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PERFECTIONNEMENTS A UN .PROCEDE DE CONVERSION DES HYDROCARBURES.
La présente invention est relative, d'une manière générale, au pro- cédé de conversion des hydrocarbures comportant la mise en contact de leurs vapeurs, à des températures de conversion, avec un catalyseur de conversion en poudre en masse dense fluide dans une zone de réaction, et la régénération du catalyseur par mise en contact de celui-ci, sous une forme similaire, avec un gaz de régénération contenant de l'oxygène dans une zone de régénérationo Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de circulatiin du catalyseur, dans un sens et dans l'autre., entre une masse ca- talytique à régénérer dans une chambre de régénération,
et une masse catalytique réagissante dans une chambre à réaction superposée directement à la chambre de régénérationo Cette circulation comprend le soutirage du catalyseur usé de la masse de catalyseur réagissante et son écoulement par gravité dans la partie inférieure de la masse de catalyseur à régénérer, pendant que l'on soutire le catalyseur du point le plus bas de la masse de catalyseur en régénération pour le faire monter, sous forme fluide, dans la partie inférieure de la masse de catalyseur réagissante uniquement sous l'effet de la pression "fluistatique" de la masse de catalyseur en régénération et de la pression appliquée sur sa surface et sans avoir recours à des tuyaux déquilibre de pression fluistatique, "stand pipe",
colonnes montantes ou autres dispositifs analogues désignés dans la suite du texte simplement par le terme "colonnes montantes". Dans le mode de réalisation préférée on introduit la matière première destinée à être trai- tée sous la forme liquide dans le courant de catalyseur régénéré qui monte sous forme fluide de la chambre de régénération à la chambre à réaction pour réduire substantiellement la densité du courant ascendante
Plus particulièrement, l'invention convient spécialement à la con- version catalytique d'hydrocarbures à point d'ébullition élevé tels que le gas oil etc.. en hydrocarbures à point d'ébullition bas tels que ceux compris dans l'intervalle distillatoire de l'essence.
Quoique l'on décrira ci-dessous l'in- vention plus particulièrement en relation , avec la conversion catalytique d'hy- drocarbures à température d'ébullition élevée, il est bien entendu que celle-ci a un domaine d' application plus étendu et peut par conséquent être appliquée, dans son économie générale, à des systèmes fluidifiés dans lesquels on fait cir-
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culer en continu un produit pulvérisé entre les zones de contact.
La conversion catalytique des hydrocarbures dans un système fluidi- fié comportant le transfert continu de courants de catalyseur fluidifié entre des chambres distinctes comprenant des zones de réaction et de régénération est d'usage courant dans la technique du raffinage du pétrole. De tels systèmes exigent habituellement des conduites de transfert étendues pour soutirer le ca- talyseur d'une chambre ou zone et le faire passer en mélange avec un courant de fluide de transport à P autre chambre ou zone.
Les zones de réaction et de régénération sont maintenues normalement à des pressions différentes; il en résulte la nécessité, lors du passage du ca- talyseur fluidifié de la zone de basse pression à la zone de haute pression, d'augmenter la pression appliquée au catalyseur fluideo On utilise généralement, pour réaliser l'augmentation de pression appliquée désirée, des colonnes montan- tes. A la base de la colonne montante, on peut décharger le catalyseur dans une conduite de transport pour le mettre en contact avec un courant dhuile ou de vapeurs d'huile, lorsque la conduite de transport aboutit au réacteur, ou avec un courant d'un gaz contenant de l'oxygène, lorsque la conduite de transport aboutit au régénérateur.
La présente invention a particulièrement pour objet l'élimination complète de la nécessité d'une colonne montante quelconque autre qu'une conduite de transfert verticale pour l'écoulement vers le bas du catalyseur usé d'un réacteur vers un régénérateur situé directement au-dessous de lui. On soutire directement le catalyseur de la partie inférieure du lit de catalyseur consti- tuant la phase dense dans la zone de régénération et on introduit celui-ci dans la conduite de transport à la même densité et sous la même pression que le ca- talyseur se trouvant dans la partie inférieure du régénérateur. La pression mise en oeuvre est uniquement celle qui existe dans toute la zone inférieure du lit de régénération.
Cette pression est constituée par la pression "fluis- tatique" provenant de la profondeur du lit de régénération en phase dense et par la pression appliquée sur la sur-face supérieure du lit de régénération.
Un autre avantage important résultant du fait que 1?on soutire directement le catalyseur de la partie inférieure du lit de régénération au lieu de le soutirer d'un endroit plus élevé., est constitué par la possibilité éventuelle qua tout le catalyseur de la zone de régénération de quitter cette zone de régénération pour retourner dans la zone de réaction.
Si l'on soutire le catalyseur en un point situé sensiblement au-dessus du bas de la zone de régénération, le cata= lyseur le plus grossier aura tendance à s'accumuler dans une poche et à rester dans celle-ci en circulant seulement dans les régions inférieures et légèrement plus denses du lit de régénérationo
Pendant l'opération d'un appareil de cracking catalytique à cataly- seur fluidifiée il est très difficile et parfois il est impossible d'éviter des changements soudains occasionnels dans le niveau de la surface supérieure des lits à phase dense dans lesquels ont lieu la régénération et la réaction. La présente invention a pour objet un dispositif qui fonction-ne dune façon satis- faisante avec différents niveaux du lit de régénésation.
Par exemple si une variation quelconque de la composition de l'huile..., ou de la manière dont elle réagit avec le catalyseur provoque la perte soudaine de la faculté du catalyseur de se déposer, on peut faire passer en quelques minutes une grande partie du lit de régénération à travers un séparateur cyclone; il est désirable que le dispo- sitif puisse continuer à fonctionner en dépit d'un abaissement brusque du niveau du lit qui résulte de cette opération. Il arrive également que l'utilisation d'un catalyseur possédant une activité exceptionnellement élevée ou faible rende souhaitable le travail à un niveau du lit exceptionnellement bas ou élevé pen- dant un certain laps de tempso Il est souhaitable que le dispositif puisse ad- mettre de telles variations dans les conditions opératoires.
Etant donné Inaction hautement érosive du catalyseur en poudre, spé- cialement dans les conditions de température élevée et de grande vitesse décou- lement, on a jugé jusqu'à présent nécessaire d'éliminer autant que possible les coudes brusques dans le système des conduites de transfert., et d'éliminer autant que possible l'utilisation de dispositifs qui seraient érodés d'une façon impor- tante en provoquant une fermeture prématurée du système pour remplacer ou répa- rer les éléments endommagés.
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La présente invention a en conséquence pour objet un dispositif à catalyseur fluide simple, efficace et économique pour l'écoulement continu cy- clique d'un matériau solide, finement divisé, entre des zones de contact distinc- tes superposées, dans lequel les conduites de transfert pour le produit fluidi- fié sont disposées de façon à permettre son passage d'une' zone à une autre, sui- vant deschemins sensiblement rectilignes et dans lequel on peut contrôler l'é- coulement du produit de façon à réduire au minimum l'érosion de l'équipement en conduites de transfert.
la présente invention a également pour objet un système fluidifié destiné à la circulation continue d'un matériau solide finement divisé entre des zones de contact superposées, système dans lequel les conduites de transfert procurent des chemins sensiblement rectilignes et verticaux au courant cycli- que du matériau solide fluidifié entre les zones, dans lequel on injecte,, dans la conduite de transport dans une direction axiale et vers le haut, un fluide de transport destiné à réaliser le transfert du matériau de.la zone inférieure à la zone supérieure, et dans lequel l'appareillage de contrôle du courant de matériau entre les conduites de transfert et les zones de contact est exposé, dans une proportion minimum, à l'action érosive du matériau solide.
