Brevet FR2622293A1 — publié le 19890428

- 1 - Système pour le prélèvement dans une enceinte de particules solides en lit fluidisé. La présente invention concerne un système pour le prélèvement dans une enceinte sous pression de particules solides en lit fluidisé dans un flux gazeux. On sait que la fluidisation, c'est-à-dire le main- tien en suspension dans un gaz d'un solide à l'état fine- ment divisé, connaît de très nombreuses applications in- dustrielles (voir l'ouvrage de Roger Dumon, "Les applica- tions industrielles des lits fluidisés", Edition Masson, 1981). Parmi ces applications, on mentionnera en particu- lier le craquage en continu d'hydrocarbures en présence de grains de catalyseur en lit fluidisé, avec régénéra- tion du catalyseur usé et recyclage du catalyseur régé- néré au réacteur de craquage. On pourra se référer, par exemple, à la demande de brevet FR 2 576 906, déposée au nom de la Demandresse. On sait que l'on distingue plusieurs types de lits fluidisés, dont la nature varie en fonction de celles des fluides et des particules considérés et de la vitesse des fluides utilisés. On distingue ainsi des lits denses, des lits expansés, des lits mobiles ou bouillonnants, des lits circulant en phase fluidisée diluée etc... (voir le livre de R. Dumon précité). Les lits fluidisés auxquels s'intéresse la présente invention sont les lits mobiles ou bouillonnants, qui sont très abrasifs du fait du mouvement dont sont continuel- lement animées les particules. Par un certain nombre de propriétés, les lits flui- disés s'apparentent à des liquides, notamment par leur mas- se spécifique apparente, leur viscosité apparente, leur perte de charge et la pression qu'ils exercent sur les pa- rois d'une enceinte; par exemple, dans un réacteur en for- me de U muni à la base d'un diffuseur, le niveau supérieur du lit fluidisé sera le même dans chaque branche du U. Ces lits fluidisés sont donc caractérisés par une grande homo- généité de température, de concentration en particules,etcoo -2 - ce qui est dû àla mobilité des particules. Ils ont, en outre,l'avantage de permettre des intensités de transfert de matière ou d'énergie élevées, car les collisions des particules les unes sur les autres détruisent continuel- lement la couche limite qui entoure la particule et qui nuit à l'échange thermique, de sorte que les transferts de chaleur et de masse entre gaz et solide y sont particu- lièrement rapides. En outre, la régulation du débit des particules solides est facile à réaliser, avec pour consé- quence un contrôle aisé de la réaction dans laquelle in- tervient le matériau solide, soit comme matière première, soit comme catalyseur. Il est,bien entendu, nécessaire de pouvoir échantil- lonner pour contrôler soit en continu, soit à intervalles 1.5 réguliers, les caractéristiques des particules du lit fluidisé, card'une part, elles sont généralement friables et risquent donc de s'éroder, d'autre part, des dépôts de sous-produits peuvent se produire à leur surface et modi- fier leurs propriétés, notamment dans le cas o elles in- terviennent comme catalyseur. De même, il peut s'avérer nécessaire de remplacer en continu ou à intervalles régu- liers une partie des particules en suspension et,par con- séquent,de les évacuer de l'enceinte à lit fluidisé. Dans ce but, le procédé le plus usuel et le plus simple consiste à mettre à profit les propriétés d'un lit fluidisé qui le rapprochent d'un liquide, en prévoyant un prélèvement à l'aide d'une conduite ascendante, montée en dérivation sur l'enceinte de ce lit fluidisé, et munie d'une vanne que l'on ouvre, puis que l'on ferme lors de chaque prélèvement, la suspension de particules étant poussée dans la conduite par la pression statique exercée sur la paroi. Lorsque cette vanne, située au-dessous de la sur- face supérieure du lit fluidisé, est ouverte, les particu- les tendent à s'écouler dans la conduite et peuvent ainsi être prélevées. Cette vanne s'use toutefois très rapide- ment,du fait du contact permanent de ses organes avec les particules très abrasives en mouvement désordonné. -3 - La présente invention vise à remédier à cet incon- vénient en proposant un système de prélèvement dans une enceinte, en continu ou en discontinu, de particules soli- des en lit fluidisé, qui permette de contrôler de façon précise le-débit dans le conduit de-prélèvement des par- ticules, en principe sans utiliser de vanne constamment au contact des particules du lit fluidisé. A cet effet, l'invention a pour objet un système pour le prélèvement dans une enceinte de particules soli- des en lit fluidisé, ce système comprenant un conduit de prélèvement ascendant communiquant avec ladite enceinte au-dessous du niveau supérieur du lit fluidisé et formant une extension du lit fluidisé de particules, ce système étant caractérisé en ce que ledit conduit comporte une restriction apte à limiter le débit du prélèvement, et en ce que des moyens sont prévus pour injecter un gaz compri- mé, avec un débit réglable, dans ledit conduit, entre la- dite enceinte et ladite restriction, en vue de permettre -un contrôle précis du débit de soutirage du lit fluidisé. En particulier, avec un débit de gaz suffisamment élevé, compte tenu des caractéristiques de la