Многоступенчатая сепараторная емкость
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано, в частности, для удаления мелких фракций катализатора из горячих регенерационных топочных газов блока жидкостного каталитического крекинга. Емкость 50 содержит стенку 86, в которой выполнено впускное отверстие 54 для загрязненного газового потока и выпускное отверстие 80b. Имеется также первичная ступень А циклонов, связанных по потоку с впускным отверстием 54 с первичной первой и второй трубными решетками 56а и 74а, перекрывающими внутреннее пространство, и первичное множество сепараторных циклонов 51, предназначенных для придания загрязненному газовому потоку центростремительного ускорения и для выгрузки частиц между соответствующими первичной первой и второй трубными решетками 56а и 74а. Каждый из циклонов имеет вертикальный корпус 62 с первым концом 58, прикрепленным к первой трубной решетке 56а, и со вторым концом 66. Первый конец 58 определяет впускное отверстие 60 циклона для приема загрязненного частицами газового потока. Первое газовое выпускное отверстие 75, проходящее через первичную вторую трубную решетку 56а, служит для выпуска первого очищенного газового потока. Имеется также вторичная ступень В циклонов, связанная по потоку с первым газовым выпускным отверстием 75 и разнесенная от первичной ступени А циклонов, элементы конструкции которой идентичны элементам конструкции ступени А. Емкость позволяет очищать широкий диапазон газовых потоков, загрязненных пылевидными частицами с размерами от 1 до 50 мкм. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
Настоящее изобретение, в общем, относится к сепараторной емкости, которая удаляет частицы из газового потока, содержащего большое количество твердых частиц, и, в частности, относится к устройству, обычно известному как емкость сепаратора третьей ступени (СТС) для удаления мелких фракций катализатора из горячих регенерационных топочных газов блока жидкостного каталитического крекинга (ЖКК).
Технология ЖКК длительное время является главным средством производства бензина. В процессе ЖКК бензин образуется в результате крекинга более тяжелого (т.е. с более высоким молекулярным весом) менее ценного углеводородного сырья, такого как дизельное топливо. Хотя ЖКК представляет собой большой и сложный процесс, включающий множество факторов, общее изложение этой технологии представлено здесь в контексте ее отношения к настоящему изобретению.
Процесс ЖКК в общем включает в себя реактор, который смонтирован вплотную к регенератору, за которым далее по потоку следует разделение углеводородных продуктов. Углеводородное сырье контактирует в реакторе с катализатором, чтобы расщепить углеводороды на продукты с меньшим молекулярным весом. Во время этого процесса катализатор имеет тенденцию накапливать на себе углеродистые отложения, которые выгорают в регенераторе.
Тепло от горения в регенераторе, как правило, дает топочный газ с чрезвычайно высокой температурой. Желательно предусматривать устройство восстановления энергии, такое как дросселирующая турбина, для восстановления энергии от этих высоко температурных топочных газов. Известно, например, применение турбины, которую можно соединить с вентилятором для выработки поступающего на горение воздуха для регенератора, генератора для выработки электроэнергии.
Процесс ЖКК приводит к непрерывному ожижению и циркуляции больших количеств катализатора со средним диаметром частиц от 50 до 100 микрометров, эквивалентных по размеру и внешнему виду очень мелкому песку. На каждые 907 кг произведенного расщепленного продукта необходимо приблизительно 4536 кг катализатора, а следовательно, требуется значительная циркуляция. С этой необходимостью большого количества и рециркуляции катализатора с частицами малого диаметра связана постоянная проблема предотвращения выпуска катализатора из системы реактора-регенератора в сточные потоки.
Агентство США по охране окружающей среды ограничило выбросы катализатора из вытяжной трубы ЖКК до 0,5 кг катализатора на 1 кг восстановленного углеродистого отложения. В конкретных ситуациях стандарт на выбросы может быть ограничен до 0,4 кг катализатора на 1 кг восстановленного углеродистого отложения. Желательно снизить концентрацию катализатора в топочных газах для обеспечения соответствия регулятивным нормам по выбросам в окружающую среду, а также предусмотреть предел, чтобы гарантировать, что нормальные отклонения в выбросах все же находятся ниже регулятивных норм окружающей среды.
Помимо того, частицы катализатора являются абразивными и тем самым способными повреждать и изнашивать такие компоненты, расположенные по потоку за регенератором, как турбина. Будучи подвергнуты воздействию частиц катализатора, лопасти турбины будут изнашиваться, что приведет к потере эффективности восстановления энергии. Кроме того, даже хотя мелкие частицы катализатора, т.е. частицы с размерами менее 10 мкм, не изнашивают лопасти дросселирующей турбины настолько значительно, они все же накапливаются на лопастях и корпусе. Накапливание на лопастях может вызвать эрозию концов лопастей, а накапливание на корпусе может увеличить вероятность того, что концы лопастей будут царапать корпус дросселирующей турбины, что может привести к высокой вибрации ее вала. Поэтому желательно удалять частицы катализатора из регенерационных топочных газов.
