УСТРОЙСТВО И СПОСОБ РАСШИРЕНИЯ СТОЯКА
APPARATUS AND METHOD FOR EXPANDING A RISER

Область изобретения
Область изобретения по существу относится к каталитическому реактору с восходящим потоком и, более конкретно, к увеличению времени пребывания сырья в каталитическом реакторе с восходящим потоком.
Предпосылки создания изобретения
Каталитический крекинг-флюид (ККФ) осуществляют путем приведения углеводородов в контакт с катализатором, состоящим из мелкодисперсного порошкового материала, в реакторе с восходящим потоком. Реакцию при каталитическом крекинге, в отличие от гидрокрекинга, проводят в отсутствие добавленного водорода или потребления водорода. В реакторе с восходящим потоком углеводородный поток приводят в контакт с катализатором и крекируют в поток продукта, содержащий более легкие углеводороды. Перед подачей сырья можно использовать поток пара или газа для ускорения катализатора в стояке. По мере протекания реакции крекинга на катализаторе оседают существенные количества кокса. Катализатор регенерируют при высоких температурах путем выжигания кокса с катализатора в зоне восстановления. Кокссодержащий катализатор, называемый «отработанным катализатором», можно непрерывно перемещать из реакционной зоны в зону восстановления для его регенерации и замены на по существу не содержащий кокса регенерированный катализатор из зоны восстановления. Псевдоожижение частиц катализатора различными потоками газов облегчает перемещение катализатора между реакционной зоной и зоной восстановления.
Время пребывания сырья в стояке является одним из основных факторов, определяющих, насколько эффективно происходит превращение тяжелого углеводородного сырья в более легкие, более ценные углеводородные продукты. Увеличение времени пребывания сырья в стояке повышает процентную долю тяжелого углеводородного сырья, которое превращается в более легкие продукты. К сожалению, увеличение времени пребывания может быть очень дорогостоящим. Нефтеперерабатывающие предприятия, которые желают увеличить время пребывания сырья в стояке, обычно применяют для одну из двух технологий: (1) замену существующего стояка на стояк большего диаметра или (2) увеличение высоты сосуда реактора для размещения более высокого стояка в рамках более масштабного переоборудования. Обе эти технологии являются дорогостоящими. Для увеличения диаметра стояка необходимо заменять существующие части и модифицировать системы подачи сырья и пара, чтобы разместить стояк большего диаметра. Кроме того, необходимо соблюдать осторожность для сохранения скорости потока в стояке при увеличении диаметра стояка, чтобы избежать отрицательного влияния на профиль и преобразование потока. Увеличение высоты сосуда реактора может быть очень дорогостоящим при наличии ограничений в плане конструкции или фундамента.
Сохраняется потребность в эффективной и рациональной конструкции для увеличения времени пребывания сырья в стояке.
Изложение сущности изобретения
Устройство и способ для каталитического крекинг-флюида увеличивают время пребывания сырья в стояке без увеличения диаметра стояка или высоты устройства. В устройстве и способе используют стояк, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, для подачи потока углеводородов и катализатора для крекинга более крупных углеводородов в более легкие углеводороды посредством приведения в контакт с катализатором. Поток углеводородов и катализатора выходит из выпускного отверстия в верхней части стояка, при этом контакт углеводородов с катализатором продолжается. Зона нисходящего потока, находящаяся в сообщении с выпускным отверстием стояка, принимает поток углеводородов и катализатора и направляет поток вниз, при этом реакция крекинга продолжается. Изогнутый канал, находящийся в сообщении с зоной нисходящего потока, имеет выпускное отверстие ниже выпускного отверстия для выпуска крекированного углеводородного продукта и катализатора, вызывающего их разделение. Такая система позволяет продлевать контакт углеводородов и катализатора за счет расширения стояка и/или расширения контакта в зоне нисходящего потока без увеличения диаметра стояка или общей высоты устройства.
Дополнительные цели, варианты осуществления и подробности изобретения представлены в приведенном ниже подробном описании изобретения.
Описание графических материалов
На графических материалах показано следующее.
На фиг. 1 представлен схематический вид системы каталитического реактора.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе по сегменту 2–2, показанному на фиг. 1.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе по сегменту 3–3, показанному на фиг. 1.
На фиг. 4 представлен частичный схематический вид варианта осуществления, альтернативного показанному на фиг. 1.
На фиг. 5 представлен вид в разрезе по сегменту 5–5, показанному на фиг. 4.
На фиг. 6 представлен увеличенный частичный вид части, показанной на фиг. 4.
На фиг. 7 представлен частичный вид части, альтернативный показанному на фиг. 1.
На фиг. 8 показан вариант осуществления, альтернативный показанному на фиг. 7.
