BE1016907A3 - Dispositifs de refroidissement de catalyseur pour reacteur de conversion de substances oxygenees. - Google Patents

Abstract

Procédé de conversion de substances oxygénées en oléfines légères, comprenant une mise en contact d'un courant d'alimentation de substance oxygénée avec un catalyseur et une conversion dudit courant en oléfines légères, tout en épuisant ledit catalyseur, une régénération d'une première partie du catalyseur épuisé et un retour de celle-ci pour entrer en contact avec ledit courant d'alimentation et un refroidissement d'une seconde partie dudit catalyseur épuisé dans un dispositif de refroidissemsent, une introduction d'un fluide échangeur de chaleur dans le dispositif de refroidissement à proximité de son sommet, et un retour de la dite seconde partie dudit catalyseur épuisé pour entrer en contact avec ledit courant d'alimentation de substance oxygénée.

Description

  Dispositifs de refroidissement de catalyseur pour réacteur de conversion de substances oxygénées
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil pour refroidir du catalyseur dans un réacteur utilisé dans un processus de conversion de substance oxygénée en oléfine.
Les oléfines légères ont traditionnellement été produites par le processus de vapocraquage ou craquage catalytique. Etant donné la disponibilité limitée et le coût élevé des sources de pétrole, le coût de production d'oléfines légères à partir de telles sources de pétrole a constamment augmenté.

   Des oléfines légères servent d'alimentations pour la production de nombreux produits chimiques.
Le recherche de matières alternatives pour la production d'oléfine légère a conduit à l'utilisation de substances oxygénées, telles que des alcools et, plus particulièrement, à l'utilisation de méthanol, d'éthanol et d'alcools supérieurs ou de leurs dérivés. Des tamis moléculaires, tels que des zéolites cristallines microporeuses et des catalyseurs non zéolitiques, en particulier des silicoaluminophosphates (SAPO), sont connus pour promouvoir la conversion de substances oxygénées en mélanges d'hydrocarbures dans un réacteur.
Lorsqu'un catalyseur est soumis aux substances oxygénées, telles que du méthanol, pour promouvoir la réaction en oléfines, une matière carbonée (coke) est engendrée et déposée sur le catalyseur.

   Une accumulation de dépôts de coke interfère sur la capacité du catalyseur de promouvoir la réaction et a pour effet un épuisement du catalyseur. Lorsque la quantité du dépôt de coke augmente, le catalyseur perd son activité et moins de matière première est convertie en le produit oléfinique souhaité. L'étape de régénération élimine le coke du catalyseur par combustion avec de l'oxygène, ce qui restaure l'activité catalytique du catalyseur. Le catalyseur régénéré peut alors être exposé à nouveau aux substances oxygénées pour promouvoir la conversion en oléfines.
Le processus de conversion de substances oxygénées en oléfines légères est exothermique. Un excès de chaleur en provenance de la réaction exothermique peut détruire les conditions nécessaires pour une conversion optimale dans le réacteur en augmentant trop fort la température.

   Un contrôle de la température à l'intérieur du réacteur est nécessaire pour convertir de manière optimale des substances oxygénées en oléfines légères et minimiser la production de sousproduits. La température du réacteur peut être contrôlée par une élimination permanente de chaleur à partir du réacteur, pendant le processus de conversion. Un procédé d'élimination de chaleur en provenance du réacteur peut être réalisé par refroidissement du catalyseur utilisé dans la réaction de conversion.
Des dispositifs de refroidissement de catalyseur sont typiquement utilisés pour des régénérateurs de conversion de substance oxygénée. Sans élimination de la chaleur à partir d'un grand débit de circulation de catalyseur, la température d'équilibre du régénérateur serait trop élevée.

   Par conséquent, certains moyens externes d'élimination de chaleur sont typiquement nécessaires. Cependant, le réacteur s'échauffe également pendant la réaction exothermique des substances oxygénées en oléfines légères. La température dans le réacteur doit aussi être contrôlée.
Ce qui est nécessaire est un mode approprié et efficace de contrôle de la température du réacteur dans des conversions de substances oxygénées en oléfines légères. La présente invention prévoit un procédé de conversion de substances oxygénées en oléfines légères dans lequel un courant d'alimentation de substance oxygénée entre en contact avec du catalyseur et se convertit en oléfines légères tout en épuisant le catalyseur. Une première partie du catalyseur est régénérée et une seconde partie du catalyseur est refroidie sans être régénérée.

   Le catalyseur régénéré et le catalyseur refroidi continuent tous deux à être en contact avec un courant d'alimentation de substance oxygénée. Suivant un aspect de l'invention, la seconde partie du catalyseur peut être refroidie dans un dispositif de refroidissement de catalyseur par un échange de chaleur indirect. Suivant un autre aspect de l'invention, un fluide échangeur de chaleur est introduit dans le dispositif de refroidissement de catalyseur à proximité de son sommet et du catalyseur épuisé sort à proximité du fond du dispositif de refroidissement de catalyseur. Suivant une forme de réalisation, un milieu fluidisant peut être introduit dans le dispositif de refroidissement de catalyseur.