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On va décrire maintenant, à titre d'illustration des possibilités de mise en.oeuvre de l'invention, sans aucun caractère limitatif de la portée de celle-ci, un mode de réalisation pris à titre d'exemple et représenté sur le dessin schématique annexé sur lequel la figure unique représente une coupe, en élévation, d'une unité de cracking catalytique à catalyseur fluide,, unité comprenant des zones de réaction et régénération superposées contenues dans un seul récipiento
En se référant au dessin, on voit que le réacteur et le régénérateur d'un système de cracking à catalyseur fluide sont superposés dans un seul ré- ceptacle ou récipient 5 dans lequel la zone supérieure ou zone de réaction est séparée de la zone inférieure,ou zone de régénération par le fond inférieur 6 du réacteur.
La zone de réaction est munie d'une cloison verticale 7 s'élevant à partir du fond 6 du réacteur jusqu9à un point situé sous le niveau présumé du lit de catalyseur en phase dense, et ceci d'un côté de la zone de réaction.
Une grille horizontale 8 disposée à la partie inférieure du réacteur sert de support pour le lit de catalyseur et réalise une zone de répartition 9 pour le mélange fluidifié de catalyseur et de vapeurs d'huile, introduit par une entrée 10 prévue dans le fond 60 Le catalyseur fluide de la phase dense 11 du réacteur passe au-dessus du sommet de la cloison 7 ou à travers un ou plusieurs auvents horizontaux (non représentés) disposés en pente à partir du lit de réaction, dans un chenal vertical dépuration 12 comportant une sortie 13 à travers le fond 6 à sa partie inférieure.
La zone de régénération comporte, à sa partie inférieure, un puits ou chenal 14 disposé en son centre et constitué par un élément annulaire 15 sré- levant à partir du fond du récipient 5 En une position intermédiaire sur la longueur de Isolément annulaire 15 est disposée une grille 16, annulaire, qui s'étend horizontalement entre l'élément 15 et les parois latérales du récipient 5. L'espace 17, situé sous la grille annulaire 16, forme une chambre de répar- tition pour le gaz contenant de 1-'oxygène., qui est admis par l'entrée 18 et ré- parti uniformément à travers la grille 16 dans la phase dense 19 du régénérateur.
On soutire le catalyseur régénéré de la phase dense 19 par la conduite verticale 20. On soutire directement le matériau en phase dense de la zone in- férieure de la phase dense 19 et on le fait passer dans la conduite 20 dans la- quelle on réduit sensiblement sa densité pour qu'il s'écoule vers le haut dans la zone de répartition 9o Il est bien entendu que le puits 14 n'est nullement une colonne montante étant donné que sa hauteur est très faible et de dimension relative insignifiante par rapport à l'épaisseur de la phase dense 19. Le puits 14 sert uniquement à protéger la conduite 20 des gaz servant à la régénération, introduits à travers la' grille 16.
La pression, qui règne au fond de la phase dense 19, ne diffère pas de la pression qui existe à l'entrée de la conduite 20 et la densité du matériau est la même à l'entrée de la conduite 20 que dans tout le reste de la région inférieure de la phase dense 19. Il importe que le puits 14 s'étende seulement sur une courte distance (environ 0,30 à 1,50 m) au-dessus
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de la grille annulaire 16, étant donné qu'autrement il aurait une influence sur le fonctionnement de tout le système dans le cas du niveau bas du li-t, et que l'invention a pour objet, entre autre, d'éviter tout dispositif qui pourrait influencer le fonctionnement à un niveau bas. En vérité, le puits 14 n'est pas absolument essentiel au fonctionnement du système et peut être complètement sup- primé.
L'entrée de la conduite 20 ne s"étend pas sensiblement sous la grille 16, et peut même être disposée à une faible hauteur au-dessus de celle-ci; il n'est pas absolument nécessaire qu'elle se trouve suffisamment près du fond de la phase dense 19, ce qui permet de profiter de la pression fluistatique prove- nant de la profondeur de la phase dense 19 et éviter ainsi la nécessité d'une colonne montante.
Un système de conduites detransfert, pour la circulation continue du catalyseur fluidifié entre la phase dense 11 du réacteur et la phase dense 19 du régénérateur, est constitué par la conduite verticale rectiligne 20 for- mant une conduite de transport du puits 14 à l'entrée 10 du réacteur et la con- duite rectiligne verticale 21, formant une colonne montante de la sortie 13 du chenal d'épuration 12 du réacteur jusqu'à un point inférieur du lit du régéné- rateur, situé de préférence sous l'extrémité supérieure du puits 14, comme re- présenté sur le dessin. Le catalyseur provenant de la colonne montante 21 est ainsi mis en contact avec le gaz contenant de l'oxygène montant à travers la grille 16 et doit renverser sa direction d'écoulement,
ce qui entraîne son as- cension sous forme d'un mélange convenable avec le gaza Le puits 14 étant im- mergé dans le lit dense 19, est alimenté constamment en catalyseur à partir du lit.
La conduite 20 sert de conduite de transport pour véhiculer le ca- talyseur régénéré actif en même temps que les vapeurs d'hydrocarbures, qui sont de préférence vaporisées instantanément par contact avec le courant de cataly- seur chaud, dans le réacteur, et la conduite 21 sert de colonne montante pour véhiculer le catalyseur usé de l'épurateur 12, pour le renvoyer au régénérateur en vue de sa régénération et de sa recirculation ultérieure dans un cycle con- tinu.
Conformément au procédé., objet de l'invention, on introduit le cou- rant d'alimentation hydrocarboné, de préférence préalablement chauffé, avec ou sans vaporisation, et avec ou sans un milieu dispersant tel que la vapeur d'eau, dans le récipient 5 par une vanne d'injection 22 comportant une tige creuse allongée 23 et un bouchon de fermeture 24 à pointe creuse, en une quantité con- trôlée à partir d'une origine non figurée.
La vanne d'injection est fixée de façon amovible à la plaque de fermeture extrême d'un raccord 25 disposé dans la paroi inférieure du récipient 5. La tige creuse 23 de la vanneest enligne (axialement) avec la conduite de trans- port 20. Le bouchon de fermeture 24 à pointe creuse, disposé à l'extrémité avant de la tige creuse 23, peut pénétrer dans l'extrémité de la conduite de transport 20 pour régler le passage entre la conduite de transport et le puits 14.
La vanne d'injection peut se déplacer longitudinalement, grâce à un joint glissant muni d'une garniture, entre la plaque de fermeture extrémité du raccord et la tige de la vsnne, au moyen dune timonerie exterieure, représentée dans son ensemble par le nombre de référence 26, timonerie actionnée manuellement par la manivelle 27 ou bien par tout moyen habituel de contrôle tel quun cylindre hydraulique ou pneumatique 28 relié à une source de pression 29. Ce dernier moyen, étant un dispositif bien connu pour commander des mécanismes de contrô- le automatiques, il n'a pas semblé nécessaire d'en donner une description plus détaillée.
