Brevet FR2088026A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne un procédé pour la valorisation de l'énergie potentielle du gaz de fumée produit dans les installations de craquage catalytique. Parmi les procédés chimiques à déroulement exothermique, le procédé de craquage catalytique pour la production de l'essence prend une place particulière dans la mesure où, lors de la combustion du coke de craquage qui se fixe sur le catalyseur, ayant lieu dans le dispositif appelé régénérateur, il se produit du gaz de fumée à une température située à 620oC, sous des pressions comprises entre 1,3 et 1,8 atmosphère relative, et ayant une teneur en CO de 4-10%, c'est-à-dire un gaz résiduaire ayant un potentiel énergétique considérable.On s'efforce, par suite de récupérer une partie aussi grande que possible de l'énergie renfermée dans le gaz de fumée provenant du procédé de craquage, et on conduit le gaz de fumée provenant du régénérateur, dès qu'il a quitté la cheminée, dans une chaudière à récupération de chaleur, c'est-à-dire, une variété d'échangeur de chaleur dans laquelle le gaz de fumée est exposé à la production de vapeur d'eau et, par suite, se refroidit. On règle la pression dans une installation du type précité et courant jusqu'à présent, par une soupape de régulation, disposée dans la conduite du gaz de fumée en aval de la chaudière à récupération de chaleur, d'une manière correspondante aux conditions ou aux exigences opératoires. Après la soupape de régulation, on évacue le gaz de fumée dans l'atmosphère en passant par un pot d'échappement silencieux et une cheminée.Ce type de récupération d'énergie et de réglage de l'installation de craquage est toutefois peu satisfaisant du fait que, d'une part, la récupération d'énergie dans la chaudière à récupération de chaleur précitée n'est affectée que par un faible degrgd'effi- cacité, car, bien que la chaleur puisse être retirée pour une bonne partie du gaz de fumée, l'énergie latente de la fraction de CO combustible estcependant perdue dans sa totalité et, d'autre part, la soupape de régulation placée dans le courant gazeux corrosif est un organe particulièrement sujet aux incidents de fonctionnement, dont le fonctionnement nécessaire en coopération avec la régulation du compresseur fournissant l'air de combustion devient en outre nettement problématique dans des conditions opératoires à variation fréquente. L'évacuation de quantités toujours considérables de CO est extrêmement indésirable en raison du maintien de la pureté de l'air. De même, le gaz de fumée entraîne encore constamment avec lui, malgre les cyclones prévus en général dans le régénérateur, des substances du catalyseur qui se trouvent ainsi perdues et contribuent à la pollution de l'air. Selon l'objet de l'invention, exposée ci-après en détail, on se propose de pallier les insuffisances et les désavantages de la récupération de l'énergie du gaz de fumée, formé au cours de procédés de craquage, couramment pratiquée dans l'art antérieur, et d'améliorer le degré d'efficacité d'ensemble dans les installations prévues pour sa mise en oeuvre et sa souplesse d'adaptation à des conditions opératoires différentes. Selon l'invention, on propose un procédé pour la valorisation de l'énergie potentielle du gaz de fumée produit dans les installations de craquage catalytique et pour le réglage plus économique du fonctionnement desdites installations de craquage, dans lequel on apporte au régénérateur l'air de combustion nécessaire à la régénération du catalyseur, par l'intermédiaire d'un compresseur.Selon un mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on envoie le gaz de fumée produit, par l'intermédiaire d'un cyclone, indépendant du régénérateur, dans une turbine à gaz résiduaire, on brûle la fraction de CO combustible, renfermée dans le gaz de fumée, dans une chaudière catalytique à CO, montée en aval de la turbine et on envoie, par une conduite amenant au processus de craquage, disposée en dérivation entre le compresseur et le régénérateur, l'air en excès obtenu lors d'une faible consommation en air de combustion, en vue de le réchauffer, dans la chaudière à CO et on le mélange en amont du cyclone avec le gaz de fumée provenant du régénérateur. On illustre avec plus de détails le procédé de l'invention pour la récupération de l'énergie et pour l'amélioration, à savoir pour la régulation .