Brevet FR2515990A1 — publié le 19830513

La présente invention concerne un appareil pour le classement de particules de catalyseur spécialement utilisables dans des lits mobiles, un procédé pour le classement de particules de catalyseur utilisant l'appareil selon l'invention et des procédés catalytiques utilisant des lits mobiles des particules de catalyseur ainsi classées. Les procédés utilisant des lits mobiles de catalyseur comprennent par exemple le craquage catalytique, l'hydro traitement, l'hydrométallisation, l'hydrodésulfuration et la production d'oléfines. Généralement, dans ces procédés, on utilise des particules de catalyseur-ayant des diamètres de 0,1 à 10 mm, en particulier de 1 à 3 mm. De préférence, les particules de catalyseur ont une forme sphérique, mais des particules cylindriques, par exemple obtenues par extrusion, peuvent être utilisées aussi. Un procédé pour la préparation de particules sphériques de catalyseur (ou de support de catalyseur) est décrit par exemple dans le brevet britannique N 1 525 386.En particulier, on peut préparer de cette manière des sphères de silice et d'alumine, ayant des diamètres de quelques millimètres, par exemple de 1,5 à 3,0 mm, qui, quand elles sont chargées de certains ions de métaux de transition, constituent d'excellents catalyseurs d'hydrodémétallisation. Le procédé d'hydrodémétallisation est bien connu de ceux qui ont de l'expérience dans le domaine de l'industrie de traitement du pétrole et il n'est pas nécessaire qu'on le décrive ici. Son importance augmente à mesure que des pétroles bruts de plus en plus lourds et contenant de plus grandes quantités de métaux sont traités et seront traités dans l'avenir. L'utilisation de réacteurs à lit mobile de catalyseur semble être très satisfaisante d'un point de vue chimique, mais d'un point de vue mécanique certaines améliorations pourraient encore être effectuées. Un des problèmes que l'on rencontre quelquefois est que les tamis de sortie du réacteur, qui doivent retenir les particules de catalyseur tout en laissant passer les produits de réaction fluides, sont obstrués par des fragments et de fines particules. De plus, on a observé un certain encrassement et une certaine érosion des canalisations à fluides, des pompes et des vannes. Une étude concernant ces problèmes a montré que les particules de catalyseur peuvent être écrasées sous le poids du lit mobile, produisant des fragments de forme irrégulière et de fines particules. Il apparaît, en particulier, que certaines particules, qui à première vue paraissent sphériques, contiennent en réalité des cavités cachées qui les rendent susceptibles d'être écrasées sous pression. Les très petits fragments et les particules fines passent à travers les tamis de sortie du réacteur et avancent avec les produits de réaction fluides jusqu'aux diverses pompes, etc., ce qui est hautement indésirable. Les fragments assez gros ne passent pas à travers les tamis de sortie des réacteurs,- mais se coincent malencontreusement dans les ouvertures des tamis, empêchant ainsi le passage des fluides.La nature des particules de catalyseur est ainsi très importante. I1 sera évident que des particules sphériques et presque sphériques ont moins tendance à boucher les tamis de sortie des réacteurs car elles sont capables de rouler facilement sur les tamis de sortie des réacteurs, du moment que leurs dimensions sont supérieures à celles des ouvertures des tamis. On a maintenant trouvé que l'on peut éviter ces problèmes en triant soigneusement les particules de catalyseur appropriées avant de les introduire dans le système du réacteur, de façon à obtenir une masse de catalyseur s'écoulant facilement possédant une haute résistance intrinsèque à l'écrasement qui les rend spécialement utilisables dans des lits mobiles. L'invention concerne donc un appareil pour le classement de particules de catalyseur qui comprend un système à courroie transporteuse pour séparer les particules en deux groupes, ce système comprenant au moins une courroie transporteuse dans une position in clivée, une première sortie pour un groupe de particules et une seconde sortie pour un autre groupe de particules une table vibrante pour séparer les particules en deux groupes, une première sortie pour un groupe de particules et une seconde sortie pour un autre groupe de particules des moyens pour faire arriver les particules au système à courroie transporteuse ; et des moyens pour faire passer les particules sortant par une des sorties du système transporteur.