Устройство для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга Российский патент 2024 года по МПК B01D45/06 B07B7/86 

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к устройствам для разделения парообразных продуктов крекинга и взвешенных в них частиц катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга.

Из уровня техники известно устройство для разделения газа и взвешенных в нем твердых частиц, раскрытое в патенте RU 2115460, опубликованном 20.07.1998 г. Известное устройство предназначено для разделения газа и взвешенных в нем твердых частиц на выходе пневмотранспортной линии и включает приемную камеру, соединенную с патрубком на конце пневмотранспортной линии. Выходной участок патрубка изогнут на 45-180° радиусом 1,0-7,0 минимальных поперечных размеров патрубка. Приемная камера также соединена со сборной камерой твердых частиц. Устройство снабжено газоотводящей камерой, соединенной со средствами для доочистки газа. Количество приемных камер, газоотводящих камер и патрубков предусмотрено от 1 до 8. К каждой приемной камере присоединена вихревая камера, продольная поверхность которой изогнута на 60-360° радиусом 0,8-6,0 минимальных поперечных размеров патрубка, соединенная с газоотводящей камерой и сборной камерой твердых частиц. Газоотводящая камера установлена внутри вихревой камеры, а ось продольной поверхности вихревой камеры параллельна продольной поверхности газоотводящей камеры. Проходное сечение на входе в вихревую камеру составляет 40-95% сечения выходного участка патрубка на конце пневмотранспортной линии.

Недостаток данного устройства заключается в том, что вход в дополнительную вихревую камеру устройства присоединен к приемной камере, причем входной патрубок приемной камеры, соединяющий ее с пневмотранспортной линией, не примыкает к газоотводящей камере, в результате чего запыленный поток газовзвеси может частично поступать в газоотводящую камеру еще до того, как он совершил полный оборот в изогнутой части патрубка, что значительно снижает эффективность отделения частиц. Вихревая камера расположена внутри приемной камеры и ее поперечный размер меньше размера приемной камеры на размер изогнутой части входного патрубка, что существенно сокращает путь от входа в вихревую камеру до входа в газоотводящую камеру, что также существенно снижает эффективность отделения частиц от газа на второй стадии сепарации. Повышенная скорость потока газовзвеси в вихревой камере может приводить к повышенному эрозионному износу элементов устройства, включая вихревую и газоотводящую камеры.

Также из уровня техники известно устройство, раскрытое в патенте US 6113777, опубликованном 05.09.2000 г. Известное устройство включает по меньшей мере одну камеру, содержащую зону с прямоугольным или квадратным поперечным сечением для прохождения смеси, циркулирующей в реакторе, и поворотную зону, которая поворачивает разделяемую смесь в вертикальной плоскости на угол не более 360°. Поворотная зона имеет наружную стенку, задающую поворот на угол от 70 до 225°, и внутреннюю стенку, поворачивающуюся соосно с наружной стенкой на угол не менее 30° и не более чем на угол, на который поворачивается наружная стенка плюс 90°. Устройство снабжено патрубком для вывода газа, который соосен с поворотной зоной, и выпускным отверстием для отделенных частиц.

Известное устройство осуществляет разделение потока парокатализаторной смеси в один этап за счет воздействия центробежных сил при повороте потока. Однако, одного лишь поворота на 70-225° недостаточно для полного разделения паров и катализатора. Кроме того, при недостаточной длине внутренней стенки поворотной зоны будет происходить затягивание частиц катализатора в газовыводной патрубок, что будет провоцировать дальнейшее протекание нежелательных термических реакций в смеси, а также потребует проведения дополнительных мероприятий для качественного разделения смеси.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее изобретение заключается в создании устройства для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга, обладающего высокой эффективностью и надежностью при коротком времени разделения.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении разделительных свойств устройства с одновременным снижением эрозионного воздействия на его конструктивные элементы.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга включает входной прямолинейный патрубок, соединенный посредством поворотного соединительного патрубка с приемной камерой, спускной патрубок, с возможностью вывода отработанного катализатора, и газовыводной патрубок. Поворотный соединительный патрубок включает последовательно расположенные основной участок и переходный участок с плавным сужением прохода, выход которого подсоединен ко входу приемной камеры. Приемная камера снабжена первым и вторым выводами, причем первый вывод подсоединен к спускному патрубку, а второй вывод представляет собой газосборный патрубок, снабженный прорезью и прилегающий к поворотному соединительному патрубку в области перехода от основного участка к переходному участку. Газосборный патрубок соединен с газовыводным патрубком.

Резкий поворот потока на входе в устройство из лифт-реактора может отрицательно влиять на равномерность распределения потока в устройстве, увеличивая турбулентность потока и повышая местное сопротивление.

