшей мере одну собирающую камеру (3), распределенные в осевом направлении вокруг центрального лифт-реактора (4) вблизи выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора для сепарации крекинг-газов и твердых частиц; каждая сепараторная камера (2) содержит две по существу вертикальные боковые стенки (9), которые также содержат стенку смежных собирающих камер (3), впускное отверстие (27) сепараторной камеры, расположенное в верхней области (2а) сепараторной камеры и сообщающееся с выпускным отверстием (5) центрального лифт-реактора для приема крекинг-газов и твердых частиц, дефлектор (8) сепараторной камеры, который образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4) в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и поверх которого проходят крекинг-газы и твердые частицы, причем дефлектор (8) сепараторной камеры расположен вблизи впускного отверстия (27) сепараторной камеры, и по меньшей мере одна из вертикальных боковых стенок (9) каждой камеры содержит боковое выпускное отверстие (10), расположенное под дефлектором (8) сепараторной камеры и обеспечивающее возможность поступления крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из сепараторной камеры (2) в смежную собирающую камеру (3); указанное выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора (4) также содержит криволинейную поверхность (42) выпускного отверстия лифт-реактора, которая образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4) и проходит до дефлектора (8) каждой сепараторной камеры (2) для обеспечения плавного изменения направления по существу на 180° крекинг-газов и твердых частиц, выпускаемых из центрального лифт-реактора (4) через выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора, и впускное отверстие (27) сепараторной камеры внутрь каждой сепараторной камеры (2), и конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора, имеющий вершину (25), расположенную вблизи центра выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора и обращенную к впускному отверстию (26) центрального лифт-реактора, причем, начиная с вершины (25), конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4), проходит до верхней области (27а) каждого впускного отверстия (27) сепараторной камеры и сообщается с этой областью, содействуя изменению направления потока крекинг-газов и твердых частиц, выпускаемых из центрального лифт-реактора; каждая собирающая камера (3) содержит по меньшей мере один трубопровод (17) собирающей камеры, расположенный в верхней области (3а) собирающей камеры и сообщающийся с выпускным газовым коллектором (18) для выпуска крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из собирающих камер (3), и внешнюю стенку (14) собирающей камеры, которая проходит от трубопровода (17) собирающей камеры и вместе с вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-pea кто ром (4) образует впускное отверстие (39) отпарного газа для обеспечения возможности поступления отпарного газа в собирающую камеру (3) из по меньшей мере одного инжектора (40) отпарного газа, расположенного вблизи находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя; каждая сепараторная камера (2) также содержит внешнюю стенку (11) сепараторной камеры, которая проходит от впускного отверстия (27) сепараторной камеры в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует сепараторную камеру (2), и выпускное отверстие (36) сепараторной камеры, которое расположено в нижней области (2b) сепараторной камеры (2) и через которое твердые частицы выпускаются в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя; реакционная емкость (100) также содержит по меньшей мере один вторичный сепаратор (28), расположенный в находящейся сверху области (29а) размещения вторичного сепаратора, сообщающийся с выпускным газовым коллектором (18) для приема крекинг-газов и небольшой части твердых частиц и содержащий по меньшей мере один выпускной газовый трубопровод (32), сообщающийся с газовым коллектором (33) для выпуска крекинг-газов, содержащим выпускное газовое отверстие (35) для выпуска крекинг-газов из реакционной емкости (100), и по меньшей мере одну опускную трубу (30), имеющую выпускное отверстие (31) опускной трубы, проходящее внутрь находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя для возврата сепарированных твердых веществ в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя в реакционной емкости (100).
[00015] Другие варианты осуществления, раскрытые в настоящем описании, также относятся к устройству для сепарации газообразной смеси от потока частиц, поступающего из центрального лифт-реактора, в котором осуществляется крекинг углеводородного сырья по технологи флюид-каталитического крекинга. Устройство содержит: реакционную емкость (100), содержащую находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя и находящуюся сверху область (29а) размещения вторичного сепаратора, центральный лифт-реактор (4), содержащий впускное отверстие (26) центрального лифт-реактора на одном конце для приема углеводородного сырья и потока частиц и по меньшей мере одно выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора на противоположном конце для выпуска смеси крекинг-газов и твердых частиц; сепараторную емкость (1), содержащую чередующиеся по меньшей мере одну сепараторную камеру (2) и по меньшей мере одну собирающую камеру (3), распределенные в осевом направлении вокруг центрального лифт-реактора (4) вблизи выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора для сепарации крекинг-газов и твердых частиц; каждая сепараторная камера (2) содержит две по существу вертикальные боковые стенки (9), которые также содержат стенку смежных собирающих камер (3), впускное отверстие (27) сепараторной камеры, расположенное в верхней области (2а) сепараторной камеры и сообщающееся с выпускным отверстием (5) центрального лифт-реактора для приема крекинг-газов и твердых частиц, дефлектор (8) сепараторной камеры, который образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4) в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и поверх которого проходят крекинг-газы и твердые частицы, причем дефлектор (8) сепараторной камеры расположен вблизи впускного отверстия (27) сепараторной камеры, и по меньшей мере одна из вертикальных боковых стенок (9) каждой камеры содержит боковое выпускное отверстие (10), расположенное под дефлектором (8) сепараторной камеры и обеспечивающее возможность поступления крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из сепараторной камеры (2) в смежную собирающую камеру (3); указанное выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора также содержит криволинейную поверхность (42) выпускного отверстия центрального лифт-реактора, которая образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4) и проходит до дефлектора (8) каждой сепараторной камеры (2) для обеспечения изменения направления по существу на 180° крекинг-газов и твердых частиц, выпускаемых из центрального лифт-реактора (4) через выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора и впускное отверстие (27) сепараторной камеры внутрь каждой сепараторной камеры, и конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора, имеющий вершину (25), расположенную вблизи центра выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора и обращенный к впускному отверстию (26) центрального лифт-реактора, причем, начиная