   Suivant une forme de réalisation, une autre partie du catalyseur est recyclée pour entrer en contact avec le courant d'alimentation de substance oxygénée sans subir de régénération ou de refroidissement.
Suivant un aspect de l'invention, le procédé comprend un chargement en catalyseur d'une région inférieure d'un réacteur, une introduction des substances oxygénées dans la région inférieure et une mise en contact avec le catalyseur, une conversion des substances oxygénées en oléfines légères tout en épuisant le catalyseur, un transport des oléfines légères et du catalyseur épuisé dans une région supérieure du réacteur, une séparation entre le catalyseur épuisé et les oléfines légères, une division du catalyseur épuisé en une première partie et une seconde partie,

   une régénération de la première partie dans un régénérateur et un recyclage de la première partie à la région inférieure du réacteur, un refroidissement d'une seconde partie dans un dispositif de refroidissement de catalyseur présentant un fond, un retrait de la seconde partie à partir du fond du dispositif de refroidissement de catalyseur et un recyclage de la seconde partie à la région inférieure du réacteur.

   Suivant une forme de réalisation, une autre partie de catalyseur est recyclée pour entrer en contact avec le courant d'alimentation de substance oxygénée, sans exposition à une régénération ou à un refroidissement.
Suivant un autre aspect de l'invention, un dispositif de refroidissement de catalyseur présente un récipient comportant un fond et une entrée de catalyseur, plusieurs tubes de refroidissement situés à l'intérieur du récipient, un distributeur de gaz fluidisant situé en dessous des tubes de refroidissement et une sortie de catalyseur située au fond du récipient. Suivant un aspect de l'invention, chacun des nombreux tubes de refroidissement comporte un tube interne et un tube externe.

   Suivant un autre aspect de l'invention, le dispositif de refroidissement de catalyseur comprend un distributeur d'entrée permettant une communication pour fluide avec le tube interne et un collecteur de sortie permettant une communication pour fluide avec les tubes externes, les tubes internes permettant une communication pour fluide avec les tubes externes.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, un appareil de conversion de substances oxygénées en oléfines légères comporte un réacteur pour mettre en contact un courant d'alimentation en substance oxygénée avec un catalyseur et convertir le courant d'alimentation en un produit olefinique, un séparateur pour séparer du catalyseur épuisé à partir du produit olefinique, un régénérateur pour régénérer une première partie du catalyseur épuisé,

   un dispositif de refroidissement de catalyseur pour refroidir une seconde partie du catalyseur épuisé, le dispositif de refroidissement de catalyseur comprenant une entrée pour un fluide échangeur de chaleur à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur. Suivant un autre aspect, le dispositif de refroidissement de catalyseur comporte un distributeur d'entrée pour distribuer du fluide échangeur de chaleur, le distributeur d'entrée permettant une communication pour fluide avec des tubes internes et un collecteur de sortie permettant une communication pour fluide avec des tubes externes, les tubes internes permettant une communication pour fluide avec les tubes externes. Suivant un autre aspect, le distributeur d'entrée est situé à proximité d'un sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur.

   Suivant un autre aspect, le dispositif de refroidissement de catalyseur comporte une sortie de catalyseur au fond du dispositif de refroidissement de catalyseur. Suivant encore un autre aspect, le dispositif de refroidissement de catalyseur comporte une entrée de catalyseur au-dessus de la sortie de catalyseur. Suivant un autre aspect, un distributeur pour distribuer du milieu de fluidisation est situé en dessous des tubes externes.

   Suivant encore un autre aspect, les tubes internes sont suspendus à partir d'au-dessus de l'entrée de catalyseur.
La Fig. 1 est une vue latérale d'un réacteur pour la réaction de méthanol en oléfine et d'un régénérateur.
La Fig. 2 représente une vue agrandie d'un dispositif de refroidissement de catalyseur d'un réacteur de conversion de méthanol en oléfine, tel qu'illustré sur la Fig. 1.
Des substances oxygénées légères comprenant du méthanol, de l'éthanol, de l'éther dimèthylique, de l'éther diéthylique ou leurs mélanges peuvent être changées en oléfines légères, telles que de l'éthylène ou du propylène, en présence d'un catalyseur à base de silicoaluminophosphate (SAPO), dans une réaction exothermique. Le méthanol et l'éther dimèthylique sont des matières premières oxygénées particulièrement préférées.

   Les substances oxygénées légères sont introduites vers le catalyseur par l'intermédiaire d'un courant d'alimen tation fluidisé qui est de préférence vaporisé mais peut être liquide. Le ou les produits obtenus à partir du processus de conversion dépendent du courant d'alimentation, du catalyseur et des conditions employées. De préférence, les produits sont des hydrocarbures dans la gamme de carbones de C2à C6. Suivant un aspect, le produit désiré contient de préférence des oléfines légères ayant 2 à 4 atomes de carbone par molécule, plus préférablement 2 à 3 atomes de carbone.

   Le processus de conversion de méthanol en oléfine peut être un processus catalytique fluide, à phase vapeur, qui convertit du méthanol en oléfines, principalement en éthylène et propylène.
Un diluant généralement non réactif peut être utilisé dans le courant d'alimentation pour maintenir la sélectivité du catalyseur prévu pour produire des oléfines légères, en particulier de l'éthylène et du propylène. Comme exemples de diluants qui peuvent être utilisés, on peut citer de l'hélium, de l'argon, de l'azote, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, de l'hydrogène, de la vapeur d'eau, des hydrocarbures paraffiniques (par exemple du méthane), des hydrocarbures aromatiques (par exemple du benzène, du toluène) et leurs mélanges.

   La quantité de diluant utilisée peut varier considérablement et elle est habituellement de 5 à 90 % molaires de la matière première et de préférence de 25 à 75 % molaires de la matière première. L'utilisation de vapeur comme diluant procure un certain coût d'équipement et des avantages d'efficacité thermique. Le changement de phase entre vapeur et eau liquide peut être employé pour avantageusement transférer de la chaleur entre la matière première et l'effluent du réacteur, et la séparation du diluant à partir du produit requiert une simple condensation d'eau pour séparer l'eau des hydrocarbures.
Une unité de conversion de méthanol en oléfine conçue pour traiter 2 500 000 tonnes par an de méthanol à 95 % en poids peut avoir un débit de préférence compris entre 1 500 et 4 000 kMTA et de manière plus préférentielle entre 2 000 et 3 500 kMTA.

