РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
SEPARATOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к усовершенствованному разделительному устройству, в котором частицы могут эффективно выделяться из смеси газ - частицы. Изобретение также относится к применению такого устройства в процессе каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора.
Уровень техники
Область техники, относящаяся к каталитическому крекингу с псевдоожиженным слоем катализатора (FCC), подвергается значительному развитию и усовершенствованию главным образом за счет прогресса в каталитической технологии и связанного с ним улучшенного распределения продуктов. С появлением высокоактивных катализаторов, в особенности катализаторов крекинга на базе кристаллических цеолитов, стали встречаться новые области действующей технологии, требующие дополнительных усовершенствований в технологии производства, с тем чтобы воспользоваться высокой каталитической активностью, селективностью и чувствительностью новых катализаторов. Особый интерес в данной области вызывает развитие методов и систем отделения углеводородного продукта от частиц катализатора, в особенности высокоактивных кристаллических цеолитных катализаторов крекинга, при более эффективных условиях разделения с тем чтобы уменьшить чрезмерно глубокий крекинг продуктов конверсии и обеспечить регенерацию желаемых продуктов FCC процесса. В опубликованных патентах ЕР-А-162978, ЕР-А-629679, US-A-5248411 и ЕР-А-604026 описываются разработки, касающиеся быстрого выделения и регенерации частиц унесенного катализатора из углеводородных продуктов. Быстрое выделение достигается за счет того, что частицы катализатора выделяют из выпускного потока вертикального реактора в первом циклонном сепараторе или первичном циклоне, выпускной газовый трубопровод которого находится в жидкостной взаимосвязи с вторичным циклоном. Такую стыковку циклонов в FCC реакторах также называют плотносоединенным (close-coupling) циклонным разделением при условии, что первичный и вторичный циклоны находятся в одном большом сосуде. Такое соединение первичного и вторичного циклонов минимизирует продолжительность пребывания, в течение которого углеводородный продукт находится в состоянии контакта с катализатором, после его выхода из вертикального реактора, что ограничивает нежелательный последующий крекинг.
В соединительном трубопроводе между первичным и вторичным циклоном может быть предусмотрено отверстие или щель, через которые может поступать газ с внешней области конфигурации циклона. Щель, подобная той, что описана в цитированных выше опубликованных патентах, используется для вывода отпаривающего газа из FCC реактора совместно с углеводородными продуктами.
Были предложены различные конструкции щели в соединительном трубопроводе. Наиболее подходящая конструкция описана в ЕР-А-162978. Согласно такой конструкции отверстие для входа газа во впускной трубопровод, соединенный с отверстием для входа газа во второй циклон, имеет больший диаметр, чем отверстие для выхода газа выпускного трубопровода, соединенного с выпускным газовым отверстием первого циклона. Согласно такой конструкции входной трубопровод перекрывает выпускной трубопровод. Кольцевое пространство между двумя трубопроводами образует щелевое отверстие. Части двух рассматриваемых трубопроводов могут перемещаться относительно друг друга. Такое расположение позволяет первичному циклону, обычно закрепленному на вертикальном реакторе, и вторичным циклонам, которые обычно устанавливаются на своде FCC реакционного сосуда, двигаться относительно друг друга в ходе операции запуска и выключения установки. Рассматриваемое относительное движение происходит за счет различного теплового расширения указанных различных частей в FCC реакторном сосуде.
В заявках ЕР-А-162978 и WO-A-0065269 описывается конструкция рассматриваемой щели, в которой трубопровод для выхода газа из первичного циклона имеет меньший диаметр, чем отверстие для впуска газа в трубопроводе, соединенном с вторичным циклоном. Два таких трубопровода перекрываются, и в перекрывающей секции между внешней поверхностью выпускного трубопровода первичного циклона и впускной частью трубопровода, соединенного с вторичным циклоном, предусмотрены прокладки.