Чтобы удалить твердые частицы катализатора, традиционно обеспечиваются циклонные сепараторы внутри как реактора, так и регенератора. Как правило, регенератор содержит сепараторы первой и второй (или первичной и вторичной) ступеней для предотвращения загрязнения катализатором регенерационных топочных газов, что, в сущности, дает продукт горения отложений катализатора в воздухе. Хотя частицы катализатора нормальных размеров эффективно удаляются во внутренних регенераторных циклонах, мелкодисперсные материалы (обычно фрагменты катализатора меньше 50 мкм, получающиеся от истирания и эрозии в агрессивной, абразивной среде реактора-регенератора) собрать значительно труднее. В результате топочные газы ЖКК будут обыкновенно содержать концентрацию частиц в пределах от 100 до 500 мг/Н·м3. Этот уровень твердых частиц может представлять трудности, связанные с применимыми допустимыми стандартами на выбросы, и все еще достаточно высок с точки зрения риска повредить дросселирующую турбину восстановления энергии.
Поэтому зачастую бывает оправданным дальнейшее снижение загрузки топочных газов ЖДКК мелкодисперсными частицами, которое может быть получено от сепаратора третьей ступени (СТС). Термин «третья» в СТС обычно предполагает, что циклон первой ступени и циклон второй ступени используются для разделения газа и твердых частиц выше по потоку от впускного отверстия СТС. Эти циклоны, как правило, расположены в емкости восстановления катализатора. Можно предусмотреть больше сепараторных устройств или меньше сепараторных устройств выше по потоку от СТС. Следовательно, как используется здесь, термин СТС не требует, чтобы точно два сепараторных устройства были расположены выше по потоку от емкости СТС. СТС создает центростремительное ускорение для нагруженного частицами газового потока, чтобы принуждать твердые частицы более высокой плотности смещаться к наружным краям вращающегося вихря. Традиционная емкость СТС для выпуска топочных газов ЖКК будет обычно содержать единственную ступень циклонных сепараторов, включая площадку, на которой множество отдельных сепараторов установлены в единственной емкости. Эта площадка включает в себя верхнюю и нижнюю трубные решетки, скрепляющие верхние и нижние концы циклонов для распределения загрязненных газов к впускным отверстиям циклонов, а также для разделения области внутри емкости на секции для сбора разделенных газовой и твердой фаз.
Примеры традиционных блоков СТС с единственной ступенью циклонных сепараторов раскрыты в патентах US 690709, US 6673133 и US 6797026. Хотя такие традиционные блоки СТС работают для удаления значительной доли частиц из газового потока, желательно обеспечить СТС, который дает увеличенное снижение мелкодисперсных частиц.
Емкость многоступенчатого сепаратора (МСС) предусматривается для осуществления ниже по потоку от регенераторной системы ЖКК. Емкость МСС содержит, по меньшей мере, первичную и вторичную ступени или площадки разделительных циклонов в емкости, причем эти ступени размещены для работы последовательно. Каждая ступень или площадка содержит первую и вторую трубную решетку, на которой установлены множество циклонов, и твердые частицы в газовом потоке отделяются от потока и распределяются между трубными решетками по мере того, как поток проходит через каждую ступень. Емкость имеет впускное отверстие для приема газового потока, содержащего частицы, и поток переносится предпочтительно вниз, проходя сначала первую ступень, затем проходя через, по меньшей мере, вторую ступень. При воплощении вниз по потоку от регенераторного блока жидкостного каталитического крекинга (ЖКК) подсчитано, что МСС удаляет увеличенное количество частиц по сравнению с традиционным сепаратором третьей ступени (СТС), который содержит единственную ступень сепараторов.
В одном варианте выполнения предусматриваются сепараторная емкость и процесс, которые преимущественно дают улучшенное удаление твердых частиц из содержащего частицы газового потока.
На чертеже представлен упрощенный условный вид блока ЖКК с множеством ступеней сепараторов по настоящему изобретению.
