Procédé de craquage catalytique avec dégagement réduit de gaz
nocifs.
La présente invention concerne un procédé de craquage
catalytique cyclique en lit fluidisé, qui convient pour l'application à des charges hydrocarbonées contenant du soufre et qui se
caractérise par une diminution marquée de l'émission d'oxyde de
carbone et des oxydes de soufre dans les gaz de cheminée de régé-
nérateur.
Un catalyseur de craquage qui est devenu relativement
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par "coke", au cours du craquate des hydrocarbures dans la zone réactionnelle est retiré en continu de la zone réactionnelle. Ce catalyseur épuisé provenant de la zone réactionnelle passe vers
une zone de dépouillement dans laquelle des dépôts charbonneux qui peuvent être enlevés à savoir des hydrocarbures, sont éliminés (extraits) du catalyseur, qui passe ensuite dans une zone de régénération où Inactivité du catalyseur est rétablie par élimination
des dépôts charbonneux qui ne peuvent être enlevés en brûlant le
coke dans un gaz contenant de l'oxygène pour former de l'oxyde de carbone et du gaz carbonique. Le catalyseur régénéré chaud est ensuite ramené en continu dans le réacteur, pour répéter le cycle.
Lors du craquage catalytique, un problème surgit provenant de la combustion incomplète de l'oxyde de carbone en gaz carbonique dans la zone de régénération, abandonnant une quantité importante d'oxyde de carbone dans les gaz de combustion de la zone de régénération. Mis à part que la décharge de l'oxyde de carbone
dans l'atmosphère est indésirable, l'oxyde de carbone et l'oxygène résiduel dans les gaz de combustion de la zone de régénération
ont tendance à réagir et provoquer ainsi une combustion dans les conduites et les cheminées de l'installation et endommager ces structures par des températures excessives.
En outre, lorsque des charges à forte teneur en soufre, c'est-à-dire des fractions d'hydrocarbures de pétrole contenant
des composés organiques du soufre, sont chargées dans un élément
de craquage catalytique de type à lit fluidisé, le coke qui se dé- pose sur le catalyseur contient du soufre. En cours de régénéra-
tion du catalyseur cokéfié, désactivé, le coke est brûlé de la
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soufre présent est transformé en anhydride sulfureux ainsi qu'avec
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incorporés au courant d'effluent gazeux de combustion provenant
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teneur en soufre, les émissions des oxydes de soufre sont souvent compris dans la gamme d'environ 1200 parties par million (ppm).
Des normes de contrôle de la pollution ont été développées en ce qui concerne le dégagement de l'oxyde de carbone et de matières particulaires, et l'on en attend d'autres qui seront prises en considération pour d'autres émissions, telles que celles des oxydes de soufre, en particulier l'anhydride sulfureux. On porte donc une grande attention à la diminution du taux des émissions
des divers produits de combustion et matières particulaires provenant des courants effluent de la zone de régénération, associés aux installations de craquage de pétrole. Il est nécessaire que le procédé choisi pour abaisser ces émissions soit efficace sans diminuer l'activité et la sélectivité du catalyseur de craquage. De même, il est nécessaire que le procédé choisi ne remplace pas une forme d'émission indésirable par un autre problème, par exemple
une augmentation de l'émission particulaire ou des frais de fonctionnement. En vue de ces considérations, une approche fort désirable vers une diminution de l'émission de l'oxyde de carbone
et des oxydes de soufre dans les installations de craquage du pétrole réside dans l'application d'un catalyseur de craquage qui
est modifié pour rendre minimales les émissions à la fois de l'oxyde de carbone et des oxydes de soufre, tout en conservant l'activité, la stabilité et la résistance à l'usure par frottement du catalyseur dans dés conditions classiques de craquage dans les installations de craquage soit existantes soit nouvelles.
En ce qui concerne les émissions d'oxyde de carbone,
bien que les métaux soient généralement évités dans les catalyseurs de craquage et qu'on considère comme problématique de craquer des charges contenant des métaux, en présence d'un catalyseur de craquage, le brevet ZA 7924/72 et le brevet US 3.909.392 correspondant délivré ultérieurement, qui seront étudiés en plus amples détails ci-après, décrivent l'utilisation, conjointement avec des catalyseurs de craquage, de catalyseurs et agents d'activation ou d'amorçage de combustion au sein de la zone de régénération qui comprennent des barreaux métalliques, des réseaux de mailles ou des tamis dans la zone de combustion, et des composés métalliques susceptibles d'être fluidisés, en particulier des oxydes pulvérulent des métaux de transition - par exemple l'oxyde ferrique,
le dioxyde de manganèse et les oxydes de terres rares - que.l'on ajoute à la charge de catalyseur ou qu'on confine dans le récipient du régénérateur. Le brevet BE 826.266 décrit un procédé
très semblable à celui du brevet US 3.909.392 précité, qui implique un catalyseur de craquage catalytique en association physique avec un catalyseur d'amorçage de l'oxydation de l'oxyde de carbone, d'un métal dont le numéro atomique est au moins de 20 et maintienne des métaux des groupes IB, IIB et III à VIII du Tableau Périodique -
en particulier le platine, le palladium, le rhodium, le molybdène, le tungstène, le cuivre, le chrome, le nickel, le manganèse, le cobalt, le vanadium, le fer, le cérium, l'ytterbium et l'uranium à titre d'agents utiles d'amorçage de l'oxydation. De plus, le brevet US 3.C08.121 décrit la régénération d'un catalyseur de craquage en présence d'un catalyseur d'oxydation de l'oxyde de carbone, qui est retenu dans la zone de régénération.
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craquage contenant moins de IDOppm, calculé en tant que métal, par rapport au total du catalyseur, d'au moins un composant métallique choisi parmi
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VIII du Tableau Périodique, le rhénium, et leurs composés, qui présente des diminutions particulèrement spectaculaires de la teneur en oxyde de carbone dans les gaz de combustion provenant des catalyseurs de craquage catalytique. Ce brevet décrit également un catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire qu'on; prépare sous la forme sodium, par échange ionique avec des ions ammonium et ensuite que l'on imprègne avec des métaux des terres rares.
En outre, en ce qui concerne les émissions d'oxyde de soufre, bien qu'on ait mis au point des procédés divers de traitement des gaz de carneau, par exemple le lavage ou épuration, l'absorption chimique, la neutralisation et la réaction ou la transformation chimique, toutes ces techniques pour éliminer les oxydes de soufre exigent un abondant et coûteux équipement auxiliaire,
ce qui augmente ainsi les frais à la fois des capitaux et de fonctionnement. Une approche exposée dans le brevet US N[deg.] 3.699.037 envisage l'addition d'au moins une quantité stoechiométrique d'un composé de calcium ou de magnésium au cycle de craquage, en relation avec la quantité de dépôt de soufre sur le catalyseur. Cette matière ajoutée est destinée à réagir avec les oxydes de soufre
et ainsi, étant sous condition, finement subdivisée, sort du
cycle de craquage sous une forme de matière particulaire dans
le courant de gaz de combustion de la zone de régénération. L'addition en continu de cette matière augmente évidemment les frais de fonctionnement. De façon similaire, les brevets US 3.030.300 et
3.030.314 décrivent un procédé de craquage catalytique qui implique l'addition en continu à un cycle de processus de craquage à lit mobile d'un où de plusieurs composés du bore, des métaux alcalins et métaux alcalino-terreux pour fournir ainsi des particules de catalyseur dont la résistance est accrue vis à vis de la rupture par choc et abrasion superficielle et qui comprend une particule siliceuse de catalyseur présentant un coeur microporeux, catalytiquement actif qui est muni d'un enduit protecteur adhérent d'un vernis ou glaçage comprenant de la silice et un ou plusieurs composés du bore, des métaux alcalins et alcalino-terreux.
<EMI ID=7.1> duit des oxydes de soufre dans les gaz brûlés du régénérateur. Le procédé fonction avec un catalyseur qui comprend un tamis moléculaire dans une matrice de silice-alumine, et qui est imprégné d'un ou de plusieurs oxydes des métaux du Groupe IIA. Les brevets
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effectuer la transformation d'un courant de gaz résiduaire nocif contenant de l'oxyde de carbone et des oxydes de soufre, qui comprend la mise en contact du courant avec une masse composite catalytique d'une matière de véhicule poreux réfractaire, d'un composant métallique catalytiquement actif, par exemple un métal du groupe du platine et d'un composant alcalino-terreux choisi parmi le groupe constitué par le calcium, le baryum et le strontium.
Jusqu'à présent, personne n'a décrit le procédé selon la présente invention.
La présente invention concerne un procédé cyclique de
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émissions d'oxyde de carbone et des oxydes de soufre dans les gaz de carneau de la zone de régénération. Selon plusieurs formes de mises en oeuvre, la présente invention assure également une combustion pratiquement totale de l'oxyde de carbone dans la zone
de régénération et l'absorption de la chaleur dégagée au cours
de cette combustion par des particules solides qui circulent vers la zone réactionnelle et la zone de dépouillement avant de retourner dans la zone de régénération. Ces particules solides comprennent un catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire et un réactif métallique et peut aussi contenir un catalyseur de cra-
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des hydrocarbures à craquer, et un agent d'activition ou d'amorçage métallique. En variante, l'agent d'amorçage métallique peut être retenu au sein de la zone de régénération.
L'agent d'amorçage métallique et/ou.un réactif métalli= que peuvent être incorporés dans le catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire, le catalyseur de craquage amorphe et le solide pratiquement inerte et il peut circuler dans le cycle du processus de craquage. On peut parvenir à cette incorporation soit avant soit après que le support particulaire a été introduit dans le cycle du processus de craquage. On applique des conditions dans le cycle du processus de craquage telle qu'un composé stable contenant un métal et du soufre se forme dans les particules solides, dans la zone de régénération et qu'on soutire un gaz contenant du soufre à partir de la zone de dépouillement.
La présente invention est un perfectionnement au procédé de craquage catalytique cyclique en lit fluidisé, selon lequel la charge hydrocarbonée contenant des composés organiques du soufre est soumise au craquage dans une zone réactionnelle, en conditions fluidisées avec des particules solides homogènes ou non homogènes, régénérables, fluidisées qui comprennent un catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire, dans lequel le catalyseur de craquage est désactivé en même temps par des dépôts charbonneux contenant
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passer dans une zone de dépouillement dans laquelle on enlève du
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On sépare ensuite les particules solides fluidisées de l'effluent gazeux de la zone de dépouillement et on les fait passer dans une zone de régénération dans laquelle le catalyseur de craquage dés- activé, dépouillé est régénéré à une activité élevée, par combus- tion des dépôts charbonneux qui ne peuvent être éliminés, contenant du soufre, à partir du catalyseur de craquage désactivé, dépouillé, en contact avec un courant gazeux contenant de l'oxygène et avec un agent métallique d'activation de l'oxydation, ce qui forme ainsi de l'oxyde de carbone du gaz carbonique et des oxydes de soufre. On sépare les particules solides fluidisées contenant le catalyseur de craquage régénéré des gaz de carneau qui se dégagent de la zone de régénération et on les recycle vers la zone réactionnelle.
Le perfectionnement consiste à fournir des émissions plus faible d'oxyde de carbone et des oxydes de soufre dans les gaz de combustion de la zone de régénération, en utilisant des particules solides qui comprennent (1) un catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire, comportant une matrice de catalyseur de craquage contenant un aluminosilicate alcalin distribué au sein de la matrice et (2) un réactif métallique, qui réagit avec l'oxyde de soufre pour former un composé contenant un métal et du soufre dans ces particules solides; en faisant usage d'un gaz de dépouillement qui contient de la vapeur d'eau; par régénération du catalyseur de craquage désactivé, dépouillé en présence d'un agent métallique favorisant l'oxydation (pour l'oxydation de l'oxyde
de carbone et de l'oxyde de soufre), à températures de régénération dans une gamme dans laquelle le composé contenant un
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fournissant une quantité suffisante d'oxygène à la zone de régénération dans le courant de gaz de régénération contenant de l'oxygène, pour que les gaz de combustion contenant de l'oxygène moléculaire puissent être soutirés de la zone de régénération. De préférence, les particules solides comportent en plus l'agent d'amorçage métallique. Ainsi l'agent d'amorçage métallique peut être soit confiné dans la zone de régénération ou bien il circule dans les particules solides au sein du cycle du processus de craquage catalytique.
La matrice du catalyseur de craquage du type de catalyseur de craquage à tamis moléculaire est de préférence une com-binaison d'au moins deux matières choisies parmi le groupe constitué par la silice, l'alumine, le dioxyde de zirconium, le dioxyde de titane, la magnésie, l'oxyde de thorium et l'oxyde de bore, et de préférence la silice-alumine. Cette matrice de catalyseur de craquage contient de préférence entre environ 10 et environ 65,
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de craquage de type.à. tamis moléculaire constitue de préférence entre environ 10 et environ 99,999, mieux encore entre environ
30 et environ 99,995 et en particulier entre environ 90 et environ
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L'agent d'amorçage métallique est choisi parmi le groupe constitué par au moins un premier métal dont le numéro atomique est supérieur à 20 et de préférence choisi parmi le groupe consti. tué par les groupes IB, IIB et III à VIII du Tableau Périodique, et mieux encore, choisi parmi les 5e et 6e périodes du Groupe VIII du Tableau Périodique, le vanadium, l'argent et le rhénium, mieux encore parmi le groupe constitué par les 5e et 6e périodes du groupe VIII et le rhénium, et idéalement choisi parmi le groupe constitué par le platine et le palladium, leurs composés et leurs mélanges.
On choisit le réactif métallique parmi le groupe constitué au moins par un second métal, de préférence choisi parmi le groupe constitué par le sodium, le magnésium, le calcium, le strontium, le baryum, le scandium, le titane, le chrome, le molybdène, le manganèse, le fer, le cobalt, le nickel, l'antimoine, le cuivre, le zinc, le cadmium, le plomb et les métaux des terres rares mieux encore choisi parmi le groupe constitué par le sodium, le magnésium, le calcium, le strontium, le baryum, le scandium, le titane, le chrome, le molybdène, le manganèse, le cobalt, le nickel, le cuivre, le zinc, le cadmium, l'antimoine, le plomb et les métaux des terres rares, et mieux encore, parmi le groupe constitué par le sodium, le magnésium, le calcium, le strontium, la baryum, le chrome, le manganèse, le cuivre, le zinc, le cadmium et les métaux des terres rares,
et idéalement choisi parmi le groupe constitué par le sodium, le magnésium, le manganèse et
le cuivre, leurs composés et leurs mélanges. Le réactif métallique contient un second métal qui est différent du ou des premiers métaux dans l'agent d'amorçage métallique.
