ТЕПЛООТВОДЯЩИЙ КЛАСТЕР КАТАЛИЗАТОРА И КОНСТРУКЦИЯ ТРУБКИ
HEAT-REMOVING CATALYST CLUSTER AND TUBE DESIGN

ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] По данной заявка испрашивается приоритет согласно заявке на патент США № 15/642912, поданной 06 июля 2017 г. под названием «КАТАЛИТИЧЕСКИЙ ТЕПЛООТВОДЯЩИЙ КЛАСТЕР И КОНСТРУКЦИЯ ТРУБКИ», содержимое которой посредством ссылки включено в настоящий документ в полном объеме для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее изобретение относится в целом к флюидизированному каталитическому крекингу углеводородов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к внешнему сосуду охладителя катализатора для охлаждения катализатора в процессах флюидизированного каталитического крекинга.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Процессы флюидизированного каталитического крекинга (fluidized catalytic cracking, FCC) широко используются для преобразования потоков углеводородного сырья, таких как вакуумные газойли и другие относительно тяжелые нефтепродукты, в более легкие и ценные углеводородные продукты. В процессе флюидизированного каталитического крекинга используется катализатор с тонкодисперсными частицами, флюидизированных газом или паром для обеспечения контакта с исходным потоком углеводородного сырья, также находящемся в флюидизированном состоянии. По мере того как катализатор в форме частиц участвует в реакции, его каталитические участки покрываются коксом, побочным продуктом реакции, осаждаемым на поверхности частиц катализатора, что вызывает ингибирование каталитической активности. Каталитический регенератор используется для выжигания кокса катализатора для регенерации и повторного использования катализатора в процессе крекинга.
[0004] Сжигание кокса из отработанного катализатора генерирует большое количество тепла, которое используется, по меньшей мере частично, для подачи тепла, необходимого для эндотермической крекинговой реакции, происходящей в реакторе. По мере того как углеводородное сырье становится более тяжелым, т.е. имеет более высокие значения показателя Конрадсона, увеличивается объем побочного продукта в виде кокса, образующегося на катализаторе при каталитической реакции. Таким образом, использование более тяжелого сырья может привести к образованию избыточного тепла во время регенерации катализатора за счет сжигания большего объема кокса, образующегося на катализаторе.
[0005] Дополнительное тепло может создать целый ряд проблем в процессе FCC, в том числе нарушение теплового баланса, требующее ограничения в подаче горячего катализатора в реакцию, что в свою очередь приводит к снижению объема продукции на выходе, и к выходу из строя оборудования или катализатора. Следовательно, при превышении теплового баланса, полезно иметь средства для снижения температуры катализатора во время регенерации.
[0006] Были опробованы различные способы теплоотвода во время регенерации, однако наиболее широко применялся метод теплообмена посредством непрямого контакта с охлаждающей средой. Как правило, теплообмен при непрямом контакте достигается с помощью охлаждающих змеевиков или трубок, через которые пропускается охлаждающая жидкость. Охлаждающие змеевики могут проходить через слой частиц катализатора, находящийся с внутренней стороны регенератора, или через отдельный слой катализатора, внешний по отношению к регенератору.
[0007] Теплообменники, в которых используются охлаждающие змеевики или трубки, проходящие через флюидизированный слой частиц катализатора с внутренней стороны регенератора, наглядно показаны в патентах США: № 4009121, Luckenbach, № 4220622, Kelley, 4388218 Rowe, и 4343634, Davis. Однако внутренние теплообменники трудно переоборудовать и/или обслуживать.
[0008] Внешние теплообменники представляют собой, как правило, проточные охладители, в которых катализатор выводится из регенератора и направляется в отдельный сосуд с охлаждающими трубками или змеевиками в нем. Внешние охладители бывают, например, «проточного» типа, или другого типа, где используется «обратно-противоточное смешение». Как правило, охладители проточного типа представляют собой либо гравитационную подачу, где катализатор входит в одно верхнее впускное отверстие и выходит из нижнего выпускного отверстия, либо флюидизированный транспорт, который перемещает катализатор от нижнего впускного отверстия мимо охлаждающие змеевики к верхнему выпускному отверстию. В охладителях обратно-противоточной смеси используется общее впускное и выпускное отверстие для катализатора с перемещением катализатора от источника горячего катализатора к теплообменнику и обратно.
