Brevet FR2050349A1 — publié le 19710402

I1 est maintenant bien connu d'utiliser, dans les installations de conversion d'hydrocarbures, des lits de catalyseur mo- bile * Par exemple, dans une des premières installations de ce genre , on mélange le catalyseur en poudre avec une charge d'huile chauffée et vaporisée pour former une suspension du catalyseur dans l'huile . On envoie ensuite ce mélange Buile-catalyseur en poudre dans un réacteur à circulation ascendante où les particules de catalyseur se déplacent moins vite que les vapeurs d'huile en cours de montée. Il y a donc recul des particules de catalyseur par rapport aux vapeurs d'hydrocarbure introduites. Néanmoins, par rapport au réacteursle catalyseur se déplace toujours vers le haut. I1 en résulte l1établissenent,dans l'encein- te de réacteur , d'un haut rapport efficace catalyseur/huile,ce qui permet de limiter le rapport des débits d'alimentation cata lys -r/huile, On introduit le mélange catalyseur-vapeurs de produit dans un séparateur cyclone qui débarrasse le courant de vapeurs du ca catalyseur. Ce dernier passe dans une zone de régénération,puis est renvoyé dans la partie alimentation de l'installation. On On a anélioré les installations à catalyseur mobile en uti- lisant un lit fluidisé dense de catalyseur au lieu de mettre le catalyseur pulvérulent en suspension dans le courant de vapeurs d'hydrocarbure0 Dans un exemple d'installation de ce genre à catalyseur fluidisé, on mélange le catalyseur avec du gaz de flui irisation et on injecte à grande vitesse le mélange au sein d'un lit fluidisé dense de catalyseur dans une enceinte de réaction. On naintient le lit de catalyseur à l'état fluidisé en injectant du gaz fluidisant à la base de l'enceinte. On envoie la charge dans ce lit fluidisé, au sein duquel elle se transforme en produit désiré. On prélève le produit à un niveau supérieur,en phase vapeur, et on évacue constanlent du lit fluidisé du -cataly- seur qu'on envoie à une enceinte de régénération. te catalyseur régénéré est alors renvoyé dans le lit fluidisé,de la manière indiquée pour le preJ.ier stade du processus. Suivant encore une autre technique antérieureson utilise un réacteur formant conduit de transfert dans lequel du catalyseur finement divisé est mélangé à la charge vaporisée et traverse une zone de réaction allongée à une vitesse des gaz d'environ 2,4 à 15 m/sec. La quantité de catalyseur contenue dans la suspension est telle que le rapport en poids entre le taux ho raire d'introduction de 'la charge et la quantité de catalyseur mise en oeuvre soit compris environ entre 20:1 et-3:l et que le rapport entre les débits en poids-de catalyseur et de charge soit compris environ entre 4:-l et 20:1 .On & également proposé de recycler une charge liquide en amont du réacteur ou conduit de transfert. te produit recyclé se vaporise et-accrort'le taux effectif de conversion de la charge franche pour un conduit de transfert de diamètre et de longueur donnés. On évacue ensuite la suspension de catalyseur vers une enceinte à-catalyseur usée que les produits vaporisés et liquides traversent vers le haut tandis que les particules de catalyseur- se déplacent vers le bas. On prévoit une-section de purification de catalyseur où la surface du catalyseur est débarrassée des dépits hydrocarbonés par réaction avec un courant de vapeur-dleau balayant de bas en haut les particules de catalyseur en cours de descente.On retire ces particules de l'enceinte de purificationson les régénère dans une zone de régénération,puis on les recycle. les procédés de l'art antérieur décrits ci-dessus soulèvent un problème majeur résultant de l'érosion excessive constatée dans l'installation ou conduit de transfert. Un autre problème majeur résulte de ce que la suspension de catalyseur dans les vapeurs de charge perd de son homogénéité. Dans les installations existantes, la phase gazeuse et les solides en suspension se sé parent et ne