L'agent d'amorçage métallique et le réactif métallique sont présents en quantité moyenne suffisante pour assurer une diminution des émissions d'oxyde de carbone et d'oxydes de soufre dans les gaz de combustion de la zone de régénération. Lorsque le métal présent est un métal choisi parmi le groupe constitué par le ruthénium, le rhodium, le palladium, l'osmium, l'iridium, le platine, l'argent et le rhénium, il se trouve selon un taux moyen,
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par million des particules solides. En présence d'un métal choisi parmi le groupe constitué par le vanadium et le cuivre, il se trouve selon un taux moye, calculé en tant que métal, de préférence
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50 parties par million et environ 250 parties par million des particules solides. Lorsque le fer est présent, il se trouve selon
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solides. Lorsque le métal présent est. un métal choisi parmi le groupe constitué par le magnésium, le zinc, le calcium, le cadmium, le manganèse, le strontium, le baryum, le scendium et le cobalt, il se trouve selon un taux moyen, calculé en tant que métal, compris entre environ 25 parties par million et environ 7% en poids mieux
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ticules solides. En présence du chrome, de l'antimoine ou du plomb il se trouve selon un taux moyen, calculé en tant que métal, de préférence compris entre environ 10 parties par million et environ
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et environ 250 parties par million des particules solides. Lorsque le sodium est présent, il se trouve selon un taux moye, calculé en tant que sodium, de préférence compris entre environ 0,6 et environ 3% en poids, mieux encore compris entre environ 0,8 et
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est présent, il se trouve selon un taux moyen calculé en tant que titane, de préférence compris entre environ 10 parties par million
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en poids, mieux encore compris entre environ 2 et environ 6% en
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particules solides. Lorsque le nickel est présent, il se trouve selon un taux moyen, calculé en tant que nickel compris de préférence entre environ 10 parties par million et environ 10% en poids, mieux encore compris entre environ 50 parties par million et envi-
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Certains solides individuels dans les particues solides du procédé selon la présente invention peuvent contenir une quantité de l'un au moins de l'agent d'amorçage métallique et du réactif métallique, qui est supérieure à la quantité moyenne dans les particules solides, à la condition que certains de ces solides individuels soient en mélange avec d'autres solides individuels dans les particules solides contenant une plus faible quantité
de l'un au moins de l'agent d'amorçage métallique et du réactif métallique de telle sorte que les particules solides contiennent les taux moyens d'agent d'amorçage métallique et de réactif métallique précédemment indiqués.
Le catalyseur désactivé, dépouillé est régénéré aux températures de régénération dans la gamme pour laquelle il se forme un composé stable contenant le métal et du soufre dans les particules solides à partir du métal dans le réactif métallique et l'oxyde de soufre. Les températures de régénération sont de pré-
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de la charge hydrocarbonée aux températures réactionnelles dans
la gamme pour laquelle le composé contenant un métal et du soufre dans les particules solides, réagit pour former un sulfure du métal dans le réactif métallique. La température de craquage est de pré-
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dép8ts éliminables sont dépouillés du catalyseur de craquage désactivé avec un gaz contenant de la vapeur d'eau et à températures
<EMI ID=30.1> dans le réactif métallique réagit avec l'eau pour former du sulfure d'hydrogène gazeux. Les températures de dépouillement sont de
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pondérale entre la vapeur et le catalyseur de craquage de type à tamis moléculaire à fournir dans la zone de dépouillement est de préférence compris dans la gamme d'environ 0,0005 à environ 0,025 et mieux encore compris dans la gamme entre environ 0,0015 et en- viron 0,0125. Les gaz de combustion de la zone de régénération contiennent de préférence au moins 0,01% en volume et mieux encore
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à la diminution désirée des émissions de gaz nocifs.
Selon l'une des formes de mise en oeuvre de la présente invention, au moins l'un des agents d'amorçage métalliques et
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de type à tamis métallique. Dans ce cas, l'un au. moins de l'agent d'amorçage métallique et du réactif .métallique est incorporé soit dans l'aluminosilicate cristallin, soit dans la matrice du catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire. Selon une autre forme de mise en oeuvre de la présente invention, les particules solides comprennent en plus au moins une matière choisie parmi
le groupe constitué par dès solides qui sont pratiquement inertes vis à vis du craquage de la charge hydrocarbonée et un catalyseur
de craquage amorphe; et au moins l'un des agents d'amorçage métalliques et réactifs métalliques est incorporé dans cette matière. Selon une autre forme encore de mise en oeuvre de la présente invention, l'un au moins de l'agent d'amorçage métallique et du réactif métallique: est lui même un solide dans les particules solides.
L'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique,
ou les deux, peuvent être incorporés dans les particules solides
soit en dehors, soit au sein du cycle-du processus de craquage catalytique, qui comprend la zone réactionnelle de craquage, la
zone de dépouillement et la zone de régénération. Si on l'incorpore au cours du cycle du processus de craquage catalytique, l'un au ; moins de l'agent d'amorçage métallique et du réactif métallique
peut alors être introduit dans le cycle de processus de craquage catalytique en lit fluidisé, sous forme d'un composé soluble'ou dispersable dans l'huile ou dans l'eau, du ou des métaux dans
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!
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semblable composé est choisi parmi le groupe constitué par des dicétonates métalliques, des métaux carbonyles, des métallocènes,
des complexes métalliques d'oléfines ayant 2 à 20 atomes de car-
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liques ayant 1 à 20 atomes de carbone. Mieux encore, l'un de ces composés est l'acétyl-acétonate de platine.
La présente invention concerne un procédé perfectionné
de craquage catalytique fluide, comprenant un procédé perfectionné de régénération du catalyseur de craquage utilisé dans la transformation catalytique fluide et un procédé perfectionné pour diminuer les émissions d'oxyde de carbone et des oxydes de soufre dans le gaz effluent de la zone de régénération du catalyseur de craquage, impliquant la transformation des charges hydrocarbonées contenant du soufre dans.lesquelles le catalyseur de craquage est désactivé par dépôt de coke contenant du soufre à la surface du catalyseur de craquage.
On fait circuler les particules solides selon le procédé de la présente invention, qui comprennent un catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire, en association physique bien dispersée avec un autre, au sein du cycle du processus de craquage, qui comprend la zone de craquage, la zone de dépouillement et la zone de régénération. Les conditions appliquées permettent de réaliser une diminution de l'oxyde de carbone et des oxydes de soufre dans les gaz de carneau la zone de régénérateur.
Le catalyseur de craquage, l'agent d'amorçage métallique et le réactif métallique du procédé selon la présente invention, servent à des fonctions séparées et essentielles. La catalyseur
de craquage sert à catalyser la réaction de craquage, tandis que l'agent d'amorçage métallique et le composé métallique, sont pratiquement inertes vis à vis de la réaction de craquage et n'ont
que peu ou pas d'effet défavorable s'il y en a, sur l'opération
de transformation catalytique dans les conditions appliquées. En
ce qui concerne la combustion de l'oxyde de carbone, tous les métaux et leurs composés qui servent de façon appropriée en tant qu'agent d'amorçage métallique, catalysent l'oxydation de l'oxyde
de carbone en gaz carbonique dans la zone de régénération. En ce
qui concerne la diminution des oxydes de soufre dans le gaz de combustion de la zone de régénération, les particules solides adsorbent les oxydes de soufre dans la zone de régénération. Le catalyseur de craquage de type à tamis moléculaire lui-même sert souvent d'adsorbant pour les oxydes du soufre. L'agent d'amorçage métallique catalyse l'oxydation de l'oxyde de soufre ou un groupe oxyde de soufre dans un composé métallique, et le réactif métallique réagit avec les oxydes de soufre adsorbés pour former un composé contenant un métal et du soufre, en particulier un sulfate métallique, dans les particules solides.
A la condition que ce composé contenant un métal et du soufre soit stable dans les conditions opérationnelles dans la zone de régénération,!! peut être transporté à la surface des particules solides dans la zone de réaction et la zone de dépouillement où il est réduit et séparé sous forme
de gaz contenant du soufre, en particulier de sulfure d'hydrogène.
J
Il est bien entendu que l'activité relative à la diminu- tion de l'émission d'oxyde de carbone et des oxydes de soufre dans
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métallique. De façon similaire, de nombreux métaux spécifiques qui peuvent servir en tant que métal dans l'agent d'amorçage métallique et le réactif métallique ne fournissent pas nécessairement des résultats équivalents, comparés avec d'autres métaux spécifiques qu'on peut utiliser dans l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique, respectivement ou lorsqu'ils sont appliqués dans
des conditions variables.
Les particules solides du procédé selon l'invention,
sont finement divisées et ont par exemple une dimension granulométrique comprise entre environ 20 microns ou moins et environ
150 microns, de sorte qu'elles se trouvent sous une forme appropriée à la fluidisation. Des matrices de catalyseur de craquage appropriées comprennent celles contenant de la silice et/ou de l'alumine. D'autres oxydes de métaux réfractaires peuvent être utilisés, en n'étant limités que par leur aptitude à être effi-
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ment utiliser des mélanges d'alumines allongées d'argiles. Les catalyseurs préférés comprennent des combinaisons de silice et d'alumine, en mélange avec des "tamis moléculaires" également connus sous les termes de zéolites ou d'aluminosilicates cristallins. Des catalyseurs de craquage appropriés contiennent une quantité suffisante d'aluminosilicate cristallin pour augmenter matériellement l'activité de craquage du catalyseur, en n'étant limité que par leur aptitude à être efficacement régénérée dans les conditions choisies. Les aluminosilicates cristallins ont habituellement des proportions moléculaires entre la silice et l'alumine d'au moins environ 2:1, par exemple d'environ 2 à 12:1, de préférence d'environ 4 à environ 6:1.
Des catalyseurs de craquage à base de silice qui sont appropriés présentent une proportion principale de silice, par exemple entre environ 35 et environ 90% en poids de silice et entre environ 10 et environ 65% en poids d'alumine. On peut préparer ces catalyseurs par un procédé quelconque approprié, tel que broyage, co-gélification et analogues, en n'étant soumis qu'à la condition de fournir le catalyseur terminé sous une forme physique capable de fluidisation.
Des tamis moléculaires appropriés comprennent à la fois les matières présentes dans la nature et des aluminosilicates synthétiques, tels que la faujasite, la chabazite, des matières d'aluminosilicate de type X et de type Y et des matières "ultrastables" d'aluminosilicates cristallins à large pores. Lorsqu'il est en mélange par exemple avec la silice -alumine pour fournir
un catalyseur de craquage de pétrole, la teneur en tamis moléculaire des particules de catalyseur récemment préparé est comprise de façon appropriée entre environ 0,5 et environ 50% en poids, de
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silicates cristallins sont habituellement disponibles ou fabriqués sous la forme sodium; le composant sodium est ensuite abaissé à une teneur aussi faible que possible, généralement moins d'environ 0,30% en poids, par échange d'ions avec des ions hydrogène, des précurseurs de l'hydrogène, tels que des ions ammonium, ou des ions de métaux polyvalents, comprenant le calcium, le strontium, le baryum et les terres rares, tels que le cérium, le lanthane, le néodyme, et des terres rares présentes dans la nature et leurs mélanges. Les matières cristallines utilisables sont aptes à conserver leur structure de pores dans des conditions de température élevée de la fabrication du catalyseur, du traitement d'hydrocarbure et de régénération du catalyseur.
Les aluminosilicates cristallins ont souvent une structure de pore uniforme, de dimension excessivement faible, le diamètre en-coupe des pores étant d'une dimension comprise entre environ 6 et environ 20 Angstroms, de préférence entre environ 10 et environ 15 Angstroms.
Le craquage catalytique des fractions lourdes d'huiles minérales est l'une des opérations principales du raffinage appliquées lors de la transformation des huiles brutes en produits combustibles désirables tels que des essences à indice d'octane élevé utilisées dans les moteurs à combustion interne à allumage par étincelle.
Parmi les procédés illustratifs de la transformation catalytique "fluidisée" est le procédé de craquage catalytique à lit fluidisé dans lequel on met en contact des liquides ou vapeurs d'hydrocarbure à poids moléculaire élevé avec des particules de catalyseur solide chaud, finement divisé, soit en réacteur à lit fluidisé, soit en réaction allongé à colonne montante, et on entretient le mélange d'hydrocarbure et de catalyseur à une température élevée à l'état fluidisé ou dispersé pendant une durée suffisante pour effectuer le degré de craquage désiré en hydro-
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présent dans l'essence pour moteurs.et distillats combustibles.
Des charges d'hydrocarbure appropriées au procédé de
craquage bouillent généralement au dessus de la gamme d'ébullition
1
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sont craquées généralement à température comprise entre environ
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d'huile minérale bouillant au dessus de la gamme de l'essence tels que les gas-oils légers, les gas-oils lourds, gas-oils coupe large, gas-oils de distillation sous vide, kérosène, huiles décantées, fractions résiduelles, huiles brutes réduites, huiles de recyclage provenant de l'une quelconque des précédentes, tout aussi bien que des fractions appropriées provenant d'huiles du traitement de schistes, sables asphaltiques, des huiles synthétiques, de la liquéfaction du charbon et analogues. On peut-. utiliser ces fractions isolément ou en toute combinaison désirée quelconque.'
On peut appliquer le procédé selon la présente invention selon un schéma de craquage catalytique classique quelconque mais on le met avantageusement en oeuvre dans un système de craquage catalytique à lit fluidisé dans lequel au moins une portion importante de la transformation des hydrocarbures s'effectue dans un système de conduites de transfert de phase diluée ou de réacteur
à colonne montante, utilisant des catalyseurs très actifs appliqués avec des vitesses spatiales relativement grandes. De préférence,
le craquage se produit essentiellement exclusivement dans le réacteur à colonne montante et on n'utilise pas de lit de catalyseur dense ultérieur pour le craquage. Dans un cas caractéristique dans lequel le craquage par élévation est appliqué pour la transformation d'un gas-oil, la proportion du rendement, ou proportion en volume entre les charges totales et récentes, peut varier entre 1 et 3 environ. Le taux de transformation peut varier entre environ
40 et 10'0% en poids, et avantageusement on l'entretient au dessus
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désigne par "transformation", le pourcentage de diminution en poids d'hydrocarbures bouillant au dessus de 222[deg.]C environ, sous la pression atmosphérique, par formation de matières plus légères ou de coke. La proportion pondérale entre le total de catalyseur de craquage et l'huile dans le réacteur à colonne montante peut varier entre environ 2 et environ 20 de sorte que la dispersion fluidisée ait une densité comprise entre environ 16,0185 et 320,37 kg/m3. De façon désirable on tient la proportion entre le catalyseur et l'huile entre environ 3 et 20 environ, de préférence entre environ 3 et environ 7. La vitesse de fluidisation dans le réacteur à élévation peut être compris entre environ 304,8 et environ 3048 cm/sec.
Le réacteur à colonne montante a généralement une proportion entre la longueur et le diamètre moyen d'environ 25. Pour la production d'un produit de naphta caractéristique, on maintient la température de mélange au fond du réacteur, au sein du réaction à colonne montante avantageusement entre environ 538 et environ 595[deg.]C, pour la vaporisation de la charge d'huile et de sorte que la température
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craquage de combustibles résiduels et synthétiques, des températures nettement supérieures seraient nécessaires. Dans ces conditions comprenant la fourniture d'une séparation rapide du catalyseur épuise d'avec la vapeur d'huile effluente, on établit
une très brève période de contact entre le catalyseur et l'huile.
La durée du contact en réacteur à colonne montante est généralement comprise entre environ 1 et 15 secondes, de préférence environ 3 et environ 10 secondes. On préfère de brèves durées de contact parce que la majeure partie du craquage de l'hydrocarbure se pro- duit au cours de la première partie de la durée du contact et
qu'on évite des réactions secondaires indésirables. Ceci est spé- cialement important si l'on veut parvenir à un rendement et à une sélectivité plus élevés en produit, comprenant une moindre produc- tion de coke.