économique des installations de craquage, en référence à la figure unique du dessin annexé qui représente une vue schematique de ladite installation. En se référant au schéma de la figure unique, on désigne respectivement par 1 et 2, le réacteur et le régénérateur d'une installation de craquage catalytique, on désigne par 3 le turbocompresseur destiné au convoyage de l'air de combustion prévu pour la régénération du catalyseur et par 4 son organe d'entrainement,en général un moteur asynchrone. Dans les installations de craquage connues jusqu'à présent, on envoie le gaz de fumée provenant du régénérateur, par l'intermédiaire d'une chaudière à gaz résiduaire 5 (échangeur de chaleur), prévue en général pour l'obtention de vapeur d'eau, et d'une soupape de régulation 11, dans la cheminée 6 à partir de laquelle on l'évacue ainsi dans l'atmosphère.Par contre, dans le procédé de l'invention, on envoie le gaz de fumée, provenant du régénérateur 2, en vue d'une séparation complémentaire des particules solides présentes dans ledit gaz et encore entraînées par celui-ci (en particulier des substances catalytiques) dans un cyclone 9 et, à partir de celui-ci, dans la turbine à gaz résiduaire 7 qui est couplée avec un générateur 8, en général un générateur asynchrone ou une autre machine particulière. Dans la turbine à gaz résiduaire 7, le gaz de fumée, y pénétrant sous une pression d'environ 1,3 à 1,8 atmosphère relative, subit une détente complémentaire et se refroidit, par suite, également. Son potentiel énergétique est ainsi converti en énergie mécanique ou électrique, qui peut être utilisée pour les besoins propres de l'instal- lation.On indique en 12 la soupape d'admission de la turbine 7, qui n' a pratiquement que le rôle d'une soupape de sécurité (à fermeture rapide) dans l'installation de l'invention, car une régulation de la turbine par soupape, d'une manière par ailleurs courante, n'est pas nécessaire en raison des mesures décrites avec plus de détails ci-après On envoie ensuite, confor mément à l'invention, le gaz de fumée détendu, quittant la turbine 7, dans une chaudière à CO à principe de fonctionnement catalytique, dans laquelle l'oxyde de carbone présent dans le gaz de fumée en quantités plus grandes (à savoir d'environ 4-10%), est brûlé. On évacue ensuite dans l'atmosphère par la cheminée 6, déjà citée ci-dessus, le gaz de fumée purifié avec élimination de sa teneur en CO, et quittant la chaudière à CO.Une autre caractéristique du procédé de l'invention réside dans le fait qu'à partir de la conduite d'air sous pression, reliant le turbocompresseur 3 au processus de craquage (en fait, plus exactement au régénérateur 2), dérive une conduite 15, dans laquelle on peut envoyer,en la réglant par une soupape 14 se trouvant dans ladite conduite 15, une partie de l'air convoyé à partir du compresseur 3, par la chaudière à CO, 10, dans le processus chimique.Ladite conduite 15 (conduite de dérivation) débouche en amont du cyclone 9 dans la conduite du gaz de fumée provenant du régénérateur 2 .D'une manière analogue, par une conduite 19 qui dérive en aval du cyclone 9 et en amont de la soupape d'admission 12 de la turbine 7, on peut envoyer à la turbine 7, le mélange de gaz de fumée et d'air, lorsque la soupape 13 est ouverte. Cette conduite 19 débouche, en amont de la chaudière à CO, dans la conduite de gaz de fumée amenant à la cheminée 6. On utilise la chaleur produite dans la chaudière à CO, dans la mesure où elle n'est pas déjà employée pour le chauffage de l'air de dérivation, à d'autres effets, par exemple, pour la production de vapeur d'eau, ce qui est indiqué dans la figure par la conduite 17 d'alimentation en eau de la chaudière et par la conduite de vapeur d'eau 18. Eventuellement, on peut augmenter le pouvoir calorifique du gaz de fumée dans la chaudière à CO, 10, en lui ajoutant un gaz de chauffage en proportion correspondante. Cette possibilité est indiquée dans le schéma de la figure par une conduite de gaz de chauffage 16. Dans le cas où l'oxygène de l'air de dérivation ne suffit pas pour permettre une combustion catalytique de CO à un degré d'efficacité satisfaisant, il est possible d'Introduite de l'air frais dans la chaudière à CO,10 ce qui est indiqué dans la figure par la conduite 22, une soufflerie 23 et une machine d'entraînement 24 de la soufflerie 23. La soufflerie 23 est reliée à la machine 24 par un accouplement 25. Le mode opératoire de l'installation de craquage de l'invention, pour