Brevet FR2617860A1 — publié le 19890113

La présente invention entre dans le cadre du craquage catalytique à l'état fluide de charges d'hydrocarbures. On sait que l'industrie pétrolière utilise de façon usuelle des procédés de craquage, dans lesquels des molécules d'hydrocarbures à haut poids moléculaire et à point d'ébullition élevé sont scindées en molécules plus petites, qui bouillent dans des domaines de températures plus faibles, convenant à l'usage recherché. Lé procédé le plus couramment employé dans ce but, à l'heure actuelle, est le procédé dit de craquage catalytique à l'état fluide (en anglais, Fluid Catalytic Cracking, ou encore procédé FCC). Dans ce type de procédé, la charge d'hydrocarbures est vaporisée et mise en contact à haute 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 moléculaire 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. Dans de nouveaux procédés FCC, on peut utiliser deux zones de régénération à travers lesquelles circule le catalyseur usé. Les charges à craquer sont habituellement injectées dans la zone réactionnelle à une température généralement comprise entre 80 et 400 OC, sous une pression relative de 0,7 à 3,5 bar, tandis -que la température du catalyseur régénéré qui arrive dans cette zone peut être de l'ordre de 600 à 950 OC. Le catalyseur est introduit à la base d'un élévateur du type tube ascendant (ou "riser") en une quantité déterminée par l'ouverture ou la fermeture d'une vanne. Les grains de catalyseur sont alors accélérés vers le haut du "riser" par injection à la base de ce dernier, d'un fluide gazeux. Cette injection est faite à l'aide d'un distributeur de fluide. La charge à craquer est introduite à un niveau supérieur et vaporisée au moins partiellement à l'aide d'un dispositif approprié dans le flux dense de grains de catalyseur. Le "riser" débouche à son sommet dans une enceinte qui lui est par exemple concentrique et dans laquelle s'effectuent, d'une part, la séparation de la charge craquée et, d'autre part, le strippage du catalyseur usé. L'effluent est séparé du catalyseur entraîné par un système cyclonique. Dans le cas du système à double régénération, tel que le procédé commercial appelé R2R, les particules de catalyseur usé ainsi strippées sont évacuées vers un premier régénérateur. Dans ce régénérateur, le coke déposé sur les particules du catalyseur est brûlé partiellement à l'aide d'air conduisant à la production de CO et C02. Les particules du catalyseur traité et le gaz de combustion sont séparés par des cyclones. Les particules du catalyseur ayant subi un premier traitement partiel de régénération sont ensuite transférées dans un second étage du régénérateur, distinct du premier. Dans ce régénérateur, la combustion totale du coke restant, est réalisée sous la forme de C02 par de l'air en excès. Le catalyseur entraîné est séparé des gaz de combustion par des cyclones situés à l'extérieur à ce régénérateur. Les charges d'hydrocarbures susceptibles d'être injectées dans les unités du type décrit plus haut peuvent contenir des hydrocarbures ayant des gammes d'ébullition se situant entre 200 et 550 OC ou plus, et leur densité peut varier entre 10 et 35 OKAPI. Ces charges également, peuvent être des charges lourdes contenant des hydrocarbures dont le point d'ébullition peut aller jusqu'à 750 OC et plus, et dont la densité peut varier entre 10 et 35 OKAPI, voire entre 0 et 25 OKAPI. Par exemple, on peut citer comme charges, celles présentant des points d'ébullition finaux de l'ordre de 400 OC, tels que des gazoles sous vide, mais aussi des huiles hydrocarbonées plus lourdes, telles que des pétroles bruts et/ou désessenciés, et des résidus de distillation atmosphérique ou de distillation sous vide ; ces charges peuvent le cas échéant avoir reçu un traitement préalable tel que, par exemple, un hydrotraitement en présence par exemple de catalyseurs de type cobalt-molybdène ou nickelmolybdène. Les charges préférées de l'invention seront celles contenant des fractions bouillant normalement jusqu'à 700 OC et plus, pouvant contenir des pourcentages élevés de produits asphaitèniques, et présenter une teneur en. carbone Conradson allant jusqu'à 10 % et au-delà.Ces charges peuvent être diluées ou non par des coupes plus légères conventionnelles, pouvant inclure des coupes d'hydrocarbures ayant déjà subi l'opération de craquage, qui sont recyclées, comme par exemple des huiles de recyclage légères ("light cycle oils", L.C.O.) ou des huiles lourdes de recyclage ("heavy cycle oils", H.C.O.). Suivant le mode préféré de l'invention, ces charges sont préchauffées dans