La vanne d'injection est en communication libre constante avec la conduite de transport 20 de façon que la charge hydrocarbonée passant par la tige creuse 23 de la vanne, soit déversée de la pointe creuse du bouchon de la vanne dans la conduite de transport en direction axiale et sensiblement au cen- tre de l.a conduite de transport 20.
Lorsque le mécanisme extérieur de contrô- le est commandé pour ramener la vanne 22 de sa position la plus avancée, le bouchon de fermeture 24 de la vanne quitte son siège, qui se trouve à l'extremi- té de la conduite de transport 20, ce qui met en communication le puits 14 du régénérateur et la conduite de transport de façon que le catalyseur fluidifié du lit dense puisse passer librement par le puits 14 dans l'extrémité ouverte
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de la conduite de transporta La vaporisation des hydrocarbures dans la condui- te de transport 20 "aère" le catalyseur qui y est contenu en formant une suspen- sion moins dense.
On injecte de préférence les hydrocarbures liquides vertica- lement et vers le haut en un courant très rapide pour faciliter l'écoulement du catalyseur vers le haut dans la conduite de transport 20. Une grande partie du courant liquide est vaporisée, mais on ne peut pas dire que le courant sera toujours complètement vaporisé, parce qu'une partie de celui-ci sera entraînée vers le haut non par vaporisation, mais par dépôt sur des particules de cataly- seur.
La profondeur du puits 14 est si faible qu'il ne peut s'y produire qu'une épuration très limitée. Dans la plupart des installations, il n'y a pas besoin d'introduire, dans le puits, de la vapeur deau ou- un autre gaz d'épura- tion. Cependant, si on le désire, on peut injecter de la vapeur d'eau par l'o- rifice d'admission 30 dans la partie inférieure du puits 14 pour épurer le cata- lyseur soutiré du lit 19, en le débarrassant des produits gazeux de régénération et pour diminuer la densité du catalyseur dans le puits, de façon à faciliter l'écoulement du catalyseur de la portion principale du lit dense 19 contenu dans le régénérateur dans le puits 14, et du puits 14 dans la conduite de transport 20.
Etant donné la différence de pression, qui existe entre la phase dense 19 du régénérateur et la conduite de transport 20, le mélange catalyseur-vapeurs d'hydrocarbures -vapeur deau qui se trouve dans la conduite de transport s'élè- ve à travers cette conduite dans la zone de répartition 9 située sous le lit dense du réacteur.
Le mélange catalyseur-huile-vapeur d'eau monte à travers la condui- te de transport 20 à une vitesse de l'ordre de 4,5 à 18,3 m/seco et de préféren- ce à une vitesse de 9,1 m/s. et à une densité de l'ordre de 1,6 à 80 Kg/m3 et de préférence de 48 Kg/m3, dans la zone de répartition 9 sous la grille 8 qui supporte le lit de catalyseur dense du réacteur. Lors de son passage à travers la grille, le courant d'alimentation du réacteur subit une légère chute de pression.
On maintient le lit dense de catalyseur dans lé réacteur à une den- sité de l'ordere de 224 à 720 Kg/m3 et de préférence d'environ 560 Kg/m3a Etant donné l'augmentation considérable de la section d'écoulement lors du passage de la conduite de transport dans le réacteur, il y a une diminution importante correspondante de la vitesse de la charge d'alimentation du réacteur; il en résulte que la vitesse moyenne du courant gazeux s'élevant à travers le lit den- se est réduite à une valeur de 1?ordre de 0,15 à 1,50 m/sec, et de préférence 0,45 m/seco On maintient normalement le réacteur à une pression inférieure à celle du régénérateur.
La pression à l'intérieur du lit dense du réacteur peut être par exemple de l'ordre de 0,35 à 3,5 Kg/cm2, de préférence de 0,7 Kg/cm2, alors que la pression qui règne dans le lit dense du régénérateur peut être de l'ordre de 0,7 à 4,2 Kg/cm2, de préférence d'environ 1,05 Kg/cm.
Apres un séjour d9une durée convenable dans le lit dense du réacteur, les produits gazeux de conversion passent dans le volume de séparation 31 situé au-dessus du lit dense, entraînant avec eux une proportion relativement fasbl e de particules de catalyseur. Un tel entraînement peut être de l'ordre de 0,2 à 2% et habituellement denviron 1% de la charge de catalyseur total dans le réacteur. Avant de sortir du réacteur, les vapeurs et le catalyseur entraîné peuvent 'être dirigés pour passer à travers un appareil convenable de séparation gaz/solides tel que le séparateur cyclone 32 à un seul étagea Dans le séparateur 32, on sépare la masse du catalyseur entraîné des vapeurs du produit de conver- sion et on la renvoie par un conduit 34 au lit dense du réacteur.
Dans une va- riante, le catalyseur qui retourne par le conduit 34 peut passer dans le lit dense 11 du réacteur ou, comme.représenté, sur le dessin, il peut passer direc- tement dans le chenal d'épuration 12. Les produits gazeux de la conversion pro- venant du séparateur cyclone 32,avec une- faible partie du catalyseur non récu- péré, passent par un. orifice de sortie 33 pour se rendre dans un dispositif de récupération convenable, non représenté. On maintient le niveau du lit dans le réacteur à une hauteur sensiblement constante au-dessus de l'extrémité su- périeure de la cloison 7 séparant le lit de réaction 11 du chenal d'épuration 12.
Le catalyseur épuisé du lit 11 de réaction passe en un courant continu au- dessus de 1 ' extrémité supérieure de la cloison ou barrière 7, ou bien par des auvents, dans le chenal d'épuration 12 dans lequel il descend à contre-courant
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avec un flux d'un milieu dépuration tel que la vapeur d'eau, milieu qui est in- troduit à la base du chenal 12 par une entrée 35 comportant un dispositif de répartition.
Les produits gazeux épurés provenant du chenal 12 s'élèvent dans la zone de séparation 31 pour être séparés, en même temps que les produits gazeux de réaction s'élevant de la phase dense Il constituée par les particules de catalyseur entraînée par le séparateur 32, comme décrit précédemment., L'"aération" réalisée par le milieu d'épuration, qui pénètre par l'ouverture 35, permet de contrôler la densité du lit de catalyseur dans le chenal d'épuration 12 et permet ainsi un contrôle supplémentaire de l'accroissement de pression à la base de la colonne montante 21, d'une manière qui sera décrite ultérieure- ment.
Le catalyseur épuré est soutiré à partir'de la base du chenal 12 par la colonne montante 21 qui s'étend verticalement vers le bas à travers le lit dense du régénérateur jusqu'à un point ditué légèrement au-dessus de la grille 16 du régénérateur. On a disposé, à la place de la vanne coulissante habituelle, une vanne à clapet 36 à la base de la colonne montante du réacteur. La vanne 36 à clapet peut se déplacer axialement à la colonne montante 21 et peut être contrôlée dans son déplacement longitudinal de 19 extérieur du récipient 5 par tout dispositif de contrôle manuel ou automatique tel que le volant 37.
Bien que l'on ait représenté sur le dessin une vanne à clapet du type habituel,; on peut, bien entendu, utiliser une vanne semblable à la vanne d'injection 22, as- sociée à la conduite de transport 20, et alors on peut injecter, si on le désire, un milieu d'"aération" dans la colonne montante par la vanne creuse. La charge statique., provenant de la hauteur du lit dense qui se trouve dans le chenal. d'é- puration, et la longueur de la colonne montante 21 font que le point de pression maximum dans le système est l'extrémité inférieure de la colonne montante, de façon que le catalyseur dense s'écoule facilement par la vanne à clapet dans le régénérateur.