On peut parvenir à une brève durée du contact.entre les particules de catalyseur et des vapeurs d'huile par des moyens divers. Par exemple, on peut injecter le catalyseur en un ou plu- sieurs points le,long de la section inférieure ou au bas de la ' colonne montante. De façon similaire, la charge d'huile peut être injectée en tous les points de la longueur de la section basse du
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tion différent pour les courants de charge nouvelle et de recyclage:
La section basse du réacteur à colonne montante peut comprendre,
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à colonne montante de façon à assurer des durées de contact efficaces extrêmement brèves, conduisant à une transformation optimale des charges de pétrole. Lorsqu'on utilise un lit de catalyseur dense, on doit prévoir également l'injection des particules de catalyseur et/ou de charge d'huile directement dans la zone du
lit dense.
Bien que les conditions de transformation précédemment exposées soient dirigées vers la production d'essence, en tant que combustible pour moteurs à combustion interne à allumage par étincelle, le schéma de traitement peut être modifié de façon appropriée pour permettre la production maximale de produits hydro carbonés plus lourds, tels que des combustibles pour propulseurs à réaction, combustible Diesel huiles de chauffage et des produits chimiques, en particulier des oléfines et composés aromatiques.
Dans le procédé catalytique certains produits charbon-neux non volatils ou "coke" se déposent sur les particules de catalyseur. Le coke se compose d'hydrocarbures aromatiques très condensés qui contiennent généralement une quantité secondaire d'hydrogène, à savoir entre environ 4 et environ 10% en poids. Lorsque la charge hydrocarbonée contient des composés organiques
du soufre, le coke aussi contient du.soufre. A mesure que le coke s'accumule sur le catalyseur, l'activité du catalyseur pour le craquage et la sélectivité du catalyseur pour la production de mélanges d'essence diminuent. Les particules de catalyseur peuvent retrouver la majeure proportion de leurs qualités d'origine par élimination de la plupart du coke, dans un processus de régénéra-
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formation du pétrole est dépouillé préalablement à son entrée dans le régénérateur. Le récipient de dépouillement pour l'application dans une installation de craquage catalytique à lit fluidisé peut être maintenu de façon appropriée, essentiellement à la température de transformation du réacteur, dans la gamme d'environ 455 à environ
650[deg.]C et on l'entretient de façon désirable à une valeur supé-
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est la vapeur d'eau, bien que l'on puisse aussi utiliser de la vapeur d'eau contenant de l'azote ou un autre gaz inerte ou de combustion avec de la vapeur. Le gaz de dépouillement est introduit sous une pression qui est généralement d'au moins 0,7 environ, de préférence 2,45 kg/cm2 environ au manomètre appropriée pour effectuer l'élimination pratiquement totale des composés volatils
à partir du catalyseur de transformation épuisé.
On peut appliquer le procédé selon l'invention avec un schéma de régénération de catalyseur quelconque classique, mais avantageusement, on l'applique avec un système de régénération impliquant au moins un lit dense et au moins une zone de phase diluée. Les particules de catalyseur épuisé, soumis à un traitement d'extraction, peuvent pénétrer dans la section de lit dense
du récipient régénérateur par des conduites appropriées provenant
du récipient de dépouillement. L'entrée peut se faire par le
fond ou sur le côté, de façon désirable proche du sommet de la
zone fluidisée à lit dense. L'entrée peut aussi se faire par le sommet du régénérateur lorsque le catalyseur a d'abord été en contact avec un gaz de régénération pratiquement épuisé dans une zone de phase diluée restreinte.
La régénération du catalyseur s'effectue en brûlant
les dép8ts de coke à la surface du catalyseur avec un gaz conte- nant de l'oxygène tel que l'air. De nombreuses techniques de régé- nération sont pratiquées industriellement, avec lesquelles on parvient à un rétablissement de l'activité du catalyseur en ré-ponse au degré d'élimination du coke. A mesure que le coke est progressivement éliminé du catalyseur, l'élimination du coke résiduel devient plus difficile et, en pratique, on accepte un taux intermédiaire de l'activité du catalyseur rétablie comme étant un compromis économique.
La combustion des dépôts de coke provenant du catalyseur exige un grand volume d'oxygène ou d'air. Bien que la présente invention ne soit pas limitée aux considérations qui suivent, on pense que l'oxydation du coke peut se caractériser de façon simplifiée comme étant l'oxydation .du carbone et représentée par les équations chimiques suivantes :
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Les réactions (a) et (b) s'effectuent toutes deux dans les conditions caractéristiques de régénération du catalyseur,
dans lesquelles la gamme de température peut être de 566 à 788[deg.]C environ, et sont des exemples des inter-actions chimiques gazsolide lorsqu'on régénère le catalyseur aux températures comprises dans cette gamme. L'effet d'une augmentation quelconque de la température se reflète dans une augmentation du taux de combustion
du carbone et une élimination plus complète du carbone ou du coke, des particules du catalyseur. A mesure que le taux de combustion augmente, il s'accompagne d'un plus important dégagement de chaleur dans la mesure où il y a présence d'une quantité suffisante d'oxygène libre ou moléculaire, la réaction en phase gazeuse (c) peut se produire. Cette dernière réaction est amorcée et propagée par les radicaux libres et on peut la catalyser.
La combustion de dépôts de coke contenant du soufre provenant du catalyseur donne également lieu à la formation d'oxy- ; des de soufre et, la présente invention n'étant pas limitée par ce qui suit,cette combustion peut être représentée par les équations chimiques suivantes :
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Les réactions (d) et (e) peuvent également se produire dans les conditions caractéristiques de régénération du catalyseur de craquage. Tandis que la réaction (d) est rapide, la réaction (e) est relativement lente. On peut catalyser la réaction (e) à l'aide d'un catalyseur quelconque qui catalyse la réaction (c) précédente. Les tamis moléculaires adsorbent les oxydes de soufre et par conséquent, la réaction (e) peut avoir lieu sur le catalyseur de craquage dans les particules solides par le procédé selon la présente invention. D'autres composants des particules solides .peuvent aussi adsorber les oxydes de soufre. L'anhydride sulfurique résultant peut ensuite réagir avec un métal approprié, ou plus particulièrement un oxyde du métal dans le réactif métallique, pour former un sulfate métallique stable dans les particules solides.
Lorsqu'on sépare les particules solides des gaz de combustion de la zone de régénération, le sulfate métallique dans les particules solides circule dans la zone réactionnelle. Donc le soufre est rendu indisponible pour l'émission sous forme d'oxydes de soufre gazeux dans le gaz de combustion de la zone de régénération.
Le sulfate demeure sur les particules solides à mesure de leur passage vers la zone réactionnelle de craquage et, dans l'atmosphère réductrice qui y règne, se transforme en sulfure du métal dans le réactif métallique et peut-être aussi en sulfure d'hydrogène. Par dépouillement avec un gaz de dépouillement contenant de la vapeur d'eau, dans la zone de dépouillement, le soufre est transformé en sulfure d'hydrogène et sort dans le courant effluent de la zone de dépouillement. De la sorte, le réactif métallique est régénéré et rendu à nouveau disponible pour la réac-tion avec des oxydes de soufre lors du passage suivant dans la zone de régénération. On peut ensuite récupérer le sulfure d'hydrogène avec les produits de craquage provenant de la zone de dépouillement, on le sépare et on le transforme en soufre élémentaire dans des dispositifs classiques.
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on pense que ces réactions peuvent être ainsi résumées :
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où x représente la proportion entre l'état d'oxydation de l'ion oxyde et l'état d'oxydation du métal dans le réactif métallique
en combinaison avec l'oxygène.
Ces réactions sont rendues possibles par le catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire, de l'agent d'amorçage métallique et du réactif métallique du procédé selon l'invention. L'activité de craquage élevée normalement présente dans le catalyseur à tamis moléculaire n'est pratiquement pas modifiée par la présence soit de l'agent d'amorçage métallique soit du réactif métallique, de sorte qu'on parvient à la transformation prévue de la charge et au rendement en produits craqués, en même temps qu'à une diminution de l'émission d'oxyde de carbone et des oxydes de soufre.
L'agent d'amorçage métallique peut être un solide qui est confiné dans la zone de régénération. L'agent d'amorçage métallique et le réactif métallique, ou tous deux, peuvent être également sous forme finement divisée, telle qu'une poudre, séparés du catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire ou de tout.autre support quelconque. L'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique, ou tous deux, peuvent être une poudre que
l'on mélange avec le catalyseur de' craquage catalytique et qui circule dans le cycle du processus de craquage catalytique. En général un tel agent d'amorçage métallique ou un réactif métallique ou tous deux, sous forme pulvérulente est avantageux en ce qu'une poudre est facile à charger et à manipuler dans un système de craquage catalytique à lit fluidisé. La dimension granulométrique de la poudre doit être choisie de façon à éviter la séparation des particules aux vitesses de fluidisation.
De façon désirable, les particules dans une poudre de ce genre ne sont pas assez petites pour que surgisse un problème, tel qu'une émission excessive avec les gaz provenant du lit sous forme de matière particulaire entrainée; toutefois, on utilise habituellement des filtres, cyclones, précipitateurs et analogues, conjointement avec les opérations de craquage catalytique en lit fluidisé, pour récupérer la majeure partie des matières particulaires entraînées et les ramener dans le système, pour diminuer les pertes. La poudre doit être suffisamment robuste pour pouvoir éviter une usure excessive et dégradation par frottement de la poudre tamisée. Fréquemment, la dimension granulométrique moyenne de l'agent d'amorçage métallique et du réactif métallique pulvérulent, ou les deux, est com-
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rieure à 50 microns environ de diamètre. On a noté que des particules micro-dimensionnelles, c'est-à-dire dont la dimension granulométrique moyenne est inférieure à 1 micron environ, par exemple
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de plus grande dimension qui peuvent être utilisés avec profit dans le procédé de la présente invention. Des exemples illustratifs des agents d'amorçage métalliques et réactifs métalliques
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ferreux, l'oxyde de zinc, le dioxyde de manganèse, l'oxyde de cérium et composés analogues, la dolomite et "Trimex" (fabriqué
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En variante, l'agent d'amorçage métallique ou le réac- tif métallique, ou les deux, peuvent être incorporés dans un support approprié. L'agent d'amorçage métallique et le réactif métallique peuvent être incorporés dans le support simultanément
ou à des époques différentes et par des procédés identiques ou différents d'incorporation. Ce support peut être un catalyseur
de craquage amorphe ou un solide qui est pratiquement inerte vis à vis de la réaction de craquage et peut par exemple être de nature céramique. Dans un cas semblable, l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique supportés, ou tous deux, peuvent ensuite être mélangés avec le catalyseur de craquage de type à tamis moléculaire. De façon désirable, le support est poreux et fréquemment présente une surface spécifique, y compris la surface des pores à la surface d'au moins environ 10, et de préférence d'au moins 50 m2/g. Des exemples illustratifs de ces supports sont la silice, l'alumine, la silice-alumine et composés analogues.
En variant l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique, ou tous deux, peuvent être incorporés dans le catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire ou bien dans une portion de celui-ci, dans les particules solides selon le procédé de la présente invention. Auquel cas, l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique, ou tous deux, peuvent être introduits dans la matrice du catalyseur de craquage au cours de la fabrication du catalyseur, on bien être imprégnés sur la structure du cata- lyseur de craquage. Dans ce cas, il convient de prendre soin dans le choix du procédé d'incorporation, de façon à ce que l'activité
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l'échange d'ions soit achevé avant l'incorporation d'agent d'amorçage métallique et/ou du réactif métallique.
Dans l'un quelconque des cas précédents, on ne connait pas avec une absolue certitude la façon précise selon laquelle le ou les métaux de l'agent d'amorçage métallique ou du réactif métallique, ou les deux, sont incorporés dans le catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire, dans le catalyseur amorphe de craquage ou un support pratiquement inerte. Les métaux peuvent entrer en combinaison complexe avec la matière de support et autres composants des particules solides selon l'invention. Par conséquent, il est bien entendu que l'utilisation des expressions "agent d'amorçage métallique" et de "réactif métallique" et "incorporé dans" le support se rapportent aux métaux de ces composants existant sur la matière de support à état élémentaire et/ou sous forme combinée.
L'agent d'amorçage métallique et/ou le réactif métallique peuvent être incorporés dans le support par échange d'ion, par imprégnation ou par d'autres voies, par contact du support eu d'un de ses composants avec une ou des solutions d'un ou des composés du ou des métaux dans l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique, ou les deux, en quantité appropriée nécessaire pour assurer la concentration désirée d'agent d'amorçage métallique ou de réactif métallique, ou les deux, dans le cadre de la présente invention.
On peut combiner l'agent d'amorçage métallique et/ou le réactif métallique avec le support soit lors d'une étape quelconque de la préparation du support soit après que le support a été préparé. Un mode d'incorporation est l'échange d'ion avec le support. On préfère par exemple effectuer un échange d'ion d'aluminosilicate cristallin avec une ou des solutions d'un ou de composés du ou dès métaux dans l'agent d'amorçage métallique ou le
réactif métallique, ou les deux, et ensuite préparer une matière
<EMI ID=66.1> de craquage poreux. Un échange d'ions de solides siliceux ou d'argiles avec une ou des solutions d'un ou de composés du ou de métaux dans l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique, ou les deux, est également utile. Des composés appropriés dans ce
but comprennent les halogénures métalliques, de préférence les chlorures, des nitrates, des halogénures d'aminé, des oxydes, des sulfates, des phosphates et d'autres sels inorganiques hydrosolu-
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bone et des alcoolates. Des exemples spécifiques comprennent le chlorure de palladium, l'acide chloroplatinique, le chlorure de
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le chlorure de dioxo-bis(éthylène diamine)-rhénium (V), le chlorure de rhodium et analogues.
Un autre procédé de préparation d'agent d'amorçage métallique ou de réactif métallique, ou les deux, utilisable selon la présente invention est l'imprégnation d'un support approprié avec un ou des composés du ou de métaux dispersables ou solubles dans l'eau ou dans un solvant organique, dans l'agent d'amorçage métallique et/ou le réactif métallique. On peut effectuer l'imprégnation d'une façon quelconque qui ne détruit pas la structure du support. On peut imprégner l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique ou les deux, sur un support inerte vis à vis du craquage d'hydrocarbure, le catalyseur de craquage du type à . tamis moléculaire ou un catalyseur de craquage amorphe. L'imprégnation est différente d'un échange de cation.
L'imprégnation donne lieu au dépôt plus important et à une association principalement physique à la surface du support, tandis que l'échange d'ion donne lieu à une association principalement
- chimique et à une plus grande diffusion et par conséquent à un dépôt superficiel moindre. Dans l'imprégnation, le métal est déposé et il ne se produit pas d'échange d'ion important entre le métal et le support. Dans l'imprégnation d'un support le ou les métaux dans l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique ou les deux, peuvent, être présents dans ou sous forme d'un ou de composés solubles ou dispersables dans l'eau ou dans un solvant organique, et une ou des quantités suffisantes pour contenir la quantité du ou des métaux désirés sur le support, et on met le support en contact avec eux.
On peut sécher la matière composite pour éliminer le solvant, laissant l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique ou les deux en dépôt sur le support.