[0009] Уровень техники внешних теплообменников включает патент США № 5242012, в котором раскрыты устройство и способ охлаждения твердых частиц в горячей текучей среде, особенно разогретых регенерированных частиц катализатора. Устройство содержит по существу вертикальный цилиндрический теплоотводящий сосуд с закрытым концом, а через оболочку твердые частицы текучей среды стекают вниз в виде флюидизированного слоя, с плотной фазой. Сосуд содержит один или более отдельных блоков теплообменных трубок, в которых хладагент проходит со стороны трубки через впускное отверстие и испаряется. Отдельный блок теплообменных трубок содержит также камеру для сбора хладагента, одну или более теплообменных трубок, камеру для сбора паров и завершающую трубку для сброса паров. Патент США 7273543 раскрывает способ и устройство для каталитического крекинга углеводородного сырья с получением более легких углеводорода с использованием внешнего охладителя катализатора, соединенного в потоке с каталитическим очистителем. Аналогичным образом, патент США 5571482 раскрывает устройство для внешнего охлаждения катализатора и способ для использования с двухступенчатой системы регенерации в процессе флюидизированного каталитического крекинга. Указанное устройство включает в себя устройство для удаления горячего катализатора из второй зоны регенерации в точке над воздухораспределительным кольцом под поверхностью слоя катализатора, эквивалентной выходу катализатора в реактор; теплообменник для непрямого теплообмена и охлаждения катализатора и возвратное устройство для возврата охлажденного катализатора во вторую зону регенерации в нижней части слоя катализатора или вблизи него, под воздухораспределительным кольцом.
[0010] Таким образом, изобретатели обнаружили, как улучшить размещение теплообменных средств устройства для удаления части тепловой энергии из разогретых регенерированных частиц катализатора в процессах FCC.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0011] Вариант осуществления направлен на внешний охлаждающий сосуд катализатора для FCC, содержащий:
(i) по существу вертикальный цилиндрический сосуд охладителя катализатора, имеющий стенку сосуда, по меньшей мере одно впускное отверстие для катализатора и одно выпускное отверстие для катализатора, и по меньшей мере одно впускное отверстие для газа и выпускное отверстие для газа;
(ii) по меньшей мере один теплоотводящий блок, размещенный в сосуде охладителя катализатора, содержащий центральную подающую трубку, заключенную в центральный теплоотводящий канал и размещенную и размещенную соосно с ним с образованием проточной области между внешней поверхностью центральной подающей трубки и внутренней поверхностью центрального теплоотводящего канала, при этом:
центральная подающая трубка и центральный теплоотводящий канал проходят через верхнюю часть стенки сосуда,
центральная подающая трубка имеет впускное отверстие для хладагента, внешнее по отношению к сосуду, которое не заключено в оболочку центральным теплоотводящим каналом, и выпускное отверстие для хладагента на конце центральной подающей трубки, которое находится напротив впускного отверстия для хладагента и расположенный вблизи нижней камеры центрального теплоотводящего канала, и
центральный теплоотводящий канал имеет выпускное отверстие для пара, внешнее по отношению к сосуду и выполненное ниже впускного отверстия для хладагента;
(iii) причем теплоотводящий блок также содержит по меньшей мере одну внешнюю теплоотводящую трубку, сообщающуюся по текучей среде с центральным теплоотводящим каналом в нижней области канала, расположенной возле нижней камеры и над выпускным отверстием для хладагента центральной подающей трубки, и в верхней области канала, расположенной на удалении от нижней камеры теплоотводящего блока и ниже верхней части стенки сосуда.