с вершины (25), конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4), проходит до верхней области (27а) впускного отверстия (27) сепараторной камеры и сообщается с этой областью, содействуя изменению направления крекинг-газов и твердых частиц, выпускаемых из центрального лифт-реактора; каждая собирающая камера (3) содержит внешнюю стенку (14) собирающей камеры, которая содержит входное окно (15) отпарного газа для обеспечения возможности поступления отпарного газа в собирающую камеру (3) из по меньшей мере одного инжектора (40) отпарного газа, расположенного вблизи находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя, пол (16) собирающей камеры, который вместе с внешней стенкой (14) собирающей камеры, вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует собирающую камеру (3), и по меньшей мере один трубопровод (17) собирающей камеры, расположенный в верхней области (3а) собирающей камеры для выпуска крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из собирающих камер (3) в выпускной газовый коллектор 18; каждая сепараторная камера (2) также содержит внешнюю стенку (11) сепараторной камеры, которая проходит от впускного отверстия (27) сепараторной камеры в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует выпускное отверстие (36) сепараторной камеры, расположенное в нижней области (2b) сепараторной камеры и сообщающееся с общей областью (37) выпуска катализатора, расположенной тороидально вокруг центрального лифт-реактора (4) и содержащей стенку (38) общей области выпуска катализатора, проходящую в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя от внешней стенки (11) сепараторной камеры вблизи выпускного отверстия (36) сепараторной камеры и от внешней стенки (14) собирающей камеры вблизи пола (16) собирающей камеры и окружающей снаружи центральный лифт-реактор (4) для направления твердых частиц в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя; реакционная емкость (100) также содержит по меньшей мере один вторичный сепаратор (28), расположенный в находящейся сверху области (29а) размещения вторичного сепаратора, сообщающийся с выпускным газовым коллектором для приема крекинг-газов и небольшой части твердых частиц и содержащий по меньшей мере один выпускной газовый трубопровод (32), сообщающийся с газовым коллектором (33) для выпуска крекинг-газов, содержащим выпускное газовое отверстие (35) для выпуска крекинг-газов из реакционной емкости (100) и по меньшей мере одну опускную трубу (30), имеющую выпускное отверстие (31) опускной трубы, проходящее внутрь находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и предназначенное для возврата сепарированных твердых веществ в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя в реакционной емкости (100).
[00016] Способы и устройство, раскрытые в настоящем описании, обеспечивают повышенную эффективность сепарации газа и катализатора, благодаря выполнению выпускного отверстия центрального лифт-реактора с таким контуром, что обеспечен полный поворот на 180° и более плавный поток на входе в сепараторные камеры. Более плавный поток обеспечивает получение улучшенной картины потока пара/катализатора и гидравлических свойств (т.е. пониженной турбулентности, пульсаций потока и флуктуаций на выходе лифт-реактора) для улучшенной сепарации газа и твердого вещества. Новая криволинейная секция на выходе лифт-реактора и конический вогнутый дефлектор на выходе лифт-реактора содействуют протеканию твердых частиц вдоль стенок лифт-реактора и в выпускном отверстии центрального лифт-реактора при их выпуске из лифт-реактора и обеспечивают возможность сепарации газа при совершении катализатором плавного поворота на 180°.
[00017] Заявленное устройство позволяет реализовать очень компактную конструкцию, т.е. уменьшить размеры, например уменьшить диаметр на 20-25% и уменьшить высоту на 10-15% по сравнению с существующим уровнем техники. Более компактная конструкция заявленного устройства обеспечивает преимущество, состоящее в возможности его использования для замены более старых систем и в возможности повторного применения вмещающей емкости при одновременном повышении производительности установки. Кроме того, компактная конструкция сокращает время нахождения в лифт-реакторе по завершении процесса, в результате чего уменьшается нежелательный термический крекинг. Используются одна или более перегородок с отверстиями и без них над слоем катализатора в общей области выпуска катализатора, например общей области выпуска катализатора, проходящей вокруг лифт-реактора или расположенной в различных местах на лифт-реакторе, как показано на фигурах в настоящем описании. Заявленное устройство уменьшает скорость сепарированных частиц катализатора, стекающих вниз по стенкам, и изменяет их направление, снижая таким образом вероятность повторного поступления сепарированных частиц катализатора.
[00018] Благодаря применению множества сепараторных камер, имеющих выпускные отверстия, выходящие в общую область выпуска катализатора, для обеспечения по существу «единой опускной трубы», обеспечивается возможность синхронизации между всеми сепараторными камерами и таким образом выравнивается падение давления на всех камерах. Общая область выпуска катализатора, т.е. «единая опускная труба», осуществляет выравнивание потока крекинг-газов и твердых частиц катализатора (т.е. газо-каталитического потока), поступающего во впускные отверстия всех сепараторных камер из центрального лифт-реактора. Кроме того, общая область выпуска катализатора будет сводить к минимуму дисбаланс давления и снижать вероятность возникновения неоднородности газокаталитического потока через впускные отверстия всех сепараторных камер.
КРАТКИЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[00019] Настоящее изобретение станет лучше понятно из сопроводительных фигур, которые схематично иллюстрируют устройство и на которых:
[00020] На ФИГ. 1 показан перспективный вид собирающей камеры сепараторной емкости, расположенной внутри реакционной емкости сепараторной системы лифт-реактора, имеющей множество сепараторных камер с общей областью выпуска/выдачи катализатора, т.е. общей опускной трубой или единой опускной трубой.
[00021] На ФИГ. 2 показан перспективный вид сепараторной камеры сепараторной емкости, расположенной внутри реакционной емкости сепараторной системы лифт-реактора, имеющей криволинейную поверхность выпускного отверстия лифт-реактора, дефлектор сепараторной камеры и конический вогнутый дефлектор выпускного отверстия лифт-реактора, причем каждая сепараторная камера имеет отдельную опускную трубу с перегородками или без них.
[00022] На ФИГ. 3 показан перспективный вид сепараторной камеры сепараторной емкости внутри реакционной емкости сепараторной системы лифт-реактора, имеющей криволинейную поверхность выпускного отверстия лифт-реактора, дефлектор сепараторной камеры, конический вогнутый дефлектор выпускного отверстия лифт-реактора и множество сепараторных камер с общей областью выпуска/выдачи катализатора, т.е. общей опускной трубой или единой опускной трубой.
[00023] На ФИГ. 4А показан вид в сечении сепараторной емкости, иллюстрирующий распределение под углом 90° крекинг-газов и твердых частиц из выпускного отверстия центрального лифт-реактора по двум сепараторным камерам с общей областью выпуска/выдачи катализатора, т.е. общей опускной трубой или единой опускной трубой.