Подробное описание
Стояки ККФ, которые работают при более высоких скоростях, как правило, функционируют лучше стояков, работающих при более низких скоростях. Однако более медленная работа стояка обычно предназначена для ограничения высоты стояка при сохранении достаточного времени пребывания. Следовательно, более короткие стояки проектируют, жертвуя преобразованием и селективностью выхода. Заявители обнаружили расширение стояка, которое не требует добавления какой-либо дополнительной высоты стояку. Расширитель стояка содержит зону нисходящего потока в верхней части стояка, что обеспечивает продолжение контакта катализатора и углеводородного сырья для продолжения превращения в ценные продукты, в то время как катализатор и углеводород опускаются вниз в зоне нисходящего потока. Зона нисходящего потока обеспечивает равномерную плотность катализатора и профили скорости, приближающиеся к пробковому режиму потока. Поддержание таких профилей важно для работы ККФ, особенно на более поздних стадиях реакции в верхней зоне стояка. В нижней части зоны нисходящего потока изогнутые каналы подают и передают угловой момент смеси катализатора и газообразного продукта, чтобы обеспечить их отделение друг от друга. Расширитель стояка позволяет эксплуатировать стояк при большем времени пребывания без увеличения диаметра стояка, что улучшает преобразование с сохранением при этом достаточного времени пребывания сырья и управляемой высоты стояка. Действительно, общая высота устройства согласно настоящему описанию не увеличивается, поэтому его можно встраивать в существующие устройства ККФ.
Эти и другие преимущества будут лучше оценены и понятны в контексте устройства каталитического реактора. Каталитический реактор может содержать устройство 2 ККФ, такое как показанное на фиг. 1. Каталитический реактор может содержать сосуд 10 реактора, сосуд 12 регенератора и стояк 16 реактора, который обеспечивает зону пневматического перемещения, в которой углеводороды подвергают крекингу до более легких углеводородов. Устройство 2 обеспечивает циркуляцию катализатора для приведения его в контакт с сырьем способом, описанным ниже в настоящем документе.
Катализатор представляет собой любой из хорошо известных катализаторов, которые используют в области каталитического крекинг-флюида, такой как активный катализатор типа аморфной глины и/или высокоактивное кристаллическое молекулярное сито. Катализаторы на основе молекулярного сита являются предпочтительными по сравнению с аморфными катализаторами из-за их гораздо более высокой селективности к желаемым продуктам. Цеолиты являются наиболее часто используемыми молекулярными ситами в способах ККФ. Предпочтительно первый катализатор содержит крупнопористый цеолит, такой как цеолит Y-типа, активный алюмооксидный материал, связующее вещество, содержащее либо диоксид кремния, либо оксид алюминия, и инертный наполнитель, такой как каолин. Каталитическая добавка может содержать катализатор на основе средне- или мелкопористого цеолита, например ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, а также другие аналогичные материалы. В US 3,702,886 описан ZSM-5.
Исходное сырье для ККФ, подходящее для обработки по данному изобретению, включает в себя традиционное сырье для ККФ и более высококипящее или остаточное сырье. Наиболее распространенным из традиционного сырья является вакуумный газойль, который обычно представляет собой углеводородный материал с IBP по меньшей мере 232°C (450°F), T5 от 288°C (550°F) до 392°C (700°F), обычно не более 343°C (650°F), T95 от 510°C (950°F) до 570°C (1058°F) и/или EP не более 626°C (1158°F), полученный путем вакуумного фракционирования атмосферного остатка при определении любым стандартным газохроматографическим методом с имитированной дистилляцией, таким как ASTM D2887, D6352 или D7169, все из которых используют в нефтяной промышленности. Используемый в настоящем документе термин T5 или T95 означает температуру, при которой 5 массовых процентов или 95 массовых процентов соответственно образца кипят с использованием метода ASTM D-86 или метода «истинной точки кипения» (TBP). В настоящем документе термин TBP означает способ тестирования для определения точки кипения материала, соответствующего стандарту ASTM D-2892 для производства сжиженного газа, дистиллятных фракций и кубового остатка стандартизованного качества, по которому можно получать аналитические данные, и определения выходов указанных выше фракций как по массе, так и по объему, на основе которых строят график зависимости температуры от массовой доли дистиллята с использованием пятнадцати теоретических тарелок в сосуде с коэффициентом орошения 5:1. В настоящем документе термин «начальная точка кипения» (IBP) означает температуру, при которой образец начинает кипеть, согласно ASTM D-7169, ASTM D-86 или TBP, в зависимости от обстоятельств. В настоящем документе термин «конечная точка» (EP) означает температуру, при которой образец полностью выкипает, согласно ASTM D-7169, ASTM D-86 или TBP, в зависимости от обстоятельств. Способ ККФ лучше всего подходит для исходного сырья, которое тяжелее углеводородов нафты с температурой кипения выше 177°С (350°F).