un domaine de température compris entre 300 et 450 OC avant leur traitement. Les catalyseurs utilisables dans les dispositifs décrits ci-dessus comprennent les catalyseurs de craquage du type aluminosilîcates cristallins, certains types de silice-alumine, de silice-magnésie, de silice-zirconium, tous ayant des activités de craquage relativement élevées,-ou possédant de telles activités.. Les alumino-silicates cristallins peuvent se trouver à l'état naturel ou être préparés par synthèse, selon des techniques bien connues de l'homme de l'art. Ils peuvent être choisis parmi les zéolithes de synthèse ou les argiles, telles que la faujasite, certaines mordenites, la montmorillonite, les argiles pontées, les alumino-phosphates, ou similaires, les offrétites, les zéolites A, Y, L, X, omega, les érionites, etc... La présente invention concerne un procédé de craquage catalytique qui permet d'améliorer la flexibilité sur la structure des rendements en produits. Il arrive en effet souvent qu'un client demande, dans le cadre d'un craquage catalytique, l'obtention d'un maximum de gaz de pétrole liquéfiés (C3-C4) (LPG) et l'obtention simultanée d'un maximum de distillat léger. (Light cycle oil ou "L.C.O."). Or, une telle opération est incompatible puisqu'il faudrait pouvoir augmenter la sévérité du craquage catalytique pour obtenir le maximum de L.P.G. et la diminuer pour maximiser la production de L.C.O. Dans la présente invention, on cherche à remédier à cette incompatibilité et pour ce, on propose un procédé qui consiste à recycler judicieusement une partie de l'essence obtenue dans l'effluent de la zone de craquage catalytique. On rappelle que d'une façon générale, I'effluent de la zone de craquage catalytique et fractionné et que l'on obtient diverses coupes qui sont notamment: - des gaz - une essence - une huile relativement légère ("light cycle oil" ou - une huile relativement lourde ("heavy cycle oil" ou - un résidu ou "slurry" qui est généralement fractionné de nouveau pour obtenir une huile clarifiée ("clarified oit' ou C.O.). Conformément à l'invention, on se propose donc de recycler tout ou partie de l'essence de l'effluent réactionnel dans des conditions telles qu'elle puisse être de nouveau craquée en constituants plus légers (C3 C4). Selon ltinvention, on a constaté que pour pouvoir efficacement craquer cette fraction, il convenait de la recycler dans la partie inférieure de la zone de réaction tubulaire de forme allongée, en un point inférieur à celui où se fait l'injection normale de la charge. En effet, les conditions de tempéra /ou rapport catalyseur/huile)/ ture et de C/O (catalyst on oil ratio/ sont telles dans cette zone que le cracking s'effectue dans des conditions sévères. La figure 1 représente la zone de réaction 1 de forme tubulaire allongée (ou "riser") avec circulation ascendante de la charge et du catalyseur.Le catalyseur pénètre par la conduite 2 à la base de la zone allongée 1, la charge pénétrant sous forme de liquide dispersé en gou--ellet-es a la base "riser" mais à un niveau B supérieur à celui de l'admission du catalyseur, par au moins une ouverture 3. Le catalyseur pénètre dans le riser à une température T1 et circule en bas de ce riser avec un débit D1. La charge pénètre dans le riser à une température T2 et avec un débit D2. Au niveau des conduites 3 d'arrivée de la charge, s'effectue le mélange de la charge et du catalyseur. Il se produit un échange thermique entre le catalyseur et la charge, cet échange se traduisant par la vaporisation d'une partie au moins de la charge.On atteint alors un équilibre à une température T3 supérieure à 12, le mélange charge catalyseur, circulant à ce niveau du riser avec un débit D3. La réaction de craquage se produit alors; et comme cette réaction est endothermique, elle se traduit par une absorption de chaleur. A la partie supérieure du riser 1, on procède par exemple avec un dispositif 4 appelé communément un "T", à la séparation entre les effluents gazeux réactionnels d'une part et les particules de catalyseur d'autre part. Ainsi, comme expliqué plus haut, la fraction recyclée d'essence L.P.C. dans le réacteur 1 est effectuée par au moins une conduite 3 A. Le craquage de cette fraction légère -recyclée ainsi s'effectue dans des conditions de sévérité plus favorable qui si ce recyclage avait été effectué par exemple par une conduite 3, essentiellement parce que c'est au voisinage du niveau C de la conduite 3-A que la température du catalyseur est la plus chaude. Donc il y a localement à ce niveau C des conditions de craquage sévère (haute température, C/O