Brevet FR2001041A1 — publié le 19690919

-1- 1001041 La présente invention concerne un mode de commande perfectionné pour un appareil de craquage catalytique fluide classique. Le perfectionnement comprend un procédé et un ap-. pareil pour porter à un maximum la vitesse de combustion du 5 coke dans le régénérateur en faisant fonctionner le compresseur à air à la capacité maximale et en réglant la vitesse de dépôt du coke dans le réacteur en faisant varier la rigueur des conditions de la réaction en réponse aux variations de l'admission d'air depuis le compresseur. 10 Dans un appareil de craquage catalytique fluide, il est important que le débit de l'air dans le régénérateur soit à tout instant proportionné à la vitesse de dépôt du coke sur le catalyseur. Lorsque l'alimentation en air est insuffisante, la concentration du coke sur le catalyseur en circulation augmente 15 rapidement en raison du fait qu'un catalyseur souillé est moins efficace, la vitesse de dépôt du coke sur ce dernier étant une fonction directe de la concentration du coke sur ledit catalyseur. Pour réactiver le catalyseur par combustion du coke à partir de ce dernier, un tiers ou plus de carbone se trouvant 20 dans le coke est normalement transformé en CO plutôt qu'en (X^. A condition que la température normale régnant dans le régénérateur égale ou dépasse la température d'inflammation de CO (comme c'est le cas de façon normale) et qu'un excès d'air soit utilisé pour la régénération, CO brûle pour donner C0£ 25 dans la section supérieure du générateur au-dessus de la phase dense de catalyseur. Ce phénomène, connu sous le nom de "postcombustion", provoque une élévation de température des gaz de combustion au-dessus de la phase dense proportionnellement à la quantité de CO transformé en CO2. Si un excès important 30 d'air est utilisé dans le régénérateur, l'élévation de température due à la post-combustion peut être suffisante pour endommager gravement la partie supérieure du régénérateur et le circuit d'évacuation des gaz de combustion. D'autre part, une légère post-combustion accompagnée d'une faible élévation de 35 température peut constituer un excellent guide de commande, étant donné qu'elle indique que le débit de l'air est suffisant pour équilibrer la vitesse de dépôt du coke sans excès inutile ou nuisible. 69 01918 -2- 2001041 Jusqu'à maintenant, les opérateurs faisant fonctionner les appareils de craquage catalytique fluide faisaient varier le débit de l'air de régénération pour équilibrer la vitesse de dépôt du coke. Ceci nécessitait un fonctionnement dans des 5 conditions consommant une quantité d'air inférieure à la quantité maximale disponible à tout moment, afin d'obtenir une marge pour des augmentations et des diminutions modérées de minute en minute, à mesure que la vitesse de dépôt du coke augmentait ou diminuait. Au cours des récentes années, certains 10 --affineurs ont eu recours à l'installation de systèmes de commande à calculatrices très complexes et très coûteux pour faire varier la rigueur des conditions de l'opération de craquage, afin de tirer un bénéfice plus complet de l'alimentation disponible en air. A nouveau, ils doivent gâcher ou perdre une certai-15 ne quantité d'air pour le contrôle d'équilibrage. Le résultat direct est que leurs vitesses de combustion du coke sont inférieures au potentiel maximal. De plus, ils transforment moins de gas-oil que la capacité potentielle maximale de leurs ensembles, dont tous à peu près sont limités par la capacité de 20 l'air. La présente invention constitue un ensemble simple et peu coûteux d'un moyen de commande automatique ou semi-automatique qui équilibre la vitesse de dépôt du coke et le débit d'admission de l'air. Ceci permet au possesseur d'un appareil de cra-25 quage catalytique fluide de tirer le maximum de bénéfice de son installation de compression d'air à tout moment, même si cette installation varie avec les changements de pression atmosphérique, de température et d'humidité. Cette commande est réalisée en faisant varier la rigueur des conditions de la 