En passant à travers la vanne à clapet 36, il en résulte nor- malement une chute de pression de 0,14 à 0,21 Kg/cm2, permettant ainsi un con- trôle de l'écoulement du catalyseur et empêchant un retour du gaz du lit de ré- génération dans la colonne montante.
Dans le régénérateur, le gaz contenant de 1 oxygène, par exemple de l'air, s'élevant à partir de centrée 18 à travers la grille 16 dans le lit de catalyseur dense 19 sert à brûler le coke déposé en débarrassant de celui-ci les particules de catalyseur. Les produits gazeux de la régénération passent à travers la phase dense 19 dans une zone de séparation ou phase diffuse 38, entraînant avec eux une proportion relativement faible de particules de cataly- seur. On fait passer les produits gazeux de la régénération et le catalyseur entraîné dans la phase diffuse 38 à travers un appareil convenable de sépara- tion gaz/solides, par exemple le séparatateur cyclone 39 à un seul étage.
Dans le séparateur, la masse de catalyseur entraîné est séparée des produits gazeux de la régénération et est renvoyée par un conduit 40 au lit dense 19 du régénérateuro On fait sortir les produits gazeux de la régénération du séparateur cyclone 39 avec une proportion faible de catalyseur non récupéré du régénérateur par l'orifice 41 vers une cheminée daération débouchant dans l'atmosphère.
Etant donné que le puits 14 communique librement avec le lit dense 19 du régénérateur,. le catalyseur régénéré est soutiré constamment du lit et descend dans un courant annulaire à contre-courant d'un fluide dépuration et d'"aérage", tel que la vapeur d'eau, introduit à la base du puits par l'orifice d'entrée 30. Le courant de catalyseur qui circule dans le puits 14 est ainsi au moins partiellement débarrassé des produits gazeux de régénération avant d'entrer dans la partie inférieure ouverte de la conduite de transport 20. La vitesse d'écoulement du catalyseur régénéré du puits 14 dans la conduite de transport 20 est déterminée par l'intervalle compris entre 1 extrémité avant de la vanne d'injection 24 et l'extrémité inférieure de la conduite de transport.
Le débit d'écoulement est c'ontrôlé de l'extérieur par le dispositif 260
Etant donné que la régénération du catalyseur épuisé a lieu à des températures opératoires relativement élevées, on doit s'attendre à une dilata- tion considérable de la conduite de transport 20 lors de sa montée en tempéra- ture. Si une telle dilatation a lieu pendant que la vanne d'injection est en
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position de fermeture, ou se trouve écartée longitudinalement de l'extrémité de la conduite de transport d'une distance inférieure à l'augmentation de longueur par dilatation de la conduite de transport, une tension considérable peut se produire dans la conduite de transport et dans le dispositif de vannage.
Lorsque cette tension atteint un maximum prédéterminé, la valeur dépassant ce maximum est dissipée entièrement d'une façon aisée par un relâchement automati- que du dispositif de vannage par le cylindre de pression 28 ou autres dispositifs convenables tels qu'un ressort de détente. Grâce à cette organisation, on éli- mine le dispositif de dilatation qui serait normalement exigé pour la conduite de transport et tous les dispositifs internes pour contrôler le mouvement de la vanne de la conduite de transporta
Pour illustrer l'application de l'invention à un procédé de raffi- nage du pétrole, on se réfère au tableau I qui va suivre, tableau I qui repré- sente les conditions opératoires convenant pour un dispositif de cracking à ca- talyseur fluidifié comprenant un ensemble réacteur-régénérateur adapté au trai- tement de 270 m3 de gas oil lourd par jour.
TABLEAU...!.
REACTEUR :
EMI7.1
<tb> Température <SEP> 482 C
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<tb> Densité <SEP> du <SEP> lit <SEP> 560 <SEP> kg/m3
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<tb> Vitesse <SEP> (moyenne) <SEP> du <SEP> lit <SEP> 0,348 <SEP> m/2 <SEP> 2
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> la <SEP> grille <SEP> 0,07 <SEP> kg/cm2
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> le <SEP> lit <SEP> 0,21 <SEP> kg/cm2
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> le <SEP> cyclone <SEP> 0,035 <SEP> kg/cm
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<tb> Vitesse <SEP> dans <SEP> la <SEP> conduite <SEP> d'entrée <SEP> 9,14 <SEP> m/s
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<tb> Vitesse <SEP> dans <SEP> la <SEP> conduite <SEP> de <SEP> sortie <SEP> 30,7 <SEP> m/s
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REGENERATEUR :
EMI7.2
<tb> Température <SEP> 593 C
<tb>
<tb> Densité <SEP> du <SEP> lit <SEP> 480 <SEP> kg/m3
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<tb> Vitesse <SEP> (moyenne) <SEP> du <SEP> lit <SEP> 0,380 <SEP> m/s <SEP>
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> la <SEP> grille <SEP> 0,07 <SEP> kg/cm2
<tb>
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> le <SEP> lit <SEP> 0,22 <SEP> kg/cm <SEP> 2 <SEP>
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> le <SEP> cyclone <SEP> 0,035 <SEP> kg/cm
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> dans <SEP> la <SEP> conduite <SEP> d'entrée <SEP> 45,7 <SEP> m/s
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<tb> Vitesse <SEP> dans <SEP> la <SEP> conduite <SEP> de <SEP> sortie <SEP> 30,5 <SEP> m/s
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EPURATEUR DE CATALYSEUR USE :
EMI7.3
<tb> Densité <SEP> du <SEP> lit <SEP> 480 <SEP> kg/m
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<tb> Vitesse <SEP> du <SEP> lit <SEP> 0,295 <SEP> m/s <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> @ <SEP> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> le <SEP> lit <SEP> 0,295 <SEP> kg/cm
<tb>
SYSTEME DES CONDUITES DE TRANSFERT
EMI7.4
<tb> Densité <SEP> dans <SEP> la <SEP> colonne <SEP> montante <SEP> 480 <SEP> kg/ <SEP> m2
<tb>
<tb>
<tb> Charge <SEP> dans <SEP> la <SEP> colonne <SEP> montante <SEP> 0,50 <SEP> kg/cm
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<tb> Vitesse <SEP> dans <SEP> la <SEP> colonne <SEP> montante <SEP> 1,89 <SEP> m/s
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> la <SEP> vanne <SEP> de <SEP> la
<tb>
<tb> colonne <SEP> montante <SEP> 0,18 <SEP> kg/cm
<tb>
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<tb> Densité <SEP> dans <SEP> la <SEP> conduite <SEP> de <SEP> transport <SEP> 46,
4 <SEP> kg/m3
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> dans <SEP> la <SEP> conduite <SEP> de <SEP> 2
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<tb> transport <SEP> 0,11 <SEP> kg/cm
<tb>
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<tb> Chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> à <SEP> la <SEP> vanne <SEP> d'injection <SEP> 0,14 <SEP> kg/cm
<tb>
Le système de circulation du catalyseur fonctionne à cause de l'exis- tence d'une densité et d'une charge plus élevées dans une branche du système de conduites de transfert que dans l'autre, un peu comme dans un tube en U dais lequel on maintient une densité et une charge plus élevées dans une branche que dans l'autre.