De préférence, on utilise des sels hydrosolubles de type nitrates dans la solution d'imprégnation, du fait que le résidu provenant de la décomposition thermique des nitrates est relativement inoffensif pour l'activité du catalyseur de craquage
d'hydrocarbures. On peut également utiliser des sels de type
halogénés ou sulfates du métal à imprégner cependant, du fait
que des halogènes ou des sulfures peuvent se dégager au cours
de la dégradation thermique du sel et peuvent être nocifs pour Inactivité du catalyseur de craquage d'hydrocarbures, on utilise le plus souvent ces sels lorsqu'on dépose l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique ou les deux sur des supports qui sont pratiquement inertes dans la réaction de craquage qui ne modifie pas défavorablement de façon importante la réaction de craquage catalytique.
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métallique ou de réactif métallique ou les deux sur un support,
en particulier des supports poreux tels que des aluminosilicates cristallins, est l'adsorption d'un ou de composés liquides du ou de métaux décomposables, dans l'agent d'amorçage métallique ou le réactif métallique ou les deux, sur le support suivi par une décomposition chimique pu thermique du ou des composés. On peut activer le support par chauffage pour éliminer l'eau adsorbée éventuelle et ensuite contact avec un ou des composés liquides décomposables du ou de métaux, dans l'agent d'amorçage métallique
ou le réactif métallique ou les deux, avec adsorption du ou des composés sur le support. Des exemples caractéristiques de ces composés sont des métaux carbonyle, des métaux alcoyle, des halogénures métalliques volatils et analogues. On peut ensuite réduire thermiquement ou chimiquement le ou les composés adsorbés à l'état actif, abandonnant ainsi uniformément dispersé sur le support un agent d'amorçage ou un réactif métallique actif, ou les deux. On peut effectuer la réduction thermique par exemple dans le récipient de régénération au cours du processus de régénération.
On peut effectuer l'imprégnation comme l'adsorption
avec un support avant l'introduction dans le cycle du processus de craquage. Cependant il est aussi avantageux d'introduire un ou des composés du ou des métaux dans un agent d'amorçage métallique ou
un réactif métallique ou les deux, dans le cycle du processus de craquage et de les incorporer in situ dans le support. On peut introduire ce ou ces composés sous forme dispersable ou soluble
dans l'huile ou l'eau, et à l'état solide, liquide ou gazeux, à
un stade quelconque du cycle du processus de craquage de sorte
qu'on parvient à une large distribution dans les particules
solides. Par exemple on peut mélanger ce ou ces composés soit
avec la charge ou le gaz fluidisant dans la zone réactionnelle,
avec le gaz de régénération, l'huile de torche ou l'eau dans la
zone de régénération, ou avec le gaz de dépouillement dans la zone de dépouillement ou bien on peut l'introduire en courant séparé.
Des composés appropriés.pour l'incorporation in situ comprennent
des sels métalliques, des composés organo-métalliques, des dicé- tonates métalliques, des carbonyles, des métallocènes, des complexes d'oléfines de 2 à 20 atomes de carbone, des complexes d'acétylène
ou des complexes d'alcoyl- ou d'aryl-phosphines et des carboxylates de 1 à 20 atomes de carbone. Des exemples spécifiques de ceux-ci sont l'acétyl-acétonate de platine, le tris(acétylacétonato)-rhodium(III), le tri-iodoiridium(III)-tricarbonyle, le cyclopentadiényl-rhénium-(I)-tricarbonyle, le ruthénocène, le dimère de cyclopentadiényl-sodium(I)-dicarbonyle, le dimère de dichloro (éthylène)-palladium(II), le cyclopentadiényl-(éthylène)-rhodium(I), le diphényl-acétylène-bis(triphénylphosphino)-platine-(O), le bromo-éthyl-bis(triéthylphosphino)-palladium(II), le tétrakis-
(triphénylphosphine)-palladium(O), le chlorocarbonyl-bis-(tri- phénylphosphine)-iridium (I), l'acétate de palladium, le naphténate de palladium et le zinc-diméthyle et le zinc-diéthyle.
On parvient plus facilement aux caractéristiques clefs
de l'activité et de la stabilité par introduction d'au moins un agent d'amorçage métallique et le réactif métallique pour produire des dégagements réduits d'oxyde de carbone et des oxydes de soufre dans le cycle du processus de craquage, et l'incorporation dans
les particules solides in situ, plutôt que la mise en composition avec le catalyseur. de craquage au cours de la fabrication du catalyseur de craquage. On a trouvé que l'introduction d'au moins
un agent d'amorçage métallique et réactif métallique dans le
cycle du processus de craquage et son incorporation in situ par opposition à la mise en composition avec le catalyseur de craquage
au cours de la préparation du catalyseur de craquage donne lieu
à une diminution plus importante de l'émission d'oxyde de carbone
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régénération. L'incorporation d'au moins un agent d'amorçage métallique et réactif métallique au cours du cycle de craquage aussi est avantageux car elle permet de maintenir un degré de contrôle plus grand sur tout effet nocif potentiel de cet agent d'amorçage métallique et/ou du réactif métallique sur la réaction de craquage du fait que le taux et/ou la quantité de cet agent d'amorçage métallique et/ou du réactif métallique introduits dans le cycle de craquage peuvent varier. De même cet agent d'amorçage métallique et/ou ce réactif métallique, préalablement mise en composition avec le catalyseur de craquage avant l'introduction du catalyseur dans le cycle du processus de craquage peuvent être perdus sous
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de craquage. L'addition de l'agent d'amorçage métallique et/ou du réactif métallique au cycle de craquage et son incorporation dans les particules solides in situ permet de maintenir la quantité désirée d'agent d'amorçage et/ou de réactif métallique à la sur- face ou sur les portions accessibles des particules solides.
Un autre procédé implique l'incorporation d'agent d'amor- çage ou de réactif métallique, ou les deux, avec un précurseur du support, par exemple un gel de silice ou un gel de silice -alumine avant le séchage par pulvérisation ou autre procédé de façonnage physique, et on sèche le précurseur pour préparer le support. On peut calciner le corps de support résultant, pour former la matière active. En variante, on peut effectuer un traitement thermique dans le cycle de craquage.
Selon une forme préférée de mise en oeuvre de la présente invention, le réactif métallique est principalement en association physique avec le catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire et on le choisit parmi le groupe constitué par le
sodium et des métaux des terres rares, leurs composés et leurs mélanges. En appliquant cette forme de mise en oeuvre, on peut combiner le ou les métaux du réactif métallique avec le catalyseur
de craquage du type à tamis moléculaire, par un procédé quelconque qui ne donne pas lieu à une incorporation chimique importante de ; ce ou ces métaux dans la portion d'aluminosilicate cristallin du catalyseur de craquage. En conséquence, selon cette forme de mise
en oeuvre, on ne peut incorporer le réactif métallique dans le catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire par échange
d'ion. A l'exception de l'échange d'ion sur le catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire cependant, les techniques précédemment indiquées pour l'incorporation du réactif métallique
dans le support conviennent généralement pour l'application dans
la mise en oeuvre de cette forme de réalisation.
Un avantage principal provenant du procédé selon l'invention est la teneur inhabituellement faible en oxyde de carbone dans le courant de gaz effluent du régénérateur, à laquelle on
peut parvenir. Alors que le gaz de combustion provenant de la régénération classique des catalyseurs de craquage contient habituellement entre environ 6 et 10 d'oxyde de carbone, une quantité similaire de gaz carbonique et très peu d'oxygène, la teneur en
oxyde de carbone du gaz de combustion provenant de ce procédé
nouveau de régénération peut être maintenue à moins de 0,2 volume
% environ, par exemple entre environ 500 et 1000 parties par
million en volume (ppmv). Avantageusement, la teneur est même
encore inférieure, par exemple entre 0 et environ 500 ppmv. Cette faible concentration en oxyde de carbone dans le courant de gaz
de combustion permet la décharge directe des gaz effluents dans l'atmosphère, tout en satisfaisant aux normes de la qualité de l'air ambiant. S'il est nécessaire, on peut brûler de façon ap-
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; de la présente invention permet en plus l'élémination des frais
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d'énergie produite par l'oxydation ultérieure de l'oxyde de car- bone, tout en satisfaisant aux normes existantes pour la qualité de l'air ambiant pour des émissions d'oxyde de carbone.
Le procédé selon la présente invention assure des avantages supplémentaires. Ces avantages concernent le problème de l'équilibre thermique et de la "post-combustion" ou combustion de l'oxyde de carbone et de particules de coke entraînées dans la phase diluée d'un brûleur de coke ou d'un régénérateur de catalyseur. Un problème principal, souvent rencontré et qu'on cherche
à éviter en pratique, particulièrement dans la régénération de catalyseur en lit fluidisé, est le phénomène désigné par "postcombustion", tel que décrit par exemple par Hengstebeck "Petroleum Processing", McGraw-Hill Book C[deg.], 1959, aux pages
160 et 165 et discuté dans "Oil and Gas Journal", Volume 53
(N[deg.] 3), 1955 aux pages 93 et 94. Ce terme décrit une combustion ultérieure de l'oxyde de carbone en gaz carbonique, telle que représentée par la réaction (c) précédente, et qui est fortement exothermique. L'après-combustion a été strictement évitée dans les procédés de régénération de catalyseur parce qu'elle pouvait conduire à des températures très élevées susceptibles d'endommager l'équipement et provoquer une desactivation permanente des particules de catalyseur de craquage. On a constaté une après-combustion lors de nombreuses opérations de régénérateur de catalyseur en lit fluidisé, et une portion très importante de cette technique s'est développée autour des divers moyens pour régulariser les techniques de régénération, de façon à éviter cette après-conbustion.
Plus récemment, on a cherché à élever la température du.régénérateur pour des raisons diverses; des dispositions compliquées ont aussi été développées pour contrôler les températures du régénérateur au point du commencement de l'après-combustion par des moyens appropriés pour contrôler l'alimentation en oxygène du récipient du régénérateur tel qu'exposé par exemple dans les brevets US N[deg.] 3.161.583 et 3.206.393 ainsi que dans le
brevet US N[deg.] 3.513.087. En conséquence, suivant le pratique actuelle caractéristique, en évitant la post-combustion, le gaz de combustion provenant des régénérateurs de catalyseur contient habituellement très peu d'oxygène et une quantité importante
d'oxyde de carbone et de gaz carbonique en quantités pratique-
ment équimolaires.
Une combustion ultérieure de l'oxyde de carbone en gaz carbonique est une source réduisante d'énergie thermique parce que la réaction (c) est fortement exothermique. L'après-combustion peut se produire à température supérieure à environ 593[deg.]C et libère approximativement 2416,69 calories-grammes/gramme d'oxyde
de carbone oxydé. Ceci représente de façon caractéristique environ le quart du dégagement de chaleur qu'on peut obtenir par la com- bustion du coke. On peut effectuer la combustion de l'oxyde de carbone de façon contrôlée dans une zone séparée ou bouilleur
d'oxyde de carbone, après séparation du gaz effluent du cataly-
seur, tel que décrit par exemple dans le brevet US N[deg.] 2.753.925, l'énergie thermique dégagée étant utilisée dans diverses opéra-
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charge de pétrole). Ces procédés de récupération thermique exigent un équipement séparé et compliqué, mais ils servent à rendre mini- male la décharge d'oxyde de carbone dans l'atmosphère en tant que composant des gaz effluents et par conséquent servent à éviter
un risque potentiellement sérieux de pollution.
En outre) les catalyseurs de silice-alumine classiquement utilisés depuis bien des années dans des procédés divers pour le craquage des hydrocarbures de pétrole:, ne sont pas particulièrement ;
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poids. Cependant, des catalyseurs de silice-alumine ont été large-
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posant incorporé aluminosilicate cristallin et connus en tant que zéolites ou tamis moléculaires. Les catalyseurs contenant un tamis moléculaire sont bien plus sensible au taux de coke résiduel étant fortement influencés à la fois en ce qui concerne l'activité du catalyseur et la sélectivité de catalyseur pour la transformation de charge en produit(s) désiré(s). En raison des difficultés rencontrées dans les techniques classiques de régénération de catalyseur pour l'élimination des dernières portions de carbone résiduel, le taux pratique de coke habituellement correspond à la teneur résiduelle en coke sur le catalyseur régénéré, entre environ
0,2 et environ 0,3% en poids.
Du fait qu'on peut parvenir à une activité et une sélectivité améliorées avec des catalyseurs de craquage du type à tamis moléculaire aux faibles taux de coke, une stimulation attirante est offerte pour découvrir un moyen d'abaisser les taux de coke résiduel encore plus. Des taux de coke inférieurs à environ
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y parvenir par des moyens industriellement praticables. Des considérations telles que de plus grands récipients de régénération, un plus large inventaire de catalyseur, des pertes thermiques plus grandes et analogues, servent toutes à décourager la réalisation d'un tel équilibre idéal des taux d'activité du catalyseur.
Des formes préférées de mise en oeuvre du procédé selon l'invention impliquent une o p ération en conjonction avec le schéma
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' cité en totalité à titre de référence, concerne un procédé perfectionné de craquage catalytique, comprenant un procédé perfec-
<EMI ID=86.1> catalytique à lit fluidisé de charges hydrocarbonées, au cours de laquelle, le catalyseur est désactivé par dépôt de coke sur les surfaces du catalyseur. Le procédé permet de conserver à un taux extrêmement faible le coke sur le catalyseur régénéré, tout en entretenant simultanément un équilibre thermique favorable dans
- l'installation de transformation et fournissant un courant de gaz de combustion à teneur extrêmement faible en oxyde de carbone. La chaleur provenant de la combustion de l'oxyde de carbone est ab- sorbée par le catalyseur régénéré et fournit une partie de la chaleur du processus requise dans la zone de transformation de
1 l'hydrocarbure. Selon l'une des formes de mise en oeuvre du procédé de ce brevet, la combustion de l'oxyde de carbone en gaz carbonique s'effectue pratiquement jusqu'à épuisement au sein du récipient
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catalyseur partiellement régénéré provenant de la zone de régéné- ration primaire de catalyseur relativement dense peut s'écouler à travers la zone secondaire de façon contrôlée en quantité et en
taux suffisants pour absorber pratiquement toute la chaleur dé-
gagée par la combustion se produisant dans la zone secondaire.
Bien que la majeure partie du coke soit brûlée dans la zone primaire, une quantité supplémentaire de coke provenant du catalyseur partiellement régénéré est brûlée alors qu'il est présent dans la zone secondaire, et l'on peut récupérer le catalyseur pratique-
ment débarrassé du coke pour le recyclage au niveau de conversion
de l'hydrocarbure.
Selon une seconde forme de mise en oeuvre du procédé
<EMI ID=88.1> tion, y compris des deux oydations du coke ou du carbone sur le catalyseur et l'oxydation de l'oxyde de carbone, se produit dans une unique zone de régénération en phase relativement dense en réponse à une régulation appropriée principalement de la température de régénération et de la vitesse de gaz.
De façon similaire, lorsque le procédé selon la présente invention fonctionne selon les formes de mise en oeuvre impliquant
<EMI ID=89.1>
partie de chaleur libérée lors de la combustion de l'oxyde de carbone dans la zone de régénération est absorbée par les particules solides de cette invention qui comprennent le catalyseur de craquage et fournit une partie de la chaleur requise dans la zone
de craquage. De façon avantageuse dans ces formes de mise en
oeuvre, le procédé selon la présente invention permet la combustion d'une quantité considérable de coke et d'oxyde de carbone dans
la zone à phase dense, s'il y en a une, où se trouve présente une quantité nettement plus importante de particules solides, comparativement à la zone de phase diluée, s'il y en a une, pour en disperser la chaleur dégagée. Comme la portion de combustion qui se produit dans la zone de phase dense augmente, l'évolution de chaleur dans la zone de phase diluée est nettement diminuée, donc, la ' nécessité d'assurer une rotation rapide des particules solides
dans la zone diluée pour absorber la chaleur dégagée est amoindrie ou éliminée.