[00024] На ФИГ. 4В показан вид в сечении сепараторной емкости, иллюстрирующий распределение и выпуск крекинг-газов и небольшой части катализатора, поступающих внутрь двух собирающих камер через боковые выпускные отверстия сепараторных камер, и отпарного газа, поступающего через входное окно для отпарного газа в собирающих камерах.
[00025] На ФИГ. 4С показан вид в сечении сепараторной емкости, иллюстрирующий выпускное отверстие центрального лифт-реактора, имеющее уникальный контур, обеспечиваемый криволинейной поверхностью выпускного отверстия лифт-реактора, дефлектором сепараторной камеры и коническим вогнутым дефлектором выпускного отверстия лифт-реактора.
[00026] На ФИГ. 5 показано графическое представление смоделированных результатов исследования, проученных с использованием гидродинамического моделирования (CFD), для сравнения эффективности сепарации в сепараторных емкостях уровня техники и согласно настоящему изобретению.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[00027] Как более полно пояснено со ссылками на фигуры, приведенные ниже в настоящем описании, усовершенствованное устройство для сепарации углеводородного пара крекинга от катализатора флюид-каталитического крекинга содержит сепараторную систему лифт-реактора, которая обеспечивает эффективность сепарации газа и твердых веществ, локализацию газа и стабильность работы. При этом заявленное устройство обеспечивает быструю и улучшенную сепарацию газа и катализатора и повышенную эффективность сбора газа, поскольку обеспечивается возможность изготовления сепараторной емкости с меньшими размерами, сокращения времени нахождения и уменьшения нежелательного термического крекинга по завершении процесса, что обеспечивает дополнительные выгоды сточки зрения рабочих характеристик.
[00028] Как более полно описано ниже, в одном варианте осуществления заявленное устройство имеет уникальный контур выпускного отверстия центрального лифт-реактора, обеспечивающий плавное изменение направления на 180° крекинг-газов и твердых частиц, что сводит к минимуму состояние турбулентности потока в центральном выпускном отверстии лифт-реактора. Дополнительные варианты осуществления сепараторной системы лифт-реактора содержат множество собирающих камер в сочетании с сепараторными камерами и перегородками в опускной трубе.
[00029] Благодаря использованию множества сепараторнных и собирающих камер, например двух сепараторных и двух собирающих камер, в сепараторной емкости с общей областью выпуска/выпуска, т.е. «единой опускной трубой», обеспечена сепараторная емкость с меньшими размерами (по диаметру и длине), и благодаря меньшему объему сепараторной емкости сокращено время нахождения в лифт-реакторе по окончании процесса. Кроме того, заявленное устройство обеспечивает повышенную стабильность в работе, благодаря уменьшению турбулентности в выпускном отверстии центрального лифт-реактора. Множество сепараторных камер, соединенных с «единой опускной трубой», обеспечивают синхронизацию между впускными отверстиями всех сепараторных камер и единой опускной трубой. Кроме того, общая область выпуска/выпуска сводит к минимуму дисбалансы давления внутри сепараторной емкости и снижает вероятность аномальных возмущений газокаталитического потока, протекающего через каждое выпускное отверстие центрального лифт-реактора, сообщающееся по флюиду с впускными отверстиями сепараторной камеры.
[00030] На фигурах одинаковые ссылочные номера обозначают одинаковые компоненты устройства.
[00031] Варианты осуществления, раскрытые в настоящем описании, предназначены, в частности, для сепарации в выпускном отверстии выходных продуктов процессов крекинга углеводородов, включая, но без ограничения, термический регенеративный крекинг (TRC) или флюид-каталитический крекинг (FCC) углеводородного сырья (нефти), которое подвергается крекингу в присутствии горячих твердых частиц катализатора, обычно катализатора на алюмосиликатной основе, обычно содержащего цеолиты в качестве добавки.
[00032] На ФИГ. 1 показан вариант осуществления устройства для сепарации газообразной смеси от потока частиц, поступающего из центрального лифт-реактора реакторной секции флюид-каталитического крекинга. Согласно данному варианту осуществления, реакционная емкость (100) содержит нижнюю область (29) отпарного слоя, центральный лифт-реактор (4), имеющий впускное отверстие (26) центрального лифт-реактора на одном конце для приема углеводородного сырья и потока частиц, например флюидизируемого порошка, такого как стандартный катализатор для флюид-каталитического крекинга, и по меньшей мере одно выпускное отверстие (5) центрального реактора на противоположном конце для выпуска смеси крекинг-газов и твердых частиц. По меньшей мере одно выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора выполнено на верхнем конце центрального лифт-реактора (4) непосредственно под вершиной центрального лифт-реактора (4).
[00033] Центральный лифт-реактор (4) по ФИГ. 1 предпочтительно имеет удлиненную форму, которая является по существу вертикальной, причем его дно оборудовано для приема горячего регенерированного катализатора из регенератора (или для приема других частиц), и содержит сопла для подачи распыленного углеводородного сырья в лифт-реактор (или другие средства для ввода сырья в лифт-реактор) и, при необходимости, транспортирующего газа.
[00034] Диаметр центрального лифт-реактора (4) находится в диапазоне от приблизительно 1 дюйма (2,54 см) до приблизительно 10 футов (305 см) и более, а в других вариантах осуществления он находится в диапазоне от приблизительно 3 футов (92 см) до приблизительно 6 футов (183 см).
[00035] Реакторная емкость (100) содержит сепараторную емкость (1). Устройство завершения реакции (RTD) в лифт-реакторе, т.е. сепараторная емкость (1), заключает в себе по меньшей мере одну из множества сепараторных камер (2) и по меньшей мере одну из множества собирающих камер (3). Согласно варианту осуществления, сепараторная емкость (1) содержит четыре сепараторных камеры (2) и четыре собирающих камеры (3), однако количество камер каждого вида может быть больше или меньше четырех, в зависимости от требований к реакционной емкости (100).
[00036] В частности, сепараторные камеры (2) и собирающие камеры (3) распределены в осевом направлении вокруг центрального лифт-реактора (4) вблизи выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора с чередованием, т.е. после сепараторной камеры (2) следует собирающая камера (3), так что каждая сепараторная камера (2) имеет с каждой стороны собирающую камеру (3), и каждая собирающая камера (3) имеет с каждой стороны сепараторную камеру (2).