La différence de charge entre la colonne montante 21 et la conduite de transport 20 du système représenté doit être suffisante pour sur- monter les pertes de charge par frottement qui se produisent dans tout le système De telles pertes de charge dues au frottement proviennent principale-
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ment des vannes 36 et 24 à catalyseur épuisé et régénéré respectivement, des charges de frottement et statique de la conduite de transport 20 et de la perte de charge par frottement résultant du passage dans la grille 8 du réacteur.
Lorsque l'on représente les valeurs des pressions exigées pour main- tenir une circulation continue du catalyseur, on peut prendre comme pression de référence celle qui existe en un point du réacteur situé juste au-dessus de la grille 8, ou en un point situé au même niveau dans le chenal d'épuration 12.
Les deux points conviennent, étant donné qu'il n'est pas nécessaire qu'il y ait une différence dans le niveau du catalyseur entre le réacteur et l'épurateur, et que la densité du lit peut être approximativement la même dans chacun de ces éléments. A partir de cette pression de référence, la pression augmente de la charge de la colonne de catalyseur dans la colonne montante 21; il en résulte qu'à la base de la colonne montante, immédiatement au-dessus de la vanne à cata- lyseur épuisé, on atteint la pression maximum du système. Il y a une chute de pression dans le passage de la vanne à catalyseur épuisé; il en résulte que la pression à la base du lit dense 19 du régénérateur, juste au-dessus de la grille 16, est inférieure à la pression maximum de la valeur de cette chute de pression.
Etant donné que la pression statique varie très peu jusqu'à un point ou niveau de l'orifice d'entrée de la vanne 24 à catalyseur régénéré,, on peut supposer que la même pression existe en un point situé juste sous l'ouverture de cette dernière vanne. Il existe la chute de pression habituelle lors du passage de la vanne à catalyseur régénéré; il en résulte que la pression dans la conduite de transport au point d'injection a une valeur diminuée de cette quantité. On sur- monte dans la conduite de transport une perte de charge par frottement et une pression statique; il en résulte que la pression en un point situé immédiatement au-dessous de la grille 8 du réacteur est diminuée de cette quantité. Une autre chute de pression à travers la grille du réacteur ramène la pression à la pres- sion de référence.
En complétant ce cycle, il est évident que toute la charge qui se développe dans la colonne montante peut être utilisée pour vaincre les différentes résistances. Etant donné que 1-'on doit appliquer ¯une contre-pression au régénérateur à la sortie des gaz de combustion, on doit ajuster cependant cette contre-pression de façon que la somme de la pression dans la phase diffu- se 38 au-dessus du lit du régénérateur et de la charge statique du lit dense 19, soit égale à la pression à la grille 16 du régénérateur, exigée par les con- ditions de circulation du catalyseur.
On peut faire varier cette pression à l'intérieur de certaines limites, de façon que la chute totale de pression à travers les deux vannes puisse être constituée par la chute à travers une seule vanne (sans chute de pression à travers l'autre vanne), ou bien puisse être divisée également entre les deux vannes.
Il est possible, dans un système fonctionnant comme décrit, de faire travailler le lit de régénération à un niveau très bas, étant donné que la pres- sion appliquée est la pression primaire dont dépend 1'ascension du catalyseur régénéré dans la zone de réaction. Un autre avantage qui résulte de ce mode opératoire est le fait que des pertes soudaines de catalyseur ne provoquent pas l'arrêt du fonctionnement de l'unité. Par exemple, si, à la suite dune varia- tion de la charge, ou pour une autre raison, le catalyseur usé de la zone de réaction devient brusquement très cokéfié, le cat lyseur très cokéfié devient extrêmement pelucheux et il est alors presque impossible de la faire se déposer dans les dispositifs habituels assurant le dépôt.
Lorsque ceci se produit, le catalyseur de la zone de régénération est entraîné dans le séparateur cyclone 39 si rapidement que la plus grande partie de la phase dense 19 de la zone de régénération est rendue inutilisable pour le système. La chute de niveau du lit mettrait le système hors de fonctionnement si une colonne.mon- tante de catalyseur régénéré servait au transfert du catalyseur dans la zone de réaction. Le procédé, conforme à l'invention, au contraire, continue à fonctionner étant donné que la pression appliquée peut être réglée pour compen- ser toute perte de pression fluistatique résultant de la chute de pression à la surface supérieure de la phase dense 19.
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IMPROVEMENTS TO A .PROCEDE OF CONVERSION OF HYDROCARBONS.
The present invention relates, in general, to the process for converting hydrocarbons comprising contacting their vapors, at conversion temperatures, with a catalyst for converting to powder in dense mass fluid in a zone of. reaction, and regeneration of the catalyst by contacting the latter, in a similar form, with a regeneration gas containing oxygen in a regeneration zone. More particularly, the present invention relates to a method and a device circulation of the catalyst, in one direction and the other., between a catalyst mass to be regenerated in a regeneration chamber,
and a reactive catalytic mass in a reaction chamber superimposed directly on the regeneration chamber This circulation comprises the withdrawal of the spent catalyst from the reacting catalyst mass and its flow by gravity into the lower part of the catalyst mass to be regenerated, while the catalyst is withdrawn from the lowest point of the mass of catalyst in regeneration to make it rise, in fluid form, in the lower part of the mass of reacting catalyst only under the effect of the "fluistatic" pressure of the mass of catalyst in regeneration and the pressure applied to its surface and without resorting to fluidistatic pressure balance pipes, "stand pipe",
risers or other similar devices designated in the remainder of the text simply by the term "risers". In the preferred embodiment the raw material to be treated is introduced in liquid form into the stream of regenerated catalyst which rises in fluid form from the regeneration chamber to the reaction chamber to substantially reduce the density of the updraft.
More particularly, the invention is especially suited for the catalytic conversion of high boiling point hydrocarbons such as gas oil etc. to low boiling point hydrocarbons such as those in the distillation range of 1. 'gasoline.
Although the invention will be described below more particularly in relation to the catalytic conversion of hydrocarbons at high boiling point, it is understood that the latter has a wider field of application. and can therefore be applied, in its general economy, to fluidized systems in which one circulates
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continuously circulate a spray product between the contact areas.
The catalytic conversion of hydrocarbons in a fluidized system involving the continuous transfer of streams of fluidized catalyst between separate chambers including reaction and regeneration zones is in common use in the petroleum refining art. Such systems usually require extensive transfer lines to draw the catalyst from one chamber or zone and pass it mixed with a stream of transport fluid to the other chamber or zone.
The reaction and regeneration zones are normally maintained at different pressures; this results in the need, during the passage of the fluidized catalyst from the low pressure zone to the high pressure zone, to increase the pressure applied to the fluid catalyst. In order to achieve the desired increase in applied pressure, it is generally used. risers. At the bottom of the riser, the catalyst can be discharged into a transport line to contact it with a stream of oil or oil vapors, when the transport line terminates at the reactor, or with a stream of oil. gas containing oxygen when the transport line terminates at the regenerator.
A particular object of the present invention is the complete elimination of the need for any riser other than a vertical transfer line for the downward flow of spent catalyst from a reactor to a regenerator located directly below. from him. The catalyst is withdrawn directly from the lower part of the dense phase catalyst bed in the regeneration zone and this is introduced into the transport line at the same density and under the same pressure as the catalyst. located in the lower part of the regenerator. The pressure used is only that which exists in the entire lower zone of the regeneration bed.
This pressure is formed by the "fluidatic" pressure from the depth of the dense phase regeneration bed and the pressure applied to the upper surface of the regeneration bed.