3
3
3
3
3
3
Как показано на фиг. 1, стояк 16 реактора обеспечивает зону перемещения и преобразования для перемещения потока углеводородного сырья и катализатора во время крекинга углеводородного сырья посредством контакта с катализатором. Поток углеводородного сырья вводят в стояк 16 реактора посредством одного или более сопел или распределителей 18 между нижней частью 21 стояка 16 реактора с восходящим потоком и по существу выше по потоку от выпускного отверстия 22 в верхней части 24 стояка 16. Поток регенерированного катализатора вводят в стояк из трубопровода 54 регенератора. Псевдоожижающий газ, такой как пар от распределителя 8, псевдоожижает и поднимает катализатор вверх до распределителей 18 сырья, где он вступает в контакт с потоком углеводородного сырья. Стояк 16 перемещает смешанный поток углеводородного сырья и регенерированного катализатора вверх по стояку, при этом происходит каталитический крекинг или превращение углеводородного сырья в углеводородные продукты. Стояк 16 реактора, как правило, работает в условиях разбавленной фазы выше точки закачки сырья, причем плотность обычно составляет менее 320 кг/м (20 фунтов/фут) и, более типично, менее 160 кг/м (10 фунтов/фут). Объемное расширение, возникающее в результате быстрого испарения сырья при его поступлении в стояк 16 реактора, дополнительно снижает плотность катализатора в стояке 16 реактора, как правило, до менее 160 кг/м (10 фунтов/фут). Перед приведением в контакт с катализатором сырье обычно имеет температуру в диапазоне от 149°C (300°F) до 316 °C (600°F). Направленные вверх стрелки без заливки наконечника показывают поток углеводородного сырья и катализатора, поднимающийся вверх в реакторе 16 с восходящим потоком. Стояк проходит через разделительную камеру 36, которая имеет наружную стенку 37.
Поток газообразных углеводородных продуктов и отработанный катализатор могут выходить через выпускное отверстие 22 в верхней части 24 стояка 16 реактора. Стояк 16 реактора может включать в себя расширитель 17 стояка, который проходит между разделительной камерой 36 и верхней частью 24 стояка 16. На фиг. 1 выпускное отверстие находится в верхней части 24 стояка 16, но оно может выходить из окна на стороне стояка в верхней части 24. Поток катализатора и углеводородного сырья удерживается заодно при выходе из выпускного отверстия 22 для продолжения реакции и продлевает время контакта углеводородного сырья и катализатора. Стрелки без заливки наконечника показывают поток углеводородного сырья и катализатора, выходящий из выпускного отверстия 22 реактора с восходящим потоком.
После выхода из реактора 16 с восходящим потоком поток углеводородного сырья и катализатора направляют вниз. В одном аспекте весь поток катализатора и углеводородного сырья направляют вниз. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, нижняя часть циклонного пленума 30 обеспечивает возвратную пластину 31 для блокировки перемещения потока вверх и направляет поток углеводородного сырья и катализатора вниз. В одном аспекте поток катализатора и углеводородного сырья направляют вниз в зону 28 нисходящего потока реактора. Поток углеводородного сырья и катализатора поступает в зону 28 нисходящего потока через вход 27 в верхней части зоны нисходящего потока. Стрелки без заливки наконечника показывают поток углеводородного сырья и катализатора, опускающийся вниз. Зона 28 нисходящего потока пропускает смешанный поток углеводородного сырья и катализатора вниз, при этом продолжается каталитический крекинг или превращение углеводородного сырья в углеводородные продукты, поскольку катализатор и углеводороды все еще находятся в контакте друг с другом. Нахождение в контакте в конечном счете приводит к образованию потока газообразных крекированных углеводородных продуктов и скопления частиц катализатора, покрытых существенными количествами кокса и обычно называемых «отработанным катализатором».
На фиг. 2 представлен вид в поперечном сечении по сегменту 2–2, показанному на фиг. 1. На фиг. 2 показана взаимосвязь стояка 16 с зоной 28 нисходящего потока. Поток углеводородного сырья и катализатора можно направлять вниз в зону 28 нисходящего потока реактора, которая находится в сообщении ниже по потоку с выпускным отверстием 22 стояка 16. Термин «сообщение» означает, что между перечисленными компонентами функционально допустимо протекание жидкости, которое может быть охарактеризовано как «сообщение по флюиду». Термин «сообщение ниже по потоку» означает, что по меньшей мере часть текучей среды, протекающей в рассматриваемый объект, который находится в сообщении ниже по потоку, может функционально протекать от объекта, с которым он сообщается по текучей среде. Зона 28 нисходящего потока реактора может находиться за пределами стояка 16 реактора. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, зона 28 нисходящего потока реактора содержит кольцевой трубопровод, который концентричен относительно реактора 16 с восходящим потоком. Для поддержания одинаковой скорости в стояке 16 и зоне 28 нисходящего потока площадь поперечного сечения зоны нисходящего потока может быть больше или равна площади поперечного сечения стояка. Весь реактор 20 включает в себя стояк 16 реактора, расширитель 17 стояка и зону 28 нисходящего потока реактора.