Общеизвестно, что основной причиной снижения эффективности разделения фаз в устройствах для разделения является интенсивность турбулентности входящего двухфазного потока и его турбулизация внутри устройства. Поскольку величина эффективности зависит от масштаба турбулентности и величины энергии, теряемой потоком в аппарате за счет гидравлического сопротивления, целесообразно всеми путями уменьшать эти два фактора.

Наличие входного прямолинейного патрубка способствует уменьшению интенсивности турбулентности на входе в поворотный соединительный патрубок и снижению местного сопротивления, что позволяет повысить эффективность разделения парообразных продуктов крекинга и взвешенных в них частиц катализатора.

Выполнение заявленного устройства с двумя зонами поворота разделяемого потока позволяет повысить эффективность разделения потока парокатализаторной смеси. При поступлении во входной прямолинейный патрубок поток выравнивается, после чего осуществляется поворот потока смеси, на протяжении которого за счет центробежных сил происходит первый этап отделения катализатора от паров. По окончании поворотного участка проходное сечение начинает плавно сужаться для повышения скорости протекания разделяемого потока. При этом более медленные частицы катализатора движутся у внешней стенки поворотного соединительного патрубка, а более быстрые пары движутся ближе к оси поворота поворотного патрубка. Таким образом, обеспечивается дополнительное разделение смеси по скоростям движения, что по окончании переходного участка поворотного соединительного патрубка за счет баллистического эффекта позволяет осуществить второй этап отделения оставшихся частиц катализатора от паров. Кроме того, наличие переходного участка позволяет отдалить отделенный катализатор от прорези газосборного патрубка и снизить вероятность повторного захвата этого катализатора парами, что позволяет минимизировать затягивание частиц катализатора в газовыводной патрубок.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается также в следующих частных вариантах осуществления устройства.

Газосборный патрубок выполнен цилиндрическим с диаметром d и осью, параллельной поверхности поворотного соединительного патрубка, а протяженность переходного участка с плавным сужением прохода лежит в диапазоне от 0,8d до l,5d.

Плавное сужение прохода переходного участка предпочтительно составляет не более 20%.

Такие величины обусловлены необходимостью обеспечения свободного прохода катализатора, отделенного на первом этапе разделения и снижения эрозионного износа внутренней стенки переходного патрубка, прилегающей к газосборному патрубку.

Заявленное устройство поясняется чертежами. На фиг.1 схематически изображен пример одного из вариантов исполнения устройства для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга. На фиг.2 также изображен один из вариантов исполнения устройства.

Устройство для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга (см. фиг.1 и 2) предназначено для быстрого и эффективного отделения паров продуктов крекинга от закоксованного катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга с целью существенного снижения доли вторичных реакций термического крекинга на закоксованном катализаторе, приводящих к разложению целевых продуктов, снижению их выхода и повышению выхода сухого газа и кокса. Для наглядности движение паров и катализатора показано стрелками, пары продуктов крекинга - черными стрелками, закоксованный катализатор - белыми стрелками. Устройство (1) размещается непосредственно на выходе из лифт-реактора (2) установки каталитического крекинга и соединен с ним входным прямолинейным патрубком (3), соединенным посредством поворотного соединительного патрубка (4) с приемной камерой (5). Поворотный соединительный патрубок (4) включает последовательно расположенные основной участок (8) и переходный участок (9) с плавным сужением прохода, выход которого подсоединен ко входу приемной камеры (5). Приемная камера (5) снабжена первым и вторым выводами. Первый вывод подсоединен к спускному патрубку (б), а второй вывод представляет собой газосборный патрубок (10), снабженный прорезью (11). При этом газосборный патрубок (10) прилегает к поворотному соединительному патрубку (4) в области перехода от основного участка (8) к переходному участку (9), другими словами, в области, где начинается сужение поворотного соединительного патрубка (4). Газосборный патрубок (10) соединен с газовыводным патрубком (7).

Газосборный патрубок (10) может быть выполнен цилиндрическим с диаметром d и осью, параллельной поверхности поворотного соединительного патрубка (4), а протяженность переходного участка (9) с плавным сужением прохода предпочтительно лежит в диапазоне от 0,8d до l,5d. Указанный диапазон размеров определяет расстояние от области (12) выхода запыленного газового потока из поворотного соединительного патрубка (4) до прорези (11) газосборного патрубка (10), необходимое для эффективного отделения паров от частиц катализатора при огибании потоком паров продуктов крекинга стенки переходного участка (9) поворотного соединительного патрубка (4) и исключения повторного захвата отделенного катализатора из приемной камеры (5). Предпочтительная протяженность определяется пространством, необходимым для полного поворота разделяемого потока вокруг стенки переходного участка (9) и отделения оставшихся частиц катализатора от паров продуктов крекинга до того, как последние поступят в прорезь (11).