Настоящее изобретение применяется для очистки широкого диапазона газовых потоков, загрязненных твердыми частицами, и особенно тех, которые содержат пылевые частицы в пределах от 1 до 50 мкм. Несколько коммерческих операций по очистке газа отвечают этому описанию, в том числе обработка выходящих потоков в процессах сжижения твердых катализаторов, угольных нагревателей и электростанций. Несколько общеизвестных операций основаны на технологии ожижения, такие как предпочтительный вариант осуществления способа преобразования метанола в легкие олеины, как описано в патенте US 6166282, с помощью твердого каталитического состава. Другая область заключается в очистке выходящих из ЖКК потоков, которые содержат захваченные частицы катализатора вследствие изнашивания, эрозии и/или истирания в условиях процесса в реакторе.
Как упомянуто, жидкостный каталитический крекинг является общеизвестной операцией рафинирования нефти, основанной в большинстве случаев на производстве бензина. Переменные процесса, как правило, включают в себя температуру реакции крекинга от 400°С до 600°С и температуру восстановления катализатора от 500°С до 900°С. И крекинг, и регенерация происходят при абсолютном давлении ниже 5 атмосфер. На чертеже показан типичный блок процесса ЖКК, где тяжелое углеводородное сырье или сырая нефть в линии 12 контактирует с вновь регенерированным катализатором, поступающим из стояка 14 регенерированного катализатора. Это контактирование может осуществляться в узком реакторном трубопроводе 16, известном как реакторная колонна, проходящим вверх через дно реакторной емкости 10. Контактирование сырья и катализатора сжижается газом из сжижающей линии 8. Тепло от катализатора испаряет нефть, и нефть после этого расщепляется в присутствии катализатора, пока оба они переносятся вверх по реакторному трубопроводу 16 в саму реакторную емкость 10, работающую при давлении несколько ниже, чем в реакторном трубопроводе 16. Расщепленные легкие углеводородные продукты после этого отделяются от катализатора в конце реакторного трубопровода 16 и затем в реакторной емкости 10 с помощью внутреннего реакторного циклона 18 первой ступени и, необязательно, внутреннего реакторного циклона второй ступени (не показано), и далее выходят из реакторной емкости 10 по линии 22 на последующие операции фракционирования. В реакторной емкости 10 может быть использовано больше или меньше циклонов. На этом этапе некоторые неизбежные побочные реакции, происходящие в реакторном трубопроводе 16, оставляют вредные углеродистые отложения на катализаторе, которые понижают активность катализатора. Поэтому про катализатор говорят, что он израсходован (либо, по меньшей мере, частично израсходован) и требует восстановления для дальнейшего использования. Израсходованный катализатор после отделения от углеводородного продукта сбрасывается в выпарную секцию 24, где через сопло 26 вводится водяной пар, чтобы счистить любой остаточный углеводородный пар. После операции выпаривания израсходованный катализатор подается в емкость 30 регенерирования катализатора через стояк 32 израсходованного катализатора, известную как камера сгорания. Следует учесть, что различные типы емкостей регенерирования могут быть пригодны, и что изобретение не ограничено проиллюстрированной примерной емкостью 30 регенерирования. В емкости 30 регенерирования катализатора поток воздуха вводится в воздухораспределитель 28 для контактирования с израсходованным катализатором, сжигания отложенного на нем углеродистого отложения и получения восстановленного катализатора. Процесс регенерирования катализатора добавляет катализатору значительное количество тепла, обеспечивая энергию для сдвига эндотермических реакций, происходящих в реакторном трубопроводе 16. Некоторый свежий катализатор добавляется по линии 36 в основании емкости 30 регенерирования катализатора для пополнения катализатора, покидающего реакторную емкость 10 и емкость 30 регенерирования в качестве мелкодисперсного материала или захваченных частиц. Катализатор и воздух текут вместе вверх по стояку 38 камеры сгорания, расположенному в емкости 30 регенерирования катализатора, и после регенерирования (т.е. сжигания отложения) с самого начала разделяются выбросом через выделитель 40, также внутри емкости 30 регенерирования катализатора.
Более тонкое разделение катализатора и топочного газа, выходящих из выделителя 40, достигается с помощью, например, сепараторного циклона 44 первой ступени и сепараторного циклона 46 вторичной ступени в емкости 30 регенерации катализатора, как иллюстрируется на чертеже. Возможно, что больше сепараторных циклонов или меньше сепараторных циклонов могут использоваться в емкости 30 регенерирования. Топочный газ входит в сепараторный циклон 44 первой ступени через впускное отверстие 44а. Катализатор, отделенный от топочных газов, направляется через опускную трубу 44b, тогда как топочные газы, относительно более легкие, чем катализатор, пропускаются по трубопроводу 46а в сепараторный циклон 46 вторичной ступени. Дополнительный катализатор, отделенный от топочных газов в сепараторном циклоне 46 вторичной ступени, направляется через впускную трубу 46b, тогда как топочные газы, относительно даже более легкие по твердым частицам, выходят из сепараторного циклона 46 вторичной ступени через выпускную трубу 46с.