В нижней части зоны 28 нисходящего потока направленный вниз поток углеводородного сырья и катализатора в основном превращают в газообразные углеводородные продукты и отработанный катализатор. Поток газообразных углеводородных продуктов и отработанный катализатор затем направляют для протекания в угловом направлении для разделения газообразных углеводородных продуктов и отработанного катализатора. В варианте осуществления весь поток углеводородов и катализатора, выходящий из стояка, направляют для протекания в угловом направлении и разделяют на поток пара крекированного продукта и поток отработанного катализатора. Более того, угловое направление предпочтительно может быть по существу горизонтальным. Изогнутый канал 32, расположенный в сообщении ниже по потоку с зоной 28 нисходящего потока, имеет выпускное отверстие 34 ниже указанного выпускного отверстия 22 для выпуска потока газообразных углеводородных продуктов и отработанного катализатора. Выход 29 в зоне 28 нисходящего потока находится ниже выпускного отверстия 22 стояка и входа 27 в зону 28 нисходящего потока. Изогнутый канал 32 может находиться в сообщении ниже по потоку с выходом 29. Зона 28 нисходящего потока может иметь множество изогнутых каналов 32 для придания углового импульса потоку газообразных углеводородных продуктов и отработанного катализатора при его выходе из выпускных отверстий 34. Выпуск потока газообразных углеводородных продуктов и отработанного катализатора из зоны 28 нисходящего потока через изогнутый канал 32 направляет поток газообразных углеводородных продуктов и отработанный катализатор для протекания в угловом направлении, предпочтительно по существу в горизонтальном угловом направлении. Стрелки без заливки наконечника показывают газообразные продукты, поднимающиеся вверх из выпускного отверстия 34, и катализатор, опускающийся из него вниз. Разделение газообразных углеводородных продуктов и катализатора прекращает каталитическое превращение углеводородов.
Вариант осуществления, показанный на фиг. 1, расширяет стояк 16 реактора вверх на значительное расстояние, поскольку верхняя часть 24 стояка поднимается до уровня чуть ниже пленума 30, над циклонами 48 и разделительной камерой 36. Традиционно верхнюю часть 24 стояка 16 располагают в разделительной камере 36 и реакцию прекращают на выпускных отверстиях 34 изогнутых каналов. Стояк 16 реактора включает в себя расширитель 17 стояка, который проходит к верхней части 24, находящейся над циклонами 48 и/или разделительной камерой 36. Использование зоны 28 нисходящего потока со стояком 16 реактора обеспечивает реактор 20 дополнительной длиной, даже удвоением длины расширителя 17 стояка путем закольцовывания длины реактора обратно к выпускным отверстиям в разделительной камере 36 за счет введения зоны 28 нисходящего потока реактора. Более длинный реактор 20, содержащий стояк 16 реактора и зону 28 нисходящего потока реактора, может работать с поверхностной скоростью газа более 12 м/с (40 футов/с), предпочтительно от 14 м/с (45 футов/с) до 21 м/с (70 футов/с) и предпочтительно от 17 м/с (55 футов/с) и 20 м/с (65 футов/с), что может привести к увеличению превращения на 1–2 об.% для стояков с внутренними диаметрами по меньшей мере 1,5 м (5 футов) по сравнению с более медленными рабочими стояками реактора, имеющими такой же объем и время пребывания.
Поток отделенных газообразных углеводородных продуктов пропускают смежно со стояком 16 в циклон 48, который дополнительно отделяет частицы катализатора от газов за счет центростремительного ускорения. В варианте осуществления газообразные продукты поднимаются вверх по каналу 46 извлечения газа для распределения в циклон 48, в котором отработанный катализатор дополнительно отделяют от газообразных продуктов. Стрелки со сплошной заливкой наконечника показывают перемещение вверх газообразных продуктов в канале 46 извлечения газа. Можно использовать множество циклонов 48. Циклоны 48 находятся в сообщении ниже по потоку с выпускным отверстием 22 через канал 46 извлечения газа и удаляют оставшиеся частицы катализатора из потока пара продукта для уменьшения концентрации частиц до очень низких уровней. Опускные трубы 49 циклонов 48 распределяют отделенные частицы катализатора в плотный слой 38 катализатора под разделительной камерой 36. Стрелки без заливки наконечника показывают траекторию отделенных газообразных углеводородных продуктов, поднимающихся вверх из выпускного отверстия 34, и отработанного катализатора, опускающегося из него вниз.