reforment pas ensuite un mélange homogène dans le réacteur ascendant de transfert. Les problèmes posés par l'éro- sion et par la séparation entre les particules de catalyseur et les vapeurs sont particulièrement accusés quand la colonne montante de transfert présente des coudes peu accusés en aval du point où la charge est injectée à l'état de vapeur. La présenteinvention permet de surmonter los problèmes posés,suivant la technique antérieure,par l'érosion et par la séparation des particules de catalyseur de la suspension du catalyseur dans la charge vaporisée. En particulier, on a trouvé que l'utilisation de coudes accusés, à angle droit,dans la colonne montante de transfert, en aval du point d'injection, permet de réduire de manière inattendue l'érosion de cette colonne et on ob tient en outre,entre la charge et le catalyseur,un mélange plus homogène que ne le permetta-ontsproce'dés antérieurs.D'autres avantages sont obtenus grace å 'utilisation des coudes accusés à angle droit en aval du point d'injection de la charge, à savoirs (1) on allonge la zone de contact initial, à parois rectili- gnes, de-la canalisation de transfert. (2) On assure un meilleur mélange gaz-solides dans l'ensem- ble de la colonne ascendante. (3)On améliore la circulation du mélange gaz-solides dans l'enceinte de réaction. (4) on évite l'obturation des grilles du réacteur. (5) On réduit au minimum les effets contraires avec les organes de contact gaz-solides interposés dans la zone de sépara tion du réacteur et on améliore le taux de séparation d'hydro carbures dans cette zone. (6) on réduit l'érosion de la colonne montante, et (7) On n'a pas besoin d'utiliser des pales rotatives dans la colonne d'alimentation. On pense que l'amélioration du contact obtenu dans la colonne montante d'alimentation suivant l'invention résulte de ce que les solides contenus dans le courant de vapeurs de charge sont arrêtés au niveau des coudes à angle droit. Au-delà du coude,ces solides sont à nouveau accélérés et mélangés avec la phase vapeur dans une zone de mélange turbulente. Il en résulte de grandes vitesses de glissement entre les vapeurs et les solides et un excellent contact, En outre,du fait que les solides sont arrêtés dans le coude accusé,pratiquement à angle droit,des particules solides de catalyseur s'accumulent dans une certaine mesure à cet endroit. cette accumulation limitée sous forne de déport joue le rsle d'é cran qui évite l'érosion de la paroi de la colonne montante au niveau du coude ,étant donné que le mélange des particules de catalyseur suspendues dans les vapeurs ne rencontre que ces dépôts au niveau du coude à angle droit. linsi ,dans Il appareil suivant l'invention,iî n'y a contact qu'entre particules de catalyseur et non entre ces particules et la paroi de líenceinte-comme dans la les structures antérieures dans lesquelles Xolonne montante de transfert présente des longs coudes peu accuses. 5 L'invention est illustrée en référence aux dessins annexés dans lesquels : Fig.l représente schématiquement une colonne montante de transfert de charge qui présente un coude accusé, a' angle droit, cette colonne étant associée. au réacteur d'une installation de )craquage à catalyseur fluidisé; Fige2, 3 et 4 indiquent diverses formes que peuvent présenter les coudes accusés de la colonne montante; Fui,5 représente schématiquement la colonne montante classique digne installation de craquage à catalyseur fluidisé dont la canalisation de transfert présente des coudes peu accusés. La figure 5 schématise aussi le mouvement décrit dans cette canalisation par la suspension de catalyseur dans les vapeurs. En se référera tout d'abord à la figure l,qui montre une co; lonne montante de transfert suivant l'invention,présentant un coude accusé, à angle droit, en aval de l'entrée de la charge. Du catalyseur régénéré,provenant de la zone de régénération d'une installation classique de craquage catalytique fluidisé à