30 réaction pour régler la transformation d'une façon ascendante ou descendante à mesure que les variations de l'air d'admission permettent la combustion d'une quantité plus ou moins élevée de coke. La rigueur des conditions de la réaction est réglée en faisant varier la température et le rapport du ca-35 talyseur à la charge d'alimentation du réacteur en réponse à la température régnant à la sortie du régénérateur. La température et le rapport du catalyseur à la charge varient en faisant varier l'écoulement du catalyseur régénéré chaud pro- 69 01918 -3- 2001041 •venant du régénérateur pour se diriger vers le réacteur. On va décrire l'invention plus en détail en se référant aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma général simplifié d'un ensemble 5 de craquage catalytique fluide rentrant dans le cadre de la présente invention ; les figures 2 à 5 illustrent la relation de certaines variables du fonctionnement pour le rendement maximal d'un ensemble de craquage catalytique fluide classique. 10 En se référant à la figure 1, le compresseur 1 fonctionne à une vitesse maximale sur commande de régulateur, en distribuant tout l'air qu'il peut comprimer dans le régénérateur 2 dans lequel la pression est maintenue constante (de préférence à une pression manométrique de 0,7 à 2,1 bars) au moyen d'un 15 enregistreur contrôleur de pression (EGP) 3a actionnant une soupape de retenue disposée sur la conduite 3 de sortie des gaz de combustion. Des courants 4 et 5 de charge fraîche et de gas-oil de recyclage se trouvant chacun sur le contrôleur de débit (CD) 4a et 5a atteignent et traversent le four 6 pour 20 atteindre la colonne montante 7 d'alimentation du réacteur, la température de transfert variant normalement entre 200° et 370°C environ à partir du four 6 de préchauffage d'alimentation est réglée par un avertisseur enregistreur contrôleur de température (ACET) 8 qui met en position une soupape dans la conduite 25 de combustible 9 du four. La température de la phase dense 10 du régénérateur est maintenue constante au moyen de l'enregistreur contrôleur de température (ECl) 11 qui rétablit le point de repère du ACET 8. La vapeur d'eau et la suspension recyclée provenant de la 30 colonne de fractionnement (non représentée) peuvent également être chargées dans la colonne montante de charge du réacteur à des débits constants, comme indiqué. Le catalyseur régénéré provenant de la phase dense du régénérateur 2 s'écoule par un conduit vertical 12 et la vanne à tiroir 13 dans l'extrémité 35 inférieure de la colonne montante 7 de charge du réacteur où il se mélange intimement avec les courants de vapeur d'eau et de l'huile de charge. En raison de sa température plus élevée (environ 650°C), le catalyseur régénéré cède de la chaleur au 69 01918 -4- 2001041 courant combiné de charge d'huile, en lui fournissant la température voulue (habituellement comprise entre 470°C et 515°C environ), pour effectuer sa vaporisation et son craquage. Les vapeurs et la vapeur d'eau résultantes circulent vers le haut 5 à travers la colonne montante de charge du réacteur pour arriver dans le réacteur 14 en entraînant le catalyseur avec elles. La température régnant dans le réacteur est réglée de façon à maintenir une température du réacteur comprise de préférence entre 470°C et 5100G environ, au moyen d'un avertisseur enregistreur 10 contrôleur de température (ACET) 15 qui règle la position de la soupape à tiroir 13 disposée sur le conduit vertical 12 de catalyseur ré gé né ré . Le degré de post-co:u r -istion qui se produit dans le régé-i: rsteur 2 es~ commandé en réglant la température de sortie des 15 ga~ de coml; ;3xic:: au moyen d'uL enregistreur contrôleur de température (E7T) :6 qui règle le point de réglage du ACET 15 qui règle directement la tempéra!are du réacteur. Le catalyseur usé prov -\r,t du réacteur 14 descend par gr^-'^é à travers l'épurate Le catalyseur usé rectifié descend par gravité à partir de l'épurateur 17 pour arriver dans le régénérateur 2 en passant par la colonne ascendante 20 de catalyseur usé