Разделительная камера 36 содержит наружную стенку 37, которая служит для удержания отделенных газообразных продуктов путем охватывания стояка 16, и направляет восходящие газообразные продукты в канал 46 извлечения газа. Наружная стенка 37 разделительной камеры 36 и наружная оболочка 47 канала 46 извлечения газа могут быть едиными. Расширитель 17 стояка 16 проходит в пределах высоты канала 46 извлечения газа. В варианте осуществления оболочка 47 канала 46 извлечения газа может быть выполнена по форме и размеру с возможностью установки между существующими циклонами 48, пленумом 30 и разделительной камерой 36 с возможностью переоборудования на способ и/или устройство настоящего описания.
На фиг. 3 представлен вид в поперечном сечении по сегменту 3–3, показанному на фиг. 1. Изогнутые каналы 32 могут содержаться в разделительной камере 36 внутри сосуда 10 реактора. Разделительная камера 36 находится в сообщении ниже по потоку с выпускными отверстиями 34. Вихревые каналы 32 изогнуты за счет наличия изогнутой наружной стенки 40 и изогнутой внутренней стенки 42, которые усиливают начальное разделение отработанного катализатора и паров крекированного продукта путем придания тангенциальной скорости выходящей смеси катализатора и пара крекированного продукта. Центростремительное ускорение приводит к тому, что более плотный катализатор прижимается к стенке разделительной камеры 36, теряет импульс и падает на плотный слой 38 катализатора ниже. Газообразные продукты поднимаются вверх в разделительной камере 36. Опускные трубы 49 циклонов располагают снаружи разделительной камеры 36.
Отпарную секцию 44 можно располагать ниже разделительной камеры 36. Катализатор, отделенный изогнутыми каналами 32 и выпущенный через выпускные отверстия 34, падает на плотный слой 38 и, в конечном счете, в отпарную зону 44. Поток газообразного продукта, содержащий крекированные углеводороды и некоторое количество отработанного катализатора, выходит из циклонов 48 через пленум 30. Затем поток газообразного продукта может выходить из верхней части сосуда 10 реактора через выпускное отверстие 50 из пленума 30.
Отпарная зона 44 удаляет углеводороды, захваченные отработанным катализатором, и углеводороды, адсорбированные на поверхности катализатора, путем противоточного контакта с инертным газом, таким как пар, распределенный из распределителя 52. Внутренние элементы отпарной секции, такие как перегородки или структурированная насадочная набивка, могут облегчать контакт пара с отработанным катализатором.
Отработанный и отпаренный катализатор перемещают из сосуда 10 реактора в сосуд 12 регенератора, например, по трубопроводу 56 для отработанного катализатора, находящемуся в сообщении ниже по потоку с отпарной зоной 44. Скорость перемещения катализатора можно регулировать с помощью управляющего клапана, который также можно использовать для управления глубиной слоя 38 катализатора в отпарной зоне 44.
На стороне регенерации процесса отработанный катализатор, который переносят в сосуд 12 регенератора по трубопроводу 56, подвергается типичному выжиганию кокса с поверхности частиц катализатора путем приведения в контакт с кислородсодержащим газом. Сосуд 12 регенератора может представлять собой регенератор топочного типа, в котором можно использоваться условия быстрого псевдоожижения гибридного турбулентного слоя в сосуде 12 высокоэффективного регенератора для полной регенерации отработанного катализатора. Однако могут подходить и другие регенераторы, и другие условия для потока.
Отработанный катализатор из сосуда 10 реактора, как правило, содержит углерод в количестве от 0,2 до 2 мас.%, который присутствует в форме кокса. Кислородсодержащий топочный газ, как правило воздух, поступает в регенератор 12 и распределяется распределителем. Кислород в топочном газе вступает в контакт с отработанным катализатором и выжигает углеродистые отложения из катализатора для регенерации катализатора и генерирования дымового газа. Циклоны 58 отделяют захваченный катализатор от дымового газа за счет центростремительного ускорения и направляют дымовой газ, подлежащий выбросу, из выпускного отверстия 60 регенератора. Горячий регенерированный катализатор можно перемещать обратно в сосуд 10 реактора по напорной трубе 54 регенератора.
На фиг. 4 представлен альтернативный вариант осуществления из варианта осуществления, показанного на фиг. 1, в котором вместо использования кольцевой зоны 28 нисходящего потока используют сегментированные трубы 28’ нисходящего потока. Многие элементы на фиг. 4 имеют такую же конфигурацию, как и на фиг. 1, и обозначены теми же соответствующими номерами позиций. Элементы на фиг. 4, соответствующие элементам на фиг. 1, но имеющие другую конфигурацию, обозначены теми же номерами позиций, что и на фиг. 1, но отмечены символом штриха (‘).