élevé) qui sont généralement requises pour le craquage de charges légères (essence, LPG). C'est ainsi au niveau C que se produit le craquage de l'essence recyclée, entraînant ainsi à ce niveau C, une chute de la température du catalyseur.Ainsi au niveau B, point d'arrivée de la charge, la température est moindre, permettant de réaliser du craquage dans des conditions plus douces, (température modérée, catalyseur déjà amorti) qui précisément conviennent bien pour craquer la charge avec obtention d'un maximum de L.C.O. On a donc pu ainsi concilier deux objectifs apparemment incompatibles par l'utilisation d'au moins deux zones de sévérité différentes, à savoir d'une part une première zone à grande sévérité disposée en bas du riser, située entre l'admission du recyclage et l'admission de la charge et où se produit la production maximum de L.P.G. par craquage de fractions recyclées de l'effluent réactionnel plus légères que les L.C.O. et d'autre part une autre zone à sévérité plus douce, disposée dans le riser au-dessus d'une conduite 3 d'admission- de la charge, cette dernière zone pouvant, suivant l'objectif visé, être elle-même subdivisée en zones à différentes sévérités au fur et à mesure que la température décroît quand on s'élève dans le riser. Le pourcentage d'essence et/ou de L.P.G. que l'on recycle conformément à l'invention représente, en volume, environ 5 à 50 % de la charge, de préférence 10 à 30 %. EXEMPLE Deux essais de craquage catalytique ont été réalisés à partir d'une même charge d'hydrocarbures dans une unité à deux régénérateurs. Contrairement au premier essai, dans lequel un dispositif classique d'injection des grains de catalyseur par une conduite 2 (figure 1) et de charge à craquer par une conduite 3 a été utilisé, le deuxième essai a été réalisé à l'aide d'un dispositif selon l'invention à savoir avec recyclage, par une conduite 3-A, de 40 % en poids ou volume de Essence X obtenue, représentant environ 20 % en poids par rapport à la charge. Nature de la charge traitée: - Densité : 22,8 OKAPI - Soufre : 0,9 % en poids - Azote total : 0,3 % en poids - Vanadium : . 9 ppm - Nickel : 4 ppm - Carbone Conradson : 4,6 % en poids - Non distillable à 560 C : 26 % en volume Au cours de ces deux essais, les conditions opératoires ont été les suivantes: Température d'injection du catalyseur (OC) 771 Température d'injection de la charge (OC) 210 Température du riser au voisinage de l'admission de la conduite 3 (OC) 537 Température en haut du riser (OC) 526 Type de catalyseur: zéolithe ultrastable Les résultats rassemblés ci-après montrent que le dispositif selon l'invention permet, à partir d'une charge lourde (contenant 4,6 % en poids de carbone Conradson), d'obtenir à la fois une meilleure sélectivité en LPG, en distillat léger ler essai 2ème essai avec recyclage d'essence (% poids) (% poids) Gaz secs: H2 + C1 + C2 + H25 4,1 \ 6,4 C3 0,7 1,3 C3= 18,7 4,3 31,8 8,7 C4 saturés totaux 3,7 iC4 3,0 C4 totaux 5,9 10,3 Essence C5-2210C 43,0 X = 50,1 LCO (2210C-3500C) 15,8 14,8 Slurry (350+) 15,8 16,1 Coke 6,7 7,2 Total 100,0 120,0 x Rendements exprimés par rapport à la charge lourde seulement (recyclage essence non compris). dont 20 % sont recyclés REVENDICATIONS 1/ Procédé de craquage catalytique d'une charge d'hydrocarbures en lit fluide ou lit entraîné dans une zone allongée de forme tubulaire sensiblement verticale, les particules catalytiques étant introduites à la base inférieure de la zone allongée, la charge étant introduite par au moins une conduite dans la partie inférieure de la zone allongée à un niveau B supérieur au niveau d'admission des particules catalytiques, les dites particules catalytiques étant séparées de l'effluent réactionnel à la partie supérieure de la zone allongée, l'effluent réactionnel étant ensuite fractionné en vue d'obtenir diverses fractions notamment des LPG, une essence, une huile relativement légère "L.C.O." et une huile relativement lourde "H.C.O.", le procédé étant caractérisé en ce que une partie au moins d'une fraction choisie dans le groupe constitué par une essence et des LPG est recyclée dans la zone allongée à un niveau C supérieur au niveau d'admission des particules catalytiques et inférieur au niveau B d'admission de la charge. 2/ Procédé selon la revendication 1 dans lequel la fraction recyclée représente, en volume 5 à 50 % de la charge. 3/ Procédé selon la revendication 2 dans lequel la fraction recyclée représente, en volume, 10 à 30 % de la charge. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la fraction recyclée renferme en majeure partie de l'essence ou des LPG.