   Le courant d'alimentation peut comprendre entre 0 et 35 % en poids, et de préférence entre 5 et 30 % en poids d'eau. Le méthanol dans le courant d'alimentation peut former entre 70 et 100 % en poids, et de préférence entre 75 et 95 % en poids, du courant d'alimentation. L'éthanol dans le courant d'alimentation peut constituer entre 0,01 et 0,5 %en poids, et plus typiquement entre 0,1 et 0,2 % en poids, du courant d'alimentation, bien que des concentrations plus élevées puissent être avantageuses. Lorsque le méthanol est le composant primordial dans le courant d'alimentation, les alcools supérieurs dans le courant d'alimentation peuvent former entre 200 et 2 000 ppm en poids, et plus avantageusement entre 500 et 1 500 ppm en poids.

   En supplément, lorsque le méthanol est le composant primordial dans le courant d'alimentation, de l'éther dimèthylique dans le courant d'alimentation peut constituer entre 10 et 60 ppm en poids et plus typiquement entre 20 et 50 ppm en poids. Pendant la conversion des substances oxygénées en oléfines légères, une matière carbonée, c'est-à-dire du coke, est déposée sur le catalyseur. La matière de dépôt du coke a pour effet de réduire le nombre de sites actifs sur le catalyseur, ce qui affecte alors l'étendue de la conversion. Donc, pendant le processus de conversion à lit fluidisé, une partie du catalyseur cokéfié est retirée du réacteur et régénérée dans un régénérateur pour éliminer au moins une partie du coke. De préférence, le coke est éliminé du catalyseur par une régénération par oxydation dans le régénérateur.

   Après que le catalyseur a été régénéré pour en éliminer la matière de dépôt à base de coke, et ainsi augmenter la quantité de sites actifs du catalyseur, le catalyseur régénéré retourne au réacteur et entre à nouveau en contact avec le courant d'alimentation en vue de convertir des substances oxygénées en oléfines légères. Le taux d'addition est choisi de façon qu'une quantité suffisante de sites actifs du catalyseur soit prévue à l'intérieur de la chambre rèactionnelle fluidisée, afin d'accroître la conversion du courant d'alimentation en le produit souhaité, sans accroître la conversion en des sous-produits non souhaités.
Les conditions réactionnelles de la conversion de substances oxygénées en oléfines légères sont connues de l'homme de métier.

   De préférence, conformément à la présente invention, les conditions réactionnelles comprennent une température entre 200 et 700[deg.]C, de préférence entre 300 et 600[deg.]C, et plus préférentiellement entre 400 et 550[deg.]C. Les conditions réactionnelles sont variables en fonction des produits souhaités. Si on souhaite plus d'éthylène, la température rèactionnelle est alors de préférence entre 475 et 550[deg.]C, et plus préférentiellement entre 500 et 520[deg.]C. Si l'on souhaite davantage de propylène, alors la température du réacteur est de préférence entre 350 et 475[deg.]C, et plus préférentiellement entre 400 et 430[deg.]C. Les oléfines légères produites peuvent présenter un rapport entre éthylène et propylène compris entre 0,5 et 2,0, de préférence entre 0,75 et 1 ,25.

   Si un rapport plus élevé entre éthylène et propylène est souhaité, alors la température rèactionnelle est plus élevée que si un rapport plus faible entre éthylène et propylène est souhaité.
La température du courant d'alimentation contenant une substance oxygénée peut être augmentée et abaissée pour un ajustement à la chaleur de la réaction exothermique de la conversion des substances oxygénées en oléfines légères. Cependant, un ajustement de la température du courant d'alimentation de substance oxygénée ne change pas rapidement la température de la réaction. Le catalyseur à l'intérieur du réacteur est très massif et volumineux. Le catalyseur n'est pas sensible aux changements dans la température du courant d'alimentation.

   De plus, si le catalyseur ne peut pas être directement refroidi, la réaction peut surchauffer parce que la réaction est exothermique. Si la réaction est en surchauffe, des parties de l'appareil du système réactionnel peuvent être endommagées. Ainsi qu'il est illustré sur la Fig. 1 , la présente invention emploie un récipient de réacteur à lit fluidisé fixe qui comprend une chambre de séparation supérieure 50 et une chambre de réaction inférieure 15. La chambre de réaction inférieure 15 comprend une zone à phase dense 20. La zone à phase dense 20 fonctionne dans une gamme de vitesses superficielles typiquement comprises entre environ 0,5 et 1 ,5 mètre par seconde.

   La vitesse superficielle est la vitesse du gaz lorsqu'il s'écoule à travers le récipient, qui est déterminée en divisant le débit volumique du gaz par la surface en section transversale du récipient. Une zone à phase de transition 30 est disposée au-dessus de la zone à phase dense 20 et elle s'étend depuis la chambre de réaction inférieure 15 à l'intérieur de la chambre de séparation supérieure 50. La zone à phase de transition 30 comprend des moyens réducteurs 35 qui réduisent le diamètre de passage pour l'écoulement du diamètre de la zone à phase dense 20 au diamètre du tube ascendant 40.