Another important advantage resulting from the fact that the catalyst is withdrawn directly from the lower part of the regeneration bed instead of withdrawing it from a higher place, is the possible possibility that all the catalyst in the regeneration zone. regeneration to leave this regeneration zone to return to the reaction zone.
If the catalyst is withdrawn at a point located substantially above the bottom of the regeneration zone, the coarser catalyst will tend to accumulate in a pocket and remain in it by circulating only through the lower and slightly denser regions of the regeneration bed
During the operation of a fluidized catalyst catalytic cracking apparatus it is very difficult and sometimes impossible to avoid occasional sudden changes in the level of the upper surface of the dense phase beds in which the regeneration takes place. and the reaction. The present invention relates to a device which functions satisfactorily with different levels of the regeneration bed.
For example, if any change in the composition of the oil ..., or in the way it reacts with the catalyst causes the sudden loss of the catalyst's ability to settle, a large part can be passed in a few minutes. from the regeneration bed through a cyclone separator; it is desirable that the device be able to continue to operate despite a sudden drop in bed level which results from this operation. It also happens that the use of a catalyst having unusually high or low activity makes it desirable to work at an unusually low or high bed level for a certain period of time. It is desirable that the device be able to accommodate. such variations in operating conditions.
Due to the highly erosive action of the powder catalyst, especially under the conditions of high temperature and high flow velocity, it has heretofore been considered necessary to eliminate as much as possible sharp bends in the pipe system. transfer., and to eliminate as much as possible the use of devices which would be significantly eroded by causing the system to shut down prematurely to replace or repair damaged components.
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The present invention therefore relates to a simple, efficient and economical fluid catalyst device for the continuous cyclic flow of a solid, finely divided material between distinct superimposed contact areas, in which the transfer for the fluidified product are arranged so as to allow its passage from one zone to another, following substantially rectilinear paths and in which the flow of the product can be controlled in such a way as to minimize the flow. erosion of transfer line equipment.
the present invention also relates to a fluidized system intended for the continuous circulation of a finely divided solid material between superimposed contact zones, a system in which the transfer conduits provide substantially rectilinear and vertical paths for the cyclic flow of the material solid fluidified between the zones, in which is injected, in the transport pipe in an axial direction and upwards, a transport fluid intended to effect the transfer of the material from the lower zone to the upper zone, and in which the apparatus for controlling the flow of material between the transfer conduits and the contact zones is exposed, in a minimum proportion, to the erosive action of the solid material.
-
A description will now be given, by way of illustration of the possibilities for implementing the invention, without any limitation on the scope thereof, an embodiment taken by way of example and shown in the schematic drawing. appended in which the single figure shows a sectional elevation of a catalytic cracking unit with a fluid catalyst, unit comprising superimposed reaction and regeneration zones contained in a single receptacle
Referring to the drawing, it is seen that the reactor and the regenerator of a fluid catalyst cracking system are superposed in a single receptacle or vessel 5 in which the upper zone or reaction zone is separated from the lower zone, or regeneration zone via the lower bottom 6 of the reactor.
The reaction zone is provided with a vertical wall 7 rising from the bottom 6 of the reactor to a point below the presumed level of the dense phase catalyst bed, on one side of the reaction zone.
A horizontal grid 8 disposed at the lower part of the reactor serves as a support for the catalyst bed and provides a distribution zone 9 for the fluidized mixture of catalyst and oil vapors, introduced through an inlet 10 provided in the bottom 60. fluid catalyst of the dense phase 11 of the reactor passes above the top of the partition 7 or through one or more horizontal canopies (not shown) arranged sloping from the reaction bed, in a vertical depuration channel 12 having an outlet 13 through the bottom 6 at its lower part.
The regeneration zone comprises, at its lower part, a well or channel 14 disposed in its center and constituted by an annular element 15 rising from the bottom of the container 5 At an intermediate position along the length of the annular element 15 is arranged. an annular grid 16 which extends horizontally between the element 15 and the side walls of the receptacle 5. The space 17, situated under the annular grid 16, forms a distribution chamber for the gas containing 1- oxygen, which is admitted through inlet 18 and distributed uniformly through grid 16 in the dense phase 19 of the regenerator.
The regenerated catalyst is withdrawn from the dense phase 19 through the vertical line 20. The dense phase material is withdrawn directly from the lower zone of the dense phase 19 and is passed through the line 20 in which it is reduced. substantially its density so that it flows upwards in the distribution zone 9o It is understood that the well 14 is in no way a riser given that its height is very low and of insignificant relative dimension compared to the thickness of the dense phase 19. The well 14 serves only to protect the pipe 20 from the gases used for regeneration, introduced through the 'grid 16.
The pressure, which prevails at the bottom of the dense phase 19, does not differ from the pressure which exists at the inlet of the pipe 20 and the density of the material is the same at the inlet of the pipe 20 as in everything else. of the lower region of the dense phase 19. It is important that well 14 extends only a short distance (about 0.30 to 1.50 m) above
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of the annular grid 16, given that otherwise it would have an influence on the operation of the entire system in the case of the low level of the li-t, and that the object of the invention is, among other things, to avoid any device which could influence the operation at a low level. Indeed, well 14 is not absolutely essential to the operation of the system and can be completely omitted.
The inlet of the pipe 20 does not extend substantially below the grid 16, and may even be disposed at a low height above the latter; it is not absolutely necessary that it be located sufficiently close to the grid. bottom of the dense phase 19, which makes it possible to take advantage of the fluidistatic pressure coming from the depth of the dense phase 19 and thus avoid the need for a riser.
A system of transfer pipes, for the continuous circulation of the fluidized catalyst between the dense phase 11 of the reactor and the dense phase 19 of the regenerator, consists of the straight vertical pipe 20 forming a transport pipe from the well 14 to the inlet. 10 of the reactor and the straight vertical pipe 21, forming a riser from the outlet 13 of the scrubbing channel 12 of the reactor to a lower point of the regenerator bed, preferably located below the upper end of the reactor. well 14, as shown in the drawing. The catalyst coming from the riser 21 is thus contacted with the gas containing oxygen rising through the grid 16 and must reverse its direction of flow,
which causes it to rise in the form of a suitable mixture with the gas. The well 14, being immersed in the dense bed 19, is constantly supplied with catalyst from the bed.
Line 20 serves as a transport line for conveying the active regenerated catalyst along with the hydrocarbon vapors, which are preferably vaporized instantly upon contact with the hot catalyst stream, into the reactor, and the line. 21 serves as a riser to convey the spent catalyst from the scrubber 12, to return it to the regenerator for its regeneration and subsequent recirculation in a continuous cycle.
In accordance with the process, object of the invention, the hydrocarbon feed stream, preferably preheated, with or without vaporization, and with or without a dispersing medium such as water vapor, is introduced into the container. 5 by an injection valve 22 having an elongated hollow stem 23 and a stopper 24 with a hollow point, in a controlled amount from an origin not shown.
The injection valve is removably attached to the end closure plate of a fitting 25 disposed in the bottom wall of the vessel 5. The hollow stem 23 of the valve is (axially) in line with the transport line 20. The hollow point closure plug 24, disposed at the front end of the hollow rod 23, can penetrate into the end of the transport pipe 20 to regulate the passage between the transport pipe and the well 14.