Регенерированный катализатор рециклируется назад в реакторную емкость 10 через стояк 14 регенерированного катализатора. В результате сжигания углеродистых отложений пары топочных газов, выходящие сверху емкости 30 регенерирования катализатора в сопло 42, содержат N2, CO, СО2, О2 и Н2О вместе с меньшими количествами других видов. Хотя сепараторный циклон 44 первой ступени и сепараторный циклон 46 вторичной ступени могут удалить большинство регенерированного катализатора из топочных газов в сопле 42, мелкодисперсные частицы катализатора, получающиеся по большей части из-за изнашивания, непременно загрязняют поток топочных газов. Поэтому загрязненные мелкими частицами топочные газы содержат, как правило, от 100 до 500 мг/Н·м3 частиц, большинство из которых меньше чем 50 мкм в диаметре. Ввиду такого уровня загрязнения и с учетом как нормативов окружающей среды, так и возможности восстанавливать энергию из топочных газов, стимул дальнейшей очистки относительно загрязненных топочных газов является значительным.
В соответствии с объектом изобретения, для того чтобы обеспечить улучшенное разделение твердых частиц от загрязненного частицами газового потока, такого как газовый поток, выходящий из регенераторного блока ЖКК, предложена сепараторная емкость, которая содержит в себя множество последовательных ступеней циклонов, т.е. по меньшей мере, первую и вторую ступени циклонов. Такая емкость эффективно обеспечивает множество ступеней разделения в системе ЖКК и потому именуется здесь как многоступенчатый сепаратор (МСС), который предназначен для использования вместо традиционного СТС.
Например, иллюстрируется многоступенчатая сепараторная емкость 50, имеющая признаки в соответствии с настоящим изобретением. Трубопровод 48 доставляет поток загрязненных частицами топочных газов из емкости 30 регенерирования катализатора в МСС емкость 50. МСС емкость 50 содержит наружную стенку 86, которая включает в себя, в общем, цилиндрическую боковую часть 86а, донную часть 86b и верхнюю часть 86с, образуя закрытую внутренность. Часть внутренней поверхности стенки 86, такая как на 86с, обложена огнеупорным материалом 52 для снижения эрозии металлических поверхностей захваченными частицами катализатора. Можно использовать рассеиватель для распределения потока топочных газов через впускное газовое отверстие 54.
В соответствии с объектом изобретения, МСС емкость 50 содержит множество площадок или ступеней циклонов. Например, МСС емкость 50 включает в себя первичную сепараторную ступень А и вторичную сепараторную ступень В. В частности, по вертикали под впускным отверстием 54 в промежуточном положении во внутренности МСС емкости 50 размещена первичная сепараторная ступень А, а вторичная сепараторная ступень В разнесена по вертикали под первичной сепараторной ступенью А. Однако предполагаются и иные размещения.
Первая или первичная сепараторная ступень А содержит первичную первую трубную решетку 56а, которая удерживает первые концы 58 соответствующих циклонов 51. В предпочтительном варианте выполнения первичная первая трубная решетка 56а проходит по всему поперечному сечению МСС емкости 50 таким образом, что она разделяет внутренность, чтобы образовать первую или верхнюю впускную камеру 57а для ограничения сообщения из впускной камеры 57а и в остальную часть МСС емкости 50 кроме как через циклоны 51. В частности, каждый из циклонов 51 имеет впускное отверстие 60 циклона, которое открыто во впускную камеру 57а. Трубная решетка 56а может оснащаться крышкой 59а для необязательного люка, чтобы обеспечить доступ через первичную первую трубную решетку 56а.