Dans ces formes de mise en oeuvre, le procédé englobe l'utilisation des particules solides selon la présente invention
qui comprennent un catalyseur de craquage du type à tamis moléculai-
<EMI ID=90.1>
réactif métallique du présent procédé, dans un système qui entre- tient la combustion pratiquement complète de l'oxyde de carbone. Les faibles taux de coke sur le catalyseur sont inférieurs à en--- <EMI ID=91.1>
procédé peut conduire au résultat que le gaz de combustion a
des taux d'oxyde de carbone inférieurs à environ 0,2% en volume par exemple environ 500 à 1000 parties par million et aussi faibles qu'environ 0 à 500 parties par million environ. Le procédé comporte également la récupération de la chaleur dégagée par transfert directement aux particules solides au sein du récipient de régénération.
Dans ces formes de mise en oeuvre, le gaz fluidisant dans la zone dense du régénérateur peuvent avoir une vitesse par exemple comprise entre environ 6,1 et 121,92 cm/seconde, de façon
<EMI ID=92.1>
tion servant à fluidiser le lit dense contient de l'oxygène libre ou moléculaire, et l'on charge l'oxygène dans le générateur en quantité quelque peu en excès par rapport à celle qui est requise pour la combustion totale du coke (carbone et hydrogène) en gaz carbonique et en vapeur d'eau. La quantité en excès d'oxygène par rapport à celle requise pour la combustion complète du coke peut
<EMI ID=93.1>
quantité stoechiométrique théorique en oxygène exigée pour la combustion totale du coke, mais avantageusement il n'est pas besoin qu'elle soit supérieure à 10 % environ. Par exemple, lorsqu'on utilise l'air en tant que gaz de régénération, un excès d'air de
10% fournit seulement environ 2 volumes % d'oxygène dans le courant de gaz épuisé effluent. Avantageusement la concentration en oxygène libre ou moléculaire et en oxyde de carbone en un point quelconque au sein du régénérateur est tenue en dehors de la gamme explosive dans ces conditions, de préférence, la concentration en oxyde de carbone est en dessous de la gamme explosive dans ces conditions, pour éliminer un risque quelconque de détonation.
Le gaz de régénération, en plus de l'oxygène moléculaire ou libre, peut contenir des gaz ou diluants inertes tels que 1" azote la vapeur d'eau, etc. Fréquemment la concentration en oxygène dans le gaz de régénération à l'entrée dans le régénérateur est comprise entre environ 2 et 30% en volume, de préférence environ 5 à 20% en volume. Du fait que l'air est classiquement utilisé en tant que source d'oxygène, une proportion principale du gaz inerte peut être l'azote. Le gaz inerte peut servir à dissiper la chaleur excessive provenant de la combustion du coke sur le catalyseur.
Une source de gaz inerte chaud est l'effluent provenant du régénéra- teur et une portion de ce gaz peut être recyclée vers le régénéra- teur et, par exemple, combinée avec une arrivée d'air suffisante ou tout autre gaz contenant de l'oxygène, y compris de l'oxygène pratiquement pur, pour assurer la teneur désirée en oxygène. Donc, on peut utiliser le gaz de recyclage en échange thermique direct pour augmenter la température du gaz de régénération pour fournir encore d'autres économies thermiques dans le système.
Des particules solides au sein de la phase diluée peuvent être partiellement transportées dans la zone de séparation, habituellement comportant des séparateurs à cyclones en une pluralité d'étages, d'où les particules solides peuvent être ramenées directement par des tiges creuses plongeantes dans la zone de lit dense, et on recueille les gaz épuisés de régénération et de combustion dans un plein (plenum) et on les décharge finalement pour récupérer de façon appropriée l'énergie thermique qu'ils contiennent.
Des procédés de récupération de chaleur à partir des gaz effluents comprennent la régénération à la vapeur, le dépouille- ment du catalyseur épuisé, l'échange thermique indirect avec .divers courants de raffinage, tel qu'une charge vers le procédé de transformation particulier et l'utilisation dans divers dispositifs de séchage ou d'évaporation. Avec la planche de dessins annexée, les figures 1 et 2 fournissent des vues en élévation, partiellement en coupe, des formes de réalisation de l'appareil approprié à la régénération de catalyseur selon les formes de mise en oeuvre du procédé de la présente invention impliquant le schéma de régénération du brevet
<EMI ID=94.1>
être appliquées avec avantages dans b en des installations existantes de craquage des hydrocarbures de pétrole, en particulier
des installations de craquage catalytique fluidisées présentant
une variété de dispositions spatiales des sections de craquage,
de dépouillement et de régénération.
La figure 1 illustre l'une de ces formes de mise en oeuvre de la présente invention utilisant une arrivée par le fond du catalyseur épuisé, dépouillé, passant du réacteur de craquage
(non représenté) vers le régénérateur. Les particules solides du catalyseur épuisé imprégnées de l'agent d'amorçage métallique et d'un réactif métallique provenant de la zone de dépouillement associée à la sortie du catalyseur provenant du réacteur, pénètrent par le fond du récipient de régénération 1. Les particules solides s'écoulent vers le haut par des conduites d'arrivée 2 et 3 et se
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On entretient le lit de phase dense dans la section basse 6 du
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face de phase 7. Des particules solides dans le lit de phase dense ' sont fluidisées par l'écoulement de l'air de combustion à travers
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d'air 11. On peut parvenir à des schémas d'écoulement d'air pra- tiquement équilibrés dans la zone de régénération, par utilisa-
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des températures supérieures en brûlant temporairement de l'huile de torche, par exemple une huile décantée, dans le lit. On peut ajouter l'huile de torche par passage par une conduite 12, une soupape 13 et une conduite 14 qui se -termine en une buse située
au dessus de l'anneau d'air 11. Les vitesses d'air fluidisant t�ansportent continuellement une certaine quantité de particules solides vers le haut dans la zone en phase diluée qui occupe la portion
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au-dessus de l'interface de phase 7. La combustion du coke se poursuit dans la zone de phase diluée et l'on retire le gaz de combustion largement épuisé avec les particules solides entraînées dans le premier étage de séparateurs à cyclone 20 et 21. On sépare la majeure partie des particules solides dans le premier étage de cyclones et on les décharge vers le bas par des tiges creuses plongeantes 22 et 23 dans la zone à phase dense. Les gaz et particules solides restantes passent par des conduites 24 et 25 entre les étages de cyclones vers le second étage de séparateurs à cy-
<EMI ID=102.1>
duelles sont séparées et passent vers le bas par des tiges plongeantes 28 et 29 dans le lit à phase dense. Pratiquement la totalité du gaz de combustion épuisé passe par des conduites 20 et 31 dans une chambre 32 et finalement il est déchargé du récipient régénérateur par une conduite 33. On peut soumettre cet effluent de façon appropriée à un échange thermique, non représenté, avec un courant de raffinage ou pour la production de vapeur du procédé. On retire les particules solides du catalyseur régénéré provenant du lit dense par des conduites 34 et 35 munies de têtes collectrices 36 et 37 pour le retour vers le réacteur
de craquage.
Bien que l'apport d'air pour ..la combustion assure un excès d'oxygène par rapport à la quantité requise pour effectuer la combustion totale du coke sur les particules de catalyseur en vapeur d'eau et en gaz carbonique, la combustion du coke peut n'être pas complète dans le lit en phase dense selon l'une des formes de mise en oeuvre de la présente invention qui applique le schéma de régénération du brevet US N[deg.] 3.909.392. Dans cette situation, les gaz de combustion qui s'élèvent de la zone.à lit dense contiennent donc une quantité importante d'oxyde de carbone aussi bien que du gaz carbonique et de l'oxygène. Le coke restant sur le catalyseur et l'oxyde de carbone sont pratiquement brûlés totalement dans la zone de phase diluée avec dégagement d'une quantité supplémentaire de chaleur.
Lorsque l'oxyde de carbone brûle dans la phase diluée, une zone de température élevée est habituellement présente au sein de la majeure partie de la zone
à phase diluée et particulièrement à proximité du point indiqué par X et qui peut être facilement examinée,par une fenêtre, non représentée, en ce plan horizontal. La régulation de la température de régénération au sein de la zone à phase diluée s'effectue en partie par absorption de la chaleur par la masse des particules solides, soit transportées vers le haut par la montée du cou-
<EMI ID=103.1>
d'échappement 40 provenant du lit dense, et une tête distributrice
41 où une pluie ou une fontaine de particules solides se disperse dans la zone à phase diluée. On peut diriger les particules solides à l'aide d'air, de vapeur d'eau ou d'un autre gaz inerte entrant par une conduite 42, une soupape 43 et un tube d'injec-
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rieure du tube d'échappement 40. On peut en outre régulariser une température excessive dans la section du sommet du régénérateur
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<EMI ID=106.1> bre- par la vapeur amenée par une conduite 50, une soupape 51 et
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presseur 32. Un refroidissement supplémentaire, si on le désire, peut être assuré par utilisation d'une pulvérisation d'eau, non représentée, qu'on peut avantageusement diriger dans la région
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basses températures favorisent la formation de composés stables contenant un métal et du-soufre dans la zone de régénération.
La figure 2 illustre une autre forme de mise en oeuvre de la présente invention, utilisant le schéma de régénération du brevet US N[deg.] 3.909.392 avec une entrée latérale des particules solides de catalyseur épuisé, dépouillé et l'agent d'amorçage métallique et le réactif métallique, provenant du réacteur de craquage vers le régénérateur. Les particules solides de catalyseur épuisé imprégnées de l'agent d'amorçage métallique et du réactif métallique pénètrent dans le récipient de régénération 101, s'écoulent <EMI ID=109.1>
<EMI ID=110.1>
phase dense, entretenu dans une section de fond 106 à courte distance en dessous de l'interface de phase 107. La fluidisation des particules solides s'effectue par l'air pour la combustion traversant une conduite 108, une soupape 109 et une conduite 110 vers un an- neau d'air 111. Des anneaux d'air supplémentaires, non représentés, peuvent être utilisés, si on le désire, pour équilibrer encore les ' schémas d'écoulement d'air dans les zones de régénération. Ainsi qu'il est décrit à la figure 1, la combustion du coke sur les particules de catalyseur épuisé est amorcée dans la zone à phase dense ou l'on peut atteindre des températures aussi élevées que désirées, par combustion temporaire d'un courant d'huile de torche dans la zone. On peut ajouter cette huile de torche par une con-
<EMI ID=111.1> une buse.
La vitesse de l'air de fluidisation peut être régularisée pour entraîner continuellement vers le haut les particules solides, dans le but d'absorber la chaleur dans la zone de phase diluée
qui occupe la section supérieure 115 du récipient de régénérateur, c'est-à-dire la section qui est au-dessus de l'interface de phase
107. La combustion du coke ainsi que celle de l'oxyde .de carbone peut se poursuivre dans la zone de phase diluée et le gaz de combustion, largement épuisé ainsi que la portion entraînée des particules solides, est soutiré dans des séparateurs à cyclone du premier étage 120 et 121. On sépare dans ces cyclones du premier étage la majeure partie de ces particules solides et on les décharge vers le bas par des tiges creuses plongeantes 122 et 123 dans la zone à phase dense.
Les gaz et les particules solides restantes passent ensuite par des conduites 124 et 125 entre les étages de cyclones vers des séparateurs à cyclone 126 et 127 du deuxième étage ou. pratiquement toutes des particules solides restantes sont séparées et passent vers le bas par des tiges creuses plongeantes
128 et 129 dans le lit à phase dense. Le gaz de combustion pratiquement épuisé' passe ensuite par des conduites 130 et 131 dans
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générateur par une conduite 133. On retire les particules solides
du catalyseur régénéré provenant du lit dense, en passant par
des conduites 134 et 135 munies de têtes collectrices 136 et 137 ' pour le retour vers le réacteur. de craquage ' catalytique.
Ainsi qu'il est décrit pour la forme de mise en oeuvre
de la figure 1, l'oxyde de carbone brûle dans la phase diluée,
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<EMI ID=114.1>
indiqué par X. La régulation de la température de régénération dans la zone diluée s'effectue en grande partie par absorption de la chaleur par la masse des particules solides entraînées vers le haut par la montée du courant des gaz de combustion. Les températures au voisinage du surpresseur, du cyclone et des conduites de liaison peuvent être abaissées si on le désire avec de la vapeur amenée
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anneau de vapeur 153 qui entoure la chambre 132. On peut de même utiliser des dispositifs de pulvérisation d'eau, non représentés.
Dans d'autres formes de mise en oeuvre particulièrement préférées de la présente invention, on utilise l'appareil représenté aux figures 1 ou 2 avec une modification importante des paramètres de fonctionnement, comparativement aux formes de mise en oeuvre précédemment décrites. Dans ces formes de mise en oeuvre,
la vitesse du gaz et d'arrivée des particules solides sont réglées de sorte qu'une combustion pratiquement totale du coke et de l'oxyde de carbone soit achevée au sein de la phase dense et que la chaleur
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Dans toutes ces formes de mise en oeuvre, la stabilisation de la réaction de combustion est particulièrement renforcée
par l'utilisation de l'agent d'amorçage métallique et le régénérateur est de ce fait à même de fonctionner à plus basse température ou de brûler de plus grandes quantités d'oxyde de carbone et ainsi régénérer une plus grande quantité de catalyseur de craquage
à la même température. Ces basses températures favorisent la formation de composés stables contenant un métal et du soufre dans
le régénérateur.
Lorsque ce système fonctionne conformément à l'une des formes des deux formes de mise en oeuvre précédemment décrites, la récupération de la chaleur dégagée par la combustion pratiquement totale du coke et de l'oxyde de carbone se fait par absorption
dans les particules solides, dans les deux phases et le retour des particules solides dans la phase dense sert également à assurer l'entretien de cette température élevée appropriée au sein de la zone de phase dense. Les particules solides ramenées peuvent transporter une chaleur complémentaire qui sert à élever la température de la zone de phase dense à une température qui favorise la combustion des positions supplémentaires de dépôts de coke, de sorte que la combustion des portions finales de coke soit pratiquement totale. Lorsque le système fonctionne de sorte que pratiquement
la totalité de la combustion soit achevée dans la phase dense de catalyseur, la chaleur est dispersée au sein de cette phase à mesure qu'elle est absorbée par les particules solides fluidisées et les portions finales de coke sont brûlées. En conséquence, dans toutes ces formes de mise en oeuvre, les particules solides de catalyseur régénéré repassant du régénérateur vers le réacteur
de craquage contiennent de façon appropriée d'environ 0,01 à en-
<EMI ID=117.1>
de préférence environ 0,01 à environ 0,03� en poids de carbone ou de coke sur le catalyseur et on peut les retirer du régénérateur à une température avantageuse pour les utiliser dans le réacteur de craquage.