В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, поток углеводородного сырья и катализатора переносится посредством реактора 16’ с восходящим потоком вверх и через расширитель 17’ стояка, который проходит над изогнутыми каналами 32, но не над циклонами 48. Направленное вверх движение потока углеводородного сырья и катализатора в стояке 16’ показано идущими вверх стрелками без заливки наконечника. Верхнюю часть 24’ стояка увенчивает возвратная пластина 31’, которая служит для удержания потока углеводородного сырья и катализатора и перенаправляет течение потока вниз. Возвратная пластина 31’ может быть изогнутой и образовывать полусферический свод. Поток углеводородного сырья и катализатора выходит из стояка 16’ через выпускное отверстие 22’, которое может представлять собой окно на стороне стояка 16’ ниже возвратной пластины 31’. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, зона нисходящего потока вместо кольцевой конфигурации содержит множество труб 28’ нисходящего потока. Можно использовать от двух до четырех труб 28’ нисходящего потока. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, выпускное отверстие 22’ стояка служит входом в трубу 28’ нисходящего потока.
Трубы 28’ нисходящего потока принимают поток углеводородного сырья и катализатора и направляют поток вниз, как показано идущими вниз стрелками без заливки наконечника. Трубы 28’ нисходящего потока направляют поток вниз к изогнутым каналам 32’, расположенным ниже выпускного отверстия 22'. Изогнутые каналы 32’, которые выпускают поток из выпускных отверстий 34’ в касательном или угловом направлении, придают угловой импульс потоку газообразных продуктов и отработанного катализатора, вызывая их грубое разделение за счет центростремительного ускорения. Угловое направление может быть по существу горизонтальным. Потоки отделенных газообразных углеводородных продуктов проходят вверх смежно со стояком 16’ и между соответствующими трубами из множества труб 28’ нисходящего потока. Стрелки со сплошной заливкой наконечника показывают перемещение вверх отделенных газообразных продуктов из выпускных отверстий 34'. Совокупная площадь поперечного сечения труб 28’ нисходящего потока может быть больше или равна площади поперечного сечения стояка 16’. Трубы 28’ нисходящего потока определяют каналы 46’ извлечения газа между смежными трубами зоны нисходящего потока снаружи указанного стояка 16’, при этом отделенные газообразные продукты могут подниматься вверх к циклонам 48. Разделительная камера 36’ содержит наружную стенку 37’, которая служит для удержания отделенных газообразных продуктов путем охватывания стояка 16’, труб 28’ зоны нисходящего потока и направляет восходящие газообразные продукты в каналы 46’ извлечения газа. Наружная оболочка 47’ канала 46’ извлечения газа может иметь размеры, подходящие для размещения внутри существующих циклонов 48 при переоборудовании. Наружная стенка 37’ разделительной камеры 36’ и наружная оболочка 47’ каналов 46’ извлечения газа могут быть едиными. Расширитель 17’ стояка 16’ проходит в пределах высоты канала 46’ извлечения газа. Все каналы 46’ извлечения газа могут осуществлять подачу в распределительную камеру 62 циклона, расположенную над верхней частью 24’ стояка 16’ и возвратной пластиной 31’. Распределительная камера 62 циклона питает все циклоны 48. Все потоки отделенных газообразных углеводородных продуктов пропускают в распределительную камеру 62 циклона, которая распределяет отделенные газообразные углеводородные продукты в циклоны 48 для дополнительного удаления катализатора.
На фиг. 5 представлен вид в поперечном сечении по сегменту 5–5, показанному на фиг. 2. На фиг. 5 показана связь стояка 16’ и труб 28’ нисходящего потока друг с другом. Выходящий из выпускного отверстия 22’ стояка 16’ поток газообразных углеводородных продуктов и отработанного катализатора может быть направлен вниз в трубы 28’ зоны нисходящего потока реактора, которые находятся в сообщении ниже по потоку со стояком 16’. Трубы 28’ нисходящего потока реактора могут располагаться радиально снаружи стояка 16’ реактора. В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, трубы 28’ нисходящего потока реактора распределены равномерно и концентрически вокруг реактора 16’ с восходящим потоком. Для поддержания такой же скорости в стояке 16’ и зоне 28’ нисходящего потока площадь поперечного сечения труб 28’ нисходящего потока может быть по меньшей мере такой же, как и площадь поперечного сечения стояка. Поток газообразных углеводородных продуктов и отработанный катализатор выходят из труб 28’ нисходящего потока из изогнутых каналов 32’ через выпускные отверстия 34’ в разделительной камере 36’. Изогнутые каналы 32’ имеют изогнутую наружную стенку 40’ и изогнутую внутреннюю стенку 42’, которые придают угловую траекторию потоку газообразных углеводородных продуктов и отработанного катализатора, выпускаемому из выпускных отверстий 34’. Угловой выпуск влияет на разделение газообразных углеводородных продуктов и отработанного катализатора. Отделенный поток газообразного углеводородного продукта понимается вверх через каналы 46’ извлечения газа в разделительной камере 36’ между трубами 28’ нисходящего потока и стенкой 37 разделительной камеры 36', в то время как отделенный отработанный катализатор опускается до плотного слоя катализатора.