Различные типы циклонов могут быть воплощены в настоящем изобретении. Загрязненный газ входит в соответствующее впускное отверстие 60 циклона и встречает закручивающиеся лопатки 64, ближайшие к впускному отверстию 60, чтобы вызвать центростремительное ускорение загрязненного частицами газа. Закручивающиеся лопатки 64 представляют собой конструкцию в цилиндрическом корпусе 62 циклона, которая имеет характеристику ограничения прохода, через который может течь поступающий газ, посредством чего текущий газовый поток ускоряется. Закручивающиеся лопатки 64, кроме того, меняют направление потока загрязненного газа, чтобы обеспечить винтовое или спиральное формирование газового потока по длине цилиндрического корпуса 62 циклона. Это закручивающееся движение, придаваемое газу, отсылает твердую фазу с более высокой плотностью к стенке цилиндрического корпуса 62 циклона. Циклоны 51 в одном варианте выполнения содержат закрытый второй конец 66 цилиндрического корпуса 62 циклона вокруг выпускной трубы 72 чистого газа. В одном варианте выполнения второй конец 66 образует зазор между вторым концом 66 и выпускной трубой 72 чистого газа, чтобы согласовать различные тепловые расширения. Следовательно, выпускная труба 72 может располагаться с возможностью скольжения по отношению к корпусу 62 циклона. Твердые частицы извлекаются из первичного газового потока через по меньшей мере одно отверстие, такое как щель, выполненная, чтобы дать возможность твердым частицам, которые выведены наружу к цилиндрическому корпусу 62 циклона, выйти из него за счет центростремительной силы циклона 51. В первичной сепараторной ступени А удаленные частицы падают в камеру 68А твердых частиц первичной или первой ступени между первой трубной решеткой 56а первичной ступени и второй трубной решеткой 74а первичной ступени. Первая трубная решетка 56а и вторая трубная решетка 74а ограничивают сообщение между камерой 68А твердых частиц первичной ступени и остальной частью МСС емкости 50. Вторая трубная решетка 74а первичной ступени предпочтительно имеет форму дымохода или инвертированного конуса, чтобы направлять твердые частицы в первичную выходную трубу 76а твердых частиц, через которую твердые частицы и незначительное количество фильтрационного газового потока выходят из камеры 68А твердых частиц первичной ступени. В одном варианте выполнения первичная выходная труба 76а твердых частиц проходит от МСС емкости 50 через выпускное отверстие 84а, образованное соплом 83 а. В другом варианте выполнения первичная выпускная труба твердых частиц получает угловое соединение, такое как под 90°, и проходит через цилиндрическую боковую часть 86а МСС емкости 50. Небольшое количество фильтрационного газового потока тоже удаляется через первичную выпускную трубу 76а твердых частиц. Относительное возвышение трубных решеток 56а и 74а может быть изменено на обратное, когда они противолежат одна другой, чтобы обеспечить первую пару противолежащих трубных решеток 56а и 74а соответственно.
Очищенный газ, из которого удалены твердые частицы первичной сепараторной ступенью А, поступает вертикально вниз через цилиндрический корпус 62 циклона, проходит через впускное отверстие 70 предпочтительно на верху выпускной трубы 72 чистого газа. Затем очищенный газ выпускается по выпускной трубе 72 чистого газа через первичную вторую трубную решетку 74а или под ней во вторую газовую впускную камеру 57b. Выпускное отверстие 75 выпускной трубы 72 предпочтительно расположено на ее нижнем конце и прикреплено к первичной второй трубной решетке 74а предпочтительно посредством приваренного плоского вкладыша. Первичная вторая трубная решетка 74а определяет предпочтительно верхнюю границу для второй газовой впускной камеры 57b и предотвращает сообщение между второй газовой впускной камерой 57b и камерой 68А твердых частиц первичной ступени. Очищенный газ первичной ступени может выборочно выходить через газовое выпускное отверстие 80а первой ступени из МСС емкости 50. В предпочтительном варианте выполнения газовое выпускное отверстие 80а расположено под первичной второй трубной решеткой 74а через газовое выпускное сопло 81а, которое проходит от вертикальной стенки МСС емкости 50.
На основе установки клапана, регулирующего поток через выпускное отверстие 80а, некоторая часть или весь газ во второй газовой впускной камере 57b течет предпочтительно вниз ко вторичной сепараторной ступени В для еще большей очистки.
Вторичная сепараторная ступень В содержит вторичную первую трубную решетку 56b, которая удерживает первые концы 58 соответствующих циклонов 51. В одном варианте выполнения вторичная первая трубная решетка 56b проходит по всему поперечному сечению МСС емкости 50 таким образом, что разделяет внутренность для образования нижней или второй газовой впускной камеры 57b, чтобы ограничить сообщение из второй газовой впускной камеры 57b в остальную часть МСС емкости 50 кроме как через циклоны 51. В частности, каждый из циклонов 51 имеет впускное отверстие 60 циклона, которое открыто во впускную камеру 57b. Вторичная первая трубная решетка 56b может содержать (не обязательно) крышку 59b для люка, чтобы обеспечить доступ через вторичную первую трубную решетку 56b.