la récupération de l'énergie à partir du gaz de fumée, est le suivant. On fait fonctionner le turbocompresseur 3 à un rendement constant déterminé par la consommation maximale de l'installation de craquage en air de combustion prévue, et on peut ainsi constamment l'utiliser en service avec le meilleur degré d'efficacité. On envoie par la conduite de dérivation 15 dans le processus de craquage, en le réglant par la soupape 14, l'excès d'air sous pression régnant dans le cas d'une capacité de l'installation de craquage insuffisamment utilisée ou dans d'autres conditions de mise en oeuvre (par exemple, une conversion). On chauffe l'air en excès, dans chaque cas, dans la chaudière à CO, d'environ 200"C à environ 600"C (ce qui correspond à peu près à la température du gaz de fumée quittant le régénérateur 2) et on le renvoie de nouveau, en amont du cyclone 9, dans le courant de gaz de fumée.On obtient ainsi surtout comme avantage que l'on peut faire fonctionner constamment le compresseur, ainsi que déjà mentionné ci-dessus, avec le meilleur degré d'efficacité, sans devoir opérer, par exemple avec un réglage des ailettes, et également que l'appareil à cyclone 9 et la turbine à gaz résiduaire 7 sont sollicités d'une manière relativement régulière en permanence et qu'ils peuvent ainsi fonctionner sans mesures compliquées de régulation, constamment à leur degré d'efficacité optimal, même dans le cas où l'installation de craquage fonctionne sous des charges fortement variables. On effectue la régulation de l'air de combustion envoyé dans le régénérateur 2 par la soupape 14, constituant un organe de régulation qui n'est en contact qu'avec de l'air pur et qui, par suite, contrairement à la soupape ll,citée ci-dessus, placée dans le courant gazeux corrosif, est considérablement moins exposée à des dangers et présente plus de sécurité en service. La teneur en oxygène de l'air de dérivation, envoyé par la conduite 15 dans le gaz de fumée, favorise la combustion du CO dans la chaudière 10, qui peut être également réglée par l'admission déjà mentionnée ci-dessus, de gaz, de chauffage ou d'air pur, de manière telle que le gaz de fumée s'échappant par la cheminée 6 ne possède pratiquement plus de teneur en CO.En réalisant l'invention, on peut non seulement atteindre une récupération d'énergie à partir du gaz de fumée d'installations de craquage, avec un très bon degré d'activité, mais on abaisse également efficacement le taux de pollution de l'air, en particulier sous l'effet de la teneur en CO. Par suite du fonctionnement optimal en permanence du cyclone 9, déjà mentionné ci-dessus, on assure en outre une protection de la turbine 7, montée successivement, contre la corrosion par les particules solides entraînées par le gaz de fumée. On peut également renvoyer éventuellement au procédé la substance catalytique s'accumulant dans le cyclone 9.Par réglage correspondant de la production de vapeur d'eau dans la chaudière à CO, 10 et/ou par addition en proportions prédéterminées du mélange de gaz de chauffage ou d'air frais, on peut régler également la température de l'air en excès, de manière à maintenir constantes non seulement les températures supportées par le cyclone 9 et de la turbine à gaz résiduaire 7, consécutive, mais également les températures d'entrée du mélange de gaz de fumée et d'air, de sorte qu'au moins pour un fonctionnement stationnaire, on peut éliminer les dangers liés aux écarts de tempera- ture du fluide en circulation.Dans le cas de dérangements de la partie électrique de l'installation (mise en service des dispositifs de protection du générateur) ou d'endommagements occasionnés à la turbine, on peut envoyer le mélange de gaz de fumée et d'air à la turbine 7 par la conduite 19. A cet effet, les soupapes 12 et 13 sont couplées entre elles (comme indiqué dans le schéma par la ligne interrompue 20) de manière telle qu'une fermeture de la soupape 12 ait pour conséquence une ouverture immédiate de la soupape 13, et vice versa.Dans le cas de l'ouverture de la conduite 19, il est egalement possible de perdre le bénéfice de la récupération d'énergie électrique Qu mécanique à partir du gaz de fumée; mais les autres avantages (degré d'effi calcite constamment identique du compresseur 3 et du cyclone 9,élimination avec récupération de la teneur en CO du gaz de fumée dans la chaudière 10 et bon pouvoir de régulation de l'air sous pression envoyé au processus de