[0012] Другой вариант осуществления охлаждающего сосуда катализатора обеспечивает центральную подающую трубку с вертикальными перегородками, которые расположены вокруг центральной подающей трубки рядом с выпускным отверстием для хладагента и проходящие вдоль центральной подающей трубки, расположенные на удалении от нижней области канала, и проходят там, где внешние теплоотводящие трубки сопряжены с сообщением по текучей среде с центральным теплоотводящим каналом. В дополнительном варианте осуществления обеспечено ограничительное кольцо, проходящее вокруг центральной подающей трубки и являющееся составной частью вертикальных перегородок.
[0013] Дополнительные варианты осуществления предусматривают, что теплоотводящий блок содержит по меньшей мере три или по меньшей мере шесть или более внешних теплоотводящих трубок, которые по существу равномерно разнесены в осевом направлении вокруг центрального теплоотводящего канала, а в случае применения шести внешних теплоотводящих трубок, они расположены со смещением (см., например, ФИГ. 2). Геометрия теплоотводящих блоков позволяет расположить их в виде треугольника, что обеспечивает преимущество меньшего пропускания катализатора через открытую область между оболочкой и теплоотводящими блоками, что приводит к более равномерному контакту трубок с каталитическим потоком. Вариант осуществления обеспечивает, что внешние теплоотводящие трубки сопряжены, т.е. сообщаются по текучей среде, с центральным теплоотводящим каналом под углом около 90 градусов или меньше, а предпочтительно под углом 45 градусов или меньше.
[0014] Другие варианты осуществления предусматривают впускное отверстие для хладагента, выпускное отверстие для пара, впускное отверстие для катализатора, выпускное отверстие для катализатора и впускное и выпускное отверстие для газа с регулирующими клапанами. Кроме того, дополнительные варианты осуществления предусматривают, что впускное отверстие для газа сообщается по текучей среде с газораспределителем, расположенным в области с сосудом, расположенную ниже теплоотводящих блоков, а выпускное отверстие для газа проходят через верхнюю часть стенки сосуда.
[0015] Еще один вариант осуществления изобретения направлен на процесс управления температурой регенерированного катализатора от регенератора FCC, включающий этап обеспечения подачи регенерированного катализатора от регенератора FCC во внешнее устройству для охлаждения катализатора, описанному в настоящем документе.
[0016] Варианты осуществления внешнего сосуда охладителя катализатора, раскрытого настоящем документе, обеспечивают увеличенную площадь поверхности для каждого теплоотводящего блока или теплоотводящего кластера. Таким образом, диаметр внешнего сосуда охладителя катализатора может быть уменьшен приблизительно на 25-30 процентов при аналогичном режиме работы, или режим может быть увеличен на 50-100 процентов во внешнем сосуде охладителя катализатора такого же размера. См. например, ФИГ. 3 и 4.
[0017] Описанный внешний сосуд охладителя катализатора требует приблизительно на 30 процентов меньшего количества деталей, чем в уровне техники, за счет отсутствия верхних и нижних горизонтальных коллекторов (манифольдов), и меньшего количества теплоотводящих блоков в расчете на внешний сосуд охладителя катализатора, что снижает себестоимость производственного процесса. См., например, ФИГ. 1 и 2, на которых представлено детальное сравнение коллекторов теплоотводящих блоков (или теплоотводящих кластеров) .
[0018] Кроме того, описанные варианты осуществления внешнего сосуда охладителя катализатора требуют значительного сокращения объема сварочных работ, необходимых при сборке, ввиду меньшего количества частей.
[0019] Объем огнеупорных материалов, включая сами материалы и монтажные работы, значительно уменьшается за счет отказа от горизонтальных коллекторов (манифольдов), описанных выше.
[0020] Далее, описанные варианты осуществления обеспечивают улучшенное распределение катализатора и равномерность контакта с теплоотводящими блоками, благодаря возможности расположения теплоотводящего кластера внутри внешнего сосуда охладителя катализатора на треугольном шаге для уменьшения нежелательного обхода стороны оболочки (т.е. снижается вероятность контакта катализатора с теплоотводящими блоками), и таким образом, повышая теплопередачу за счет улучшения контакта с трубками.