Вторичная сепараторная ступень В, кроме того, содержит вторичную вторую трубную решетку 74b и снабжена множеством циклонов 51. Твердые частицы извлекаются из вторичного газового потока, и удаленные частицы падают в камеру 68b твердых частиц вторичной ступени между вторичной первой трубной решеткой 56b и вторичной второй трубной решеткой 74b вторичной ступени. Вторичная первая трубная решетка 56b и вторичная вторая трубная решетка 74b ограничивают сообщение между камерой 68b твердых частиц вторичной ступени и остальной частью МСС емкости 50. Вторичная вторая трубная решетка 74b вторичной ступени предпочтительно имеет форму дымохода или инвертированного конуса, чтобы направлять твердые частицы во вторичную выходную трубу 76b твердых частиц, через которую твердые частицы и незначительное количество фильтрационного газового потока выходят из камеры 68b твердых частиц вторичной ступени. В одном варианте выполнения вторичная выходная труба 76b твердых частиц проходит от МСС емкости 50 через выпускное отверстие 84b, образованное соплом 83b. Предпочтительно вторичная выпускная труба 76b твердых частиц проходит через донную часть 86b МСС емкости 50. Небольшое количество фильтрационного газового потока тоже удаляется через вторую выпускную трубу 76b. Относительное возвышение трубных решеток 56b и 74b может быть изменено на обратное, когда они противолежат одна другой, чтобы обеспечить первую пару противолежащих трубных решеток 56b и 74b соответственно.
Очищенный газ, из которого удалены твердые частицы вторичной сепараторной ступенью В, течет предпочтительно вертикально и предпочтительно вниз через цилиндрический корпус 62 циклона, проходит через впускное отверстие 70 выпускной трубы 72 чистого газа. Затем очищенный газ выпускается по выпускной трубе 72 чистого газа через вторичную вторую трубную решетку 74b или под ней в выпускную или нижнюю газовую камеру 78. Вторичная вторая трубная решетка 74b вторичной сепараторной ступени образует предпочтительно верхнюю границу для второй нижней газовой камеры 78 и предотвращает сообщение между нижней газовой камерой 78 и камерой 68b твердых частиц вторичной ступени. Очищенный газ вторичной ступени может выходить через газовое выпускное отверстие 80b чистого газа из МСС емкости 50 предпочтительно через донную часть 86b МСС емкости. Выпускное газовое отверстие 80b расположено под вторичной второй трубной решеткой 74b вторичной ступени через газовое выпускное сопло 81b, которое проходит от стенки МСС емкости 50. Можно использовать более одного газового выпускного отверстия. Удерживающая мусор сетка или решетка (не показана) может быть установлена в выпускном отверстии 80а или 80b чистого газа для блокирования прохода от выпадающих огнеупоров.
Таким образом, МСС емкость 50 добавляет по меньшей мере одну ступень разделения в единственной емкости по сравнению с традиционным одноступенчатым СТС. Эта дополнительная ступень в МСС емкости 50 спроектирована для снижения уровня выбросов до величины ниже 0,3 кг частиц на 454 кг углеродистых отложений, даже когда входной поток содержит необычайно высокую загрузку частиц в 475 мг/Н·м3, что является значительным улучшением над качеством разделения традиционного одноступенчатого СТС. Скорости в каждой из множества ступеней А и В могут проектироваться для работы при различных скоростях, чтобы минимизировать изнашивание при оптимизации захвата частиц. Далее, множество внутренних ступеней А и В могут иметь индивидуальные фильтрационные потоки, каждый предпочтительно с индивидуальными барьерными фильтрами, которые обеспечивают двойную защиту от высоких скоростей переноса катализатора из регенератора ЖКК, особенно в случае нарушения условий работы ЖКК. Такие раздельные фильтрационные системы, кроме того, преимущественно обеспечивают способность диагностировать неисправности и оценивать качество каждой ступени по отдельности. Помимо того, волюметрическая скорость потока фильтрационных потоков, выходящих из МСС емкости 50 через выпускные отверстия 84а и 84b, может регулироваться независимо, чтобы улучшить производительность. Относительное позиционирование трубных решеток 56а, 74а, 56b 74b и первичной и вторичной ступеней А и В циклонов, хотя и показано сверху вниз, может быть изменено в целом или частично без отхода от объема изобретения. Предполагается также, что в МСС емкости 50 можно использовать более двух ступеней циклонов.
ПРИМЕР
Проектная характеристика МСС в применении к ЖКК сравнивалась с характеристикой СТС. В традиционном одноступенчатом СТС, в котором входной поток в СТС составлял 30,8 кг/час частиц, одноступенчатый сепаратор давал очищенный газ с выбросом 0,4 кг на 454 кг углеродистых отложений. Некоторые применения могут потребовать гарантированные выбросы меньше чем 0,4 кг на 454 кг углеродистых отложений, и в этом случае такой одноступенчатый сепаратор не обеспечит желательной проектной границы характеристики. В настоящем изобретении спроектировано, на основе данных от всех рабочих блоков, что если весь очищенный газ из традиционного СТС с единственной ступенью при загрузке 6,4 кг/час частиц был бы введен во вторую ступень, как происходит в МСС емкости по настоящему изобретению, он дал бы выход выброса в целом 0,2 кг на 454 кг углеродистых отложений, что является значительным улучшением в удалении частиц и хорошо ложится в спроектированную границу, чтобы удовлетворить, например, гарантированному выбросу меньше чем 0,4 кг на 454 кг углеродистых отложений. Это проектное 30%-ное улучшение в очистке чистого газа, выходящего из выпускного сопла 81b чистого газа вторичной ступени над очисткой чистого газа, выходящего из традиционной первичной сепараторной ступени СТС было полностью неожиданным.