et la soupape à tiroir 21. La position de la soupape à tiroir 21 est 30 réglée par un enregistreur contrôleur de niveau (ECU) 22 pour maintenir une hauteur constante de catalyseur au-dessus de la base de l'épurateur. Le niveau du catalyseur peut atteindre le réacteur si on le désire. Le système des commandes étant ainsi expliqué, il con-35 vient d'établir comment et pourquoi il fonctionne. En se référant à la figure 2, on voit qu'à une vitesse constante de combustion du coke, le rendement global d'une opération de craquage catalytique fluide typique ne varie pas d'une façon bao original 69 01918 -5- 2001041 importante avec la température du réacteur, à condition que la température soit maintenue, dans une gamme moyenne qui, pour une charge de gas-oil "Mid-Continent", est habituellement comprise entre 480° et 500°C environ. Comme on le sait, cette 5 gamme de bénéfice essentiellement constante varie avec les caractéristiques des charges d'alimentation et les divers facteurs concernant l'installation et la raffinerie, en augmentant avec l'augmentation de l'aromaticité et de la teneur en azote. A des températures excessivement basses ou élevées, on obtient 10 un plus grand rendement en coke par unité de conversion ; par suite, la capacité de conversion de toute installation donnée diminue à mesure que la température du réacteur s'approche de l'un ou l'autre extrême. En se référant à la figure 3, on peut voir que l'augmen-15 tation du rapport de recyclage augmente l'efficacité du craquage (volume de rendement en essence par volume de gas-oil transformé), mais avec une diminution constante. Etant donné que le prix de l'installation de recyclage est essentiellement constant, le bénéfice d'ensemble, comme fonction du rapport de 20 recyclage, passe par un maximum avec une très faible variation pour un écart faible de part et d'autre du maximum. Dans la raffinerie classique, le bénéfice du craquage catalytique augmente avec le débit de la charge fraîche, comme on le voit sur la figure 4, sans limitation, excepté en ce qui 25 concerne la disponibilité de la charge d'alimentation ou la capacité de craquage catalytique. Parmi les variables qui affectent le taux de conversion, on peut citer la température réactionnelle, le rapport du catalyseur à l'huile, l'activité du catalyseur, et le bilan du 30 catalyseur dans le réacteur. Parmi ces variables, le bilan du catalyseur dans le réacteur est la variable la moins souhaitable pour obtenir un taux de conversion supérieur. Ceci a été largement discuté dans de nombreuses publications, et les bilans de catalyseur élevés des réacteurs de craquage abou-35 tissent à un recraquage des fractions d'essence et autres réactions désavantageuses. Ainsi, comme indiqué sur la figure 5, le bénéfice augmente normalement avec la diminution du niveau du catalyseur dans le réacteur, sans limitation, pourvu 69 01918 -6- 2001041 qu'une transformation de limitation puisse être atteinte dans la colonne ascendante de charge du réacteur sans température excessive ni frais de catalyseur. Excepté pour des variations à très court terme, l'entrée 5 de chaleur d'un appareil de craquage catalytique doit égaler la sortie de chaleur, autrement les températures du système pourraient monter ou descendre jusqu'à des taux nuisibles. La quantité totale de 1'entrée de chaleur due au préchauffeur 6 de charge et la combustion se produisant dans le régénérateur 2 10 doivent égaler la quantité des pertes par rayonnement, la chaleur sensible cédée aux gaz de combustion quittant le régénérateur, et les chaleurs, sensible, latente et réactionnelle cédées aux vapeurs finales provenant du réacteur 14. Si, à tout moment, la température de la phase dense 10 15 du régénérateur a tendance à diminuer, cela se traduit par le fait que la vitesse d'élimination de la chaleur du système dépasse temporairement la vitesse de la chaleur d'entrée ; le ECT 11 du régénérateur réagit en augmentant le réglage du ACET 8 du préchauffeur de la charge. Ceci, à son tour, augmente le débit 20 du combustible (conduite 9) dans le four 