   La vitesse superficielle à l'intérieur de la zone de transition est de préférence entre 0,5 et 3 mètres par seconde et plus préférentiellement entre 1 et 2 mètres par seconde.
La matière première mélangée au diluant en des conditions efficaces est introduite dans la chambre de réaction inférieure 15 par le conduit 16 et le distributeur 18, la matière première étant mise en contact avec un catalyseur partiellement cokéfié pour produire de manière sélective des oléfines légères. La réaction continue jusqu'à une conversion de préférence d'au moins 80 % molaires, préférentiellement d'au moins 85 % molaires et très avantageusement d'au moins 90 % molaires, de la matière première oxygénée pour ce qui concerne une conversion en oléfines en C2et C3.

   La conversion totale en le produit est de préférence une conversion d'au moins 90 % molaires, de préférence d'au moins 95 % molaires, et très avantageusement d'au moins 99 % molaires, de la matière première oxygénée.
Lorsque la matière première qui n'a pas réagi et les produits réactionnels passent à travers la zone à phase dense 20, ils portent des particules de catalyseur partiellement cokéfié qui présentent un nombre réduit de sites catalytiques actifs à l'intérieur de la zone de transition 30. Les produits réactionnels gazeux et la matière première qui n'a pas réagi élèvent le catalyseur épuisé jusqu'à la zone de transition 30 au fond d'une section de tube ascendant 40 et à l'intérieur de la chambre de séparation 50.

   Lorsque le produit réactionnel et le mélange catalytique se déplacent vers le haut à travers la chambre rèactionnelle inférieure dans une section de tube ascendant 40, la surface en section transversale du passage à travers le réacteur à lit fluidisé fixe 10 est réduite par une section conique 35 de la superficie en section transversale de la zone à phase dense 20 jusqu'à la superficie en section transversale de la section de tube ascendant 40. La section de tube ascendant 40 décharge le courant de produit réactionnel et le mélange catalytique à travers une zone de séparation constituée de bras distributeurs 45. Les bras distributeurs 45 déchargent le courant de produit réactionnel et le mélange catalytique vers le fond de la chambre de séparation 50. Le mélange catalytique séparé tombe au fond de la chambre de séparation 50 par la force de gravité.

   La pression dans la chambre de séparation supérieure est d'environ 50 kPa (calibre) à 350 kPa (calibre) et de préférence entre 50 kPa (calibre) et 300 kPa (calibre), ce qui est 1-10 kPa plus faible que dans la chambre rèactionnelle inférieure 15. Le catalyseur qui reste dans le courant de produit réactionnel continue vers le haut vers des séparateurs de phases, tels que des cyclones. Les cyclones 60 séparent le catalyseur des vapeurs de produit. Les vapeurs de produit sont transportées par des conduits 70 à une chambre de surpression 75 et ensuite à une récupération de produit. Le catalyseur séparé dans les cyclones 60 tombent au travers de tubes descendants 65 dans le fond de la chambre de séparation 50. Des vannes au fond des cyclones 60 empêchent un retour de catalyseur vers le haut des tubes descendants 65.

   Une partie du catalyseur épuisé qui se dépose au fond de la chambre de séparation 50 est dirigée dans un dispositif de refroidissement de catalyseur 200. Une autre partie du catalyseur épuisé au fond de la chambre de séparation 50 est dirigée dans le régénérateur 100 par un conduit 120. Dans le régénérateur 100, les dépôts de coke sont brûlés sur le catalyseur par contact avec un gaz contenant de l'oxygène. Des particules de catalyseur régénérées peuvent être refroidies par un dispositif de refroidissement de type mélange en retour 102 qui est situé au fond du régénérateur 100. Les particules de catalyseur régénérées sont retournées au réacteur 10 par un conduit 110.

   Une autre partie du catalyseur épuisé qui représente la majorité du catalyseur épuisé au fond de la chambre de séparation 50 peut être remise en circulation dans la chambre de réaction inférieure 15 par des conduits de recyclage qui ne sont pas représentés.
Ainsi qu'il est représenté sur la Fig. 2, au moins un dispositif de refroidissement de catalyseur 200 est prévu pour refroidir le catalyseur transféré depuis la chambre de séparation supérieure 50 jusqu'à la zone à phase dense inférieure 20. Au moins deux dispositifs de refroidissement de catalyseur peuvent être préférés. Le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 représenté sur la Fig. 2 est un dispositif de refroidissement de type à écoulement continu. Le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 peut varier en dimensions en fonction de la quantité de produit souhaité.

   De préférence, le diamètre du dispositif de refroidissement de catalyseur est compris entre 1 ,8 mètre et 2,5 mètres. Les tubes de refroidissement de catalyseur 220 sont situés dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 et ils refroidissent le catalyseur avant qu'il ne retourne à la zone à phase dense 20. La vanne de recirculation 260 contrôle la quantité de catalyseur qui est transférée à la zone à phase dense 20. L'utilisation de tubes de refroidissement 220 permet la récupération et l'élimination à partir du catalyseur de la chaleur excessive qui est causée par les réactions exothermiques de la conversion de substances oxygénées en oléfines légères.

   De préférence, ils sont entre 50 et 250 tubes de refroidissement 220 situés dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200, et préférentiellement entre 75 et 20 tubes de refroidissement 220. La chaleur est d'une manière typique éliminée du catalyseur pour produire de la vapeur d'eau qui peut être utilisée autre part dans le complexe.

   La vanne de recirculation de catalyseur 260 contrôle la quantité de catalyseur sortant et donc celle pénétrant dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 à partir du réacteur 10 et elle contrôle ainsi la température dans le réacteur 10.
Du catalyseur est retiré de la chambre de séparation 50 et pénètre dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 par l'entrée de catalyseur 201 située au fond de la chambre de séparation 50 et en dessous d'une partie supérieure 205 du dispositif de refroidissement qui contient des ajutages d'entrée 230 et 241. Le catalyseur pénètre dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 dans lequel le catalyseur entre en contact avec des tubes de refroidissement de catalyseur 220 qui contiennent une eau d'alimentation de chaudière agissant comme fluide échangeur de chaleur.