Здесь описаны предпочтительные варианты выполнения данного изобретения, в том числе наилучший режим, известный изобретателям, для осуществления изобретения. Следует учесть, что проиллюстрированные варианты выполнения являются только лишь примерами, и не следует принимать их как ограничение объема изобретения.
1. Емкость (50) для отделения твердых частиц из загрязненного газового потока, содержащая:
стенку (86), определяющую в основном цилиндрическую внутренность, причем в стенке выполнено впускное отверстие (54) емкости, через которое загрязненный частицами газовый поток входит во внутренность, и выпускное отверстие (80b) емкости;
первичную ступень (А) циклонов, связанных по потоку с впускным отверстием емкости, содержащую:
первичную первую трубную решетку (56а) и первичную вторую трубную решетку (74а), причем каждая из первой и второй трубных решеток перекрывает внутреннее пространство;
первичное множество сепараторных циклонов (51), причем каждый из циклонов имеет, в основном, вертикальный корпус (62) циклона с первым концом (58), прикрепленным к первой трубной решетке, и со вторым концом (66), причем первый конец определяет впускное отверстие (60) циклона для приема загрязненного частицами газового потока, при этом циклон предназначен для придания загрязненному газовому потоку центростремительного ускорения и для выгрузки частиц между соответствующими первичной первой трубной решеткой и первичной второй трубной решеткой, и первое газовое выпускное отверстие (75), проходящее через первичную вторую трубную решетку, для выпуска первого очищенного газового потока через первичную вторую трубную решетку; и
вторичную ступень (В) циклонов, связанную по потоку с первым газовым выпускным отверстием (75) и разнесенную от первичной ступени (А) циклонов, при этом вторичная ступень (В) циклонов содержит:
вторичную первую трубную решетку (56b) и вторичную вторую трубную решетку (74b), причем каждая из вторичных первой и второй трубных решеток перекрывает внутреннее пространство;
вторичное множество сепараторных циклонов (51), причем каждый из циклонов имеет практически вертикальный корпус (62) циклона с первым концом (58), закрепленным по отношению к вторичной первой трубной решетке (56b), и со вторым концом (66), причем первый конец определяет впускное отверстие (60) циклона для приема загрязненного частицами газового потока, при этом циклон предназначен для придания загрязненному газовому потоку центростремительного ускорения и для выгрузки частиц между соответствующими первичной первой трубной решеткой и второй трубной решеткой, и второе газовое выпускное отверстие, проходящее через вторую трубную решетку, для выпуска второго очищенного газового потока через вторичную вторую трубную решетку.
2. Емкость по п.1, в которой упомянутое второе газовое выпускное отверстие содержит газовую выпускную трубу (72), причем конец упомянутой газовой выпускной трубы проходит через соответствующую вторую трубную решетку (74b) и прикреплен к ней.
3. Емкость по п.2, в которой корпус (62) циклона содержит, по меньшей мере, одно выпускное отверстие для выгрузки частиц из-за соответствующей пары первой и второй трубных решеток.
4. Емкость по п.3, в которой выпускное отверстие предназначено для выпуска незначительного количества фильтрационного потока с выгружаемыми частицами.
5. Емкость по п.2, в которой газовая выпускная труба (72) установлена с возможностью скольжения относительно корпуса (62) циклона.
6. Емкость по п.1, в которой впускное отверстие (54) сообщается с емкостью (30) регенерации катализатора.
7. Емкость по п.1, в которой первичная ступень (А) циклонов расположена над вторичной ступенью (В) циклонов, а первая трубная решетка (56а, 56b) расположена над второй трубной решеткой (74а, 74b) в упомянутых первичной и вторичной ступенях циклонов.