[00037] Из ФИГ. 1 можно видеть, что каждая сепараторная камера (2) имеет две по существу вертикальные боковые стенки (9), и каждая вертикальная боковая стенка (9) представляет собой стенку смежной собирающей камеры (3). Таким образом, сепараторные камеры (2) и собирающие камеры (3) имеют общие вертикальные боковые стенки (9). Каждая сепараторная камера (2) имеет впускное отверстие (27) сепараторной камеры в верхней области (2а) сепараторной камеры, которое образует область, близкую к выпускному отверстию (5) центрального лифт-реактора и сообщающуюся с ним по флюиду. Впускное отверстие (27) сепараторной камеры образует область сепараторной камеры (2) для ввода крекинг-газов и твердых частиц. Сепараторные камеры (2) также заключают в себе дефлектор (8) сепараторной камеры, поверх которого проходят крекинг-газы и твердые частицы, например отработанный катализатор. Дефлектор (8) сепараторной камеры представляет собой стандартный дефлектор, который может использоваться в устройстве для крекинга углеводородов и расположен вблизи дна области, образуемой впускным отверстием (27) сепараторной камеры. Выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора выполнено в области на конце центрального лифт-реактора, удаленном от впускного отверстия (26) центрального лифт-реактора, и сообщается по флюиду с впускным отверстием (27) сепараторной камеры. Впускное отверстие (27) сепараторной камеры может представлять собой, например, отверстие в стенке центрального лифт-реактора (4), которое сообщается с выпускным отверстием (5) центрального лифт-реактора.
[00038] Вертикальные боковые стенки (9) каждой камеры имеют боковое выпускное отверстие (10), т.е. отверстие или окно, расположенное ниже дефлектора (8) сепараторной камеры. Боковое выпускное отверстие (1) обеспечивает возможность поступления крекинг-газов и небольшой части твердых частиц, например отработанного катализатора, из сепараторной камеры (2) в смежную собирающую камеру (3).
[00039] Как показано на ФИГ. 1, собирающие камеры (3) имеют внешнюю стенку (14) собирающей камеры, которая содержит входное окно (15) отпарного газа. Входное окно (15) отпарного газа обеспечивает возможность ввода отпарного газа от по меньшей мере одного инжектора (40) отпарного газа, расположенного в находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя, обычно ниже отпарного слоя (12), в собирающую камеру (3). Кроме того, каждая собирающая камера (3) имеет пол (16) собирающей камеры, который вместе с внешней стенкой (14) собирающей камеры, вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-pea кто ром (4) образует собирающую камеру (3).
[00040] В дополнение, каждая собирающая камера (3) имеет по меньшей мере один трубопровод (17) собирающей камеры, расположенный в верхней области (3а) собирающей камеры для выпуска крекинг-газов и небольшой части поступивших твердых частиц из собирающих камер (3) в выпускной газовый коллектор (18). Собирающая камера (17) может представлять собой, например, отверстие в стенке центрального лифт-реактора (4), которое сообщается с выпускным газовым коллектором (18).
[00041] Согласно ФИГ. 1, реакционная емкость (100) имеет по меньшей мере один вторичный сепаратор (28), расположенный в находящейся сверху области (29а) размещения вторичного сепаратора в реакционной емкости (100) и сообщающийся с выпускным газовым коллектором (18). Вторичный сепаратор (28) принимает крекинг-газы и небольшое количество захваченных твердых частиц из выпускного газового коллектора (18). Кроме того, вторичный сепаратор (28) заключает в себе по меньшей мере один выпускной газовый трубопровод (32) для выпуска крекинг-газов и по меньшей мере одну опускную трубу (20) с выпускным отверстием (31) опускной трубы. Опускная труба (30) возвращает сепарированные твердые частицы в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя в реакционной емкости (100). Трубопровод (32) для выпуска газов сообщается по флюиду с газовым коллектором (33), имеющим выпускное газовое отверстие (35), через которое осуществляется выпуск крекинг-газов из реакционной емкости (100).
[00042] В качестве альтернативы, указанный по меньшей мере один вторичный сепаратор (28) может быть внешним (не показано) по отношению к реакционной емкости (100) и принимать крекинг-газы и небольшое количество захваченных твердых частиц из выпускного газового коллектора (18). Внешний вторичный сепаратор (28) содержит по меньшей мере один выпускной газовый трубопровод (32) для выпуска крекинг-газов для дальнейшей обработки. Внешний вторичный сепаратор (28) также содержит по меньшей мере одну опускную трубу (30), имеющую выпускное отверстие (31) опускной трубы, проходящее внутрь реакционной емкости (100) через проход (не показан) в реакционной емкости (100) для возврата сепарированных твердых частиц в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя в реакционной емкости (100).
[00043] Сепараторные камеры (2) имеют внешние стенки (11) сепараторных камер, которые проходят от верхней стороны области, образованной впускным отверстием (27) сепараторной камеры, в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образуют выпускное отверстие (36) сепараторной камеры в находящейся снизу области (2b) размещения сепараторной камеры. Выпускное отверстие (36) сепараторной камеры сообщается с общей областью (37) выпуска катализатора, которая расположена тороидально вокруг центрального лифт-реактора (4).
[00044] Крекинг-газы и твердые частицы выпускаются из центрального лифт-реактора (4) через выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора, которое сообщается по флюиду с впускным отверстием (27) сепараторной камеры. При поступлении крекинг-газов и твердых частиц в сепараторную камеру (2), крекинг-газы и твердые частицы сепарируются за счет центробежного распределения потока поверх дефлектора (8) сепараторной камеры. Создается инерциальное воздействие, прикладываемое к твердым частицам вследствие изменения направления потока во время прохождения в верхней части сепараторной камеры (2). Изменение направления потока крекинг-газов и частиц катализатора обеспечивается в результате их поступления внутрь сепараторной камеры (2) и перемещения поверх дефлектора (8) сепараторной камеры.
[00045] В варианте осуществления истекающий поток лифт-реактора, т.е. крекинг-газы и твердые частицы, перемещается вверх в центральном лифт-реакторе (4), имеющем по существу плоскую вертикальную стенку, и выпускается через выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора под углом (34) приблизительно 90° поверх дефлектора (8) сепараторной камеры, расположенного вблизи впускного отверстия (27) сепараторной камеры (см., например, ФИГ. 4А). Крекинг-газы и твердые частицы подвергаются сепарации при их столкновении с дефлектором (8) сепараторной камеры и внешней стенкой (11) сепараторной камеры, которая изогнута в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя.