[0021] Кроме того, внутренние устройства, например вертикальные перегородки и ограничительное кольцо на центральной подающей трубке в нижней области канала, обеспечивают равномерное распределение потока хладагента, например воды, с подачей ко всем внешним теплоотводящим трубкам и к проточной области между центральной подающей трубкой и центральным теплоотводящим каналом, для равномерного распределения передачи тепла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0022] К настоящему описанию прилагаются десять фигур, которые приводятся ниже. Кроме того, заявка содержит по меньшей мере один чертеж, выполненный в цвете. Копии настоящего патента или публикации патентной заявки с цветными чертежами будут предоставлены Ведомством по запросу и при уплате необходимой пошлины.
[0023] На ФИГ. 1 представлен вид сбоку в перспективе известного теплоотводящего блока внешнего сосуда охладителя катализатора.
[0024] На ФИГ. 2 представлен боковой вид в перспективе варианта осуществления теплоотводящего блока внешнего сосуда охладителя катализатора, описанного в настоящем документе.
[0025] На ФИГ. 3 представлен вид сверху в перспективе множества известных теплоотводящих блоков внутри внешнего теплоотводящего сосуда, известного как внешний охладитель катализатора.
[0026] На ФИГ. 4 представлен вид сверху в перспективе варианта осуществления множества теплоотводящих блоков внутри теплоотводящего сосуда, описанном в настоящем документе.
[0027] На ФИГ. 5 представлен вертикальный вид в поперечном разрезе в перспективе теплоотводящего блока внутри внешнего сосуда охладителя катализатора, описанном в настоящем документе.
[0028] На ФИГ. 6 представлен вертикальный вид в перспективе теплоотводящего блока, описанного в настоящем документе.
[0029] На ФИГ. 7 представлен вид в поперечном разрезе в перспективе теплоотводящего блока, описанного в настоящем документе.
[0030] На ФИГ. 8А и ФИГ. 8B представлено цветное вычислительное гидродинамическое (CFD) моделирование, показывающее контуры безразмерной вертикальной скорости известного теплоотводящего блока и заявляемого теплоотводящего блока, соответственно.
[0031] На ФИГ. 9A и ФИГ. 9B представлено цветное вычислительное гидродинамическое CFD) моделирование сравнения распределения потока между известным теплоотводящим блоком и заявляемым теплоотводящим блоком, соответственно.
[0032] На ФИГ. 10 представлено графическое представление сравнения распределения потока между известного теплоотводящего блока внешнего сосуда охладителя катализатора и теплоотводящего блока внешнего сосуда охладителя катализатора, описанного в настоящем документе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0033] Внешний сосуд охладителя катализатора и способ, описанный в настоящем документе, могут использовать такое количество независимых друг от друга теплоотводящих блоков или теплоотводящих кластеров, которое необходимо для поддержания теплового равновесия или для обеспечения постоянной рабочей температуры катализатора во время цикла регенерации процесса флюид-каталитического крекинга (fluid catalytic cracking, FCC). Таким образом, внешний сосуд охладителя катализатора и применяемый с ним способ особенно подходят для выполнения флюид-каталитического крекинга. В варианте осуществления настоящего раскрытия разогретые до высокой температуры регенерированные частицы катализатора вводятся через отверстие в верхней части внешнего сосуда охладителя катализатора, и поток, схожий с флюидизированным, стекает вниз через внешний сосуд охладителя катализатора, в виде флюидизированного плотного фазового слоя, вызванного флюидизированным газом, вводимым через впускное отверстие для газа в нижней части сосуда. Эти частицы катализатора охлаждаются, а затем сбрасываются через выпускное отверстие для катализатора в нижней части внешнего сосуда охладителя катализатора. Впускное и выпускное отверстие для катализатора снабжены золотниковыми клапанами, которые предназначены для управления тепловой нагрузкой системы внешнего сосуда охладителя катализатора в диапазоне от 0% до 100%. Теплообменная среда или хладагент, предпочтительно вода, пропускаются через центральные подающие трубки такого количества теплоотводящих блоков, сколько требует теплоотводящая нагрузка, и в то же время подаваемая вода испаряется при поглощении части тепловой энергии от разогретых регенерированных частиц катализатора путем непрямого теплообмена. Образующийся пар отводится через выпускное отверстие для пара, связанное с центральным теплоотводящим каналом каждого теплоотводящего блока.