craquage) demeurent toutefois intégralement conservés dans ce cas également. Enfin, pour permettre dans le cas d'un dérangement, entraînant également la mise hors de service du cyclone 9 ou de la chaudière à CO, 10, ou pour pouvoir établir, en cas de travaux de révision dans la partie de l'installation de reeupération d'énergie selon l'invention, une sorte de circuit de fonctionnement d'appoint, on prévoit une soupape 21 entre la dérivation du gaz de fumée vers l'échangeur de chaleur 5 et l'emplacement où debouche la conduite de dérivation 15, de manière telle qu'après la fermeture de ladite soupape 21 et de la soupape de régulation 14, ltevacu t on du gaz de fumée puisse encore avoir lieu, dans tous les cas, par l'changeur de chaleur 5 en étant réglée par la soupape 11 REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la valorisation du potentiel énergétique du gaz de fumée formé dans les installations de craquage catalytique et pour la régulation plus économique desdites installations de craquage, dans lequel on envoie l'air de combustion, nécessaire pour la régénération du catalyseur au régénérateur par le moyen d'un compresseur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on envoie le gaz de fumée produit, par l'intermédiaire d'un cyclone, indépendant du régénérateur, à une turbine à gaz résiduaire, qui entraîne à son tour depréférence, un générateur, en ce que l'on brûle la fraction de CO combustible, contenue dans le gaz de fumée, dans une chaudière catalytique à CO, montée consécutivement à la turbine, et en ce qu'on fait passer par une enduite de dérivation amenant au processus de craquage, entre le compresseur et le régénérateur, l'air en excès obtenu dans le cas d'une plus faible consommation d'air de canbustion,pourle réchauffer dans la chaudière à CO et on le mélange en amont du cyclone avec le gaz de fumée provenant du régénérateur. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas d'un débit constant du compresseur, on règle l'air en excès envoyé par la conduite de dérivation, au moyen d'une soupape qui est commandée d'une manière indépendante des conditions de charge regnant dans chaque cas (passage continu et/ou conversion) dans l'installation de craquage et, en partie, également de la consommation d'air de combustion placée sous la dépendance de la substance brute à traiter. 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on chauffe d'une manière complémentaire la chaudière à CO, en particulier dans le cas de courtes durées de service de l'installation de craquage ou dans le cas de faibles teneurs en CO du gaz de fumée, avec un gaz de chauffage, alimenté par une conduite d'amenée de gaz de chauffage, tandis que pour des durée complètes de service ou des teneurs élevées en CO du gaz de fumée, on utilise ladite chaudière pour la production de vapeur d'eau, en amenant l'eau par une conduite d'alimentation prévue à cet effet. 4 - Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu on envoie à la chaudière à CO, indépendamment de la consommation d'oxygène dans la combustion catalytique, de l'air frais, par un dispositif comprenant une conduite d'alimentation en air frais, une soufflerie et un organe d'e- trainement de la soufflerie. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans le cas de dérangement de la partie électrique de l'installation, notamment avec mise en service des dispositifs de protection du générateur, ou dans le cas d'endommagements occasionnés à la turbine à gaz résiduaire, on envoie le gaz de fumée vers la turbine à gaz résiduaire, par l'intermédiaire d'une conduite d'appoint, dérivée en aval du cyclone et en amont de la soupape d'admission de la turbine. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu une soupape est prévue dans la conduite de dérivation d'appoint, ladite soupape étant couplée avec la soupape d'admission de la turbine de manière telle que la fermeture de la première entraîne l'ouverture de la seconde et inversement. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on règle le débit de î1air en excès envoyé au réchauffement dans la chaudière à CO, de manière telle qu'à chaque condition opératoire régnant dans l'installation de craquage, la température du mélange de gaz de fumée et d'air pénétrant dans le cyclone et dans la turbine, montée consécutivement audit cyclone, soit maintenue pratiquement constante, pour des conditions stationnaires régnant dans l'installation.