[00046] Как можно видеть из ФИГ. 1, общая область (37) выпуска катализатора содержит стенку (38) общей области выпуска катализатора, проходящую от внешней стенки (11) сепараторной камеры, где начинается выпускное отверстие (36) сепараторной камеры, и от внешней стенки (14) собирающей камеры, где она соединена с полом (16) собирающей камеры, в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя. Стенка (38) общей области выпуска катализатора также проходит в окружном направлении вокруг центрального лифт-реактора (4), охватывая таким образом общую область (37) выпуска катализатора. По существу, стенка (38) общей области выпуска катализатора проходит от внешней стенки (11) сепараторной камеры и от пола (16) собирающей камеры в окружном направлении вокруг центрального лифт-реактора (4). Таким образом, твердые частицы из каждого из выпускных отверстий (36) сепараторной камеры распределяются в общей области (37) выпуска катализатора, которая действует как «единая опускная труба» для выпуска твердых частиц в отпарной слой (12) в находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя.
[00047] Таким образом, основная часть твердой фазы, которая захватывает небольшие количества углеводородных паров, протекает от каждой сепараторной камеры (2) через общую область (37) выпуска катализатора в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя. Таким образом, выпускные отверстия (36) сепараторной камеры сообщаются друг с другом под полом (16) собирающей камеры и внутри общей области (37) выпуска катализатора.
[00048] С целью тесного контакта сепарированного катализатора (т.е. твердых частиц) с отпарным газом в общей области (37) выпуска катализатора над отпарным слоем (12) катализатора и находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя, могут использоваться дефлектор или дефлекторы (22), расположенные вокруг лифт-реактора (4) под выпускным отверстием опускной трубы для интенсификации перемешивания отпарного газа с твердыми частицами, стекающими вниз из сепараторных камер (2) в общую область (37) выпуска катализатора, т.е. единую опускную трубу. В дополнение, одна или более перегородок (21а и/или 21b) или перегородок с отверстиями и без отверстий, прикрепленных к лифт-реактору (4) и/или стенке (38) общей области выпуска катализатора, могут использоваться над слоем катализатора в секции опускной трубы для уменьшения повторного поступления катализатора из находящегося ниже слоя катализатора. Более конкретно, перегородки (21а и/или 21b) в заявленном устройстве отклоняют кинетический момент сепарированного катализатора, текущего вниз по стенкам, и изменяют его направление, уменьшая таким образом вероятность повторного поступления сепарированных частиц катализатора. Авторы настоящего изобретения предполагают, что заявленное устройство будет содержать дефлекторы опускной трубы и/или перегородки различных типов, расположенные в оптимальных местах для обеспечения вышеуказанных преимуществ.
[00049] Инжекторы (40) отпарного газа для ввода отпарного газа, например, но без ограничения, азота, пара, топливного газа или пара легких углеводородов, для стимуляции десорбции жидких или газообразных углеводородов, заключенных внутри пор гранул катализатора, расположены под перегородочными средствами (21а и/или 21b) или дефлектором (22) опускной трубы и под общей областью (37) выпуска катализатора, а также отпарным слоем (12). Инжекторы (40) отпарного газа для ввода отпарного газа не имеют ограничений и могут представлять собой любые устройства для инжекции газа, известные из уровня техники.
[00050] Если устройство используется в таком процессе, как флюид-каталитический крекинг или вакуумная перегонка для получения газойля (разумеется, для использования в настоящем изобретении предполагаются и другие виды углеводородного сырья, хорошо известные специалистам в данной области техники, например, но без ограничения, тяжелый бензин, атмосферный газойль, каталитический газойль и мазут), то продолжительность времени нахождения в центральном лифт-реакторе (4) находится в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 10 секунд, а в других вариантах осуществления она находится в диапазоне от приблизительно 1,5 до приблизительно 2,5 секунды.
[00051] Согласно варианту осуществления, температура на выходе лифт-реактора может находиться в диапазоне от приблизительно 900°F (482°С) до приблизительно 1090°F (588°С) и выше, а в другом варианте осуществления она может находиться в диапазоне от приблизительно 950°F (510°С) до приблизительно 1050°F (566°С). В варианте осуществления давление в центральном лифт-реакторе (4) находится в диапазоне от приблизительно нескольких psig (манометрическое давление в фунтах на квадратный дюйм) до приблизительно 30 psig и выше, а в другом варианте осуществления оно находится в диапазоне от приблизительно 10 psig до приблизительно 30 psig. Обычно давление в центральном лифт-реакторе (4) для флюид-каталитического крекинга находится в диапазоне от 15 psig до 35 psig, при типовом давлении 25 psig.
[00052] На ФИГ. 2 показан вариант осуществления устройства для сепарации газообразной смеси и потока частиц из центрального лифт-реактора для крекинга углеводородного сырья. Более конкретно, на ФИГ. 2 представлен вариант осуществления, в котором выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора содержит конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора и криволинейную поверхность (42) выпускного отверстия лифт-реактора, которая образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4), проходит до дефлектора (8) каждой сепараторной камеры (2) и сообщается с ним. Вместе взятые криволинейная поверхность (42) выпускного отверстия лифт-реактора, конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора, криволинейная внешняя стенка (11) сепараторной камеры и дефлектор (8) сепараторной камеры обеспечивают уникальный контур, проходящий с поворотом по существу на 180° изнутри центрального лифт-реактора (4) внутрь каждой из сепараторных камер (2).
[00053] Криволинейная поверхность (42) выпускного отверстия лифт-реактора (см., например, ФИГ. 4С) обеспечивает изменение по существу на 180° направления потока крекинг-газов и твердых частиц изнутри центрального лифт-реактора (4). Дефлектор (8) сепараторной камеры изогнут в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с криволинейной поверхностью (42) выпускного отверстия лифт-реактора обеспечивает изменение по существу на 180° направления крекинг-газов и твердых частиц. Указанный уникальный контур обеспечивает плавный поворот на 180° крекинг-газов и твердых частиц внутрь каждой сепараторной камеры (2) и сводит к минимуму турбулентность потока в выпускном отверстии (5) центрального лифт-реактора.