The injection valve can move longitudinally, thanks to a sliding seal fitted with a gasket, between the end closing plate of the connector and the rod of the valve, by means of an external linkage, represented as a whole by the number of reference 26, linkage operated manually by the crank 27 or else by any usual control means such as a hydraulic or pneumatic cylinder 28 connected to a pressure source 29. The latter means being a well known device for controlling control mechanisms. automatic, it did not seem necessary to give a more detailed description.
The injection valve is in constant free communication with the transport line 20 so that the hydrocarbon feed passing through the hollow stem 23 of the valve is discharged from the hollow point of the valve cap into the transport line towards axial and substantially in the center of the transport line 20.
When the external control mechanism is commanded to return the valve 22 from its most advanced position, the valve closure plug 24 leaves its seat, which is at the end of the transport line 20, which puts in communication the well 14 of the regenerator and the transport line so that the fluidized catalyst of the dense bed can pass freely through the well 14 in the open end
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The vaporization of the hydrocarbons in the transport line 20 "aerates" the catalyst contained therein to form a less dense suspension.
The liquid hydrocarbons are preferably injected vertically and upward in a very rapid stream to facilitate the upward flow of the catalyst in the transport line 20. Much of the liquid stream is vaporized, but this cannot be done. say that the stream will always be completely vaporized, because part of it will be carried upwards not by vaporization, but by deposition on catalyst particles.
The depth of the well 14 is so shallow that only a very limited purification can occur there. In most installations there is no need to introduce steam or other scrubbing gas into the well. However, if desired, steam can be injected through the inlet 30 into the lower part of well 14 to purify the catalyst withdrawn from bed 19, freeing it of gaseous products. regeneration and to decrease the density of the catalyst in the well, so as to facilitate the flow of the catalyst from the main portion of the dense bed 19 contained in the regenerator in the well 14, and from the well 14 in the transport pipe 20.
Due to the pressure difference between the dense phase 19 of the regenerator and the transport line 20, the catalyst-hydrocarbon vapor-water vapor mixture in the transport line rises through this. conducted in the distribution zone 9 located under the dense bed of the reactor.
The catalyst-oil-water vapor mixture rises through the transport line 20 at a speed of the order of 4.5 to 18.3 m / sec and preferably at a speed of 9.1. m / s. and at a density of the order of 1.6 to 80 kg / m 3 and preferably 48 kg / m 3, in the distribution zone 9 under the grid 8 which supports the dense catalyst bed of the reactor. As it passes through the grid, the reactor feed stream experiences a slight pressure drop.
The dense bed of catalyst is maintained in the reactor at a density in the range of 224-720 Kg / m 3 and preferably about 560 Kg / m 3 Due to the considerable increase in the flow area during the process. Passage of the transport line into the reactor, there is a corresponding large decrease in the speed of the reactor feedstock; as a result, the average velocity of the gas stream rising through the density bed is reduced to a value of the order of 0.15 to 1.50 m / sec, and preferably 0.45 m / sec. The reactor is normally maintained at a pressure lower than that of the regenerator.
The pressure inside the dense bed of the reactor can be for example of the order of 0.35 to 3.5 kg / cm2, preferably 0.7 kg / cm2, while the pressure prevailing in the bed dense regenerator may be of the order of 0.7 to 4.2 kg / cm2, preferably about 1.05 kg / cm2.
After a suitable period of residence in the dense bed of the reactor, the gaseous products of conversion pass into the separation volume 31 located above the dense bed, carrying with them a relatively low proportion of catalyst particles. Such entrainment can be on the order of 0.2 to 2% and usually about 1% of the total catalyst charge in the reactor. Before leaving the reactor, the vapors and entrained catalyst can be directed to pass through a suitable gas / solid separation apparatus such as the single stage cyclone separator 32. In separator 32, the bulk of the entrained catalyst is separated. conversion product vapors and returned through line 34 to the dense bed of the reactor.
Alternatively, the catalyst which returns through line 34 can pass into dense bed 11 of the reactor or, as shown in the drawing, can pass directly into scrub channel 12. The gaseous products of the conversion from cyclone separator 32, with a small portion of the unrecovered catalyst, goes through a. outlet orifice 33 to reach a suitable recovery device, not shown. The level of the bed in the reactor is maintained at a substantially constant height above the upper end of the partition 7 separating the reaction bed 11 from the purification channel 12.
The spent catalyst from the reaction bed 11 passes in a continuous stream over the upper end of the partition or barrier 7, or through canopies, into the scrub channel 12 where it descends countercurrently.
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with a flow of a depuration medium such as water vapor, which medium is introduced at the base of the channel 12 by an inlet 35 comprising a distribution device.
The purified gaseous products coming from the channel 12 rise in the separation zone 31 to be separated, at the same time as the gaseous reaction products rising from the dense phase II constituted by the particles of catalyst entrained by the separator 32, as previously described., The "aeration" carried out by the scrubbing medium, which enters through opening 35, allows the density of the catalyst bed in the scrubbing channel 12 to be controlled and thus allows additional control of the catalyst bed. increasing the pressure at the base of the riser 21, in a manner which will be described later.
The stripped catalyst is withdrawn from the base of the channel 12 through the riser 21 which extends vertically downward through the dense bed of the regenerator to a point located slightly above the grid 16 of the regenerator. . Instead of the usual sliding valve, a flap valve 36 was placed at the base of the reactor riser. The poppet valve 36 can move axially to the riser 21 and can be controlled in its longitudinal displacement from outside the container 5 by any manual or automatic control device such as the handwheel 37.
Although there is shown in the drawing a flap valve of the usual type; one can, of course, use a valve similar to the injection valve 22, associated with the transport line 20, and then one can inject, if desired, an "aeration" medium into the riser. by the hollow valve. The static load., Coming from the height of the dense bed which is in the channel. purge, and the length of the riser 21 causes the maximum pressure point in the system to be the lower end of the riser, so that the dense catalyst easily flows through the check valve into the regenerator.
Passing through the poppet valve 36 normally results in a pressure drop of 0.14 to 0.21 Kg / cm2, thus allowing control of catalyst flow and preventing backflow of gas. from the regeneration bed to the riser.
In the regenerator, the oxygen-containing gas, e.g. air, rising from centered 18 through the grate 16 into the dense catalyst bed 19 serves to burn the deposited coke away from it. the catalyst particles. The gaseous products of the regeneration pass through the dense phase 19 in a separation zone or diffuse phase 38, carrying with them a relatively small proportion of catalyst particles. The gaseous products of the regeneration and the catalyst entrained in the diffuse phase 38 are passed through a suitable gas / solid separation apparatus, for example the single stage cyclone separator 39.
In the separator, the mass of entrained catalyst is separated from the gaseous products of the regeneration and is returned through a pipe 40 to the dense bed 19 of the regenerator. The gaseous products of the regeneration are removed from the cyclone separator 39 with a small proportion of non-catalyst. recovered from the regenerator through the orifice 41 to a ventilation chimney opening into the atmosphere.
Since the well 14 communicates freely with the dense bed 19 of the regenerator ,. the regenerated catalyst is constantly withdrawn from the bed and descends in an annular flow against the current of a purifying and "aerating" fluid, such as water vapor, introduced at the base of the well through the orifice of inlet 30. The catalyst stream which circulates in the well 14 is thus at least partially freed of the gaseous products of regeneration before entering the open lower part of the transport line 20. The flow rate of the regenerated catalyst from the well 14 in the transport line 20 is determined by the interval between the front end of the injection valve 24 and the lower end of the transport line.