à la table vibrante. I1 y a lieu de noter qu'une courroie transporteuse inclinée pour séparer des particules solides de forme sphérique de particules solides de forme irrégulière est connue d'après le brevet des E.U.A. NO 4 118 309. Ce brevet, toutefois, concerne un procédé de distillation à la cornue d'huile de schiste, qui est très différent des procédés catalytiques (à lit mobile). Le système à courroie transporteuse qui fait partie de l'appareil selon la présente invention comprend au moins une courant transporteuse inclinée ascendante durant son utilisation ayant une première sortie, de préférence à l'extrémité inférieure de la courroie pour recueillir les particules de catalyseur ayant roulé au bas de la courroie transporteuse durant l'opération et une deuxième sortie de préférence à l'extrémité supérieure de la courroie transporteuse pour recueillir les particules restantes. Les particules sortant par la deuxième sortie sont passées à la table vibrante. Les particules sortant par la première sortie sont normalement conservées pour utilisation ult4- tieure ou amenées à une autre courroie transporteuse. Elles pourraient aussi- être transportées à une autre table vibrante ou à la même. Les particules de catalyseur à classer en utilisant l'appareil selon la présente invention sont normalement amenées à une courroie transporteuse mobile de manière qu'il ne se produise pas un entassement de matière. Si on traitait seulement un petit lot de particules, on pourrait évidemment utiliser un plan incliné fixe quelconque pour effectuer une séparation entre les particules qui roulent et celles qui ne roulent pas, mais pour un procédé continu un certain mouvement est nécessaire. On fait arriver les particules à la courroie transporteuse en utilisant des moyens classiques quelconques, comme un tube ou une plaque de glissement, mais on utilise de préférence des buses d'alimentation de façon à assurer un dépôt uniforme. Les particules de catalyseur sont ainsi classées d'après leur capacité de roulement, propriété qui est relation étroite avec leur degré de "spéricité't. Cette dernière propriété est extrêmement difficile à définir, toutefois, tandis que la capacité de roulement peut être rattachée simplement à angle de roulement" de la particule, c'est-à-dire l'inclinaison (en degrés d'un plan à laquelle la particule commence à rouler vers le bas quand on augmente lentement l'inclinaison. Quand une'particule ne roule pas vers le bas, mais commence plutôt à glisser vers le bas, l'inclinaison du plan est appelée l'"angle de glissement". L'angle de glissement est fonction aussi du coefficient de frottement entre la particule et le plan. Le frottement entre une particule qui roule et en plan est négligeable quand on le compare au frottement d'une particule qui glisse, et l'angle de roulement est une bonne mesure de la "sphéricité" d'une particule. Plus l'angle de roulement est petit, meilleure est la capacité de roulement, et meilleure est la sphéricité, Un lot de particules de diverses rondeurs donnera ainsi un intervalle d'angles de glissement, et des courbes particulières peuvent être tracées indiquant la proportion de particules roulant vers le bas d'une pente à une inclinaison donnée. Suivant la nature des particules, des angles maximaux de roulement pour chaque lot de particules peuvent ainsi être spécifiés. En faisant varier l'inclinaison et la vitesse de la courroie transporteuse, on peut régler la qualité et la capacité de séparation, respectivement, pour séparer les particules qui roulent de celles qui ne roulent pas ou qui roulent peu. L'inclinaison de la courroie transporteuse est comprise de préférence entre 0,5 et 300 et en particulier entre 5 et 180. La vitesse linéaire de la courroie transporteuse est comprise de préférence entre 0,01 et 1,0 m/s et en particulier entre 0,1 et 0,7 m/s. L'utilisation d'une courroie transporteuse a pour résultat que les particules qui roulent sortent principalement à l'extrémité inférieure de la courroie transporteuse et celles qui ne roulent pas ou qui roulent peu à l'extrémité supérieure de la courroie transporteuse. Pour certaines applications, l'utilisation d'une seule courroie transporteuse est suffisante. Si des classements plus fins sont nécessaire, il peut être