[00054] Конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора расположен в центре выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора, и вершина (25) конического вогнутого дефлектора (20) выпускного отверстия лифт-реактора обращена вниз по центральному лифт-реактору (4) в направлении впускного отверстия (26) центрального лифт-реактора. Особенность внешнего вида конического вогнутого дефлектора (20) выпускного отверстия лифт-реактора показана на ФИГ. 2 в виде образующего дугу от вершины (25), продольной оси центрального лифт-реактора (4) и впускного отверстия (26) центрального лифт-реактора. Конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора проходит до верхней области (27а) каждого впускного отверстия (27) сепараторных камер для содействия изменению направления и скорости потока крекинг-газов и твердых частиц, выпускаемых из сепараторного лифт-реактора (4), пока они еще находятся в выпускном отверстии (5) центрального лифт-реактора. Без ограничения, предполагаются и другие формы дефлектора выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора для содействия изменению направления и скорости потока крекинг-газов и твердых частиц, выпускаемых из выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора, при условии, что эти формы сводят к минимуму состояние турбулентности потока внутри выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора. Форма дефлектора выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора является тороидальной, однако могут использоваться и другие гладкие поверхности. Например, неограничивающие формы включают профиль, который является эллиптическим и получен в результате вращения, сплющенный тор, а также угловые формы, включая треугольные, пятиугольные или шестиугольные пирамидальные формы, которые содействуют однородности потока газов и твердых частиц от выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора к впускному отверстию (27) сепараторной камеры.
[00055] Аналогично ФИГ. 1, на ФИГ. 2 представлен а реакционная емкость (100), имеющая находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя, находящуюся сверху область (29а) размещения вторичного сепаратора, центральный лифт-реактор (4), содержащий впускное отверстие (26) центрального лифт-реакторв на одном конце для приема углеводородного сырья и потока частиц и по меньшей мере одно выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора на противоположном конце для выпуска смеси крекинг-газов и твердых частиц.
[00056] Как показано на ФИГ. 2, устройство завершения реакции в лифт-реакторе, т.е. сепараторная емкость (1), имеет сепараторные камеры (2) и собирающие камеры (3), распределенные с чередованием в осевом направлении вокруг центрального лифт-реактора (4) вблизи выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора. Еще один вариант осуществления устройства, показанный на ФИГ. 2, содержит впускное отверстие (39) отпарного газа, которое удалено от трубопровода (17) собирающей камеры и обеспечивает возможность ввода отпарного газа в отпарную камеру (3). Впускное отверстие (39) отпарного газа образовано внешней стенкой (14) собирающей камеры, которая проходит от трубопровода (17) собирающей камеры и вместе с вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует впускное отверстие (39) отпарного газа. Отпарной газ подается посредством инжектора (инжекторов) (40) отпарного газа, расположенных в находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя.
[00057] Как и на ФИГ. 1, дефлектор (8) сепараторной камеры по ФИГ. 2 расположен вблизи дна области, образованной впускным отверстием (27) сепараторной камеры, и проходит в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя. Вертикальные боковые стенки (9) каждый камеры имеют боковое выпускное отверстие (10), расположенное под дефлектором (8) сепараторной камеры и обеспечивающее возможность поступления крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из сепараторной камеры (2) в смежную собирающую камеру (3). Каждая собирающая камера (3) имеет по меньшей мере один трубопровод (17) собирающей камеры, расположенный в верхней области (3а) собирающей камеры и сообщающийся с выпускным газовым коллектором (18). Крекинг-газы и небольшая часть твердых частиц выпускаются из собирающих камер (3) в выпускной газовый коллектор (18).
[00058] Как показано на ФИГ. 2, каждая сепараторная камера (2) также содержит внешнюю стенку (11) сепараторной камеры, которая проходит от впускного отверстия (27) сепараторной камеры в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует выпускное отверстие (36) сепараторной камеры, которое расположено в нижней области (2b) сепараторной камеры на удалении от впускного отверстия (39) отпарного газа и через которое твердые частицы выпускаются в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя. Таким образом, сепараторная емкость (1) по ФИГ. 2 содержит множество опускных труб, поскольку каждая сепараторная камера (2) обеспечивает опускную трубу для выпуска твердых частиц в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя, и отпарной слой (12). Вариант осуществления, представленный на ФИГ. 2, содержит по меньшей мере один вторичный сепаратор (28), расположенный в находящейся сверху области (29а) размещения вторичного сепаратора в реакционной емкости (100) и сообщающийся с выпускным газовым коллектором (18). Вторичный сепаратор (28) принимает крекинг-газы и небольшую часть захваченных твердых частиц из выпускного газового коллектора (18). Кроме того, вторичный сепаратор (28) заключает в себе по меньшей мере один выпускной газовый трубопровод (32) для выпуска крекинг-газов и по меньшей мере одну опускную трубу (30) с выпускным отверстием (31) опускной трубы. Опускная трубка (30) возвращает сепарированные твердые частицы в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя в реакционной емкости (100). Выпускной газовый трубопровод (32) сообщается по флюиду с газовым коллектором (33), который имеет выпускное газовое отверстие (35), выпускающее крекинг-газы из реакционной емкости (100).
[00059] Как более полно описано выше, указанный по меньшей мере один вторичный сепаратор может быть внешним (не показано) по отношению к реакционной емкости (100) по меньшей мере одной опускной трубы (30) с выпускным отверстием (31) опускной трубы, проходящим внутрь реакционной емкости (100) через отверстие (не показано) в реакционной емкости (100) для возврата сепарированных твердых частиц в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя в реакционной емкости (100).
[00060] На ФИГ. 3 показано устройство для сепарации газообразной смеси и потока частиц из центрального лифт-реактора, в котором реакционная емкость (100) содержит находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя и находящуюся сверху область (29а) размещения вторичного сепаратора. Центральный лифт-реактор (4) содержит впускное отверстие (26) центрального лифт-реактора на одном конце для приема углеводородного сырья и потока частиц и по меньшей мере одно выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора на противоположном конце для выпуска смеси крекинг-газов и твердых частиц. Устройство завершения реакции, т.е. сепараторная емкость (1), содержит чередующиеся по меньшей мере одну сепараторную камеру (2) и по меньшей мере одну собирающую камеру (3), расположенные в осевом направлении вокруг центрального лифт-реактора (4) вблизи выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора (4).