Un avantage remarquable de ces formes de mise en oeuvre de l'invention réside dans le fait qu'on fournit un catalyseur régénéré qui possède généralement des caractéristiques améliorées d'activité et de sélectivité, plus étroitement proches de celles du catalyseur de transformation neuf, particulièrement lors des transformations effectuées avec de très brèves durées de contact
<EMI ID=118.1>
catalyseur contenant un tamis et leur sélectivité pour transformer des charges hydrocarbonées en produits désirés sont à la fois très nettement modifiées dans une direction favorable par élimination plus poussée de carbone ou coke résiduel sur le catalyseur au cours de la régénération. On préfère spécialement la faible teneur en coke sur le catalyseur régénéré avec des catalyseurs de craquage en lit fluidisé contenant des aluminosilicates cristallins, catalytiquement actifs. En conséquence, on parvient à des transformations plus importantes de la charge et à des rendements supérieurs des produits de transformation désirés. L'agent d'amorçage métallique dans ce procédé aide à la stabilisation de la régulation du régénérateur, en régularisant l'oxydation de l'oxyde de carbone.
De plus, on évite pratiquement le risque de l'extinction de l'oxydation de l'oxyde de carbone par une chute de température, une augmentation de la vitesse du gaz qui peut provoquer
un soufflage ou une diminution de la teneur en oxyde de carbone,
du fait que l'oxydation de l'oxyde de carbone est favorisée. L'agent d'amorçage métallique donne également lieu à de plus faibles températures de régénération et favorise ainsi la formation d'un composé stable contenant un métal et du soufre dans la zone de régénération.
<EMI ID=119.1>
zone inférieure à phase dense et une zone supérieure à phase diluée ;
<EMI ID=120.1>
en gaz carbonique peut se faire dans une importante mesure, souvent
<EMI ID=121.1>
jusqu'à achèvement dans la phase dense du régénérateur. L'oxyda- tion d'oxyde de carbone en gaz carbonique dans la phase dense fournit de la chaleur pour aider à entretenir la combustion des dépôts de coke provenant du catalyseur fluidisé. De plus, une portion importante d'oxyde de carbone étant oxydée dans la phase dense, une quantité moindre d'oxyde de carbone est présente pour la combustion dans la phase supérieure du catalyeur fluidisé dans le régénérateur, et ainsi on peut sensiblement diminuer ou éviter une "après-combustion" et des températures élevées dues à une combustion incontrôlée excessive d'oxyde de carbone dans la portion supérieure du régénérateur, qui peut affecter de façon préjudiciable les matériaux utilisés pour construire le réacteur, les cheminées des gaz
de carneau résiduaires, les collecteurs pour d'éventuelles matières particulaires dans le gaz résiduaire, par exemple dans les cyclones et qui peut compromettre l'activité du catalyseur.
On recueille des particules solides contenant les particules de catalyseur régénéré dont la teneur en coke résiduel est inhabituellement faible à partir de la phase dense et ou les fait passer pratiquement à la température du lit dense par une conduite vers le réacteur de craquage pour le contact avec une nouvelle
charge hydrocarbonée ou un mélange avec des fractions d'hydrocarbure recyclées. Du fait que l'oxydation favorisée de l'oxyde de carbone provenant de la combustion des dépôts de coke sur le catalyseur peut se produire dans une large mesure dans la phase dense
et se produit selon les formes préférées de mise en oeuvre, pratiquement en totalité dans la phase dense, le catalyseur régénéré peut être ramené vers le réacteur de craquage à température bien supérieure ainsi qu'avec une activité supérieure à ce qui se passait jusqu'à présent dans des opérations classiques.
De nombreuses installations de craquage en lit fluidisé fonctionnent sur un "équilibre thermique" principal, dépendant de la combustion du coke pour le dégagement de la chaleur requise par le procédé. Ces installations toutefois n'ont pas été à même d'utiliser pleinement les avantages des catalyseurs de craquage, en particulier de catalyseurs du type de la Zéolite, que lion peut
<EMI ID=122.1>
<EMI ID=123.1>
d'huile peuvent être extrêmement brèves. Le type d'opération qui assure une transformation importante couplée à une sélectivité élevée, favorise un faible rapport entre le catalyseur et l'huile dans le réacteur à élévation, qui conduit à une quantité moindre de coke disponible capable d'engendrer de la chaleur par combustion dans le régénérateur. En conséquence, on doit fréquemment adjoindre une source externe de chaleur, tel qu'un four de préchauffage de la charge, pour augmenter la température du catalyseur ou, en variante, l'installation doit fonctionner à température de charge nouvelle plus basse. Ces caractéristiques indésirables peuvent être évitées ou amoindries par le procédé selon l'invention qui permet
une récupération efficace de chaleur supplémentaire par les particules solides, pour le transport vers le réacteur à colonne montante. La chaleur de combustion du coke, dans des opérations classiques est d'environ 6666 calories-grammes/gramme. Le procédé selon l'invention peut augmenter la chaleur disponible par combustion
du coke jusqu'à environ 9445 calories-grammes/gramme ou plus.
Cette chaleur de combustion supérieure tend à élever la température du régénérateur, à abaisser le taux du coke sur le catalyseur régénéré et abaisser la vitesse de circulation des particules solides tout en assurant des rendements améliorés pour un taux
de transformation donné.
EXEMPLE 1.-
On imprègne 200 g de catalyseur de craquage du type à tamis moléculaire, industriellement disponible, calciné, en équi-
<EMI ID=124.1>
lin de type Y, et soumis à un échange d'ions avec des ions hydrogène et de terres rares, contenant 30% en poids d'alumine, avec 3,90 g
<EMI ID=125.1>
<EMI ID=126.1>
la gamme de 20 à 75 microns. On recueille les particules de catalyseur imprégnées et on les sèche à 122[deg.]C, suivi par une calcination pendant 3 heures à 677[deg.]C. Le catalyseur résultant contient 0,3% en poids de manganèse.
EXEMPLE 2. -
On répète le processus de l'exemple 1, à ceci près qu'on utilise 1,265 g de nitrate d'uranyle dissout dans 210 ml d'eau en tant que solution d'imprégnation. On sèche le catalyseur imprégné à 122[deg.]C et on calcine ensuite pendant 3 heures à 677[deg.]C. Le cata-
<EMI ID=127.1>
EXEMPLE 3 . -
<EMI ID=128.1>
On répète le processus de l'exemple 1, à ceci près qu'on utilise 0,82 g de métatungstate d'ammonium dissout dans 210 ml d'eau en tant que solution d'imprégnation. On sèche le catalyseur
à 122[deg.]C puis on calcine pendant 3 heures à 677[deg.]C. Le catalyseur ré-
<EMI ID=129.1>
en tant que solution d'imprégnation. On sèche et on calcine le cata- lyseur comme à l'exemple 1 et il contient 0,3 % de cérium.
EXEMPLE 5.-
On répète le processus de l'exemple 1 à ceci près qu'on utilise 2,73 g de nitrate de zinc hexahydraté dans 200 ml d'eau
en tant que solution d'imprégnation. On sèche et calcine le cata- lyseur comme à l'exemple 1 et il contient 0,3% en poids de zinc. EXEMPLE 6.-
On répète le processus de l'exemple 1, à ceci près qu'on <EMI ID=130.1>
EXEMPLE 7.- . On répète le processus de l'exemple 1 à ceci près qu'on <EMI ID=131.1>
aqueuse en tant que solution d'imprégnation. On sèche le; catalyseur imprégné à 122[deg.]C pendant 3 heures et on calcine ensuite à 677[deg.]C pen-
<EMI ID=132.1>
molybdène.
EXEMPLE 8. -
On répète le processus de l'exemple 1, à ceci près qu'on
<EMI ID=133.1>
avec de l'eau, en tant que solution d'imprégnation. On chauffe la solution jusqu'à ce que le sel de titane soit complètement dissout.
On sèche le catalyseur à 122[deg.]C et on calcine ensuite pendant 3 heures à 677[deg.]C. Le catalyseur résultant contient 0,3% en poids de titane.
EXEMPLE 9.-
On répète le processus de l'exemple 1 à ceci près qu'on utilise 1,2 g d'oxyde chromique dissout dans 200 ml d'eau en tant que solution d'imprégnation. On sèche le catalyseur imprégné pendant 3 heures à 122[deg.]C et ensuite on calcine pendant 3 heures à
<EMI ID=134.1>
EXEMPLE 10.-
On répète le processus de l'exemple 1, à ceci près qu'on utilise 2,12 g de chlorure de zirconyle dissout dans 200 ml d'eau en tant que solution d'imprégnation. On sèche le catalyseur im-
<EMI ID=135.1>
200 ml d'eau en tant que solution d'imprégnation. On sèche le
<EMI ID=136.1>
<EMI ID=137.1>
EXEMPLE 12.-
On répète le processus de l'exemple 11 à ceci près qu'on
<EMI ID=138.1>
210 ml d'eau en tant que solution d'imprégnation. Le catalyseur résultant contient 0,1% de manganèse.
EXEMPLE 13.-
On imprègne 50 g d'un catalyseur de craquage catalytique industriellement disponible, en équilibre, qui a été calciné et est exemple de coke, et qui contient 2 à 4% d'un tamis moléculaire
<EMI ID=139.1>
nitrate de magnésium tri-hydraté dans 50 ml d'eau, suffisante pour mouiller complètement le catalyseur de craquage. On sèche ensuite le catalyseur humide pendant 3 heures à 122[deg.]C et on calcine ensuite à 538[deg.]C pendant 3 heures. Le catalyseur contient 1% en poids de magnésium.
EXEMPLE 14.-
On répète le processus de l'exemple 13 à ceci près qu'on utilise la moitié de la quantité de nitrate de magnésium pour four-
<EMI ID=140.1>
EXEMPLE 15. -
On imprègne 36,24 kg d'un catalyseur de craquage industriellement disponible en équilibre, qu'on a calciné et qui est exempt de. coke et contient 3,8 % en poids de tamis moléculaire dans une matrice de silice-alumine, en trois lots avec 1,90 kg
de nitrate de magnésium dissout dans 12 litres d'eau, juste suffisante pour remplir le volume de pores du catalyseur. On sèche le
<EMI ID=141.1>
catalyseur.
EXEMPLE 16. -
On dissout 100 mg d'acide chloroplatinique dans 1 litre d'eau et on dilue 18 ml de cette solution avec une quantité d'eau suffisante pour mouiller 300 g d'un catalyseur de craquage en équilibre, industriellement disponible, qu'on a soutiré d'une installation industrielle et on calcine ensuite à 538[deg.]C pendant
<EMI ID=142.1>
calcine à 538[deg.]C pendant 3 heures. Le catalyseur contient 6 parties par million en poids de platine.
EXEMPLE 17. -
On mouille 95 g d'une alumine industriellement disponible avec une solution de 3,22 g de vanadate d'ammonium et 5 g d'acide oxalique dans 95 ml d'eau et on sèche ensuite à 122[deg.]C pendant 3 heures et calcine à 538[deg.]C pendant 3 heures. On mouille ensuite cette alumine imprégnée de vanadium avec une solution de 9,3 g de nitrate de cuivre dans 95 ml d'eau. On sèche cette alumine humide à 122[deg.]C pendant 3 heures et on calcine à 538[deg.]C pendant
<EMI ID=143.1>
en poids de cuivre.
EXEMPLE 18.-
On effectue le craquage de 10 g d'une solution de 6,9 g d'adjuvant d'huile lubrifiante qui contient 9,2% en poids de
<EMI ID=144.1>
bonate de magnésium et de polypropyl-benzène sulfonate de magné-
<EMI ID=145.1>
dans une installation de craquage à échelle de laboratoire, ayant
un lit fluidisé de 220 g d'un catalyseur de craquage industrielle-
<EMI ID=146.1>
moléculaire et environ 0,6% en poids de sodium et qu'on a soutiré d'une installation de craquage catalytique à lit fluidisé indus- triel et ensuite calciné. L'huile de recyclage est craquée à 372[deg.]C
<EMI ID=147.1> pendant 10 minutes à 677[deg.]C, on refroidit le lit de catalyseur à
372[deg.]C et on répète le cycle craquage-purge-régénération jusqu'à ce que les teneurs en magnésium, en zinc et en phosphore du catalyseur atteignent les taux respectivement de 110, 703 et 59 parties par million. Le zinc et le phosphore sont présents de façon inhérente.
EXEMPLE 19.-
On répète le processus de l'exemple 18, à ceci près qu'on répète le cycle craquage-purge-régénération avec 10 g d'une solution contenant 6,5 g d'huile et 3,5 g d'adjuvant d'huile lu-
<EMI ID=148.1>
EXEMPLE 20. -
On répète le processus de l'exemple 19, à ceci près qu'on utilise un catalyseur de craquage industriellement disponi-
<EMI ID=149.1>
dans une matrice de silice-alumine et qu'on a également soutiré d'une installation de craquage catalytique fluidisé industriel et calciné, et on répète le cycle craquage-purge-régénération jusqu'à ce que les teneurs en magnésium, en zinc et en phosphore du catalyseur atteignent respectivement 4600, 304 et 1136 parties par million.
EXEMPLE 21. -
On utilise un adjuvant d'huile lubrifiante en quantité de 7,3 g et contenant 8,2% en poids de magnésium, distribué sous forme de carbonate de magnésium, d'hydroxyde de magnésium et de polypropyl-benzène sulfonate de magnésium et un volume suffisant de xylène pour mouiller 2000 g d'un catalyseur de craquage industriellement disponible en équilibre qu'on a soutiré d'une in-stallation de craquage catalytique industriel et calciné, et qui contient 2,5% en poids de tamis moléculaire dans une matrice de
<EMI ID=150.1>
pendant 20 heures. Le catalyseur contient 3000 parties par million de magnésium.
EXEMPLES 22 à 27.-
On utilise une installation de régénération à échelle de laboratoire pour étudier le pouvoir d'un certain nombre de catalyseurs imprégnés des exemples 1 à 21 pour fournir des émissions plus faibles d'oxyde de carbone dans les gaz de combustion de la zone de régénération. On fait passer un gaz de combustion de
<EMI ID=151.1>
et de vapeur d'eau chacun, et 88% en volume d'azote à raison d'en-
<EMI ID=152.1>
<EMI ID=153.1>
métal, qui est tenu dans un régénérateur en verre entouré d'un four pour assurer la température de régénération désirés de 6�9[deg.]C. On mesure la température du catalyseur par des thermocouples. On utilise un cyclone pour séparer le catalyseur entrainé dans le gaz sortant du régénérateur et ramener le catalyseur dans le lit de catalyseur. La durée pendant laquelle fonctionne le régénérateur
<EMI ID=154.1>
environ 90 minutes de façon à permettre un délai suffisant pour établir l'état d'oxydation du métal sur le catalyseur dans une opération réelle en installation industrielle de craquage catalytique fluidisé.
On analyse le gaz qui sort du régénérateur par chromatographie gazeuse pour l'oxygène, l'azote, l'oxyde de carbone et
le gaz carbonique. On détermine la quantité d'oxyde de carbone transformé par la différence entre les teneurs en oxyde de carbone d'un mélange neuf de gaz artificiel et celle du gaz sortant du régénérateur.