avantageux de faire passer les particules de catalyseur déjà classées sur la même courroie transporteuse ou sur une autre. L'inclinaison et la vitesse linéaire de toute deuxième, troisième, etc., courroie transporteuse ne seront pas nécessairement les mêmes, ni égales à celles de la première. Pour éviter toute accumulation de matière, la capacité de chaque courroie transporteuse est au moins égale et de préférence supérieure à celle de la précédente. De préférence, donc, la vitesse linéaire de chaque courroie transporteuse inclinée ascendante n'est pas inférieure à la vitesse linéaire de la précédente ou des précédentes. Chaque courroie transporteuse est réglée de manière que les particules qui roulent obtenues à l'extrémité inférieure de la dernière courroie soient presque exclusivement sphériques. Il est normalement admis que la ou les fractions obtenues à l'extrémité supérieure de la courroie ou des courroies contiennent aussi quelques particules sphériques. Le mélange ou les mélanges de particules ne roulant pas et roulant peu obtenus à la seconde sortie de la courroie ou des courroies transporteuses sont amenés à une table vibrante inclinée. Les vibrations de cette table peuvent être perpendiculaires ou parallèles au plan de la table,ou il peut y avoir ces deux types de vibrations. L'homme de l'art sait comment régler la fréquence et l'amplitude des vibrations pour une séparation optimale des particules sphériques et non-sphériques. Les particules non-sphériques semblent "ramper" vers le haut de la table, tandis que les particules sphériques tombent rapidement en roulant. Un avantage supplémentaire de la table vibrante inclinée est qu'elle permet de séparer les particules contenant des cavités (cachées) des particules homogènes. Une explication possible est que dans les particules contenant des cavités, le centre de gravité ne coïncide pas avec le centre géométrique, de sorte que leur comportement sur la table vibrante inclinée devient assez irrégulier au lieu du comportement régulier des particules sphériques et homogènes. Comme des cavités peuvent avoir pour conséquence une résistance à l'écrasement réduite de ces particules de catalyseur, l'élimination de ces particules est avantageuse en ce qui concerne les propriétés d'écoulement d'un lit mobile. I1 pourrait sembler commode de traiter toutes les particules de catalyseur à classer sur la table vibrante inclinée, en d'autres termes d'omettre la courroie ou les courroies transporteuses ascendantes. Toutefois, cela n1 est pas utile, car les tables. vibrantes inclinées ont une capacité très limitée et consomment beaucoup d'énergie, tandis que les courroies transporteuses sont peu onéreuses et conviennent pour une présélection de la majeure partie des particules de catalyseur à classer. Il apparaît que les quelques particules sphériques non-homogènes obtenues à l'extrémité inférieure d'une courroie transporteuse ne nuisent pas normalement à la convenance des particules de catalyseur finalement obtenues pour utilisation dans un lit (mobile). L'inclinaison de la table vibrante doit aussi être réglée à la valeur optimale. De préférence, l'inclinaison de la table vibrante est comprise entre O et 300. il y a plusieurs façons de faire vibrer la table, une façon préférée consistant à exciter la table au voisinage de son extrémité supérieure par un vibrateur électromagnétique. L'axe principal de ce vibrateur peut faire avec le plan horizontal un angle compris entre 0 et 1800. I1 peut être avantageux d'incorporer un tamis dans l'appareil selon l'invention, de façon que les particules trop grosses soient éliminées par tamisage avant le classement, mais souvent cela ne sera pas nécessaire. Comme tamis, on peut utiliser n'importe quel tamis classique du type toile métallique ou du type perforé, ayant l'ouverture de maille appropriée, qui est avantageusement du type auto-nettoyant. Quand il faut des particules de catalyseur d'environ 3 mm de diamètre, une ouverture de maille comparable à celle d'un tamis NO 8 de la série des E.U.A. (2,38 mm) peut être utilisée. Dans le cas où de très nombreuses fines particules sont présentes, il peut être avantageux d'utiliser un moyen pneumatique de tri, par exemple un séparateur à air ou un cyclone. I1 est possible aussi de perforer la matière de la première courroie transporteuse ou d'utiliser une courroie en une matière du type grille. En choisissant