6 pour ramener la chaleur d'entrée et de sortie à l'équilibre et ramener la température du régénérateur à son point de réglage. Il est naturellement évident qu'en réagissant d'une façon contraire, le système de commande qui vient d'être décrit limite le degré auquel la 25 température du régénérateur peut monter au-dessus du point de réglage. Le réglage de la température de commande du ECT 16 doit être légèrement supérieur à celui du ECT 11 pour assurer une post-combustion réglée. Cette différence doit être d'au moins 30 15°C pour assurer un contrôle correct, mais ne doit pas être élevée au point de provoquer une perte inutile d'air qui pourrait être mieux utilisé pour la' combustion de coke en excès, ce qui aurait pour résultat une augmentation de conversion. Dans certains cas, il pourrait être souhaitable d'opérer avec 35 une température de sortie des gaz de combustion supérieure de 10°C ou plus à la température de la phase dense du régénérateur pour maintenir une concentration en oxygène moyennement élevée dans les gaz montant dans la phase dense pour réduire la teneur 69 01918 -7- 2001041 résiduelle en coke sur le catalyseur régénéré jusqu'à un plus faible taux qu'on ne pourrait autrement atteindre. Pour que ce programme de commande fonctionne correctement, il est naturellement nécessaire que le niveau réglé de température de la 5 phase dense du régénérateur dépasse la température d'inflammation de l'oxyde de carbone. La température préférée est comprise entre 65° et 670°C environ. Si, à tout moment, la température des gaz de combustion provenant du sommet du régénérateur avait tendance à tomber au-10 dessous du point de réglage, cela signifierait qu'il existe une réduction de post-combustion en raison d'une chute de la teneur en oxygène des gaz de combustion provenant de la phase dense. Ceci, à son tour, signifierait que la conc-rntrs * ion moyenne du coke sur le catalysent dans le régénérateur augmenterait, ce 15 qui signifierait que le coke est en cours do dépôt à une \Titesse plus rapide que celle à laquelle il est brûlé, le ECT i6 des gaz de combustion abaisserait immédiatement la commande du AECT 15 du réacteur qui, à son tour, remettrait en position (partiellement fermée) la soupape à tiroir 13 se trouvant o-ns le conclut 20 vertical 12 du catalyseur régénéré. La combinaiso de la faible température réactionnelle et du faible rapport du catalyseur à l'huile réduirait la vitesse de dépôt du coke en réduisant le taux de conversion par réduction jusqu'à ce que ls vitesse de dépôt du coke redevienne de nouveau proportionnelle au débit 25 de l'air de régénération (conduite 1a). Il est évident que si la température de sortie des gaz de combustion a tendance à monter, le coke se dépose à une plus faible vitesse qu'il n'est brûlé et que l'action de commande automatique serait exactement opposée à celle qui vient d'être décrite pour augmenter le taux 30 de conversion jusqu'à ce que les vitesses de dépôt et de combustion du coke redeviennent égales. Le AECT 8 du four de préchauffage de la charge comporte des avertisseurs de basse et haute températures qui avertissent l'opérateur si la température atteint l'un ou l'autre réglage 35 d'alarme. L'opérateur prend alors des mesures pour réduire ou augmenter les besoins en chaleur d'entrée du système. Par de exemple, si l1avertissement/ basse température se fait entendre, l'opérateur peut augmenter la vitesse de recyclage bad original 69 01918 -8- 2001041 (conduite 5) pour éliminer une plus grande quantité de chaleur du système pour l'amener dans la colonne de fractionnement. Il pourrait opérer dans le sens inverse si l'avertisseur de température élevée se faisait entendre. Selon une variante, le AECT 8 5 pourrait être équipé d'un mécanisme de rétablissement pour rétablir automatiquement le point de réglage de la commande du CD' 5a de recyclage si le point d'avertissement de l'une ou l'autre température était atteint. En fonctionnement réel, le système peut être simplifié 10 davantage en substituant des potentiomètres ou autres moyens détecteurs de