réténé- ration (non représentée),en mélange avec du catalyseur frais,pénè- tre dans la colonne montante de transfert 2 par une entrée 1,Ce catalyseur se mélange avec une charge, liquide ou vaporisée en partie et parfois en totalite,qui arrive par des entrées 3 et le nélange traverse de bas en haut la colonne ou réacteur de transfert 2. Pour décrire un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention, on se référera dans ce qui suit à la canalisation de transfert d'une installation pour le craquage catalytique de produits pétroliers. Bien entendu,on pourra aussi appliquer la présente invention à d'autres processus,en adoptant alors des conditions différentes connues du technicien.Les conditions établies dans la colonne de transfert aux fins de craquage catalytique sont les suivantes: température d'environ 425 à 6200C et, de préférence, de 480 à 55TOC vitesse de gaz de 1,8 à 23 m/s et de préférence de 2,4 à 14 m/s,expression effective d'environ 0,5 à 4,2 kg/cm2 et de préférence d'environ I à 3,1 kg/cm2 et rapport entre la vitesse spatiale horaire d'hydrocarbures et la quantité de catalyseur mise en oeuvre dans la colonne de transfert comprise entre 10/1 et 300/1 et de préférence entre 20/1 et 150/1 environ, le rapport en poids catalyseur/huile étant d'environ 4/1 à 20/1 et de préférence d'environ 6/1 à 12/1. Le rapport entre la longueur et le diamètre de la colonne montante de transfert 2 doit~8tre d'environ 2,5/1 à lOO/l de préférence d'environ 4/1 à lO/l. On utilise de préférence comme charge de départ un hydrocarbure du genre gas-oil tel qu'o W enu à partir de pétrole brut. On peut toutefois utiliser d'autres fractions de gas-oil. Le produit qui alimente le réacteur peut comprendre 1' huile lourde ob tenue par l- craquage ou des fractions non converties de la char ge. On peut aussi alimenter l'appareil suivant l'invention à l'aide de gas-oils résultant d'opérations de craquage thermique. On peut encore utiliser des fractions de résidus de pétrole brut. Comme charges de départ dans une telle installation, on peut aussi utiliser suivant l'invention comme hydrocarbure de charge les produits de craquage utilisés actuellement dans le craquage ther moque ou catalytique, des hydrocarbures de sorte que les charges de départ peuvcnt eAtre très diverses On peut chauffer ces charges et les vaporiser partiellement par des moyens classiques,puis les introduire comme indiqué plus haut dans la colonne de transfert 2, où ils se vaporisent complètement sous l'faction de la chaleur fournie par le catalyseur. Le catalyseur utilisé peut etre tout catalyseur indiqué pour craquage catalytique. Ces catalyseurs sont maintenant bien connus du technicien. Ils comprennent par exemple l'alumine synthétique, des mélanges d'oxydes inorganiques, par exemple de silice et d'alumine et des zéolites d'aluminosilicates cristallins, de préférence enfermés dans une gangue silice-alumine. La suspension de catalyseur et de vapeurs d'hydrocarbure monte dans la colonne de transfert 2 jusqutà ce qu'elle entre en contact avec son sommet 4. A-ce niveau,son mouvement est ralenti et un couasin de catalyseur sc forne au niveau de la partie supérieure de la colonne de transfert. Ceciréduit de manière inattendue l'action érosive exercée par la suspension de catalyseur sur les parois de la colonne de transfert 2. La suspension de catalyseur dans les vapeurs d'hydrocarbure est ensuite à nouveau accélérée horizontalement ,perpendiculairement à son trajet initial, et passe de la branche verticale dans la branche horizontale 5 de la colonne montante. Dans cette zone,l'écoulement est turbulent,ce qui répartit plus uniformément le catalyseur dans les vapeurs d'hydrocarbure. Cette meilleure répartition accroft le contact entre le catalyseur et les vapeurs,ce qui rend le traitement plus efficace Pour que la suspension de catalyseur dans la vapeur d'hydre carbure soit convenablement ralentie au sommet de la colonne