les dimensions appropriées de perforation, on peut obtenir un transporteur qui effectue simultanément un tamisage. Les particules sortant par la première sortie (inférieure) de la dernière courroie transporteuse (quand on utilise plus d'une courroie transporteuse)peuvent être conservées telles quelles ou elles peuvent être combinées avec les particules sortant par la première sortie (inférieure) de la table vibrante. , suivant le degré de classement requis. On a trouvé qu'en utilisant l'appareil selon la présente invention, il se produit sensiblement moins de~.colma- tage des tamis de sortie des réacteurs et moins d'encrassement et d'érosion des canalisations, des vannes-et des pompes. Les temps morts des réacteurs à lit (mobile) sont ainsi raccourcis, de sorte qu'on a besoin de moins de nettoyage de l'équipement et qu'on peut passer plus de matière à travers 1E réacteur au cours d'une période de durée déterminée. Les particules de catalyseur à classer peuvent avoir été fraîchement préparées ou elles peuvent avoir été régénérées une ou plusieurs fois. I1 sera évident que l'appareil et le procédé de l'invention peuvent être utilisés avantageusement dans une installation de production de catalyseur, de manière que les particules de catalyseur produites satisfassant à certaines spécifications concernant la rondeur, l'homogénéité et la résistance à l'écrasement. I1 est possible aussi d'utiliser l'appareil et le procédé de l'invention dans des usines chimiques dans lesquelles on met en oeuvre des procédés de régénération de catalyseurs. Par exemple, dans une installation d'hydrodémétallisation,. il serait possible de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention après l'étape de régénération du catalyseur, c'est-à-dire avant l'introduction du catalyseur dans le réacteur d'hydrodémétallisation. La présente invention concerne aussi un procédé pour le classement de particules de catalyseur dans lequel on utilise l'appareil décrit et revendiqué ici. La présente invention concerne en particulier un procédé pour l'utilisation d'un lit de particules de catalyseur dans lequel les particules de catalyseur ont été classées en utilisant l'appareil dont il a été question ci-dessus. L'appareil et le procédé sont particulièrement avantageux dans l'hydrodémétallisation parce que dans l'hydrodémétalli- sation, les particules sont soumises souvent à une manutention mécanique, par exemple quand on transporte les particules vers l'unité de régénération et à partir de cette unité. La présente invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence à la figure, représentant schématiquement un mode de mise en oeuvre préféré tel qu'utilisé dans une installation d'hydrodémétallisation. Les étapes du procédé préféré, constituant aussi diverses parties de l'appareil, sont indiquées par les lettres (a) à (e) à la gauche du dessin. Des particules de catalyseur frais et/ou fraîchement régénéré, comprenant des sphères, des fragments et des fines, sont introduites par une canalisation 1 sur un tamis vibrant 2 (étape a)-. Les fines passent à travers le tamis et sont évacuées par une canalisation 3, tandis que les fragments et les sphères sont conduits à une buse d'alimentation 4 qui est située au-dessus d'une courroie transporteuse 5 qui monte dans sa Course de fonctionnement (étape b). De préférence, la buse d'alimentation est située au milieu de la course de la courroie transporteuse. Sur la courroie transporteuse, un classement est effectué. Une première'fraction (1) contenant principalement des particules qui roulent est obtenue de manière continue à l'extrémité inférieure et conduite à une deuxième buse d'alimentation 6, et une première fraction (2) contenant principalement des particules qui ne roulent pas ou qui roulent peu est obtenue de manière continue à l'extrémité supérieure et conduite à un tuyau d'alimentation à fente 7. La première fraction (1) est classée sur la deuxième courroie transporteuse 8 en une seconde fraction (1) et une seconde fraction (2) (étape c). La seconde fraction (2) est combinée avec la première fraction (2) et les deux fractions sont étendues par le tuyau d'alimentation à fente 7 sur une table vibrante 9. Sur la table vibrante 9, un classement se produit (étape d) en particules sphériques du côté inférieur de la table, qui peuvent être combinées avec la seconde fraction (1) (étape e) pour donner les