Предпочтительно, плавное сужение прохода переходного участка (9) составляет не более 20%, что также позволяет существенно снизить эрозионный износ элементов устройства, включая переходный участок (9) поворотного соединительного патрубка (4) и приемную камеру (5), а также обеспечивает более качественное разделение потока при огибании потоком паров продуктов крекинга стенки переходного участка (9). Сужение прохода в сочетании с его плавностью позволяет повысить скорость движения разделяемого потока перед огибанием стенки переходного участка (9). Ввиду того, что катализатор, более тяжелый, чем остальная разделяемая смесь, получает при этом меньшее ускорение, такое сужение прохода позволит повысить разделительные характеристики устройства, а также, при огибании стенки переходного участка (9), обеспечить лучшее отделение оставшихся частиц катализатора от паров.

Устройство (1) работает следующим образом.

Парокатализаторная смесь из лифт-реактора (2) с высокой линейной скоростью поступает во входной прямолинейный патрубок (3) устройства (1). Далее парокатализаторная смесь попадает в поворотный соединительный патрубок (4), где за счет центробежных сил освобождается от большей части катализатора. Затем частично очищенная от катализатора парокатализаторная смесь попадает из основного участка (8) поворотного соединительного патрубка (4) в переходный участок (9) с плавным сужением прохода. Плавное сужение прохода повышает скорость движения проходящей смеси, усиливая осуществляемое в поворотном соединительном патрубке (4) центробежное отделение катализатора от паров. Пары, огибая стенку переходного участка (9), поступают в газосборную область (отмечена штриховкой на фиг.1 и 2) приемной камеры (5), затем в прорезь (11) газосборного патрубка (10) и далее в газовыводной патрубок (7), а оставшаяся часть катализатора, обладая значительно большей инерционностью, чем пары, отделяясь от последних, продолжает движение в заданном направлении и вместе с катализатором, ранее отделенном за счет центробежных сил на первом этапе разделения, поступает в приемную камеру (5) и направляется к ее первому выводу и спускному патрубку (6), а оттуда - в сборную емкость отработанного катализатора и/или отпарную зону реактора. Пары из газовыводного патрубка (7) поступают на дальнейшую доочистку и переработку.

Внутренние поверхности патрубков в составе устройства (1) снабжены эрозионностойким покрытием для снижения износа высокоскоростным потоком концентрированной парокатализаторной смеси.

С помощью описанного двухступенчатого разделения в предложенном устройстве достигается степень очистки паров от отработанного катализатора не ниже 99% при очень непродолжительном времени пребывания и пониженном эрозионном износе элементов устройства, обусловленных, в частности, применением баллистического принципа на втором этапе разделения.

Примеры.

Преимущества заявленного устройства (1) для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга иллюстрируются данными лабораторных испытаний, проведенных в ходе экспериментов, направленных на моделирование условий, существующих в потоках продуктов крекинга и взвешенных в них частиц катализатора на выходе из лифт-реакторов установок каталитического крекинга, подтверждающих, что максимальная эффективность отделения частиц мелкодисперсного катализатора крекинга от паров достигается при протяженности переходного участка (9), соединяющего поворотный соединительный патрубок (4) с приемной камерой (5), от 0,8 до 1,5 диаметра газосборного патрубка (10) для сбора очищенного газа и при плавном сужении прохода указанного переходного участка (9) не более 20%.

Несмотря на то, что следующий далее пример иллюстрирует частные варианты реализации заявленного устройства в рамках настоящего изобретения, они не предназначены для ограничения общего объема изобретения, представленного в формуле изобретения.

В ходе экспериментов исследовалась эффективность разделения газового потока и равновесного микросферического катализатора крекинга с диаметром частиц более 20 микрон с учетом того, что окончательная очистка паров от частиц катализатора менее 20 микрон в реакторе промышленной установки каталитического крекинга осуществляется в доочищающих циклонах. В каждом испытании исследовалась модель устройства с цилиндрическим газосборным патрубком диаметром d=110 мм и рядом значений протяженности сужающегося переходного участка поворотного патрубка устройства, образуемого внешней и внутренней сменной, примыкающей к газосборному патрубку, стенками. При одинаковом начальном значении линейной скорости и расходной концентрации катализатора в потоке на входе в прямолинейный входной патрубок устройства, протяженность сужающегося переходного участка поворотного патрубка изменяли путем замены указанной внутренней стенки переходного патрубка. Одновременно с этим изменялась и степень сужения переходного участка поворотного патрубка на входе в приемную камеру устройства.