[00061] Согласно ФИГ. 3, выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора имеет криволинейную поверхность (42) выпускного отверстия лифт-реактора, которая образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4), проходит до дефлектора (8) каждой сепараторной камеры (2) и сообщается с ним для обеспечения изменения по существу на 180° направления крекинг-газов и твердых частиц. Дефлектор (8) сепараторной камеры изогнут в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с криволинейной поверхностью (42) выпускного отверстия лифт-реактора обеспечивает изменение направления на полные 180° крекинг-газов и твердых частиц.
[00062] Выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора по ФИГ. 3 также заключает в себе конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора, имеющий вершину (25). Конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора расположен в центре выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора, и вершина (25) конического вогнутого дефлектора (20) выпускного отверстия лифт-реактора направлена вниз по лифт-реактору (4) в направлении впускного отверстия (26) центрального лифт-реактора. Как более полно описано выше, криволинейная поверхность (42) выпускного отверстия лифт-реактора, конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора, криволинейная внешняя стенка (11) сепараторной камеры и дефлектор (8) сепараторной камеры обеспечивают уникальный контур, проходящий с поворотом по существу на 180° изнутри центрального лифт-реактора (4) внутрь каждой из сепараторных камер (2).
[00063] Согласно ФИГ. 3, конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора образует дугу от вершины (25), продольной оси центрального лифт-реактора (4) и впускного отверстия (26) центрального лифт-реактора. Конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора проходит до верхней области (27а) впускного отверстия (27) каждой сепараторной камеры для содействия изменению направления и скорости потока крекинг-газов и твердых частиц, выпускаемых из центрального лифт-реактора (4), пока они еще находятся в выпускном отверстии центрального лифт-реактора.
[00064] Аналогично ФИГ. 1 и ФИГ. 2, сепараторные камеры (2) по ФИГ. 3 имеют две по существу вертикальные боковые стенки (9), которые также представляют собой стенки смежных собирающих камер (3). По меньшей мере одна из стенок (9) каждой камеры имеет по меньшей мере одно боковое выпускное отверстие (10), расположенное под дефлектором (8) сепараторной камеры и обеспечивающее возможность поступления крекинг-газов и небольшой части твердых частиц из сепараторной камеры (2) в смежную собирающую камеру (3). Каждая сепараторная камера (2) имеет впускное отверстие (27) сепараторной камеры, расположенное в верхней области (2а) сепараторной камеры и сообщающееся с выпускными отверстиями (5) центрального лифт-реактора для приема крекинг-газов и твердых частиц.
[00065] Как показано на ФИГ. 3, каждая собирающая камера (3) имеет внешнюю стенку (14) собирающей камеры, содержащую входное окно (15) отпарного газа для обеспечения возможности ввода отпарного газа в собирающую камеру (3). Отпарной газ подается посредством по меньшей мере одного инжектора (40) отпарного газа, расположенного вблизи находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя. Пол (16) собирающей камеры вместе с внешней стенкой (14) собирающей камеры, вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-pea кто ром (4) образует собирающую камеру (3). Собирающая камера (3) имеет по меньшей мере один трубопровод (17) собирающей камеры, расположенный в верхней области (3а) собирающей камеры для выпуска крекинг-газов и небольшой части твердых частиц в выпускной газовый коллектор (18).
[00066] Согласно ФИГ. 3, каждая сепараторная камера (2) имеет внешнюю стенку (11) сепараторной камеры, которая проходит от впускного отверстия (27) сепараторной камеры в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя и вместе с вертикальными боковыми стенками (9) и центральным лифт-реактором (4) образует выпускное отверстие (36) сепараторной камеры, расположенное в нижней области (2b) сепараторной камеры на удалении от впускного отверстия (27) сепараторной камеры и сообщающееся с общей областью (37) выпуска катализатора. Общая область (37) выпуска катализатора, т.е. выпускное отверстие, расположена тороидально вокруг центрального лифт-реактора (4) и имеет стенку (38) общей области выпуска катализатора.
[00067] Как показано на ФИГ. 1 и ФИГ. 3, стенка (38) общей области выпуска катализатора проходит в направлении находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя от внешней стенки (11) сепараторной камеры вблизи выпускного отверстия (36) сепараторной камеры и от внешней стенки (14) собирающей камеры вблизи пола (16) собирающей камеры, и окружает снаружи центральный лифт-реактор (4). Стенка (38) общей области выпуска катализатора образует общую область (37) выпуска катализатора для направления твердых частиц в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя. Как было отмечено применительно к варианту осуществления по ФИГ. 1, твердые частицы из выпускных отверстий (36) каждой из сепараторных камер распределяются внутри общей области (37) выпуска катализатора, которая действует как «единая опускная труба» для выпуска твердых частиц в отпарной слой (12) в находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя.
[00068] Посредством множества сепараторных камер (2), имеющих выпускные отверстия, выходящие в общую область (37) выпуска катализатора, которая по существу образует единую опускную трубу, осуществляется выравнивание потока крекинг-газов и твердых частиц, поступающего из выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора, между впускными отверстиями (27) всех сепараторных камер.
[00069] Согласно ФИГ. 3, реакционная емкость (100) также содержит по меньшей мере один вторичный сепаратор (28), расположенный в находящейся сверху области (29а) размещения вторичного сепаратора и сообщающийся с выпускным газовым коллектором (18) для приема крекинг-газов и небольшой части твердых частиц. Вторичный сепаратор (28) имеет по меньшей мере один выпускной газовый трубопровод (32), сообщающийся с газовым коллектором (33) для выпуска крекинг-газов. Газовый коллектор (33) содержит выпускное газовое отверстие (35) для выпуска крекинг-газов из реакционной емкости (100). Вторичный сепаратор (28) также имеет по меньшей мере одну опускную трубу (30), имеющую выпускное отверстие (31) опускной трубы, проходящее внутрь находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя для возврата сепарированных твердых веществ в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя в реакционной емкости (100).
[00070] Как было отмечено выше, вторичный сепаратор (28) при необходимости может быть внешним по отношению к реакционной емкости (100) и быть соединенным с ней с помощью надлежащих средств для дальнейшей обработки крекинг-газов и сепарации твердых частиц.