montante 2 il faut que la branche horizontale 5 fasse un angle accusé dlau moins 900 avec la colonne 2.Cet angle peut aussi castre plus accusé, la branche 5 étant alors inclinée vers le bas. hinsiX l'angle fait entre la colonne montante 2 et la branche horizontale 5 peut cotre compris entre 90 et 1350 ct de préférence entre 90 et 1050. Il faut que le raccordement entre les branches horizontale et verticale soit exempt de pans coupés, c'est-à-dire quvil comporte deux tronçons rectilignes de canalisation réunis suivant un plan coupant les aires de chacune des branches de l'installation d'alimentation. Ce plan de raccordement est perpendiculaire au plan médian commiui des deux branches.Un tel raccordement est représenté à titre d'exemple sur la figure 2. On peut aussi raccorder les deux branches suivant deux plans perpendiculaires entre eux. Un tel raccordement forme pratiquement un raccord en T dont on peut obturer l'une des branches, soit à l'aide d'un capuchon comme représenté en 4 sur la figure 3,Soit à l'aide d'un remplissage réfractaire réalisant le raccord entre deux canalisations rectilignes, comme indiqué sur la figure 4. L'impératif majeur à respecter est de ne pas interposer de surfaces courbes ni de pans coups entre les branches verticale et horizontale de la colonne. Si l'on utilise un raccordement en X, on peut faire en sorte que l'extrémité du raccord bouchée par du réfractaire ou par du métal se termine soit par une surface plane sensiblement horizontale, soit par une surface située dans le prolongement de la moitié supérieure de la branche horizontale s'étendant dans la partie verticale. La suspension convenablement brassée catalyseur-vapeurs dthydrocarbure pénètre alors dans l'enceinte de réaction 6 par le icone d'alimentation 7. I)e-nouvelles réactions interviennent dans cette zone entre le catalyseur et la charge, puis le catalyseur se sépare des produits résultants et de la charge n'ayant pas réagi, de manière classique non illustrée. L'enceinte G du réac tueur présente une série de chicanes de séparation qui débarrassent le catalyseur s'écoulant vers le bas de tout hydrocarbure éventuellement entraSné au moyen d'un courant de vapeur d'eau ascendant. On a trouvé que, quand la colonne montante comporte une branche horizontale 5,- la stru ture minimise la gêne apportée- à la circulation à travers les-sections de séparation 6. Le catalyseur utilisé traverse de haut on bas l'enceinte de réacteur 6 et est ren veyé de manière classique (nom illustrée) à une zoné dc régénération. On se référera maintenant à la figure 5,qui illustre la circulation dans une colonne montante de transfert classique. Sur cet > te figure,le mode d'écoulement des particules de catalyseur est indiqué par des flèches en trait plein et celui des vapeurs d'hydrocarbure par des flèches en traits interrompus. Dans la colonne montante de transfert classiqueSindiquée en lO,du catalyseur régénéré arrive par le conduit 11. Les particuled de catalyseur se mélangent avec la charge liquide et vapori- sée qui pénètre par des entrées 12. La charge se vaporise iTlmé- diatement. La colonne montante présente deux coudes 13 et 14 peu accusés, faisant avec son axe des angles d'environ 450 . Ces coudes peuvent tre forts par des tronçons de canalisation soit à plusieurs pans coupés, soit à paroi incurvé . Le changement de direction global imprimé par chaque coude peut autre que de -150 ou atteindre 600. L mode d'écoulenent,dans une telle colonne de transfert,de particules de catalyseur suspendues dans des vapeurs de charge est tel que le catalyseur ne se nélange pas avec la phase vapeur. La figuro 5 montre qu'au contraire, ces partiOu-les se séparent complètement en un courant enpruntant la partie supérieure de la colonne (indiquée par le groupe de flèches en trait plein portées au sommet de la colonne 10). De leur coté, les vapeurs d'hydrocarbure se déplacent en courant séparé dans la moitié inférieure de la