On utilise dans les exemples 22 à 26, les catalyseurs
<EMI ID=155.1>
en volume d'oxyde de carbone transformé est respectivement de 65,
<EMI ID=156.1>
On étudie plusieurs des catalyseurs précédents selon des procédés uniformes normalisés d'expérience, appliqués dans l'industrie, dans une installation catalytique micro-fluidisée, pour déterminer la sélectivité désirée du craquage catalytique. En tant que base, à l'exemple 28, le catalyseur de craquage non imprégné utilisé à l'exemple 1 a une micro-activité relative de
<EMI ID=157.1>
et le méthane en pourcentage molaire de 0,64. A l'exemple 29, on utilise le catalyseur imprégné préparé à l'exemple 1, et il in-
<EMI ID=158.1>
1,1 et une proportion en pourcentage molaire entre l'hydrogène et
le méthane d'environ 1,1 à 1,2. A l'exemple 30, on utilise le catalyseur imprégné préparé à l'exemple 4 et il démontre une micro-activité relative de 150, un facteur de coke de 1,1 et une
��, proportion en pourcentage molaire entre l'hydrogène et le méthane
<EMI ID=159.1>
EXEMPLES 32 à 38.-
On répète le processus. des exemples 22 à 27, à ceci
<EMI ID=160.1>
dimension granulométrique est de 5 microns et plus fine, en mélange avec le catalyseur non imprégné utilisé à l'exemple 1, à la place de catalyseurs imprégnés. Les oxydes métalliques pulvérulents,. leurs quantités et le pourcentage en volume d'oxyde de carbone transformé en gaz carbonique dans les exemples 32 à 35 ainsi que dans l'exemple comparatif 36, qui n'utilise pas d'oxyde métallique, toutes autres conditions étant outre cela identiques, sont présentés du Tableau I. On indique aussi au Tableau 1 des données similaires pour l'exemple 37 et son exemple comparatif 38, qui n'utilisent pas d'oxyde métallique,toutes autres conditions étant outre cela identiques.
TABLEAU I
<EMI ID=161.1>
<EMI ID=162.1>
près que l'on prépare le gaz de combustion artificiel avec 1500
<EMI ID=163.1>
en volume d'oxygène et de vapeur d'eau chacun, dans l'azote à
677[deg.]C� qu'on le fait passer dans le régénérateur à raison de
<EMI ID=164.1>
<EMI ID=165.1>
anhydride sulfureux du gaz effluent. On conduit des essais comparatifs en utilisant le catalyseur non imprégné utilisé à l'exemple 16 et le catalyseur imprégné utilisé l'exemple 16. L'exemple 39 implique le catalyseur non imprégné tandis que l'exemple 40 implique le catalyseur imprégné. Les pourcentages en volume d'anhydride sulfureux éliminé du gaz de combustion de la zone de régénération sont indiqués en fonction de l'écoulement du temps après le début de l'expérience, au Tableau II. Le pourcentage en volume décroît avec le temps à mesure que la surface du catalyseur se sature. A
<EMI ID=166.1>
le catalyseur est de 55 parties par million avant l'expérience et de 368 parties par million après, ce qui correspond à la ré-
<EMI ID=167.1>
à partir du gaz de régénération. A l'exemple 40, le taux de soufre sous forme de sulfate soluble sur le catalyseur est de 111 parties par million avant l'expérience et de 733 parties par million après, ce qui correspond à une récupération sur le catalyseur de 91% en poids du soufre éliminé de la zone de régénération.
<EMI ID=168.1>
<EMI ID=169.1>
EXEMPLES 41 et 42.-
<EMI ID=170.1>
essais comparatifs utilisant des mélanges de catalyseur de craquage à tamis moléculaire et des quantités différentes d'alumine imprégnée de vanadium et de cuivre, produite à l'exemple 17. A
<EMI ID=171.1>
culaire et qu'on a soutiré d'une installation de craquage catalytique industriel'.en lit fluidisé et calciné à 538[deg.]C pendant
5 heures. Le débit de gaz artificiel de combustion est de
<EMI ID=172.1>
lyseur de craquage industriel en équilibre, calciné utilisé à l'exemple 41. Le débit de gaz artificiel de combustion est de
<EMI ID=173.1>
hydride sulfureux éliminé du gaz de combustion pour les exemples
41 et 42 sont présentés au Tableau II.
EXEMPLES 43 à 47.-
On répète le processus des exemples 39 et 40 en utilisant une température de régénération de 677[deg.]C. L'exemple 43 est un essai comparatif appliquant un débit du mélange de gaz artificiel de combustion de 1084 ml par minute et le catalyseur en équilibre non imprégné utilisé aux exemples 18 et 19, tandis que les exemples 44 et 45 impliquent le catalyseur imprégné produit aux
exemples 18 et 19, respectivement et des débits de gaz de combustion artificiel de 989 et de 1014 ml par minute, respectivement.
<EMI ID=174.1>
imprégné mis en oeuvre dans les exemples 20, 41, et 42 et un débit du mélange de gaz artificiel de combustion de 891 ml par minute.
Les pourcentages en volume d'anhydride sulfureux éliminé du gaz
de combustion pour les exemples 43 à 47 sont présentés au Tableau II.
EXEMPLES 48 à 50. -
On conduit des essais de craquage synthétique à échelle
<EMI ID=175.1>
de soufre sous la forme de composés organiques du soufre. Dans
des essais de craquage comparatifs avec une rigueur de craquage constante dans les exemples 48 à 50, avec le catalyseur en équilibre non imprégné, calciné utilisé à l'exemple 13 et avec les catalyseur imprégnés produits aux exemples 13 et 14 respectivement,
on mesure les quantités d'anhydride sulfureux libéré des catalyseurs dépouillés, désactivés après régénération suivante, et on les calcule en parties par million en poids de soufre sur le catalyseur.
Le soufre éliminable dans l'exemple 48 du catalyseur sans magnésium est de 134 parties par million en volume. Le soufre éliminable
<EMI ID=176.1>
sium est de 52 parties par million, soit une diminution de 61%.
Le soufre éliminable dans l'exemple 50 du catalyseur contenant
<EMI ID=177.1>
EXEMPLES 51 et 52.-
On conduit des essais comparatifs impliquant le craquage d'un gas-oil contenant en poids de soufre dans une installation de craquage-régénération en continu du type décrit dans le
<EMI ID=178.1>
en oeuvre dans l'exemple 21 et le catalyseur imprégné produit à l'exemple 21. L'exemple 51 implique le catalyseur non imprégné tandis que l'exemple 52 implique le catalyseur imprégné. Les conditions de fonctionnement et la composition du gaz de combustion du . régénérateur sont présentées au Tableau III.
EXEMPLES 53 et 54.-
On conduit des essais de craquage en lit fluidisé en installation cyclique à échelle semi-industrielle avec une charge
<EMI ID=179.1>
utilisant le catalyseur non imprégné utilisé à l'exemple 15 et le catalyseur imprégné produit à l'exemple 15. Les exemples 53 et 54 impliquent respectivement les catalyseurs non imprégné et imprégné. Les conditions de fonctionnement et la composition du gaz de combustion de la zone de régénération sont présentées au tableau III. Le catalyseur imprégné conduit à une diminution de
57,5% d'émission d'anhydride sulfureux dans le gaz de combustion du régénérateur. La transformation et les rendements en produits sont essentiellement identiques pour chaque catalyseur. EXEMPLES 55 et 56. -
<EMI ID=180.1>
la teneur en soufre est de 1,67% en poids dans un élément de craquage catalytique à lit fluidisé industriel ayant un réaction à colonne montante. On applique la régénération classique. On utilise un catalyseur de craquage industriel en équilibre de type à
<EMI ID=181.1>
seconde charge de gas-oil dont la teneur en soufre est de 1,68% en poids, dans la même installation industrielle, en appliquant le même schéma de régénération et le même catalyseur de craquage, mais en plus le catalyseur est imprégné de magnésium et de zinc. On dépose le magnésium et le zinc sur le catalyseur par introduction dans la zone réactionnelle de faibles concentrations en sulfonate de magnésium et en dialcoyldithiophosphate de zinc, sous la forme d'un adjuvant d'huile lubrifiante dans la charge. Après plusieurs additions de cette façon, des taux de 0,3% de magnésium <EMI ID=182.1>
Les conditions de fonctionnement et la composition des gaz de
<EMI ID=183.1>
EXEMPLES 57 et 58.-
On craque une charge de gas-oil dont la teneur en soufre est de 0,26% en poids dans une installation de craquage catalytique à lit fluidisé industriel ayant un réacteur à colonne montante et appliquant une régénération classique. A l'exemple 58, on utilise un catalyseur de craquage fluidisé industriel en équilibre, de type à tamis moléculaire contenant 2,5% en poids de tamis moléculaire et 1,01 % en poids de sodium. On dépose le sodium sur le catalyseur par introduction avec la charge d'une solution aqueuse de chlorure de sodium. L'exemple comparatif 57 implique le craquage d'un gas-oil dont la teneur en soufre est
de 0,28% en présence du même catalyseur que celui de l'exemple 58 mais non imprégné de sodium, toutes autres conditions outre cela étant les mêmes. Les conditions de fonctionnement et la composition des gaz de combustion de la zone de régénération sont présentées au Tableau III.
EXEMPLES 59 et 60.-
A l'exemple 59, on craque une charge de gas-oil dont
la teneur en soufre est de 0,81% dans une installation de craquage catalytique à lit fluidisé industriel ayant un réacteur à colonne montante et un régénérateur du type présenté à la figure 2. On effectue la régénération conformément au schéma de régénération du
<EMI ID=184.1>
lit fluidisé en équilibre de type à tamis moléculaire contenant 4,?% en poids de tamis moléculaire, 0,64� en poids de fer, 56 parties par million de cuivre et 0,22% en poids de sodium. A l'exemple 60, on craque une seconde charge de gas-oil dont la teneur en soufre est de 1,14% en poids dans la même installation industrielle en utilisant le même schéma de régénération et un catalyseur de craquage à lit fluidisé industriel en équilibre de type à tamis
<EMI ID=185.1>
en poids de fer, 34 parties par million de cuivre, 0,22% en poids de sodium et 0,09 partie par million de platine. Il y a 270 tonnes de ce catalyseur dans l'installation et on dépose le platine sur le catalyseur en introduisant dans la zone réactionnelle avec la charge, une solution d'acétylacétonate de platine dans du benzène. On introduit un total de 20 g de platine métal avec un taux moyen de 3 g de platine métal par jour. Pour les deux catalyseurs le sodium est présent de façon inhérente dans le catalyseur et l'on introduit le cuivre et le fer dans le cycle du processus de craquage en tant que composants de la charge. Les conditions de fonctionnement et la composition des gaz de combustion de la zone de régénération sont indiquées au Tableau III.
Les résultats indiquent que l'addition de platine au catalyseur de craquage produit de plus faibles émissions d'oxydes de soufre, même lorsque la charge hydrocarbonée contient de plus grandes quantités de soufre. De plus, l'émission d'oxyde de car-
<EMI ID=186.1>
molaires qui sont caractéristiques de la régénération classique en l'absence de catalyseur amorcé au platine. L'augmentation de
la quantité d'oxyde de carbone dans le gaz de combustion de la zone de régénération, lorsque l'on utilise un catalyseur de
craquage amorçé au platine est la conséquence d'un taux plus élevé d'air de combustion dans ce cas. La température
<EMI ID=187.1>
<EMI ID=188.1>
à l'entrée du cyclone, l'augmentation de la température du lit,
<EMI ID=189.1>
et celle à l'entrée du cyclone, lorsque l'on utilise le catalyseur de craquage amorçé au platine, indiquent une augmentation importante de l'ampleur de la combustion de l'oxyde de carbone dans le lit dense.
<EMI ID=190.1>
<EMI ID=191.1>
Catalytic cracking process with reduced gas evolution
harmful.
The present invention relates to a cracking process
Fluidized bed cyclic catalytic converter, suitable for application to hydrocarbon feedstocks containing sulfur and which
characterized by a marked decrease in the oxide emission of
carbon and sulfur oxides in regeneration stack gases
generator.
A cracking catalyst which has become relatively
<EMI ID = 1.1>
By "coke", during the craquate of the hydrocarbons in the reaction zone is continuously withdrawn from the reaction zone. This spent catalyst from the reaction zone passes to
a stripping zone in which carbonaceous deposits which can be removed, i.e. hydrocarbons, are removed (extracted) from the catalyst, which then passes into a regeneration zone where inactivity of the catalyst is restored by removal
carbonaceous deposits which cannot be removed by burning the
coke in an oxygen-containing gas to form carbon monoxide and carbon dioxide. The hot regenerated catalyst is then continuously returned to the reactor, to repeat the cycle.
In catalytic cracking, a problem arises from the incomplete combustion of carbon monoxide to carbon dioxide in the regeneration zone, leaving a significant amount of carbon monoxide in the combustion gases of the regeneration zone. Aside from the discharge of carbon monoxide
in the atmosphere is undesirable, carbon monoxide and residual oxygen in the combustion gases of the regeneration zone
tend to react and thus cause combustion in the pipes and chimneys of the installation and damage these structures by excessive temperatures.
In addition, when feeds with a high sulfur content, i.e. petroleum hydrocarbon fractions containing
organic sulfur compounds, are charged in an element
of the fluidized bed type catalytic cracking, the coke which settles on the catalyst contains sulfur. In the process of regeneration
tion of the coked catalyst, deactivated, the coke is burned from the
<EMI ID = 2.1>
sulfur present is transformed into sulfur dioxide as well as with
<EMI ID = 3.1>
incorporated into the flue gas stream from
<EMI ID = 4.1>
sulfur content, sulfur oxides emissions are often in the range of about 1200 parts per million (ppm).
Pollution control standards have been developed for the release of carbon monoxide and particulate matter, and others are expected to be considered for other emissions, such as those sulfur oxides, in particular sulfur dioxide. Great attention is therefore paid to reducing the rate of emissions
various combustion products and particulate matter from the regeneration zone effluent streams associated with petroleum cracking facilities. It is necessary that the process chosen to lower these emissions be effective without reducing the activity and the selectivity of the cracking catalyst. Likewise, it is necessary that the chosen method does not replace one form of unwanted emission with another problem, for example
an increase in particulate emissions or operating costs. In view of these considerations, a highly desirable approach towards reducing the emission of carbon monoxide
and sulfur oxides in petroleum cracking plants lies in the application of a cracking catalyst which
is modified to minimize emissions of both carbon monoxide and sulfur oxides, while retaining the activity, stability and frictional wear resistance of the catalyst under conventional cracking conditions in either existing or new cracking facilities.
With regard to carbon monoxide emissions,
although metals are generally avoided in cracking catalysts and cracking metal-containing feeds is considered problematic, in the presence of a cracking catalyst, ZA Patent 7924/72 and the corresponding US Patent 3,909,392 issued subsequently, which will be discussed in more detail below, describe the use, in conjunction with cracking catalysts, of catalysts and activating or initiating combustion agents within the regeneration zone which include rods metallic, mesh networks or screens in the combustion zone, and metallic compounds capable of being fluidized, in particular pulverulent oxides of transition metals - for example ferric oxide,
manganese dioxide and rare earth oxides - either added to the catalyst charge or confined in the regenerator vessel. Patent BE 826.266 describes a process
very similar to that of the aforementioned US Pat. No. 3,909,392, which involves a catalytic cracking catalyst in physical association with a catalyst for initiating the oxidation of carbon monoxide, of a metal whose atomic number is at least of 20 and maintain metals of groups IB, IIB and III to VIII of the Periodic Table -
in particular platinum, palladium, rhodium, molybdenum, tungsten, copper, chromium, nickel, manganese, cobalt, vanadium, iron, cerium, ytterbium and uranium as useful oxidation initiation agents. In addition, US Pat. No. 3,C08,121 describes the regeneration of a cracking catalyst in the presence of a carbon monoxide oxidation catalyst, which is retained in the regeneration zone.