température au ECT 16 et au ECT 11 et en permettant à l'opérateur de régler manuellement le AECT 15 et le AECT 8, respectivement. la commande 15 de la température du réacteur comprend des 15 avertisseurs de basse température et de température élevée qui avertissent l'opérateur si la température atteint l'un ou l'autre point d'avertissement. L'opérateur exécute l'action appropriée pour ramener la température du réacteur dans la gamme prescrite. Par exemple, si l'avertisseur de température élevée 20 se fait entendre, l'opérateur agit de façon à augmenter la rigueur d'une variable de commande de la réaction autre que la température. Il pourrait s'agir d'une augmentation du niveau du catalyseur du réacteur, de l'activité du catalyseur ou du rapport de recyclage, ou d'une réduction de la vitesse de la vapeur 25 d'eau de dilution dans la colonne ascendante ou de la température de la phase dense du régénérateur. Si l'avertisseur de basse température se fait entendre, l'opérateur agit inversement à ce qui précède. Selon une variante, le moyen de commande de la température du réacteur pourrait être muni d'un ou plu-30 sieurs mécanismes de réglage pour effectuer automatiquement une ou plusieurs des modifications indiquées. Bien que le système de commande puisse être conçu d'une " façon plus complexe, comme indiqué dans les deux derniers paragraphes, la Demanderesse préfère la version simple décrite et 35 représentée sur la figure 1, en se basant sur le fait que l'opérateur prend les mesures appropriées pour maintenir les températures de transfert du réacteur et du four dans les limites de réglage de l'avertisseur. 69 01918 -9- 1001041 Bien que le gas-oil Mid-Continent soit la seule charge d'alimentation particulièrement mentionnée ci-dessus, cette installation de commande améliore les résultats pouvant être obtenus avec toute charge convenant aussi pour le craquage 5 catalytique et elle est particulièrement avantageuse pour toute charge d'alimentation dont la qualité varie pendant le fonctionnement . Des catalyseurs appropriés sont des catalyseurs de craquage catalytique fluides classiques connus en pratique. 10 Le premier ensemble de craquage catalytique fluide en service date de 1942. Depuis, des centaines d'ensembles ont été construits dans le monde entier. A vrai dire, des milliers d'ingénieurs ont travaillé sur ce procédé à un moment ou à un autre ; cependant, apparemment, aucun jusqu'à présent n'a ima-15 giné ce simple programme de commande qui permet une conversion maximale à tout moment comme étant limitée par l'admission d'air. La plupart des ensembles fonctionnent à une capacité de 5 pour cent ou beaucoup moins. Même les ensembles équipés de commandes à calculatrices numériques complexes et coûteuses fonctionnent 20 au-dessous des possibilités pouvant être atteintes avec le simple programme de commande peu coûteux décrit dans la présente demande. A titre d'exemple, on effectue un essai dans un ensemble industriel sensiblement comme représenté sur la figure 1 en appliquant l'ensemble de commande de la présente invention. La 25 charge d'alimentation est un gas-oil Mid-Continent. Durant cet essai, on utilise des potentiomètres au lieu du ECI 16 et du ECT 11, l'opérateur réglant manuellement AECT 15 et AECT 8, respectivement, suivant les besoins. L'ensemble est mis en fonctionnement en utilisant le débit d'air maximal disponible provenant *z 30 du compresseur (environ 761 m /minute). Le fonctionnement de l'ensemble est réglé, suivant la présente invention, de façon à équilibrer la vitesse de dépôt du coke avec la vitesse de disparition par combustion du coke et en même temps à maintenir la température du régénérateur dans les limites correctes. Le 35 débit d'air maximal admis dans le régénérateur avant d'utiliser ce système a été de 708 m^/minute (ce qui représente 92,5 % du débit maximal d'air disponible à partir du compresseur), tout en parvenant à une transformation de gas-oil de 75,6 pour cent. 69 01918 -10- 2001041 En utilisant la présente invention pendant l'essai, on admet •Z 100 tfo de l'air (environ 761 m /minute) dans le régénérateur, (augmentation de 7,5 pour cent), tout en obtenant une conversion du gas-oil de 79,2 pourcent. 