The flow rate is controlled from the outside by device 260
Since the regeneration of the spent catalyst takes place at relatively high operating temperatures, considerable expansion of the transport line 20 as it rises in temperature is to be expected. If such expansion takes place while the injection valve is in
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closed position, or is separated longitudinally from the end of the conveying pipe by a distance less than the increase in length by expansion of the conveying pipe, considerable stress may occur in the conveying pipe and in the valve device.
When this tension reaches a predetermined maximum, the value exceeding this maximum is easily dissipated entirely by automatic release of the valve by the pressure cylinder 28 or other suitable devices such as a detent spring. This organization eliminates the expansion device that would normally be required for the transport line and all internal devices to control the movement of the valve in the transport line.
To illustrate the application of the invention to a petroleum refining process, reference is made to Table I which follows, Table I which represents the operating conditions suitable for a cracking device with a fluidized catalyst comprising a reactor-regenerator assembly suitable for the treatment of 270 m3 of heavy gas oil per day.
BOARD...!.
REACTOR:
EMI7.1
<tb> Temperature <SEP> 482 C
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<tb>
<tb>
<tb> Density <SEP> of <SEP> bed <SEP> 560 <SEP> kg / m3
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<tb> Speed <SEP> (average) <SEP> of the <SEP> reads <SEP> 0.348 <SEP> m / 2 <SEP> 2
<tb>
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<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> grid <SEP> 0.07 <SEP> kg / cm2
<tb>
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<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> reads <SEP> 0.21 <SEP> kg / cm2
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<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> cyclone <SEP> 0.035 <SEP> kg / cm
<tb>
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<tb> Speed <SEP> in <SEP> the input <SEP> pipe <SEP> <SEP> 9.14 <SEP> m / s
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Speed <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP> of <SEP> exit <SEP> 30.7 <SEP> m / s
<tb>
REGENERATOR:
EMI7.2
<tb> Temperature <SEP> 593 C
<tb>
<tb> Density <SEP> of <SEP> bed <SEP> 480 <SEP> kg / m3
<tb>
<tb> Speed <SEP> (average) <SEP> of the <SEP> reads <SEP> 0.380 <SEP> m / s <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> grid <SEP> 0.07 <SEP> kg / cm2
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> reads <SEP> 0.22 <SEP> kg / cm <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> cyclone <SEP> 0.035 <SEP> kg / cm
<tb>
<tb> Speed <SEP> in <SEP> the input <SEP> pipe <SEP> <SEP> 45.7 <SEP> m / s
<tb>
<tb> Speed <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP> of <SEP> exit <SEP> 30.5 <SEP> m / s
<tb>
USE CATALYST SCREENER:
EMI7.3
<tb> Density <SEP> of the <SEP> bed <SEP> 480 <SEP> kg / m
<tb>
<tb>
<tb> Speed <SEP> of the <SEP> reads <SEP> 0.295 <SEP> m / s <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> @ <SEP> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> reads <SEP> 0.295 <SEP> kg / cm
<tb>
TRANSFER LINE SYSTEM
EMI7.4
<tb> Density <SEP> in <SEP> the <SEP> column <SEP> rising <SEP> 480 <SEP> kg / <SEP> m2
<tb>
<tb>
<tb> Load <SEP> in <SEP> the <SEP> column <SEP> rising <SEP> 0.50 <SEP> kg / cm
<tb>
<tb> Speed <SEP> in <SEP> the <SEP> column <SEP> rising <SEP> 1.89 <SEP> m / s
<tb>
<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> valve <SEP> of <SEP> the
<tb>
<tb> rising <SEP> column <SEP> 0.18 <SEP> kg / cm
<tb>
<tb>
<tb> Density <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP> of <SEP> transport <SEP> 46,
4 <SEP> kg / m3
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> in <SEP> the <SEP> pipe <SEP> of <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> transport <SEP> 0.11 <SEP> kg / cm
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> drop from <SEP> pressure <SEP> to <SEP> the <SEP> injection <SEP> valve <SEP> 0.14 <SEP> kg / cm
<tb>
The catalyst circulation system works because of the existence of a higher density and load in one branch of the transfer line system than in the other, much like in a U-tube canopy. which maintains a higher density and load in one branch than in the other.
The difference in load between the riser 21 and the transport line 20 of the system shown must be sufficient to overcome the friction losses that occur throughout the system. Such friction losses are mainly caused by friction.
<Desc / Clms Page number 8>
ment of the valves 36 and 24 with exhausted and regenerated catalyst respectively, the friction and static loads of the transport line 20 and the pressure drop by friction resulting from the passage through the grid 8 of the reactor.
When we represent the values of the pressures required to maintain a continuous circulation of the catalyst, we can take as reference pressure that which exists at a point of the reactor situated just above the grid 8, or at a point situated at the same level in the purification channel 12.
Both points are suitable, since it is not necessary that there be a difference in the level of the catalyst between the reactor and the scrubber, and the density of the bed may be approximately the same in each of these. elements. From this reference pressure, the pressure increases by the load of the catalyst column in the riser 21; As a result, at the base of the riser, immediately above the exhausted catalyst valve, the maximum system pressure is reached. There is a pressure drop in the passage of the spent catalyst valve; as a result, the pressure at the base of the dense bed 19 of the regenerator, just above the grid 16, is less than the maximum pressure by the value of this pressure drop.
Since the static pressure varies very little up to a point or level of the inlet of the regenerated catalyst valve 24, it can be assumed that the same pressure exists at a point just below the opening of the valve. this last valve. There is the usual pressure drop during the passage of the regenerated catalyst valve; as a result, the pressure in the transport line at the injection point has a value reduced by this quantity. Frictional pressure drop and static pressure are increased in the transport pipe; as a result, the pressure at a point located immediately below the grid 8 of the reactor is reduced by this amount. Another pressure drop across the reactor grid brings the pressure back to the reference pressure.
By completing this cycle, it is evident that all the load that develops in the riser can be used to overcome the various resistances. Since 1-'on must apply ¯ a back pressure to the regenerator at the outlet of the combustion gases, one must however adjust this back pressure so that the sum of the pressure in the phase diffuses above 38. of the regenerator bed and the static charge of the dense bed 19, ie equal to the pressure at the regenerator grid 16, required by the conditions of circulation of the catalyst.
This pressure can be varied within certain limits, so that the total pressure drop across both valves can be the drop through one valve (without pressure drop across the other valve) , or can be divided equally between the two valves.
It is possible, in a system operating as described, to operate the regeneration bed at a very low level, since the pressure applied is the primary pressure upon which the rise of the regenerated catalyst depends in the reaction zone. Another advantage which results from this procedure is the fact that sudden losses of catalyst do not stop the operation of the unit. For example, if, as a result of a change in the charge, or for some other reason, the spent catalyst in the reaction zone suddenly becomes very coked, the very coked catalyst becomes extremely fluffy and it is then almost impossible to remove. make it deposit in the usual devices ensuring the deposit.
When this occurs, the catalyst from the regeneration zone is entrained in the cyclone separator 39 so rapidly that most of the dense phase 19 of the regeneration zone is rendered unusable for the system. The drop in bed level would shut down the system if a riser column of regenerated catalyst was used to transfer the catalyst to the reaction zone. The process according to the invention, on the contrary, continues to operate since the applied pressure can be adjusted to compensate for any loss of fluidistatic pressure resulting from the pressure drop at the upper surface of the dense phase 19.