[0034] Ниже более подробно описаны варианты осуществления раскрытия со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны примеры вариантов осуществления раскрытия. Однако настоящее раскрытие может быть представлено во многих различных формах и не должно истолковываться как ограниченное приведенными примерами вариантов осуществления; напротив, настоящие варианты осуществления предоставлены таким образом, чтобы настоящее раскрытие было более полным и исчерпывающим, и полностью передавало объем изобретения для специалистов в данной области техники. Соответствующие числа относятся к соответствующим, но не обязательно одинаковым или идентичным, элементам во всем тексте.
[0035] Кроме уникальных теплоотводящих блоков, описанных в настоящем документе, и их связей, другие части могут иметь обычную форму или могут быть представлены их модификациями, которые будут очевидны специалистам в данной области техники. Количество используемых теплоотводящих блоков зависит от количества тепловой энергии, которая должна быть отведена или извлечена из разогретых регенерированных частиц катализатора.
[0036] На ФИГ. 1 представлен известный теплоотводящий блок (2) (или теплоотводящий кластер) охладителя катализатора, имеющий квадратный массив из 4 ответвленных внешних теплоотводящих трубок (5), соединенных с коллекторами (24) (манифольдами) и центральным теплоотводящим каналом (4). Теплоотводящий блок (2) охладителя катализатора на ФИГ. 1 дополнительно состоит из направляющего штифта (25) для установки блока на внешнем сосуде охладителя катализатора (не показан). При сравнении ФИГ. 1 с вариантом осуществления на ФИГ. 2 можно заметить, что теплоотводящий блок (2) является "бесколлекторным" теплоотводящим блоком (2), имеющим 6 внешних теплоотводящих трубок (5) и центральный теплоотводящий канал (4) для использования во внешнем сосуде охладителя катализатора.
[0037] На ФИГ. 3 и ФИГ. 4 представлено сравнение вида сверху теплоотводящих блоков (2) во внешних сосудах (1) охладителя катализатора, имеющих одинаковый диаметр сосуда. На ФИГ. 3 показан сосуд, содержащий 28 известных теплоотводящих блоков, имеющих конструкцию из 4 ответвленных внешних теплоотводящих трубок (5), а на ФИГ. 4 показано, что сосуд с одним и тем же диаметром внешнего охладителя (1) катализатора может содержать по меньшей мере 37 бесколлекторных теплоотводящих блоков (2), имеющих конструкцию с шестью внешними теплоотводящими трубками (5). Как видно из ФИГ. 4, новое размещение теплоотводящего блока (2) обеспечивает меньшую открытую площадь, что приводит к более равномерному контакту катализатора с поверхностями теплоотводящих блоков (2).
[0038] На ФИГ. 5 представлен внешний сосуд (1) охладителя катализатора для FCC , который представляет собой по существу вертикальную и цилиндрическую форму. Внешний сосуд (1) охладителя катализатора состоит из стенки (13) сосуда и по меньшей мере одного впускного отверстия (8) для катализатора и по меньшей мере одного выпускного отверстия (9) для катализатора. Кроме того, внешний сосуд (1) охладителя катализатора имеет по меньшей мере одно впускное отверстие (10) для газа и по меньшей мере одно выпускное отверстие (11) для газа, при этом впускное отверстие (10) для газа сообщается по текучей среде с газораспределителем (23) внутри внешнего сосуда (1) охладителя катализатора.