Недостаток такого щелевого отверстия заключается в том, что в кольцевом пространстве может отлагаться кокс, в результате чего две указанные части трубопровода могут терять подвижность относительно друг друга. В ходе операции запуска и остановки может создаваться нежелательное механическое напряжение, воздействующее на конфигурацию циклона, что может вызывать его серьезные повреждения. Цель настоящего изобретения заключается в создании более прочной щелевой конструкции для циклонных конфигураций плотносоединенного типа.
Раскрытие изобретения
Описывается конфигурация двух циклонов, предназначенных для выделения твердых материалов из газовой смеси, содержащей твердые частицы, в которой отверстие для выпуска газа первого циклона гидравлически соединено с выпускным трубопроводом, снабженным отверстием для выпуска газа. Выходное отверстие для впуска газа во второй циклон соединено с входным трубопроводом, снабженным отверстиями для впуска газа. Выпускной и впускной трубопровод расположены коаксиально таким образом, что газ, выходящий из выпускного отверстия выходного трубопровода, поступает во входное отверстие входного трубопровода. Газ с внешней части конфигурации циклона может подаваться в отверстие для впуска газа входного трубопровода. Выпускной и впускной трубопровод удерживаются в коаксиальном положении относительно друг друга с помощью направляющих приспособлений. Такие направляющие приспособления присоединены к выпускному трубопроводу или впускному трубопроводу и проходят до противоположного трубопровода, обеспечивая движение впускного и выпускного трубопроводов относительно друг друга только в аксиальном направлении. Направляющие устройства присоединены к выпускному или впускному трубопроводу и продолжаются до отверстия во втором трубопроводе.
Авторы настоящего изобретения установили, что при использовании направляющих устройств образуется щелевое отверстие более правильной формы, которое менее подвержено образованию кокса, который может фиксировать две части трубопровода. Кроме этого направляющие устройства выполняют функцию стабилизатора потока, что обеспечивает нахождение двух трубопроводов на расстоянии друг от друга в осевом направлении. Газ в выпускном трубопроводе совершает вихревое движение при выходе из первичного циклона. В отсутствие стабилизатора потока газ способен радиально перемещаться от центра трубопровода, и при использовании непересекающейся щели газ не может быть направлен во впускное отверстие впускного трубопровода.
Настоящее изобретение также относится к FCC реактору, включающему описанную выше конфигурацию циклона, причем нижняя часть вертикального FCC реактора гидравлически соединена с впускным отверстием первичного циклона, а выход газа гидравлически соединен с выпускным газовым отверстием вторичного циклона и отверстием для выхода твердого материала в нижней части сосуда.
Кроме этого настоящее изобретение относится к процессу каталитического крекинга, в котором используется рассмотренный FCC реактор.
Ниже приводится более подробное описание настоящего изобретения, включающего некоторые предпочтительные воплощения.
Краткое описание чертежей.
Фигура 1 иллюстрирует вид поперечного сечения плотносоединенного циклонного аппарата в FCC реакторе.
Фигура 2 иллюстрирует вид сверху первичного циклона и верхний край соединительного трубопровода (7) в перекрывающейся конфигурации.
Фигура 3 иллюстрирует вид сверху АА′ первичного циклона фигуры 2.
Фигура 4 иллюстрирует вид сверху первичного циклона и верхний край соединительного трубопровода (7) в неперекрывающейся конфигурации.
Фигура 5 иллюстрирует вид сверху ВВ′ первичного циклона фигуры 4.
Осуществление изобретения
Фигура 1 представляет собой предпочтительное воплощение аппарата настоящего изобретения. На рассматриваемой фигуре показан вертикальный реактор (10) процесса крекинга в псевдоожиженном слое катализатора, который гидравлически соединен через трубопровод (11) с первичным циклоном (1). В целях упрощения на рассматриваемой фигуре показан только один первичный циклонный сепаратор. Обычно более одного, как правило, два или три первичных циклонных сепаратора (1) гидравлически связаны с нисходящей частью (12) вертикального стояка (10) реактора. Первичный циклон (1) включает трубчатый корпус, снабженный тангенциально расположенным входным отверстием для приема суспензии частиц катализатора и паров углеводорода, которые выходят из вертикального стояка (10) реактора. Нижний конец трубчатого корпуса гидравлически соединен с помощью секции (13), имеющей усеченные конические стенки, с гидравлической затворной трубой (dipleg) (14). Через элемент (14) большая часть частиц катализатора выгружается вниз. Верхняя часть трубчатого корпуса снабжена кожухом (15). Кожух (15) снабжен осевым круглым отверстием (16), через которое проходит трубопровод (4) для выхода газа.