8. Система, содержащая:
емкость (30) восстановления катализатора с, по меньшей мере, одним циклоном (46) для удаления, по меньшей мере, некоторых твердых частиц из загрязненного газового потока;
сепараторную емкость (50) для удаления твердых частиц из загрязненного газового потока, при этом емкость содержит:
стенку (86), определяющую в основном цилиндрическую внутренность, при этом в стенке выполнено впускное отверстие (54) емкости, через которое загрязненный частицами газовый поток входит во внутренность, и выпускное отверстие (80b) емкости;
первичную ступень (А) циклонов, связанную по потоку с впускным отверстием емкости, содержащую:
первичную первую трубную решетку (56а) и первичную вторую трубную решетку (74а), причем каждая из первичных первой и второй трубных решеток перекрывает внутреннее пространство;
первичное множество сепараторных циклонов (51), причем каждый из циклонов имеет, в основном, вертикальный корпус (62) циклона с первым концом (58), прикрепленным к первичной первой трубной решетке, и со вторым концом (66), причем первый конец определяет впускное отверстие (60) циклона для приема загрязненного частицами газового потока, при этом циклон предназначен для придания загрязненному газовому потоку центростремительного ускорения и для выгрузки частиц между соответствующими первичной первой трубной решеткой (56а) и первичной второй трубной решеткой (74а), и первичное газовое выпускное отверстие (75), проходящее через первичную вторую трубную решетку, для выпуска первого очищенного газового потока под первичной второй трубной решеткой; и
вторичную ступень (В) циклонов, связанную по потоку с первичным газовым выпускным отверстием (75) и разнесенную от первичной ступени (А) циклонов, при этом упомянутая вторичная ступень (В) циклонов содержит:
вторичную первую трубную решетку (56b) и вторичную вторую трубную решетку (74b), причем каждая из вторичных первой и второй трубных решеток перекрывает внутреннее пространство;
вторичное множество сепараторных циклонов (51), причем каждый из циклонов имеет практически вертикальный корпус (62) циклона с первым концом (58), закрепленным по отношению к вторичной первой трубной решетке (56b), и со вторым концом (66), причем первый конец определяет впускное отверстие (60) циклона для приема загрязненного частицами газового потока, при этом циклон предназначен для придания загрязненному газовому потоку центростремительного ускорения и для выгрузки частиц между соответствующими вторичной первой трубной решеткой и вторичной второй трубной решеткой, и вторичное газовое выпускное отверстие, проходящее через вторичную вторую трубную решетку, для выпуска второго очищенного газового потока через вторичную вторую трубу.
9. Система по п.8, в которой первичная и вторичная ступени (А) и (В) циклонов расположены последовательно вертикально под впускным отверстием (54) и разнесены одна от другой по вертикали.
10. Способ отделения твердых частиц из загрязненного газового потока, в котором: доставляют упомянутый загрязненный газовый поток через впускную трубу в сепараторную емкость со стенкой, образующей внутренность;
формируют первичную сепараторную ступень, содержащую первичную первую трубную решетку и первичную вторую трубную решетку, причем каждая из первой и второй трубных решеток перекрывает внутреннее пространство; первичное множество сепараторных циклонов, причем каждый из циклонов имеет, в основном, вертикальный корпус циклона с первым концом, закрепленным по отношению к первой трубной решетке, и со вторым концом, причем первый конец определяет впускное отверстие циклона для приема загрязненного частицами газового потока, при этом циклон предназначен для придания загрязненному газовому потоку центростремительного ускорения и для выгрузки частиц между соответствующими первичной первой трубной решеткой и первичной второй трубной решеткой, и первое газовое выпускное отверстие, проходящее через вторую трубную решетку, для выпуска первого очищенного газового потока через вторую трубную решетку;
формируют вторичную сепараторную ступень, содержащую вторичную первую трубную решетку и вторичную вторую трубную решетку, причем каждая из вторичных первой и второй трубных решеток перекрывает внутреннее пространство; вторичное множество сепараторных циклонов, причем каждый из циклонов имеет практически вертикальный корпус циклона с первым концом, прикрепленным к вторичной первой трубной решетке, и со вторым концом, причем первый конец определяет впускное отверстие циклона для приема загрязненного частицами газового потока, при этом циклон предназначен для придания загрязненному газовому потоку центростремительного ускорения и для выгрузки частиц между соответствующими первичной первой трубной решеткой и второй трубной решеткой, и второе газовое выпускное отверстие, проходящее через вторичную вторую трубную решетку, для выпуска второго очищенного газового потока через вторую трубную решетку;
пропускают загрязненный газовый поток через первичную ступень, отделяя твердые частицы из загрязненного газового потока и выделяя эти твердые частицы между соответствующими первичными первой и второй трубными решетками первичной ступени; и
пропускают по меньшей мере часть первого очищенного газового потока из первичной ступени через вторичную ступень, отделяя дальше твердые частицы из первого очищенного газового потока и выделяя эти твердые частицы между соответствующими вторичными первой и второй трубными решетками вторичной ступени.