[0039] На ФИГ. 5 теплоотводящие блоки (2) установлены или размещаются внутри внешнего сосуда (1) охладителя катализатора. Теплоотводящий блок (2) содержит центральную подающую трубку (3), расположенную внутри центрального теплоотводящего канала (4). Центральная подающая трубка (3) и центральный теплоотводящий канал (4) расположены соосно друг с другом, например трубка внутри трубки, так что имеется проточная область (18), созданная между внешней поверхностью центральной подающей трубки (3) и внутренней поверхностью центрального теплоотводящего канала (4). Проточная область (18) между ними позволяет пропускать и удалять нагретый хладагент из теплоотводящего блока (2). Центральная подающая трубка (3) и центральный теплоотводящий канал (4) проходят через верхнюю часть стенки (13) внешнего сосуда охладителя катализатора. Далее, центральный теплоотводящий канал (4) заключает в себе или заключает в оболочку центральную подающую трубку (3) на внешней стороне сосуда (1) охладителя катализатора до места, находящегося ниже впускного отверстия (14) для хладагента центральной подающей трубки (3). Впускное отверстие (14) для хладагента является, по существу, продолжением центральной подающей трубки (3), которая выходит за пределы герметизированного центрального теплоотводящего канала (4) внешнего по отношению к сосуду (1) охладителя катализатора. Центральная подающая трубка (3) имеет выпускное отверстие (15) для хладагента на конце центральной подающей трубки (3), которое находится напротив впускного отверстия (14) для хладагента. Выпускное отверстие (15) для хладагента открывается в нижнюю камеру (16) центрального теплоотводящего канала (4), которая является лишь закрытым концом центрального канала теплоотвода (4), в результате чего хладагент выходит из центральной подающей трубки (3) через выпускное отверстие для хладагента (15) в нижнюю камеру (16) и меняет направление потока и движется вверх в проточную область (18), когда он нагревается и переходит в состояние пара. Центральный теплоотводящий канал (4) также имеет по меньшей мере одно выпускное отверстие (17) для пара, являющееся внешним по отношению к сосуду (1) охладителя катализатора и расположенное ниже впускного отверстия (14) для хладагента.
[0040] На ФИГ. 5 теплоотводящий блок (2) дополнительно имеет по меньшей мере одну внешнюю теплоотводящую трубку (5) либо, более предпочтительно, три или шесть или более внешних теплоотводящих трубок (5), которые расположены с сообщением по текучей среде с центральным теплоотводящим каналом (4). Внешние теплоотводящие трубки (5) подключены или соединены с центральным теплоотводящим каналом (4) "бесколлекторным" способом, так что хладагент может вытекать из нижней камеры (16) вверх во внешние теплоотводящие трубки (5) и обратно в проточную область (18) между центральной подающей трубкой (3) и центральным теплоотводящим каналом (4) и выходить из теплоотводящего блока (2) через выпускное отверстие (17) для пара. В частности, внешняя теплоотводящая трубка (5) соединяется по текучей среде с центральным теплоотводящим каналом (4) в нижней области (19) канала, которая находится вблизи или над нижней камерой (16) и над выпускным отверстием (15) для хладагента центральной подающей трубки (3), и в верхней области (20) канала, которая расположена на удалении от нижней камеры (16) и ниже верхней части (12) стенки (13) сосуда. Таким образом, хладагент проходит вниз в центральную подающую трубку (3) и выходит из центральной подающей трубки (3) через выпускное отверстие (15) для хладагента в нижнюю камеру (16) центрального теплоотводящего канала (4) и вливается во внешние теплоотводящие трубки (5) и в проточную область (18) для равномерного распределения внутри теплоотводящего блока (2). Далее, на ФИГ. 5 теплоотводящие блоки (2) удерживаются в положении внутри внешнего сосуда (1) охладителя катализатора при помощи направляющих пластин (26), которые поддерживают положение блоков (2), и обеспечивают прохождение в них катализатора и газа там, где это необходимо. Направляющие пластины (26) могут быть изготовлены из материалов и конструкций, известных и общепринятых в данной области техники.