restriction du conduit,le gaz sous pression refoulera les particules du lit fluidisé dans ladite enceinte et permettra ainsi d'interrompre le prélèvement. Ladite restriction pourra être constituée par un simple orifice ou par un manchon de faible diamètre, ou éventuellement par une vanne partiellement ouverte, dont la partie supérieure, de préférence située au-dessous de la surface supérieure du lit fluidisé, pourra avantageu- sement se terminer par un déversoir vers un système de soutirage ou de stockage, de façon connue en soi. Lorsque le débit d'injection du gaz dans le conduit de prélèvement s'accroit, le soutirage des particules du lit fluidisé diminue et, inversement, il suffit dtabais- ser le débit du gaz injecté pour accroître le soutirage. On dispose ainsi d'un moyen simple, n'impliquant pas l'u- tilisation d'une vanne directement et constamment en con- -4- tact avec les particules abrasives pour régler en perma- nence le prélèvement des particules d'un lit fluidisé. Le diamètre de la restriction dépend du débit maximum de soutirage souhaité. Dans la plupart des cas, le diamètre de cette restriction sera d'environ 0,01 à 0,5 fois le diamètre du conduit ascendant de prélèvement. Le gaz injecté dans ce conduit sera de préférence le même que celui qui assure la fluidisation. Il pourra cependant, et selon les cas, être constitué par tout autre gaz compatible avec le but recherché. Le contrôle du débit d'injection du gaz pourra ain- si être réalisé de diverses façons: soit par régulation du gaz de contrôle; soit par la taille de la restriction du conduit (orifice, manchon ou vanne); soit enfin par régulation de la pression dans le récipient-de stockage. En outre, les modifications de la gamme du débit de soutirage des particules, pour répondre auxbesoins du pré- lèvement, pourront se faire de façon simple.- soit par remplacement du manchon proprement dit par un autre man- chon de diamètre approprié; soit en plaçant directement sur le conduit plusieurs manchons en parallèle disposant chacun d'une vanne de fermeture; soit enfin par ouvertu- re plus ou moins grande de la vanne de restriction. Le conduit de prélèvement pourra comporter éventuel- lement, en amont ou en aval de la restriction, une ou plu- sieurs vannes de sécurité, mais le taux d'usure de celles- ci sera considérablement réduit par rapport aux systèmes de prélèvement actuellement utilisés, du fait que l'usage de ces vannes sera limité à leur fonction de sécurité. Un tel système est particulièrement bien adapté, dans une unité de craquage catalytique d'hydrocarbures, au pré- lèvement en régime continu ou semi-continu de particules de catalyseur usé dans un régénérateur. On sait, en effet, que llindustrie pétrolière utili- se de façon usuelle des procédés de craquage, dans lesquels des molécules d'hydrocarbures à hauts poids moléculaire et à point d'ébullition élevé sont scindées en molécules plus petites, qui peuvent bouillir dans des domaines de températures plus faibles, convenant à l'usage recherché. Le procédé le plus couramment employé dans -cebut, à l'heure actuelle, est le procédé dit de craquage cataly- tique à l'état fluide (en anglais, Fluid Catalytic Cracking, ou encore procédé FOC). Dans ce type de procédé, la char- ge d'hydrocarbures est vaporisée et mise en contact à hau- te température avec un catalyseur de craquage, qui est maintenu en suspension dans les vapeurs de la -charge Après que l'.on ait atteint par craquage la gamme de poids molé- culaires désirée, avec un abaissement correspondant des points d'ébullition, le catalyseur est séparé des produits obtenus, strippé, régénéré par combustion du coke formé, puis remis en contact avec la charge à craquer. Le catalyseur est généralement constitué de particu- les d'alumine, d'un diamètre moyen généralement compris entre 40 et 90 microns, sur lesquelles ont été déposés divers métaux. Dans le régénérateur, on utilise de l'air pour fluidiser ces particules et pour brûler le coke qui s'y est déposé. La température de combustion peut être compri- se entre 6000 et 9000C et le débit de l'air injecté est de l'ordre de 0,1 à 1,0 t/h/m de surface du diffuseur. Il est important de pouvoir contrôler les conditions de régénération du catalyseur,et le système de prélèvement faisant l'objet de la présente invention s'applique parti- culièrement bien à une telle utilisation, en employant par exemple de l'air comprimé comme gaz injecté dans le conduit ascendant de prélèvement. De façon analogue, ce dispositif peut être utilisé pour effectuer des prélèvements dans les réacteurs de reformage à lit fluidisé et dans les réacteurs d'hydro- traitement à lit fluidisé. Toutes ces utilisations du système de prélèvement conforme à l'invention entrent dans le cadre de l'inven- tion; en particulier, la commande de ce prélèvement, par modulation du débit d'air injecté dans le conduit de sou- tirage, peut être automatisée et asservie à divers moyens de contrôle d'autres paramètres. - 6- La figure unique du dessin schématique annexé illus- tre une forme de mise en oeuvre du dispositif de prélève- ment conforme à l'invention. Sur ce dessin, l'enceinte dans laquelle est mainte- nue une suspension en phase gazeuse, ou lit fluidisé L, de particules solides est