На фиг. 6 представлен увеличенный частичный вид части, показанной на фиг. 4, в которой стояк 16’’ имеет сужающийся верхний конец 64. Многие элементы на фиг. 6 имеют такую же конфигурацию, как и на фиг. 4, и обозначены теми же соответствующими номерами позиций. Элементы на фиг. 6, соответствующие элементам на фиг. 4, но имеющие другую конфигурацию, обозначены теми же номерами позиций, что и на фиг. 4, но отмечены символом двойного штриха (‘‘).
Верхний край 64 верхней части 24’’ стояка 16’ сужается внутрь у выпускного отверстия 22” и у впускного отверстия в трубы 28’ нисходящего потока для предотвращения эрозии поблизости. Сужающийся верхний край 64 обеспечивает больше вертикального пространства для выполнения поворота на 180 градусов и ускорения протекающего вверх потока, чтобы увеличить импульс вверх для обеспечения более равномерного горизонтального профиля потока при повороте вниз. В варианте осуществления на наружной стенке труб 28’ нисходящего потока также может быть установлена наклоненная внутрь перегородка 66 для дополнительного обеспечения равномерности горизонтального профиля потока.
На фиг. 7 представлен частичный вид альтернативной разделительной камеры 36’’’, показанной на фиг. 1, в которой возвратная пластина 31’’’ стояка 16’’’ выполнена изогнутой или сферической для постепенного перехода восходящего течения потока катализатора и углеводородов из стояка 16’’’ в нисходящее течение потока в зоне 28’’’ нисходящего потока. Многие элементы на фиг. 7 имеют такую же конфигурацию, как и на фиг. 1, и обозначены теми же соответствующими номерами позиций. Элементы на фиг. 7, соответствующие элементам на фиг. 1, но имеющие другую конфигурацию, обозначены теми же номерами позиций, что и на фиг. 1, но отмечены символом тройного штриха (‘‘‘). Возвратная пластина 31’’’ является частью изогнутой или сферической верхней части 68 зоны 28’’’ нисходящего потока. Конус 70 рассеивания может выступать внутрь от сферической возвратной пластины 31’’’ к выпускному отверстию 22’’’ стояка 16’’’ для инициирования перенаправления потока углеводородного сырья и катализатора от восходящего потока до нисходящего потока, как показано стрелками, начало на выпускном отверстии 22’’’ стояка с искривлением вверх, а затем вниз. Поток углеводородов и катализатора, выпущенный из выпускного отверстия 22’’’ в верхней части 24’’’ стояка 16’’’, спускается в кольцевой зоне 28’’’ нисходящего потока. Поток газообразных продуктов и отработанного катализатора затем выходит из выпускных отверстий 34’’’ в изогнутых каналах 32’’’ в касательном направлении, предпочтительно по существу горизонтально, для разделения газообразных продуктов, показанных пунктирной стрелкой, и отработанного катализатора, показанного в виде сплошной стрелки, за счет центростремительного ускорения. Отделенный поток газообразного продукта поднимается вверх в разделительной камере 36’’’ к каналу 46’’’ извлечения газа. Все остальные элементы на фиг. 8 выполнены и работают аналогично варианту осуществления, показанному на фиг. 7.
На фиг. 8 показан вариант осуществления, альтернативный показанному на фиг. 7. Многие элементы на фиг. 8 имеют такую же конфигурацию, как и на фиг. 7, и обозначены теми же соответствующими номерами позиций. Элементы на фиг. 7, соответствующие элементам на фиг. 8, но имеющие другую конфигурацию, обозначены теми же номерами позиций, что и на фиг. 1, но отмечены символом звездочки (*). В варианте осуществления, показанном на фиг. 8, верхняя часть 68* зоны 28* нисходящего потока уменьшена по размеру, чтобы быть полусферической и иметь наружный диаметр, эквивалентный диаметру зоны 28* нисходящего потока. Зона 28* нисходящего потока может быть снабжена обращенной внутрь отклоняющей перегородкой 70 на ее наружной стенке 72 для направления катализатора от наружной стенки зоны 28* нисходящего потока. Все остальные элементы на фиг. 8 выполнены и работают аналогично варианту осуществления, показанному на фиг. 7.
Описанные устройство и способ позволяют продлевать контакт углеводородов и катализатора за счет расширения стояка и/или расширения контакта в зоне нисходящего потока без увеличения диаметра стояка или общей высоты устройства.