[00071] На ФИГ. 4А показан вид в сечении сепараторной емкости (1), иллюстрирующий выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора, распределяющее крекинг-газы и твердые частицы внутрь двух сепараторных камер (2). Крекинг-газы и твердые частицы поступают в сепараторную камеру (2) через выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора, которое сообщается с впускным отверстием (27) сепараторной камеры, и проходят поверх дефлектора (8) сепараторной камеры. Крекинг-газы и твердые частицы выходят из центрального лифт-реактора (4) через выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора под углом (34) 90°. При поступлении крекинг-газов и твердых частиц во впускное отверстие (27) сепараторной камеры, эти крекинг-газы и твердые частицы совершают поворот вниз в направлении общей области (37) выпуска катализатора, при необходимости поверх перегородки (перегородок) (21а и/или 21b) или перегородок с отверстиями, или поверх дефлектора (22) опускной трубы для уменьшения повторного захвата катализатора снизу на его пути к находящейся снизу области (29) размещения отпарного слоя (не показана). В дополнение, на ФИГ. 4А показан вид в сечении выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора, и в данном варианте осуществления выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора находится на конце центрального лифт-реактора (4), противоположном впускному отверстию (26) центрального лифт-реактора. Выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора по ФИГ. 4А содержит область, которая «запирает» или заканчивает центральный лифт-реактор (4) поверхностью (т.е. материалом, который является сходным или таким же, что и материал центрального реактора (4)), перпендикулярной потоку крекинг-газов и твердых частиц. Выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора сообщается по флюиду с каждой из сепараторных камер (27).
[00072] На ФИГ. 4В показан вид в сечении сепараторной емкости (1), иллюстрирующий распределение крекинг-газов и твердых частиц внутрь двух собирающих камер (3) через боковые выпускные отверстия (10), поступление отпарного газа через входные окна (15) отпарного газа в собирающих камерах (3) и поступление газов и части твердых частиц в выпускной газовый коллектор (18). Общая область (37) выпуска катализатора, которая образует единую опускную трубу, направляет твердые частицы в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя. В дополнение, на ФИГ. 4В показан вид в сечении выпускного отверстия (5) центрального лифт-реактора, и в данном варианте осуществления выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора содержит конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора, с вершиной (25). Конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора проходит до впускного отверстия (27) каждой сепараторной камеры (не показано) и сообщается с ним по флюиду для обеспечения плавного поворота на 180°. Таким образом, конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора снижает турбулентность потока крекинг-газов и твердых частиц, которая создается в выпускном отверстии (5) центрального лифт-реактора, если выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора «заперто» или заканчивается плоской перпендикулярной поверхностью, как показано на ФИГ. 4А.
[00073] На ФИГ. 4С показан вид в сечении сепараторной емкости (1), иллюстрирующий выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора, имеющее криволинейную поверхность (42) выпускного отверстия лифт-реактора (в отличие от ФИГ. 4А, на котором имеет место поворот по прямым углом от области центрального лифт-реактора (5)), которая образует дугу от продольной оси центрального лифт-реактора (4) и проходит до дефлектора (8) сепараторной камеры. В данном варианте осуществления выпускное отверстие (5) центрального лифт-реактора также содержит конический вогнутый дефлектор (20) выпускного отверстия лифт-реактора с вершиной (25), распределяющий крекинг-газы и твердые частицы внутрь сепараторных камер (2). Крекинг-газы и твердые частицы перемещаются из центрального лифт-реактора с плавным поворотом на 180° внутрь каждой сепараторной камеры (2) и опускаются в общую область (37) выпуска катализатора, которая образует единую опускную трубу, направляющую твердые частицы в находящуюся снизу область (29) размещения отпарного слоя.
Моделированный пример использования
[00074] Варианты осуществления настоящего изобретения могут быть дополнительно описаны с помощью нижеследующего моделированного примера использования. Хотя данный моделированный пример относится к конкретному варианту осуществления, он не должен рассматриваться как ограничивающий настоящее изобретение в каком-либо конкретном аспекте.
[00075] Компьютерное гидродинамическое моделирование широко используется для моделирования полей потока текучей среды, содержащей газ и/или твердые вещества, и оно было использовано для моделирования потока пара/катализатора из лифт-реактора флюид-каталитического крекинга, соединенного с сепараторной емкостью, описанной в данном документе.
[00076] График, представленный на ФИГ. 5, представляет результаты моделирования, показывающие процентное повышение эффективности сепарации в заявленной в настоящем изобретении сепараторной системе лифт-реактора (или в устройстве завершения реакции лифт-реактора) согласно настоящему изобретению, которая имеет перегородки и контур которой в верхней части лифт-реактора содержит криволинейную поверхность выпускного отверстия лифт-реактора, проходящую до дефлектора сепараторной камеры, а также конический вогнутый дефлектор выпускного отверстия лифт-реактора, по сравнению с сепараторной системой уровня техники, обеспечивающей поворот выпускного потока на 90° в выпускном отверстии лифт-реактора. В обеих сепараторных системах использовались сепараторные камеры с отдельными опускными трубами. Сепараторная система лифт-реактора согласно настоящему изобретению и сепараторная система лифт-реактора, известная из уровня техники, моделировались с использованием одинаковых условий коммерческой эксплуатации. Результаты наглядно показывают повышение эффективности сепарации пара и катализатора и снижение пульсаций потока катализатора при использовании заявленной сепараторной системы лифт-реактора.
[00077] Различные варианты осуществления, раскрытые в настоящем описании, например «единая опускная труба», конический вогнутый дефлектор выпускного отверстия лифт-реактора и криволинейная поверхность выпускного отверстия лифт-реактора, могут использоваться по-отдельности или в сочетании в очень компактной сепараторной системе лифт-реактора согласно настоящему изобретению, т.е. в сепараторной емкости. Сепараторная система лифт-реактора может использовать вторичную сепараторную систему, внешнюю по отношению к сепараторной системе лифт-реактора, либо сепараторная система лифт-реактора и вторичная сепараторная система могут быть заключены внутри реакционной емкости. Сепараторная система лифт-реактора, раскрытая в настоящем описании, обеспечивает возможность достижения высокой эффективности сепарации, максимальной локализации и быстрого выпуска сепарированных углеводородов, благодаря повышенной компактности оборудования.
[00078] Из приведенного выше описания специалисты в данной области техники смогут легко уяснить характеристики настоящего изобретения, и они смогут вносить различные изменения и модификации в настоящее изобретение для его адаптации к различным областям применения и условиям без выхода за рамки идеи и объема настоящего изобретения.