ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Эксплуатация установок с кипящим слоем пылевидных частиц из "Процессы в кипящем слое" Одновременно с широким нримененнем процессов кипящим-слоем в нефтяной и химической промышленности в течение последних лет быстро развивалась технология этих процессов. Оныт промышленной эксплуатации привел к более глубокому пониманию принципов кипящего слоя и позволил улучшить конструкцию и условия эксплуатации установок с кипящим слоем пылевидных частиц. [c.105] В опубликованных материалах о промышленных процессах в кипящем слое основное внимание обычно уделялось не общим вопросам технологии, а вопросам практического применения. В настоящей главе описываются особенности кипящего слоя, наблюдавшиеся в промышленных процессах, с целью иллюстрации того, что понимание этих явлений может дать возможность предвидеть и наметить нути решения ряда проблем, возникающих в практической работе. [c.105] Кипящий слой обычно сравнивают с кипящей жидкостью,, поскольку поведение этих систем имеет общие черты. Кипящий слой является турбулентным, частпцы в нем находятся в интенсивном движении, что приводит к быстрому перемешиванию газа с твердым материалом. Аналогия проявляется и в том, что гидростатическое давление в кипящем слое создается так же., как и в жидкости. [c.105] Из этих свойств, которые обычно наблюдались в условиях лабораторных и опытных установок, было сделано общее заключение, что частицы и газ однородно и равномерно распределены по слою и находятся в условиях тесного взаимодействия. Это положение подтверждается также тем, что подобные системы изотермичны. [c.106] В промышленной практике указанные заключения справедливы лишь приближенно. Равномерное распределение газа в слое высотой в несколько метров и до 18 л диаметром само по себе становится проблемой, и контакт между газом и частицами может быть хуже, чем в слое небольших размеров. Хотя даже при максимальных габаритах слой практически остается изотермическим, однако свойства его в различных участках могут быть не одинаковыми. Было найдено также, что общие соотношения (устанавливающие связь плотности слоя и скорости движения газа с физическими характеристиками газа и частиц), найденные при исследованиях в масштабах лабораторных экспериментальных установок, неприменимы в случае слоя большого диаметра. [c.106] Вследствие способности газа отделяться от частиц и перемещаться в виде самостоятельной фазы кипящий слой является нестабильным. В слое образуются ядра, которые при движении увеличиваются в размерах, и с повышением отношения высоты слоя к его диаметру объем ядер в верхней части слоя возрастает. В небольших лабораторных установках поперечное сечение ядер становится равным сечению аппарата, и частицы поднимаются в виде поршня, который разрушается в верхней части слоя. При таком режиме, который назван поршневым, наблюдаются значительные колебания перепада давления по слою. [c.106] Опыт эксплуатации регенераторов установок каталитического крекинга с пылевидным катализатором показывает, что газовые ядра образуются почти во всех случаях, хотя размеры их не настолько велики, чтобы возникали поршневые движения даже при работе с крупными частицами. В пробах газа, отобранных из слоя, содержалось меньше кислорода, чем в газе, выходящем из слоя, что позволило сделать заключение о возможности прохождения через слой газовых ядер, богатых кислородом и находящихся в с.чабом контакте с частицами. Кроме того, наблюдались значительные выбросы из слоя на внутренние покрытия аппарата в зоне, расположенной над слоем, где разрушаются газовые ядра, отбрасывающие катализатор на стенки. [c.106] Попытки разрушения ядер при помощи промежуточных решеток, устанавливаемых в слое, не дали эффекта, и от них пришлось отказаться. Практически более простым способом уменьшения образования ядер и улучшения контакта газа с частицами оказалось повышение эффективности распределения газа, подаваемого в слой. [c.106] Для лучшего распределения газа на решетках, вогнутость которых обращена вниз, отверстия должны неравномерно располагаться но сечению, чтобы живое сечение на периферии оказалось несколько увеличенным. На установках, сооруженных в более позднеее время, решетки обращены вогнутостью вверх, В таком случае на периферии слоя проходит повышенное количество газа. Это целесообразно потому, что в большинстве конструкций решетка не достигает стенок аппарата, и на периферию слоя поступает недостаточное количество газа. [c.107] Если перепад давления но решетке невелик по сравнению с разностью статических давлений в наиболее низком и наиболее высоком участках слоя, то при любой ориентации решетки возможна циркуляция частиц через распределитель газа. В таких случаях уменьшают общее живое сечение решетки, что приводит к увеличению перепада давления. [c.107] Значение эффективного распределения газа для работы установок каталитического крекинга с пылевидными катализаторами бы.ю продемонстрировано на промышленных регенераторах. На одной из установок в результате изменения конструкции решетки нри том же содержании углерода на регенерированном катализаторе количество кислорода в отходящих дымовых газах понизилось с 2,0 до 0,5 %. Уменьшение избытка кислорода в отходящих газах весьма существенно при эксплуатации, поскольку при этом меньше возможности догорания газа (СО в СО2) над слоем с чрезмерным повышением температуры и снижаются эксплуатационные расходы вследствие сокращения количества компримируемого воздуха, требующегося для регенерации. [c.107] При эксплуатации регенераторов установок каталитического крекинга с пылевидными катализаторами было показано, что свойства частиц и состав газа по слою также не являются одинаковыми. При повышенном содержании крупных частиц наблюдается неравномерное их распределение но высоте слоя в нижней части увеличивается