désignée par la référence 1. A la base de cette enceinte, un diffuseur 2,alimenté en gaz comprimé, de l'air par exemple, par une ligne 3,est injec- té avec un débit suffisant par réaliser un lit fluidisé bouillonnant. Un conduit ascendant 4 de prélèvement, dis- posé ici obliquement à environ 45 par rapport à l'encein- te 1, débouche à l'intérieur de celle-ci au-dessous du niveau supérieur Z du lit fluidisé. Le conduit 4 comporte une restriction,constituée ici par un manchon 5 de faible diamètre, apte à limiter le débit de prélèvement au-dessous d'un seuil prédéterminé. Du fait de la position du conduit 4 au-dessous de la surface supérieure du lit fluidisé, les particules du lit fluidisé sont pousses par pression dans le conduit 4 et entralnées par le courant gazeux provenant du lit flui- disé; elles tendent donc à s'écouler dans le réservoir 6, avec lequel le manchon 5 communique par exemple par un rac- cord en T. Le déversoir 6 communique lui-même avec une con- duite d'évacuation 7,qui achemine les particules soutirées vers une capacité pressurisée 8,permettant de stocker la quantité de prélèvement requise. Les conditions de fluidi- sation ne sont pas réunies dans cette capacité 8 et i l s'agit donc en principe d'un lit dense, sauf si on place à sa base un diffuseur ' alimenté en gaz par la ligne 10, permettant de maintenir les particules en mouvement, et éventuellement de purger les gaz. Cette capacité pressurisée 8 communique, sur cette figure, grâce à une vanne 11, avec une cellule amovible 12 de réception des particules prélevées ou, de façon con- nue en soi, avec tout systbme de convoyage pneumatique adapté. - 7 - Une vanne de sécurité 13 est prévue sur le conduit entre l'enceinte 1 et une ligne 14 par laquelle est acheminé un gaz comprimé, de l'air par exemple, dont le débit est réglable au moyen d'une vanne 15. Ce débit peut, en particulier, être ajusté pour maintenir la tem- pérature dans la ligne de prélèvement à une valeur prédéterminée, ou pour réguler le niveau du lit fluidisé par soutirage de catalyseur. - Le conduit 4 communiquant librement avec l'enceinte 1,lés particules du lit fluidisé seront convoyées dans ce conduit par le gaz qui les maintient en suspension. Com- me indiqué ci-dessus, la perte de charge provoquée par le manchon 5 permet de limiter le débit du prélèvement à une valeur maximum prédéterminée, lorsque le prélèvement de particules est continu. En ajustant le débit de gaz comprimé injecté par la ligne 14, ou en agissant sur la pression du récipient de réception 8 par la ligne 16, il est en outre possible de régler avec précision le débit prélevé au-dessous de cette valeur maximum, ou même dlef- fectuer des prélèvements en discontinu par arrêt du pré- lèvement quand l'air injecté par la vanne 15 excède le débit permis par la restriction. Dans ce cas, le catalyseur du lit fluidisé ne peut pas r'entrer dans la conduite de soutirage et il est donc refoulé dans le lit fluidisé. - 8 - REVENDICATIONS 1- Système pour le prélèvement dans une enceinte (1) de particules solides en lit fluidisé, ce système compre- nant un conduit de prélèvement (4) ascendant,communiquant avec ladite enceinte (1) au-dessous du niveau supérieur du lit fluidisé et formant une extension de celui-ci, ce système étant caractérisé en ce que ledit conduit compor- te une restriction (5) apte à limiter le débit du.prélè- vement, et en ce que des moyens (14,15) sont prévus pour injecter un gaz comprimé, avec un débit réglable, dans ledit conduit (4), entre ladite enceinte (1) et ladite restriction (5), en vue de contrôler, par un réglage approprié du débit de gaz, la quantité de particules sou- tirée. 2- Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite restriction est constituée par un manchon (5) de faible diamètre. 3- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre de ladite restriction (5) est compris entre 0,01 et 0,5 fois le diamètre dudit conduit ascendant (4) de prélèvement. 4- Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz injecté dans ledit conduit (4) de prélèvement est le même que celui du lit fluidisé. 5- Système selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le débit de soutirage des particules du lit fluidisé est diminué par augmentation du débit du gaz injecté. 6- Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la restriction (5) apte à limiter le débit du prélèvement est constituéepar un simple ori- fice, par un ou plusieurs manchons, ou par une simple vanne. 7- Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit conduit de prélèvement(4) communique avec un déversoir (6) situé au-dessous du niveau supérieur du lit fluidisé de ladite enceinte. -9 - 8- Système selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit déversoir (6) communique avec des moyens de stockage (8,12). 9- Utilisation du système selon l'une des revendica- tions 1 à 8, pour contrôler la régénération des particules de catalyseur dans un régénérateur d'une unité de craqua- ge catalytique en lit fluidisé. - Utilisation du système selon l'une des reven- dications 1 à 8, pour contrôler l'état des particules de catalyseur dans une unité de reformage catalytique en con- tinu ou dans uneunité d'hydrotraitement d'hydrocarbures en lit fluidisé.