   Le catalyseur descend à travers le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 dans un entonnoir 250 qui dirige le catalyseur à travers la vanne de recirculation 260 à l'intérieur d'un conduit 270, pour retourner à la zone à phase dense 20. Le catalyseur se déplace vers le bas à travers le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 aussitôt qu'il pénètre à travers l'entrée 201. Il n'y a pas de zones stagnantes entre l'entrée 201 et le conduit 270 dans lequel du catalyseur peut se déposer. Tout le catalyseur qui pénètre dans le dispositif de refroidissement de catalyseur est retourné vers la zone à phase dense 20 de la chambre inférieure 15 du réacteur 10.
Le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 peut être "à parois chaudes" pour s'accorder au réacteur 10.

   Le terme "à parois chaudes" signifie que les coques en métal du réacteur 10 et du dispositif de refroidissement 200 sont de la même métallurgie sans chemisage interne réfractaire, isolant. Cependant, suivant une forme de réalisation,une ou les deux coques peuvent être chemisées d'une matière réfractaire isolante, ce qui est considéré "à parois froides". De plus, des parties du réacteur 10 et du dispositif de refroidissement 200 sont de préférence recouvertes d'un revêtement résistant à l'abrasion. Les coques du dispositif de refroidissement 200 et du réacteur 10 peuvent être faites d'acier inoxydable.
Suivant une forme de réalisation, l'alimentation de la chaudière est de l'eau, mais tous les types de fluide échangeur de chaleur sont envisagés y compris l'eau avec des additifs pour influencer le point d'ébullition du fluide.

   L'eau d'alimentation de chaudière pénètre dans le distributeur d'entrée 231 à travers l'ajutage à milieu réfrigérant 230 au sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur 200 ou à proximité de celui-ci. Suivant une forme de réalisation, un distributeur d'entrée 231 est défini entre une tête supérieure 232 du dispositif de refroidissement 200 et une plaque tubulaire supérieure 210. De préférence, des tubes de refroidissement de catalyseur 220 ont une entrée et une sortie au sommet du dispositif de refroidissement 200 ou à proximité de celui-ci. De préférence, les tubes de refroidissement de catalyseur 220 sont des tubes de style baïonnette qui comprennent chacun un tube interne 215 et un tube externe 220. Les tubes internes 215 des tubes de refroidissement de catalyseur 220 sont fixés à une plaque tubulaire supérieure 210 et suspendus à celle-ci.

   Les entrées des tubes internes 215 permettent une communication pour fluide avec le distributeur d'entrée 231. L'eau d'alimentation de chaudière pénétrant dans le distributeur d'entrée 231 est dirigée vers le bas du tube interne 215 des tubes de refroidissement 220. L'eau d'alimentation de chaudière se déplace vers le bas sur la longueur des tubes internes 215 et sort par les sorties des tubes internes 215. L'eau d'alimentation de chaudière change alors de direction et s'écoule vers le haut à travers le tube externe 216 qui entoure le tube interne 215. Le catalyseur entre en contact avec une surface externe des tubes externes 216 des tubes de refroidissement de catalyseur 220. Le diamètre des tubes internes 215 est de préférence compris entre 1 ,9 et 5,1 cm et plus préférentiellement entre 2,5 et 4 cm.

   Le diamètre des tubes externes 216 est de préférence compris entre 3,8 et 8,9 cm et plus préférentiellement entre 5 et 7 cm. La chaleur provenant du catalyseur est échangée indirectement avec l'eau d'alimentation de chaudière dans les tubes externes 216. L'échange de chaleur indirecte augmente la température de l'eau d'alimentation de chaudière dans les tubes externes 216 et convertit au moins une partie de celle-ci en vapeur. Ce contact avec les tubes externes 216 diminue la température du catalyseur qui est transporté vers la zone à phase dense 20 située plus bas.

   L'eau d'alimentation de chaudière chauffée et la vapeur provenant des tubes externes 216 sont dirigées vers les sorties des tubes externes 216 et à l'intérieur du collecteur de sortie 240 défini entre la plaque tubulaire supérieure 210, une plaque tubulaire inférieure 212 et une coque supérieure cylindrique 242. Les tubes externes 216 sont fixés à la plaque tubulaire inférieure 212 et suspendus à celle-ci. Les sorties des tubes externes 216 permettent une communication pour fluide avec le collecteur de sortie 240. Le fluide dans le collecteur de sortie 240 est alors transporté à l'extérieur du dispositif de refroidissement de catalyseur 200 par l'ajutage 241 dans un tambour de circulation où la vapeur et le liquide d'alimentation de chaudière chauffé sont séparés.

   Le catalyseur refroidi se déplace alors vers le bas du dispositif de refroidissement de catalyseur 200 et retourne au réacteur 10 par le conduit 270. Un gaz fluidisant est également dirigé vers le haut dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 par le distributeur 245 pourvu d'ajutages 246. Le distributeur 245 est de préférence situé en dessous des tubes de refroidissement 220 avec des ajutages 246 qui dirigent le gaz fluidisant vers le haut dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200. Un gaz inerte, tel que de l'azote, de la vapeur d'eau ou un gaz hydrocarboné, est utilisé pour fluidiser les particules de catalyseur pénétrant dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 par l'entrée de catalyseur 201. De la vapeur d'eau peut être préférée parce qu'elle se condense en dehors des gaz de produit.