В целях упрощения на чертеже показан лишь один вторичный сепаратор (2). Более одного, например два, вторичных сепаратора (2) могут быть гидравлически соединены с одним первичным циклоном (1). Через трубопровод (17) для выхода газа вторичного циклона (2) пары углеводородов, обедненные частицами катализатора, выводятся из FCC реакционного сосуда через камеру (24) повышенного давления и отверстие (18) для выхода газа. Эти пары дополнительно перерабатываются в расположенном ниже оборудовании для разделения продукта (на чертеже не показано). Вторичный циклон (2) дополнительно снабжен гидравлической трубой (19) для нисходящего вывода выделенных каталитических частиц.
Нижняя часть реакционного сосуда (20) дополнительно включает зону отпаривания (21), снабженную приспособлениями (22), предназначенными для подачи удаленной среды в плотный псевдоожиженный слой отделенных частиц катализатора, образующий зону отпаривания (21). Отпаривающая среда может представлять собой любой инертный газ, пар или пар, содержащий газы, который может успешно использоваться в качестве отпаривающей среды.
Кроме этого реакционный сосуд (20) включает средства для удаления отпаренных частиц катализатора из сосуда через трубопровод (23). Отпаренный или отработанный катализатор через трубопровод (23) переносится в зону регенерации (не показана). В такой зоне регенерации кокс удаляют из катализатора в результате (неполного) сгорания. Регенерированный катализатор подают в верхнюю часть вертикального реактора, где он контактирует с введенным углеводородом с образованием суспензии частиц катализатора и паров углеводородного продукта в нижней части вертикального реактора.
Первичный циклон (1) и вторичный циклон (2) гидравлически связаны друг с другом с помощью выпускного трубопровода (4) и впускного трубопровода (7). Выпускной трубопровод (4) гидравлически соединен с отверстием (3) для выхода газа первичного циклона (1). Противоположный конец выпускного трубопровода (4) снабжен отверстием (5) для выхода газа.
Входной трубопровод (7) гидравлически соединен с входным отверстием для газа во вторичном циклоне (2). Два этих трубопровода (4, 7) размещены коаксиально так, что газ, выходящий из выпускного отверстия (5) выпускного трубопровода (4), поступает во входное отверстие (8) впускного трубопровода (7). Очищающий газ из отпарной зоны (21) может поступать во входное отверстие (8) впускного трубопровода (7). Отверстие (5) для выхода газа и отверстие (8) для впуска газа могут быть расположены таким образом, что трубопроводы (4) и (7) перекрываются, или они могут находиться на одном уровне или размещаться по оси на расстоянии друг от друга. Первое воплощение обозначается, как перекрывающаяся конструкция. Второе воплощение обозначается, как неперекрывающаяся конструкция.
Как показано на фигуре 1, первичный циклон (1) зафиксирован на стояке (10), а вторичный циклон (2) прикреплен к верхней части сосуда (20). В результате такой конструкции, в ходе запуска и охлаждения относительные расстояния между отверстиями (5) и (8) могут изменяться за счет различного теплового расширения разных частей сосуда (20). Ссылки на перекрывающуюся и неперекрывающуюся конструкции относятся к ситуациям при нормальных технологических условиях.