Конкретные варианты осуществления
Хотя приведенное ниже описание относится к конкретным вариантам осуществления, следует понимать, что настоящее описание предназначено для иллюстрации и не ограничивает объем предшествующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Первый вариант осуществления описания представляет собой способ каталитического крекинг-флюида, включающий пропускание потока углеводородного сырья и катализатора вверх в стояк при каталитическом превращении углеводородного сырья в углеводородные продукты; направление потока вниз при каталитическом превращении углеводородного сырья в углеводородные продукты с получением потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора; направление потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора для протекания в угловом направлении для разделения газообразных углеводородных продуктов и катализатора. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления в этом разделе, вплоть до первого варианта осуществления в этом разделе, дополнительно включая направление всего потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора для протекания в угловом направлении. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая направление потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора сверху вниз в зоне нисходящего потока. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая выпуск потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора из зоны нисходящего потока через изогнутый канал для направления потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора для протекания по существу в горизонтальном угловом направлении. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая пропускание потока отделенных газообразных углеводородных продуктов смежно со стояком для дополнительного отделения в циклоне. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном раздел, дополнительно включая направление потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора сверху вниз по множеству труб нисходящего потока. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая выпуск потоков газообразных углеводородных продуктов и катализатора из каждой зоны нисходящего потока через соответствующие изогнутые каналы и пропускание потоков отделенных газообразных углеводородных продуктов смежно со стояком между соответствующими трубами из множества труб нисходящего потока. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до первого варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая пропускание всего указанного потока отделенных газообразных углеводородных продуктов в распределительную камеру циклона и распределение указанных отделенных газообразных углеводородных продуктов ко множеству циклонов.
Второй вариант осуществления описания представляет собой устройство для каталитического крекинг-флюида, содержащее стояк, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, для перемещения потока углеводородов и катализатора для крекирования углеводорода путем приведения его в контакт с катализатором; выпускное отверстие в верхней части стояка; зону нисходящего потока, находящуюся в сообщении с выпускным отверстием стояка для приема потока углеводородов с катализатором; изогнутый канал, находящийся в сообщении с зоной нисходящего потока, причем изогнутый канал имеет выпускное отверстие ниже выпускного отверстия для выпуска потока газообразных углеводородных продуктов и катализатора. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая выход в зоне нисходящего потока ниже выпускного отверстия и изогнутый канал в сообщении с выходом. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, где зона нисходящего потока находится снаружи стояка. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, где площадь поперечного сечения зоны нисходящего потока больше или равна площади поперечного сечения стояка. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая множество труб нисходящего потока с совокупной площадью поперечного сечения, которая больше или равна площади поперечного сечения стояка. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая множество труб нисходящего потока и каналов извлечения газа смежно с множеством труб нисходящего потока снаружи стояка, при этом отделенные газообразные продукты могут подниматься к циклонам. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая распределительную камеру циклона, находящуюся в сообщении с каналами извлечения продукта. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, где зона нисходящего потока снабжена изогнутой верхней частью над выпускным отверстием в верхней части стояка. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая конус, выступающий в зону нисходящего потока из изогнутой верхней части. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, где зона нисходящего потока содержит кольцевой канал к стояку. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, где верхний край стояка сужается внутрь у выпускного отверстия к зоне нисходящего потока. Вариант осуществления описания представляет собой один, любой или все из предшествующих вариантов осуществления, представленных в данном разделе, вплоть до второго варианта осуществления, представленного в данном разделе, дополнительно включая кольцевую отклоняющую перегородку, сужающуюся внутрь от наружной стенки зоны нисходящего потока.
Третий вариант осуществления описания представляет собой устройство для каталитического крекинг-флюида, содержащее стояк, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, для перемещения потока углеводородов и катализатора для крекирования углеводорода путем приведения в контакт с катализатором; множество выпускных отверстий в верхней части стояка; множество труб нисходящего потока, каждая из которых соответствует соответствующему одному из выпускных отверстий, причем каждая труба нисходящего потока находится в сообщении с соответствующим одним из выпускных отверстий стояка для приема потока углеводородов и катализатора; множество изогнутых каналов, каждый из которых находится в сообщении с соответствующей одной из зон нисходящего потока, причем каждый изогнутый канал имеет выпускное отверстие ниже выпускного отверстия для выпуска потока углеводородов и катализатора; и канал извлечения продукта смежно с трубами нисходящего потока снаружи стояка, при этом отделенные газообразные продукты могут подниматься к циклонам.
Без дальнейшего уточнения считается, что с использованием предшествующего описания специалист в данной области может в полной мере использовать настоящее изобретение и легко установить основные характеристики описания, чтобы без отступления от его сущности и объема вносить в изобретение различные изменения и модификации описания и адаптировать его к различным вариантам применения и условиям. Таким образом, предшествующие предпочтительные конкретные варианты осуществления следует рассматривать как исключительно иллюстративные, не накладывающие каких-либо ограничений на остальную часть описания и охватывающие различные модификации и эквивалентные конструкции, входящие в объем прилагаемой формулы изобретения.
Если не указано иное, в приведенном выше описании все температуры представлены в градусах по шкале Цельсия, а все доли и процентные значения даны по массе.