   Le débit du gaz fluidisant est suffisamment élevé pour réaliser une fluidisation du catalyseur. Le gaz fluidisant utilisé dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 améliore le transfert de chaleur entre le catalyseur et les tubes de refroidissement 220 en produisant une turbulence qui accroît le coefficient de transfert thermique entre le catalyseur et les tubes de refroidissement 220. Les deux modes de contrôle de la température dans le catalyseur mis en circulation consistent soit à contrôler la quantité du catalyseur qui s'écoule à travers le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 par une vanne de recirculation de catalyseur 260, soit à faire varier le gaz fluidisant dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200.

   La partie supérieure 205 du dispositif de refroidissement, qui comprend le distributeur d'entrée 231 et le collecteur de sortie 240, est située à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur 200. Une localisation des distributeur et collecteur 231 et 240 à proximité du fond du dispositif de refroidissement de catalyseur 200 peut favoriser un dépôt de catalyseur sur des parties d'une plaque tubulaire. Aucun catalyseur ne se déposera sur une plaque tubulaire dans un dispositif de refroidissement de catalyseur 200 parce que le fond du dispositif de refroidissement de catalyseur est formé d'un entonnoir 250.

   La force de gravité tire les particules de catalyseur vers le bas à travers le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 et l'entonnoir 250 va faciliter le maintien de tout le catalyseur en déplacement vers le bas au dehors du dispositif de refroidissement 200. Aucune zone stagnante n'est prévue dans le dispositif de refroidissement 200 où le catalyseur et l'alimentation puissent rester sans être ramenés au réacteur 10 pendant une période de temps indésirablement longue. La plaque tubulaire supérieure 210 est boulonnée entre une bride à l'extrémité inférieure de la tête 231 du dispositif de refroidissement 200 et une bride supérieure à une extrémité supérieure de la coque cylindrique supérieure 242.

   La plaque tubulaire inférieure 212 est soudée à l'extrémité inférieure de la coque cylindrique 242 et elle est boulonnée à une bride à l'extrémité supérieure d'une coque inférieure 244 qui délimite la partie inférieure du dispositif de refroidissement 200. La plaque tubulaire inférieure comporte de préférence une couche de matière réfractaire isolante qui adhère à sa surface inférieure pour maintenir la partie supérieure 205 du dispositif de refroidissement plus froide que le reste du dispositif de refroidissement de catalyseur 200. Des grilles 235 s'étendent horizontalement dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 pour rigidifier le faisceau de tubes de refroidissement 220 qui sont verticalement alignés dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200.

   Les grilles 235 définissent des ouvertures à travers lesquelles les tubes de refroidissement s'étendent. De préférence, il y a au moins deux couches de grilles 235 dans chaque dispositif de refroidissement de catalyseur 200. Des grilles sont fixées aux tubes de refroidissement 220 et l'une à l'autre par des tiges de renforcement 236 qui peuvent être faites en la même matière que les tubes de refroidissement 220. Les grilles 235 et les tubes de refroidissement 220 sont capables de présenter une expansion thermique conjointement lorsque c'est nécessaire, sans liaison.
Les tubes de refroidissement peuvent être réalisés en un alliage de chrome-molybdène-fer parce qu'il est résistant à la corrosion due à des traces de chlorure dans l'eau d'alimentation de chaudière, si on utilise celle-ci comme liquide échangeur de chaleur.

   Cependant, cet alliage est très susceptible d'une corrosion par de l'acide acétique.
Des zones stagnantes dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 peuvent permettre le développement de points froids soit en fonctionnement normal, soit lors d'un arrêt. L'alimentation en méthanol n'ayant pas réagi peut se décomposer pour former de l'acide acétique. Dans les points froids, l'acide acétique présent dans les vapeurs peut condenser et corroder des composants dans le dispositif de refroidissement 200, comme les tubes de refroidissement 220 qui sont susceptibles d'une corrosion par l'acide acétique.

   Par l'agencement du distributeur d'entrée 231 et du collecteur de sortie 241 dans la partie supérieure du dispositif de refroidissement 205 à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur 200, les zones stagnantes sont éliminées dans le dispositif de refroidissement de catalyseur 200. La présente invention évite des zones stagnantes en assurant que des vapeurs restant sur le catalyseur ou avec lui se déplacent vers le bas ou hors du dispositif de refroidissement de catalyseur 200 pour retourner au réacteur 10 d'une manière opportune. Par conséquent une accumulation de dépôts d'acide acétique est beaucoup moins probable.
Les avantages de la présente invention sont que la rentabilité du processus est améliorée par une production de vapeur d'eau.

   La production de vapeur d'eau habituellement à haute pression peut être augmentée par l'élimination de chaleur à partir du catalyseur transporté au travers de dispositifs de refroidissement de catalyseur 200. En deuxième lieu, un contrôle du processus est amélioré parce que le refroidissement du catalyseur procurera un contrôle beaucoup plus sensible de la température, à l'opposé du simple contrôle de la température de la matière première introduite via le conduit 16 dans le réacteur 10. Il y a aussi des implications de sécurité dans un contrôle de température plus sensible du catalyseur parce que la réaction est exothermique et que le réacteur 10 peut être surchauffé, ce qui conduirait à un endommagement de l'appareil. En troisième lieu, un refroidissement du catalyseur ajoute à la flexibilité du processus.