Фигура 2 изображает верхнюю часть первичного циклона (1) и нижнюю часть впускного трубопровода (7). Используются те же справочные номера, что и на фигуре 1. Внутренняя часть трубы (4) для выхода газа предпочтительно снабжена приспособлениями (28), предназначенными для уменьшения вихревого движения газа, проходящего через выпускной трубопровод (4). Такие приспособления (28) могут представлять собой дефлекторы (перегородки), прикрепленные к внутренней поверхности трубопровода (4). Предпочтительно, чтобы такие перегородки проходили по радиусу от поверхности к центру трубопровода. Рассматриваемые приспособления (28) могут располагаться вдоль стенки параллельно оси (25), как это показано на чертеже. С другой стороны, приспособления (28) могут располагаться под углом к оси (25) таким образом, что они направляются в сторону завихрения, но под меньшим углом, чем угол самого завихрения, в результате чего все еще достигается уменьшение степени завихрения.
Впускной трубопровод (7) снабжен направляющими приспособлениями (9). Такие направляющие приспособления установлены на внешней поверхности трубопровода (7) и не прикреплены к трубопроводу (4), что обеспечивает свободное перемещение в аксиальном направлении. Также возможна установка направляющих приспособлений на трубопроводе (4) и их продолжение в направление трубопровода (7). Примером такой конструкции могут служить направляющие приспособления (9), которые прикреплены к внешней поверхности трубопровода (4). Согласно другому примеру направляющие приспособления проходят от внутренней поверхности трубопровода (4) в направлении внутренней поверхности трубопровода (7). Последнее решение обладает преимуществом, поскольку такие направляющие приспособления будут выполнять функцию, способствующую уменьшению степени вихревого движения газа, проходящего по трубопроводу (4). В действительности рассматриваемые направляющие приспособления будут представлять собой комбинацию элементов (28) и (9) фигуры 2, на которой направляющие приспособления предпочтительно закреплены на трубопроводе (4). Согласно предпочтительному воплощению направляющие приспособления (9) в большей степени входят в трубопровод (7), чем в трубопровод (4), вследствие чего направляющие приспособления (9) обеспечивают эффект уменьшения завихрения в трубопроводе (7).
Отверстие (5) предпочтительно снабжено конусным отверстием (27) для дополнительного направления газа в отверстие (8). Предпочтительно, чтобы диаметр отверстия (8) был больше диаметра отверстия (5).
Конфигурация, изображенная на фигуре 2, дополнительно демонстрирует тот факт, что корпус (15) первичного циклона снабжен усеченным коническим элементом (26), который дополнительно направляет отпаривающий газ из зоны отпаривания (21) к отверстию (8).
Устройство, изображенное на фигуре 2, также может содержать паровое кольцо, размещенное между первичным циклоном (1) и отверстием (8), предназначенное для локальной подачи пара с целью уменьшения отложения кокса.
На фигурах 1 и 2 отверстия (5) и (8) расположены в вертикальной части трубопровода, соединяющего первичный и вторичный циклоны, и такое расположение является предпочтительным для рассматриваемых отверстий.
Фигура 3 изображает вид сверху первичного циклона 1, на котором иллюстрируется тангенциально расположенное входное отверстие, соединенное с трубопроводом (11), направляющие приспособления (9) и уменьшающие завихрение перегородки (28) внутри трубопровода (4), которые просматриваются через отверстие (5). Также показан нижний край трубопровода (7) и верхний край трубопровода (4).
Фигура 4 изображает неперекрывающуюся конструкцию. Расстояние (d) между отверстием (5) и отверстием (8) равно нулю или имеет положительное значение, в результате чего обеспечивается неперекрывающееся отверстие. Расстояние (d) предпочтительно в 0-3 раза превосходит диаметр отверстия (5). Направляющие приспособления (9) представляют собой цилиндрические элементы, закрепленные на внутренней части трубопровода (7). Фигура 5 изображает вид поперечного сечения по линии ВВ′, показанной на фигуре 4.
3
Примеры FCC процессов, в которых могут успешно использоваться устройства настоящего изобретения, приведены в упомянутых выше опубликованных патентах и в документе Catalytic Cracking of Heavy Petroleum Fractions, Daniel DeCroocq, Institut Francais du Petrole, 1984 (ISBN) 2-7108-455-7), pp.100-114. Предпочтительно использовать устройство в FCC процессах, в которых суспензия, содержащая газ и твердый материал, подаваемая в первичный циклон, содержит твердые вещества в количестве 1-12 кг/м.