[0041] На ФИГ. 5 центральная подающая трубка (3) теплоотводящего блока (2) может также содержать по меньшей мере одну вертикальную перегородку (6) которая расположена над выпускным отверстием (15) для хладагента и проходит вдоль центральной подающей трубки (3) в область, над которой внешняя теплоотводящая трубка (5) соединяется по текучей среде с центральным теплоотводящим каналом (4) в нижней области (19) канала. Центральная подающая трубка (3) может также иметь ограничение, которое окружает центральную подающую трубку, ограничение представляет собой непрерывные кольцевые элементы или отдельные элементы, пористые, перфорированные, твердотельные, или сформированные из обжимной части центрального теплоотводящего канала или центральной подающей трубки и упоминается в настоящем описании как ограничительное кольцо (7) (например, ФИГ. 6 и ФИГ. 7), которое окружает центральную подающую трубку (3) и соединено с вертикальными перегородками (6) или интегрировано с ними. Вертикальные перегородки (6) и ограничительное кольцо (7) являются распределительными устройствами, которые обеспечивают равновесие в потоке хладагента.
[0042] При размещении внешней теплоотводящей трубки (5) с сообщением по текучей среде с центральным теплоотводящим каналом (4), они располагаются под углом около 90° или меньше или предпочтительно под углом около 45° или меньше, для улучшения особых взаимоотношений между теплоотводящими блоками (2) внешнего сосуда (1) охладителя катализатора. Кроме того, внешние теплоотводящие трубки (5) распределены равномерно, например триангулированы, вокруг центрального теплоотводящего канала (4), и при необходимости, благодаря количеству внешних теплоотводящих трубок (5), приходящихся на каждый теплоотводящий блок, они могут быть расположены со смещением или чередоваться вверх и вниз для обеспечения эффективного разнесения теплоотводящих блоков (2).
[0043] Внешний охлаждающий сосуд катализатора (1) дополнительно предусматривает наличие регулирующих клапанов на впускном отверстии для хладагента, на выпускном отверстии для пара, так что каждый теплоотводящий блок (2) при необходимости может быть изолирован, не воздействуя на другие теплоотводящие блоки (2) внутри внешнего охлаждающего сосуда (1) катализатора.
[0044] Далее, на ФИГ. 6 представляет собой крупный план нижней области (19) канала теплоотводящего блока (2), где вертикальные перегородки (6) расположены над выпускным отверстием (15) для хладагента и проходят над соединением внешней теплоотводящей трубки (5) с центральным теплоотводящим каналом (4). Ограничительное кольцо (7) окружает центральную подающую трубку (3) и соединяется с вертикальными перегородками (6). В частности, нижняя область (19) канала представляет собой область, где встречаются вертикальные перегородки (6), ограничительное кольцо (7) и соединение внешних теплоотводящих трубок (5) для обеспечения равномерного распределения и потока хладагента. Далее, на ФИГ. 7 представляет собой крупный план поперечного разреза нижней области (19) канала теплоотводящего блока (2), где вертикальные перегородки (6) и ограничительное кольцо (7) расположены над выпускным отверстием (15) для хладагента и проходят над соединением вешней теплоотводящей трубки (5) с центральным теплоотводящим каналом (4).
[0045] Чтобы показать улучшенное распределение текучей среды внутри теплоотводящего блока заявленного внешнего охлаждающего сосуда катализатора и, в частности, улучшенное отклонение от оптимального распределения внутри теплоотводящих блоков, было выполнено цветное вычислительное гидродинамическое (CFD) моделирование, результаты которого представлены на ФИГ. 8A, 8B, 9A и 9B. Вычислительное гидродинамическое моделирование показывает безразмерную скорость, на основе средней скорости выпускного отверстия (15) для хладагента центральной подающей трубки (3). Все безразмерные скорости рассчитывались путем деления локальной скорости, т.е. безразмерной вертикальной скорости, представленной на ФИГ. 8A и 8B, и величины безразмерной скорости, представленной на ФИГ. 9A и 9B, на среднюю скорость на выпускном отверстии (15) для хладагента центральной подающей трубки (3).