   En réponse à des changements dans le processus, comme des niveaux de conversion souhaités, l'élimination de chaleur par les dispositifs de refroidissement de catalyseur peut être modifiée sur une gamme beaucoup plus large que la technique d'élimination de chaleur standard de tubes de refroidissement internes situés à l'intérieur du réacteur 10.
Il y a deux formes de réalisation possibles de dispositifs de refroidissement de catalyseur de réacteur à utiliser sur un réacteur 10, un dispositif de refroidissement à écoulement continu et un dispositif de refroidissement à mélange en retour. Pour un dispositif de refroidissement à écoulement continu, le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 est situé au côté du réacteur 10, comme indiqué sur la Fig. 2.

   Le catalyseur est dirigé dans les dispositifs de refroidissement de catalyseur 200 par l'entrée de catalyseur 201 et le catalyseur s'écoule vers le bas du dispositif de refroidissement de catalyseur 200 par la force de gravité. Pour un dispositif de refroidissement du type à mélange en retour, le dispositif de refroidissement de catalyseur 200 serait situé verticalement au bas du réacteur 10 à proximité du distributeur 18 au fond de la zone à phase dense 20. Le catalyseur est fluidisé dans la phase dense 20 de sorte que le catalyseur pénétrera et quittera le dispositif de refroidissement de catalyseur à mélange en retour à la suite d'une circulation naturelle des particules fluidisées.

   Les particules de catalyseur fluidisées vont tomber dans un dispositif de refroidissement à mélange en retour au bas du réacteur 10 à la suite des forces de fluidisation et de gravité. Le catalyseur va contacter des tubes de refroidissement 220 dans un dispositif de refroidissement à mélange en retour et ensuite le gaz fluidisant à l'intérieur du dispositif de refroidissement de catalyseur 200 va diriger les particules de catalyseur en arrière à l'intérieur de la chambre inférieure 15 du réacteur 10. Des dispositifs de refroidissement du type à mélange en retour ne sont pas aussi efficaces que des dispositifs de refroidissement du type à écoulement continu parce que le catalyseur n'entre pas autant en contact avec des tubes de refroidissement 220.

   Certaines particules de catalyseur peuvent descendre dans le dispositif de refroidissement du type à mélange en retour et ensuite remonter dans le réacteur 10 sans entrer en contact avec des tubes de refroidissement 220 sur la longueur totale du dispositif de refroidis sèment de mélange en retour.

   Un dispositif de refroidissement à écoulement continu est beaucoup plus efficace pour éliminer la chaleur parce que les particules de catalyseur pénétrant dans le dispositif de refroidissement à écoulement continu peuvent contacter les tubes de refroidissèment sur la longueur entière des tubes de refroidissement.
La présente invention concerne un procédé de conversion de substances oxygénées en oléfines légères comprenant une mise en contact du courant d'alimentation de substance oxygénée avec un catalyseur et une conversion du courant d'alimentation de substance oxygénée en oléfines légères tout en épuisant le catalyseur, une régénération d'une première partie du catalyseur épuisé et un retour de la première partie pour entrer en contact avec le courant d'alimentation de substance oxygénée,

   et un refroidissement d'une seconde partie du catalyseur épuisé et un retour de la seconde partie pour entrer en contact avec le courant d'alimentation de substance oxygénée. Suivant un autre aspect, la seconde partie est refroidie dans un dispositif de refroidissement de catalyseur par un échange de chaleur indirect. Suivant un autre aspect, un fluide d'échange thermique est introduit dans le dispositif de refroidissement de catalyseur à partir de la proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur. Suivant un autre aspect, le catalyseur épuisé sort du dispositif de refroidissement de catalyseur depuis la proximité du fond du dispositif de refroidissement de catalyseur. Suivant encore un autre aspect, un milieu fluidisant est introduit dans le dispositif de refroidissement de catalyseur.

   Cette invention concerne également un procédé de conversion de substances oxygénées en oléfines légères comprenant un chargement d'une région inférieure d'un réacteur par du catalyseur, une introduction des substances oxygénées dans la région inférieure et une mise en contact avec le catalyseur, une conversion des substances oxygénées en oléfines légères tout en épuisant le catalyseur, un transport des oléfines légères et d'une partie du catalyseur épuisé dans une région supérieure du réacteur, une séparation entre le catalyseur épuisé et les oléfines légères dans la région supérieure, une division du catalyseur épuisé en une première partie et une seconde partie, une régénération de la première partie dans un régénérateur et un retour de la première partie à la région inférieure,

   un refroidissement d'une seconde partie dans un dispositif de refroidissement de catalyseur présentant un fond, un retrait de la seconde partie à partir du fond et un retour de la seconde partie à la région inférieure. Suivant un autre aspect, la seconde partie est refroidie dans un dispositif de refroidissement de catalyseur par un échange de chaleur indirect.

   Suivant encore un autre aspect, un fluide d'échange thermique est introduit dans le dispositif de refroidissement de catalyseur à partir d'un lieu proche du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur et le catalyseur épuisé sort du dispositif de refroidissement de catalyseur à partir d'un lieu proche du fond du dispositif de refroidissement de catalyseur.
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement de catalyseur comportant un récipient présentant un fond et une entrée de catalyseur, plusieurs tubes de refroidissement situés à l'intérieur du récipient, un distributeur de gaz fluidisant qui est situé en dessous des tubes de refroidissement et une sortie de catalyseur située au fond du récipient. Suivant un autre aspect, chacun des tubes de refroidissement présente un tube interne et un tube externe.

   Suivant un autre aspect, le dispositif de refroidissement de catalyseur présente un distributeur d'entrée permettant une communication pour fluide avec les tubes internes et un collecteur de sortie permettant une communication pour fluide avec les tubes externes, les tubes internes ayant une communication pour fluide avec les tubes externes. Suivant un autre aspect, le distributeur d'entrée est situé à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur.