colonne montante. Bes courants sc croisent avec un minimum de turbulence au niveau du coude 14 et le catalyseur passe du côté opposé de l'enceinte du réacteur,sous forme de courant dense. Il est évident que le craquage est noins efficace dans la colonne de transfert 10 que dans l'appareil suivant l'invention précédemment décrit,ceci parce que le-contact entre les particules de catalyseur et la phase vapeur d'hydrocarbure n'est pas assuré efficacement. Les phases peu mélangées de catalyseur et de vapeurs d'hyhydrocarbure traversent comme précédemment le cone alimentaire 15 et pénètrent dans 1' enceinte de réaction 16 d'une installation classique de craquage à catalyseur fluidisé. Les coudes très ouvorts prévus dans la colonne 10 nuisent au fonctionnement des sections de séparation-17. On voit que la vapeur d'eau qui monte idans cette zone n'est repousse du coté du séparateur opposé au débouché de la colonne montante, de sorte que la séparation est médiocre dans cette zone et dans le tronçon de séparateur situé au-dessus dudit débouché. Ainsillappareil suivant l'invention présente encore l'avantage dc ne fl0eAner qu'au minimum l'action des sections de séparation prévues dans l'enceinte de réacteur. -REVEWDICAXIOIiS- le Installation de craquage catalytique fluidisé, caractérisée en ce qu'elle comprend une colonne montante de transfert allongée , sensiblement verticale, forment réacteur de craquage, cette colonne présentant des moyens d'entrée de charge fluide,des moyens d'entrée de catalyseur solide et des moyens de sortie du mélange fluidisé de catalyseurXune enceinte pour la réaction de craquage à lit fluidisé, située près de ladite colonne de transfort, et un conduit rcliant les moyens de sortie du réacteur de craquage -à l'intérieur de ladite enceinte de réaction,ce conduit étant conçu et agencé-pour faire un coude accusé, d'au moins 90 avec l'axe vertical-de ladite colonne de transfert formant réacteur de craquage. 2 Installation de craquage selon la revendication l,caracté risée en ce que les moyens de sortie du mélanose fluidisé de catalyscur de ladite colonne communiquent avec le cône d'alimentation de l'enceinte de réaction de craquage. 3. Installation de craquage selon l'une des revendications I ou 2,caractérisée en ce que ledit coude accusé fait un angle d'environ 90 à 1350. 4. Installation de craquage selon la revendication l,caracté- risée en cc que ladite colonne de transfert verticale présente, entre sa longueur et son diamètre,un rapport d'environ 2,5/là 100/1. 5.Procédé de craquage catalytique d'une charge à base d'hydrocarbure , caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement: (a) à mélanger un catalyseur de craquage solide avec des vapeurs de ladite charge pour former une suspension de catalyseur dans ces vapeurs; (b) à faire passer de bas. en haut ladite suspension dans une colonne de transfert verticale allongée,formant réacteur de craquage, dans des conditions de craquage d'hydrocarbure. (c)à ralentir ladite suspension dans le tronçon supérieur de ladite colonne, et (d) à ré-accélérer ladite suspension suivant une direction sensiblement horizontale vers l'intérieur dune enceinte de réacteur de craquage à lit fluidisé pour effectuer un craquage sup plémentaire des vapeurs de sorte que le mélange charge-catalyseur demeure homogène pendant toute l'opération. 6.Procédé selon la revendication 5,caractérisé en ce que le dit hydrocarbure est un produit pétrolier propre à subir un craquage catalytique fluidisé ct en ce que les conditions de craquage catalytique réglant dans ladite colonne sont les suivantes: température d'environ 425 à 6200C vitesse de gaz d'environ 1,8 à 23 n/s , pression d'environ 0,5 à 4,2 kg/cn2, rapport entre la vitesse spatiale horaire d'hydrocarbure et la quantité de catalyseur mise en oeuvre dans l'enceinte compris entre 10/l et 300/I environ et rapport en poids catalyscur/laydrocarbure compris entre 104/1 et 20/1 environ.