[0046] На ФИГ. 8A и 8B представлены контуры безразмерной вертикальной скорости, показанные на вводе прямых участков внешних теплоотводящих трубок и двух центральных теплоотводящих каналов. На ФИГ. 8A представлен известный теплоотводящий блок и на нем указывается на наличие значительного количества вихря в потоке воды внутри внешних теплоотводящих трубок. Кроме того, контуры вертикальной скорости показывают более высокую степень неравномерности во внешних теплоотводящих трубках, и особенно в центральном теплоотводящем канале. На ФИГ. 8B показано заявленный теплоотводящий блок, и показано, что в потоке, движущемся вверх по внешним теплоотводящим трубкам, возникает очень мало вихрей. Контуры вертикальной скорости на впускном отверстии центрального теплоотводящего канала показывают очень хорошее распределение потока. Безразмерные вертикальные скорости были получены путем деления локальной вертикальной скорости на среднюю скорость центральной подающей трубки.
[0047] На ФИГ. 9A и 9B представлены траектории величины безразмерной скорости, показывающие поток во внешние теплоотводящие трубки. На ФИГ. 9A представлен теплоотводящий блок и показаны траектории потока через две внешние теплоотводящие трубки. Обусловленная геометрия нижнего манифольда в известном тепловом блоке такова, что входящий и стекающий вниз поток воды разделяется пополам и направляется в сторону в двух противоположных направлениях. Это в результате приводит к возникновению двух основных завихрений, по одному на каждой половине нижнего манифольда, которые интенсивно распространяются в обе внешние теплоотводящие трубки. Вихревые жгуты (или вращательные потоки) видны вдоль осевых линий трубок, как показано темно-синими линиями траекторий. На ФИГ. 9B представлен заявленный теплоотводящий блок и показаны траектории потока внутри нижней области канала, которые указывают на очень незначительное вращательное или вихревое движение. Имеется только две примечательные области рециркулирующего потока, по одной на дне входной области каждой из внешних теплоотводящих трубок. Однако поток воды, идущий вверх во внешние теплоотводящие трубки, не производит существенного вращательного или вихревого действия. Безразмерные вертикальные скорости были получены путем деления локальной вертикальной скорости на среднюю скорость центральной подающей трубки.
[0048] На ФИГ. 10 графически представлено сравнение распределение потока между известным теплоотводящим блоком внешнего сосуда охладителя катализатора и теплоотводящим блоком внешнего сосуда охладителя катализатора, представленного в настоящем документе, на основе CFD результатов на ФИГ. 8A, 8B, 9A, и 9B. Сравнение распределения потока показывает отклонение от оптимального расхода каждого ответвления центрального теплоотводящего канала и внешней теплоотводящей трубки на основе площади смоченной поверхности, что необходимо для максимального отвода тепла. Таким образом, CFD результаты указывают на то, что заявленный в настоящем изобретении теплоотводящий блок обеспечивает значительное улучшение распределения потока по сравнению с известной конструкцией.
[0049] Как описано выше, внешний охлаждающий сосуд катализатора и способ его использования, имеют прекрасную теплоотдающую способность в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы для эффективного, стабильного и гибкого управления рабочей температурой флюид-каталитического крекинга (FCC), осуществляемого с тяжелым сырьем. Благодаря использованию большого количества раздельных теплоотводящих блоков, каждый из которых может быть опционально открыт и закрыт в любое время, устройство и его процесс в соответствии с настоящим изобретением могут гибко регулироваться в соответствии с требованиями различных нагрузок по отводу тепловой энергии.
[0050] Следует понимать, что приведенное выше общее описание и предложенный в качестве иллюстрации пример настоящего изобретения не будут создавать сами по себе никаких ограничений по настоящему изобретению, в самом широком смысле. Фактически, настоящее изобретение может быть адаптировано для охлаждения твердых частиц любого типа текучих сред с некоторыми модификациями, которые, конечно, находятся под защитой в той степени, которая определена ниже.