Эффективность отделения катализатора от газа в экспериментах характеризовалась степенью очистки, показывающей в процентном выражении отношение массы отделенного катализатора, поступившего в сборную емкость по спускному патрубку устройства, к массе катализатора, поступившего в его входной патрубок в составе газокатализаторного потока.

Результаты исследования приведены в таблице 1.

Из приведенных данных следует, что вне заявленного диапазона значений отношения протяженности переходного участка поворотного патрубка к диаметру газосборного патрубка от 0,8 до 1,5 и увеличения степени сужения прохода переходного участка свыше заявленного максимального значения 20%, эффективность отделения катализатора от паров в заявленном устройстве значительно снижается.

Это объясняется тем, что при меньших значениях отношения протяженности переходного участка поворотного патрубка к диаметру газосборного патрубка газосборная область за внутренней, примыкающей к газосборному патрубку стенкой переходного участка поворотного патрубка, в недостаточной степени отделена от пространства поворотного патрубка, и газовый поток, при неполном огибании указанной внутренней стенки, не может в должной мере освободиться от оставшегося катализатора перед поступлением в прорезь газосборного патрубка.

При больших значениях отношения протяженности переходного участка поворотного патрубка к диаметру газосборного патрубка и большем сужении его прохода внутренняя стенка переходного участка поворотного патрубка вносит дополнительное возмущение в нисходящий поток отделенного катализатора, которое приводит к повышению турбулентности потока и вторичному захвату в газосборную область уже отделенного катализатора со входа в приемную камеру устройства.

В результате описанных неблагоприятных явлений при выходе указанных параметров за пределы заявленных диапазонов численных значений эффективность отделения паров от частиц катализатора существенно снижается. Кроме того, в этих случаях за счет повышения турбулентности и скорости взвесенесущего потока повышается местное сопротивление в суженном сечении переходного участка поворотного патрубка, что приводит к повышенному эрозионному износу элементов устройства и сокращению срока его службы.

Изобретение относится к области нефтепереработки, в частности к устройствам для разделения парообразных продуктов крекинга и взвешенных в них частиц катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга. Устройство (1) для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга, включающее входной прямолинейный патрубок (3), соединенный посредством поворотного соединительного патрубка (4) с приемной камерой (5), спускной патрубок (6) с возможностью вывода отработанного катализатора и газовыводной патрубок (7), причем поворотный соединительный патрубок (4) включает последовательно расположенные основной участок (8) и переходный участок (9) с плавным сужением прохода, выход которого подсоединен ко входу приемной камеры (5); приемная камера (5) снабжена первым и вторым выводами, причем первый вывод подсоединен к спускному патрубку (б), а второй вывод представляет собой газосборный патрубок (10), снабженный прорезью (11) и прилегающий к поворотному соединительному патрубку (4) в области перехода от основного участка (8) к переходному участку (9), при этом газосборный патрубок (10) соединен с газовыводным патрубком (7) и выполнен цилиндрическим, с диаметром d и осью, параллельной поверхности поворотного соединительного патрубка (4), а протяженность переходного участка (9) с плавным сужением прохода лежит в диапазоне от 0,8d до l,5d, а плавное сужение прохода переходного участка (9) составляет не более 20%. Технический результат - повышение разделительных свойств устройства с одновременным снижением эрозионного воздействия на его конструктивные элементы. 1 табл., 2 ил.

Устройство (1) для разделения паров и катализатора на выходе из лифт-реактора установки каталитического крекинга, включающее

входной прямолинейный патрубок (3), соединенный посредством поворотного соединительного патрубка (4) с приемной камерой (5),

спускной патрубок (6), с возможностью вывода отработанного катализатора, и

газовыводной патрубок (7),

причем поворотный соединительный патрубок (4) включает последовательно расположенные основной участок (8) и переходный участок (9) с плавным сужением прохода, выход которого подсоединен ко входу приемной камеры (5);

приемная камера (5) снабжена первым и вторым выводами,

причем первый вывод подсоединен к спускному патрубку (б), а второй вывод представляет собой газосборный патрубок (10), снабженный прорезью (11) и прилегающий к поворотному соединительному патрубку (4) в области перехода от основного участка (8) к переходному участку (9),

при этом газосборный патрубок (10) соединен с газовыводным патрубком (7) и выполнен цилиндрическим с диаметром d и осью, параллельной поверхности поворотного соединительного патрубка (4), а протяженность переходного участка (9) с плавным сужением прохода лежит в диапазоне от 0,8d до l,5d, а плавное сужение прохода переходного участка (9) составляет не более 20%.