   Suivant un autre aspect, une sortie de catalyseur se trouve au fond du dispositif de refroidissement de catalyseur et une entrée de catalyseur au-dessus de la sortie de catalyseur.
La présente invention concerne un appareil pour convertir des substances oxygénées en oléfines légères, qui comporte un réacteur pour mettre en contact un courant d'alimentation de substance oxygénée avec du catalyseur et convertir le courant d'alimentation en un produit olefinique, un séparateur pour séparer le catalyseur épuisé du produit olefinique, un régénérateur pour régénérer une première partie du catalyseur épuisé et un dispositif de refroidissement de catalyseur pour refroidir une seconde partie du catalyseur épuisé,

   le dispositif de refroidissement de catalyseur comportant une entrée pour le fluide échangeur de chaleur à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur. Suivant un autre aspect, le dispositif de refroidissement de catalyseur comprend un distributeur d'entrée pour distribuer du fluide échangeur de chaleur, le distributeur d'entrée permettant une communication pour fluide avec des tubes internes, et un collecteur de sortie permettant une communication pour fluide avec des tubes externes, les tubes internes permettant une communication pour fluide avec les tubes externes. Suivant un autre aspect, le distributeur d'entrée est situé à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur.

   Suivant un autre aspect, le dispositif de refroidissement de catalyseur comprend une sortie de catalyseur au fond du dispositif de refroidissement de catalyseur. Suivant un autre aspect, le dispositif de refroidissement de catalyseur comprend une entrée de catalyseur au-dessus de la sortie de catalyseur. Suivant un autre, aspect, un distributeur destiné à distribuer un milieu fluidisant est situé en dessous des tubes externes. Suivant un autre aspect, les tubes d'entrée sont suspendus à partir d'audessus de l'entrée de catalyseur.

Claims (10)

R E V E N D I C A T I O N S

1.- Procédé de conversion de substances oxygénées en oléfines légères, comprenant : une mise en contact d'un courant d'alimentation de substance oxygénée (16) avec un catalyseur (20) et une conversion dudit courant d'alimentation de substance oxygénée en lesdites oléfines légères, tout en épuisant ledit catalyseur en catalyseur épuisé, une régénération d'une première partie du catalyseur épuisé et un retour de ladite première partie pour entrer en contact avec ledit courant d'alimentation de substance oxygénée, et un refroidissement d'une seconde partie dudit catalyseur épuisé dans un dispositif de refroidissement de catalyseur (200), une introduction d'un fluide échangeur de chaleur dans le dispositif de refroidissement de catalyseur à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur,

et un retour de ladite seconde partie dudit catalyseur épuisé pour entrer en contact avec ledit courant d'alimentation de substance oxygénée.

2.- Procédé suivant la revendication 1 , comprenant en outre un retrait de ladite seconde partie dudit catalyseur épuisé à partir du fond dudit dispositif de refroidissement de catalyseur.

3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, comprenant en outre une introduction d'un milieu fluidisant dans ledit dispositif de refroidissement de catalyseur.

4.- Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, comprenant en outre : un chargement d'une région inférieure d'un réacteur par du catalyseur, une introduction dudit courant d'alimentation de substance oxygénée dans ladite région inférieure et une mise en contact avec ledit catalyseur, un transport desdites oléfines légères et d'un catalyseur épuisé dans une région supérieure dudit réacteur, une séparation entre le catalyseur épuisé et les oléfines légères dans ladite région supérieure, une division du catalyseur épuisé en une première partie et une seconde partie, un retour de ladite première partie vers ladite région inférieure, après régénération, et un retour de ladite seconde partie vers ladite région inférieure, après refroidissement.

5.- Appareil de conversion de substances oxygénées en oléfines légères, comprenant un réacteur (10) pour mettre un contact un courant d'alimentation de substance oxygénée (16) avec un catalyseur (20) et convertir ledit courant d'alimentation en un produit olefinique et épuiser ledit catalyseur en un catalyseur épuisé, un séparateur (45) pour séparer le catalyseur épuisé dudit produit olefinique, un régénérateur (100) pour régénérer une première partie du catalyseur épuisé, et un dispositif de refroidissement de catalyseur (200) pour refroidir une seconde partie du catalyseur épuisé, ce dispositif de refroidissement de catalyseur comportant une entrée (230) pour du fluide échangeur de chaleur à proximité du sommet du dispositif de refroidissement de catalyseur.

6.- Dispositif de refroidissement de catalyseur (200) suivant la revendication 5, comprenant en outre une entrée de catalyseur (201 ) au-dessus d'une sortie de catalyseur (250).

7.- Appareil suivant l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le dispositif de refroidissement comprend un distributeur d'entrée (231) pour distribuer du fluide échangeur de chaleur, le distributeur d'entrée permettant une communication pour fluide avec des tubes internes (215), et un collecteur de sortie (240) permettant une communication pour fluide avec des tubes externes (216), lesdits tubes internes permettant une communication pour fluide avec lesdits tubes externes.

8.- Appareil suivant l'une des revendications 5 à 7, dans lequel le distributeur d'entrée est situé à proximité du sommet dudit dispositif de refroidissement de catalyseur.

9.- Appareil suivant l'une des revendications 5 à 8, comprenant en outre un distributeur (245) pour distribuer du milieu fluidisant qui est situé en dessous desdits tubes externes.

10.- Appareil suivant l'une des revendications 5 à 9, dans lequel lesdits tubes d'entrée sont suspendus depuis au-dessus de ladite entrée de catalyseur.