концентрация крупных частиц. Кроме того, неодинаково содержание углерода на катализаторе в различных участках слоя. При диаметре регенератора 12—15 м и среднем времени пребывания частиц от 10 до 15 мин. изменение содержания углерода в различных участках аппарата невелико, что служит подтверждением соображений о равномерном распределении частиц по всему аппарату. В последние годы сооружены установки с пониженным средним временем пребывания частиц в регенераторе порядка 5—6 мин., и было обнаружено, что состав частиц не является однородным. На одной из установок закоксованный катализатор, находящийся в области, примыкающей к месту его подачи, содержал углерода 0,8% по весу, а в области, примыкаю щей к месту отвода катализатора, только 0,4%, температура но слою при этом оставалась постоянной. [c.108] В процессах, экономика которых в значительной мере определяется затратами тепла, нанример нри обработке сланцев или сжигании топлива, состав твердых частиц приобретает исключительное значение. Тенло, выделяющееся при сжигании сланцев, рассчитывают исходя из количества углерода, которое остается в отработанных сланцах. Очевидно, что на основе данных лабораторных и пилотных испытаний трудно предсказать, сколько углерода будет содержаться в сланце, выводимом из зоны горения. [c.108] Состав газа, как и частиц, может быть неодинаков в различных точках кипящего слоя. Образование газовых ядер и изменение состава газа при химической реакции не являются единственными причинами неоднородности его в различных участках слоя. Вследствие недостаточного радиального перемешивания для большей части систем с кипяшрм слоем характерно наличие разности концентраций газа в горизонтальном направлении. Например, в описанном выше регенераторе с неравномерным распределением углерода по слою катализатора отходящий из различных участков слоя газ отличался но составу. Газ, отходящий из участков, примыкающих к месту отвода регенерированного катализатора с небольшим процентом углерода, содержал повышенное количество кислорода по сравнению с газом, отходящим из участка, куда вводился закоксованный катализатор с повышенным содержанием углерода. В результате этого наблюдалось локальное догорание газа в одной из частей аппарата, где отходящие газы содержали повышенное количество кислорода. [c.108] Интересно отметить, что в одном из патентов , исходя из отсутствия перемешивания газа в радиальном направлении, предлагают осуществить крекинг и регенерацию в одном аппарате без разделения зон какими-либо перегородками. [c.109] Если пылевидные частицы соответствующим образом разрыхляются, то их можно перемещать по трубам или аппаратам. Это свойство с успехом используется в процессах, в которых требуется значите.льный перенос теп.ла или масс твердых материалов между раз.личными аппаратами с кипящим слоем. При движепин по. пиниям и аппаратам гидростатическое давление частиц повышается, что является важным фактором в общем балансе давлений системы. Избыточные потери напора или недостаточное гидростатическое давление в аппаратах, в которых циркулируют частицы, при эксплуатации могут оказаться причиной серьезных затруднений в регулировании скорости циркуляции катализатора. [c.109] по которым движутся частицы, можно разделить на две категории во-первых, напорные стояки, в которых частицы движутся сверху вниз, увлекая за собой газ во-вторых, подъемные т,ранспортные линии, по которым частицы вместе с газом движутся снизу вверх. При обсуждении вопроса о движении частиц в аппаратах рассмотрены только колонны отнарки на установках каталитического крекинга и риформинга с пылевидным катализатором, поскольку они широко распространены в промышленности и являются единственным примером аппаратов со специфическим движением ката.лизатора в колоннах отпарки частицы движутся сверху вниз в противотоке с поднимающимся газом. [c.109] Частицы, опускающиеся в напорных стояках, увлекают газ, сжимая его. Если объем сжимаемых газов ничем не заполняется, то частицы тесно соприкасаются между собой, что может привести к образованию агломератов в стояках. В результате понижается гидростатическое давление и уменьшаются потери напора на задвижках, что может стать причиной снижения циркуляции частиц. Указанная трудность преодолевается путем ввода достаточного количества газа на аэрацию в соответствующие точки стояка. При подаче избытка газа на аэрацию плотность смеси может оказаться ниже, чем необходимо для баланса давления установки. Количество газа для аэрации определяют путем относительно простых расчетов. При эксплуатации необходимо измерять и регулировать количество этого газа при помощи расходомеров или ограничительных диафрагм, устанавливаемых в линии подвода газа. [c.109] Если скорость частиц в стояке очень мала, механизм создания гидростатического давления может изменяться с переходом от режима увлечения газа опускающимися частицами к режиму противоточного движения газа с частицами. В промежуточной области возможны переходы от одного режима к другому, что сопровождается колебаниями плотности потока частиц и газа, а также колебаниями скорости циркуляции частиц. Кроме того, возрастает опасность уплотнения частиц в тех точках стояка, гд происходит изменение сечения потока эта опасность преодолевается лишь подачей достаточного количества газа на аэрацию. [c.110] Следует отметить, что форма частиц влияет на характер потока в стояках даже при оптимальных условиях движения. Некоторые материалы имеют определенные предпочтительные плоскости излома, поэтому независимо от степени измельчения сохраняется форма частиц. Если частицы имеют плоскую форму (в виде тонких пластинок), например в случае сланцев некоторых типов, то повышается вероятность зависания в стояках. Возможность применения кипящего слоя при переработке таких материалов вызывает сомнение. [c.110] Вернуться к основной статье