5 Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la for me de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes rentrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. LEGENDE DES DESSINS 10 Figures Repères 1 A Vapeurs se dirigeant vers la colonne de fractionnement. B Circuit de rétablissement C • Gaz de combustion 15 D Contrôleur de débit E Vapeur d'eau E Recyclage de la suspension 2 G Bénéfice H Température du réacteur 20 3 G Bénéfice I Rapport de recyclage 4 G Bénéfice J Débit de charge fraîche 5 G Bénéfice 25 K Niveau du catalyseur dans le réacteur. 69 01918 -11- 2001041 REVEND IC AT IOIIS 1. Procédé continu de craquage d'une charge d'hydrocarbures en présence de particules de catalyseur à l'état divisé, dans lequel le courant d'hydrocarbures est mis en contact 5 avec les particules en milieu fluidisé dans un réacteur, les produits de conversion sont séparés des particules en contact, les particules de catalyseur recouvertes de coke déposé sont séparées et sont mises en contact en milieu fluidisé avec de l'air dans un régénérateur séparé, l'air étant fourni par un compresseur 10 d'air, les produits de combustion gazeux sont séparés des particules de catalyseur régénérées et ces particules de catalyseur régénérées et leur teneur réduite en coke sont ramenées vers le réacteur pour venir au contact de la charge d'hydrocarbures, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à faire fonctionner le 15 compresseur d'air à une capacité maximale, et à régler la vitesse de dépôt du coke dans le réacteur en faisant varier la sévérité des conditions de la réaction dans le réacteur en réponse aux variations de la charge d'air provenant du compresseur. 2. Le procédé suivant la revendication 1, caractérisé 20 en ce que la sévérité des conditions de la réaction dans le réacteur est réglée en faisant varier la température et le rapport du catalyseur à la matière de charge dans le réacteur en réponse à la sortie du régénérateur tout en maintenant constante la température du lit de catalyseur du régénérateur. 25 3. Le procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la température et le rapport du catalyseur à la matière de charge varient en faisant varier l'écoulement du catalyseur régénéré chaud provenant du régénérateur et se dirigeant vers le réacteur. 30 4. Ensemble de craquage catalytique comprenant : a. un réacteur présentant une première conduite à sa partie supérieure, un épurateur fixé à sa partie inférieure, et un avertisseur enregistreur contrôleur de température fixé au réacteur ; 35 b. un régénérateur présentant, fixés à sa partie supérieure, une seconde conduite et un moyen de commande de la pression régnant dans le régénérateur, et présentant, fixée 69 01918 -12- , 2001041 à sa partie inférieure, une troisième conduite munie d'une soupape, cette troisième conduite s'étendant jusqu'à la partie inférieure du régénérateur, et une quatrième conduite reliée à la partie inférieure du régénérateur, cette quatrième conduite 5 présentant un compresseur d'air qui y est fixé ; c. un moyen pour commander le fonctionnement de la soupape en réponse aux variations de température régnant dans le réacteur ; d. une conduite reliant la partie inférieure du réac-10 teur à l'extrémité de base de la troisième conduite et s'étendant au-delà de ladite liaison et à travers un four chauffé au moyen d'un combustible admis par une cinquième conduite ; e. un moyen relié au régénérateur et à la cinquième conduite pour maintenir une température sensiblement constante 15 à l'intérieur du régénérateur ; f. un moyen de détection de la température relié à la partie supérieure du régénérateur. 5. Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen détecteur de température comporte un moyen 20 de commande de la température destiné à faire varier le réglage de commande du moyen (c) en réponse aux variations de température de la partie supérieure du régénérateur.