particules de catalyseur classées désirées, et en particules non-sphériques, c'est-à-dire les fragments et quelques sphères contenant des cavités, qui sautent sur le côté supérieur de la table vibrante 9. On peut régler le débit de production du système représenté en faisant varier V et V', les vitesses des courroies transporteuses inclinées, et en faisant varier les dimensions des ouvertures des tuyaux d'alimentation 4, 6 et 7. Les inclinaisons des courroies transporteuses 5 et 8 sont désignées par a et a', respectivement, l'inclinaison de la table vibrante 9 est désignée par ss et l'inclinaison du vibrateur 10 est appelée y.Les fines et les fragments qui sont évacués par la canalisation 3 et du côté supérieur de la table vibrante 9 peuvent être recueillis pour retransformation en particules sphériques de catalyseur, Exemple Dans une installation d'hydrodémétallisation utilisant l'appareil et le procédé de l'invention de la manière illustrée sur le dessin, on a traité 1000 kg/jour de particules régénérées et fraîches de catalyseur. I1 était demandé que les particules de catalyseur soient sphériques, ayant un diamètre supérieur à 1,5 mm. Les particules étaient introduites sur le tamis 2, ayant une ouverture de maille de 1,41 mm. On évacuait 39 kg/jour de fines et 961 kg/jour de particules plus grosses étaient amenées sur la première courroie transporteuse 5, ayant une inclinaison de 120 et une vitesse de 0,2 m/s.On recueillait 909 kg/jour comme première fraction (1) et 52 kg/jour comme première fraction (2). La première fraction (1) était séparée encore sur la courroie transporteuse 8, ayant une inclinaison de 90 et une vitesse de 0,1 m/s. Les deux fractions (2) étaient combinées et séparées en 29 kg/jour de particules sphériques et 61 kg/jour de particules non-sphériques sur la table vibrante 9, donnant- un total de 900 kg/jour de particules sphériques choisies. L'inclinaison de la table 9 était réglée à 3,50 et le vibrateur 10 était incliné à 370, vibrant à 60 Hz. Les particules de catalyseur obtenues en utilisant l'appareil et le procédé selon l'invention ont été utilisées dans un procédé d'hydrodémétallisation dans des conditions normales et l'opération d'hydrodémétalli- sation a semblé être très satisfaisante, en ce qu'on a observé moins de colmatage des tamis de sortie du réacteur et moins d'encrassement des canalisations à fluides et des pompes, avec pour résultat des temps de fonctionnement 5 à 10 fois plus longs entre des arrêts programmés, par rapport à un procédé d'hydrodémétallisation dans lequel le catalyseur utilisé n'avait pas été soumis à un classement. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le classement de particules de catalyseur, caractérisé en ce qu'il comprend : un système à courroie transporteuse pour séparer les particules en deux groupes, ce système comprenant au moins une courroie transporteuse (5) dans une position inclinée, une première sortie pour un groupe de particules et une seconde sortie pour un autre groupe de particules ; une table vibrante (9) pour séparer les particules en deux groupes, une première sortie pour un groupe de particules et une seconde sortie pour un autre groupe de particules ; des moyens (4) pour faire arriver les particules au système à courroie transporteuse ; et des moyens (7) pour faire passer les particules sortant par une des sorties du système transporteur à la table vibrante. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend aussi un tamis (2), une sortie du tamis communiquant avec les moyens (4) pour faire arriver les particules au système à courroie transporteuse. 3. Appareil selon itune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la première courroie transporteuse (5) est perforée. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en-ce qu'il comprend des moyens pour rassembler les particules provenant d'une sortie du système à courroie transporteuse et d'une sortie de la table vibrante. 5. Procédé pour le classement de particules de catalyseur, caractérisé en ce qu'on utilise un appareil selon l'une des revendications précédentes. 6. Procédé pour l'utilisation d'un lit de particules de catalyseur, caractérisé en ce que les particules de catalyseur ont été classées par un procédé selon la revendication 5. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les particules classées sont utilisées dans un procédé d ' hydrodémétallisation.