<EMI ID = 5.1>
cracking containing less IDOppm, calculated as the metal, based on the total catalyst, of at least one metal component selected from
<EMI ID = 6.1>
VIII of the Periodic Table, rhenium, and their compounds, which show particularly dramatic decreases in carbon monoxide content in flue gases from catalytic cracking catalysts. This patent also discloses a molecular sieve type cracking catalyst which; prepared in the sodium form, by ion exchange with ammonium ions and then impregnated with rare earth metals.
In addition, with regard to sulfur oxide emissions, although various methods have been developed for the treatment of flue gases, for example washing or scrubbing, chemical absorption, neutralization and reaction or chemical transformation, all these techniques for removing sulfur oxides require abundant and expensive auxiliary equipment,
thus increasing both capital and operating costs. One approach set forth in US Patent No. 3,699,037 contemplates the addition of at least a stoichiometric amount of a calcium or magnesium compound to the cracking cycle, in relation to the amount of sulfur deposition on it. the catalyst. This added material is intended to react with sulfur oxides
and thus, being conditionally, finely subdivided, comes out of the
cracking cycle as particulate matter in
the flow of combustion gas from the regeneration zone. The continuous addition of this material obviously increases the operating costs. Similarly, US Patents 3,030,300 and
3.030.314 describe a catalytic cracking process which involves the continuous addition to a moving bed cracking process cycle of one or more compounds of boron, alkali metals and alkaline earth metals to thereby provide particles of catalyst whose resistance is increased with respect to breaking by impact and surface abrasion and which comprises a siliceous catalyst particle having a microporous, catalytically active core which is provided with a protective coating adhering to a varnish or glaze comprising silica and one or more compounds of boron, alkali metals and alkaline earth metals.
<EMI ID = 7.1> produces sulfur oxides in the regenerator flue gases. The process works with a catalyst which comprises a molecular sieve in a silica-alumina matrix, and which is impregnated with one or more oxides of the Group IIA metals. Licences
<EMI ID = 8.1>
effecting the transformation of a noxious waste gas stream containing carbon monoxide and sulfur oxides which comprises contacting the stream with a catalytic composite mass of a refractory porous carrier material, a component catalytically active metallic, for example a metal of the platinum group and of an alkaline earth component selected from the group consisting of calcium, barium and strontium.
Until now, no one has described the process according to the present invention.
The present invention relates to a cyclic process for
<EMI ID = 9.1>
emissions of carbon monoxide and sulfur oxides in the flue gases from the regeneration zone. According to several embodiments, the present invention also ensures substantially total combustion of carbon monoxide in the zone.
regeneration and absorption of the heat released during
of this combustion by solid particles which circulate towards the reaction zone and the stripping zone before returning to the regeneration zone. These solid particles include a molecular sieve type cracking catalyst and a metallic reagent and may also contain a cracking catalyst.
<EMI ID = 10.1>
cracking hydrocarbons, and a metallic activating or priming agent. Alternatively, the metallic initiating agent can be retained within the regeneration zone.
The metallic initiating agent and / or a metallic reagent can be incorporated into the molecular sieve type cracking catalyst, the amorphous cracking catalyst and the substantially inert solid and can be circulated in the cycle of the process. cracking. This incorporation can be achieved either before or after the particulate support has been introduced into the cycle of the cracking process. Conditions are applied in the cycle of the cracking process such that a stable compound containing metal and sulfur is formed in the solid particles in the regeneration zone and a gas containing sulfur is withdrawn from the zone. counting.
The present invention is an improvement to the process for cyclic catalytic cracking in a fluidized bed, according to which the hydrocarbon feed containing organic sulfur compounds is subjected to cracking in a reaction zone, under fluidized conditions with homogeneous or non-homogeneous, regenerable solid particles, fluidised which comprise a molecular sieve type cracking catalyst, wherein the cracking catalyst is simultaneously deactivated by carbonaceous deposits containing
<EMI ID = 11.1>
<EMI ID = 12.1>
go through a counting area in which we remove
<EMI ID = 13.1>
<EMI ID = 14.1>
The fluidized solid particles are then separated from the gaseous effluent from the stripping zone and passed to a regeneration zone where the stripped deactivated cracking catalyst is regenerated at high activity by combustion of the stripped. carbonaceous deposits which cannot be removed, containing sulfur, from the deactivated, stripped cracking catalyst, in contact with a gas stream containing oxygen and with a metallic oxidation activating agent, thereby forming carbon monoxide carbon dioxide and sulfur oxides. The fluidized solid particles containing the regenerated cracking catalyst are separated from the flue gases which evolve from the regeneration zone and are recycled to the reaction zone.
The upgrade is to provide lower emissions of carbon monoxide and sulfur oxides in the regeneration zone flue gases, using solid particles which include (1) a molecular sieve type cracking catalyst, comprising a cracking catalyst matrix containing an alkali aluminosilicate distributed within the matrix and (2) a metallic reagent, which reacts with sulfur oxide to form a compound containing a metal and sulfur in such solid particles; using a skinning gas which contains water vapor; by regeneration of the deactivated cracking catalyst, stripped in the presence of a metallic agent promoting oxidation (for the oxidation of the oxide
carbon and sulfur oxide), at regeneration temperatures in a range in which the compound containing a
<EMI ID = 15.1>
supplying a sufficient amount of oxygen to the regeneration zone in the stream of regeneration gas containing oxygen, so that combustion gases containing molecular oxygen can be withdrawn from the regeneration zone. Preferably, the solid particles additionally comprise the metallic initiator. Thus, the metallic initiator can either be confined in the regeneration zone or it circulates in the solid particles within the cycle of the catalytic cracking process.
The matrix of the cracking catalyst of the molecular sieve type cracking catalyst is preferably a combination of at least two materials selected from the group consisting of silica, alumina, zirconium dioxide, titanium dioxide. , magnesia, thorium oxide and boron oxide, and preferably silica-alumina. This cracking catalyst matrix preferably contains between about 10 and about 65,
<EMI ID = 16.1>
cracking type. to. molecular sieve is preferably between about 10 and about 99.999, more preferably between about
30 and about 99.995 and especially between about 90 and about
<EMI ID = 17.1>
The metallic initiating agent is chosen from the group consisting of at least a first metal whose atomic number is greater than 20 and preferably chosen from the group consisting of. killed by groups IB, IIB and III to VIII of the Periodic Table, and better still, chosen from the 5th and 6th periods of Group VIII of the Periodic Table, vanadium, silver and rhenium, better still from the group consisting of the 5th and 6th periods of group VIII and rhenium, and ideally chosen from the group consisting of platinum and palladium, their compounds and their mixtures.
The metallic reagent is chosen from the group consisting of at least one second metal, preferably chosen from the group consisting of sodium, magnesium, calcium, strontium, barium, scandium, titanium, chromium, molybdenum , manganese, iron, cobalt, nickel, antimony, copper, zinc, cadmium, lead and rare earth metals better still chosen from the group consisting of sodium, magnesium, calcium , strontium, barium, scandium, titanium, chromium, molybdenum, manganese, cobalt, nickel, copper, zinc, cadmium, antimony, lead and rare earth metals, and better still, from the group consisting of sodium, magnesium, calcium, strontium, barium, chromium, manganese, copper, zinc, cadmium and rare earth metals,
and ideally selected from the group consisting of sodium, magnesium, manganese and
copper, their compounds and their mixtures. The metallic reagent contains a second metal which is different from the first metal (s) in the metallic initiating agent.
The metallic initiating agent and the metallic reagent are present in an average amount sufficient to ensure a reduction in the emissions of carbon monoxide and sulfur oxides in the combustion gases of the regeneration zone. When the metal present is a metal chosen from the group consisting of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, silver and rhenium, it is found at an average level,
<EMI ID = 18.1>
per million solid particles. In the presence of a metal chosen from the group consisting of vanadium and copper, it is found at an average level, calculated as the metal, preferably
<EMI ID = 19.1>
50 parts per million and about 250 parts per million of solid particles. When iron is present, it is found according to
<EMI ID = 20.1> <EMI ID = 21.1>
solid. When the metal present is. a metal chosen from the group consisting of magnesium, zinc, calcium, cadmium, manganese, strontium, barium, scendium and cobalt, it is found at an average rate, calculated as a metal, included between about 25 parts per million and about 7% by weight better
<EMI ID = 22.1>
solid ticles. In the presence of chromium, antimony or lead it is found at an average rate, calculated as a metal, preferably between about 10 parts per million and about
<EMI ID = 23.1>
and about 250 parts per million of solid particles. When sodium is present, it is at an average level, calculated as sodium, preferably between about 0.6 and about 3% by weight, more preferably between about 0.8 and about 3% by weight.
<EMI ID = 24.1>
is present, it is at an average level calculated as titanium, preferably between about 10 parts per million
<EMI ID = 25.1>
by weight, more preferably between about 2 and about 6% by weight
<EMI ID = 26.1>
solid particles. When nickel is present, it is at an average level, calculated as nickel, preferably between about 10 parts per million and about 10% by weight, more preferably between about 50 parts per million and about.
<EMI ID = 27.1>
Certain individual solids in the solid particles of the process according to the present invention may contain an amount of at least one of the metallic initiating agent and the metallic reagent, which is greater than the average amount in the solid particles, at the same time. provided that some of these individual solids are mixed with other individual solids in the solid particles containing a smaller amount
at least one of the metallic initiating agent and the metallic reagent such that the solid particles contain the average levels of metallic initiating agent and metallic reagent previously indicated.
The stripped deactivated catalyst is regenerated at regeneration temperatures in the range for which a stable compound containing the metal and sulfur is formed in the solid particles from the metal in the metal reactant and the sulfur oxide. Regeneration temperatures are pre-
<EMI ID = 28.1>
of the hydrocarbon feed at reaction temperatures in
the range for which the compound containing a metal and sulfur in the solid particles reacts to form a sulfide of the metal in the metal reactant. The cracking temperature is pre-
<EMI ID = 29.1>
removable deposits are stripped of the deactivated cracking catalyst with a gas containing water vapor and at temperatures
<EMI ID = 30.1> in the metallic reagent reacts with water to form hydrogen sulfide gas. The skinning temperatures are
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
weight between steam and molecular sieve type cracking catalyst to be supplied to the stripping zone is preferably in the range of about 0.0005 to about 0.025 and more preferably in the range of about 0.0015 to about 0.0125. The combustion gases from the regeneration zone preferably contain at least 0.01% by volume and more preferably
<EMI ID = 33.1>
to the desired reduction in harmful gas emissions.
According to one of the embodiments of the present invention, at least one of the metallic initiators and
<EMI ID = 34.1>
wire mesh type. In this case, one at. less of the metallic initiating agent and metallic reagent is incorporated either in the crystalline aluminosilicate or in the matrix of the molecular sieve type cracking catalyst. According to another form of implementation of the present invention, the solid particles additionally comprise at least one material chosen from
the group consisting of solids which are practically inert with respect to cracking of the hydrocarbon feed and a catalyst
amorphous cracking; and at least one of the metallic initiating agents and metallic reactants is incorporated into this material. According to yet another form of implementation of the present invention, at least one of the metallic initiating agent and of the metallic reagent is itself a solid in the solid particles.
Metallic initiating agent or metallic reagent,
or both, can be incorporated into the solid particles
either outside or within the cycle of the catalytic cracking process, which includes the cracking reaction zone, the
skinning area and regeneration area. If incorporated during the cycle of the catalytic cracking process, one au; less metallic initiating agent and metallic reagent
can then be introduced into the fluidized bed catalytic cracking process cycle, in the form of a compound soluble or dispersible in oil or in water, of the metal or metals in
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!
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such compound is selected from the group consisting of metal diketonates, metal carbonyls, metallocenes,
metal complexes of olefins having 2 to 20 carbon atoms
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liques having 1 to 20 carbon atoms. More preferably, one of these compounds is platinum acetylacetonate.
The present invention relates to an improved method
fluid catalytic cracking, comprising an improved process for regenerating the cracking catalyst used in the fluid catalytic transformation and an improved process for decreasing emissions of carbon monoxide and sulfur oxides in the effluent gas from the catalyst regeneration zone cracking, involving the transformation of hydrocarbon feeds containing sulfur in which the cracking catalyst is deactivated by depositing coke containing sulfur on the surface of the cracking catalyst.
The solid particles are circulated according to the process of the present invention, which comprise a molecular sieve type cracking catalyst, in well-dispersed physical association with another, through the cycle of the cracking process, which includes the cracking zone. , the skinning area and the regeneration area. The conditions applied allow to achieve a reduction of carbon monoxide and sulfur oxides in the flue gases in the regenerator zone.
The cracking catalyst, the metallic initiating agent and the metallic reagent of the process according to the present invention serve separate and essential functions. The catalyst
cracking agent serves to catalyze the cracking reaction, while the metallic initiator and metallic compound are practically inert to the cracking reaction and do not
little or no adverse effect, if any, on the operation
catalytic transformation under the applied conditions. In
with regard to the combustion of carbon monoxide, all metals and their compounds which suitably serve as a metallic initiating agent, catalyze the oxidation of the oxide
of carbon to carbon dioxide in the regeneration zone. In this
Regarding the decrease of sulfur oxides in the combustion gas of the regeneration zone, the solid particles adsorb the sulfur oxides in the regeneration zone. The molecular sieve type cracking catalyst itself often serves as an adsorbent for sulfur oxides. The metallic initiating agent catalyzes the oxidation of sulfur oxide or a sulfur oxide group in a metallic compound, and the metallic reagent reacts with the adsorbed sulfur oxides to form a compound containing a metal and sulfur, in particular a metal sulfate, in the solid particles.
Provided that this compound containing a metal and sulfur is stable under the operating conditions in the regeneration zone, !! can be transported to the surface of the solid particles in the reaction zone and the stripping zone where it is reduced and separated as
gas containing sulfur, in particular hydrogen sulphide.
J
It is understood that the activity relating to the decrease in the emission of carbon monoxide and sulfur oxides in
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metallic. Similarly, many specific metals which may serve as the metal in the metallic initiator and metallic reagent do not necessarily provide equivalent results, compared with other specific metals which may be used in the initiator. metallic initiating agent or metallic reagent, respectively or when applied in
varying conditions.
The solid particles of the process according to the invention,
are finely divided and have, for example, a particle size of between about 20 microns or less and about
150 microns, so that they are in a form suitable for fluidization. Suitable cracking catalyst matrices include those containing silica and / or alumina. Other refractory metal oxides can be used, being limited only by their ability to be effective.
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use mixtures of aluminas elongated with clays. Preferred catalysts include combinations of silica and alumina, in admixture with "molecular sieves" also known as zeolites or crystalline aluminosilicates. Suitable cracking catalysts contain a sufficient amount of crystalline aluminosilicate to materially increase the cracking activity of the catalyst, being limited only by their ability to be efficiently regenerated under the conditions selected. Crystalline aluminosilicates usually have molecular proportions between silica and alumina of at least about 2: 1, for example about 2 to 12: 1, preferably about 4 to about 6: 1.
Suitable silica-based cracking catalysts have a major proportion of silica, for example between about 35 and about 90% by weight silica and between about 10 and about 65% by weight alumina. These catalysts can be prepared by any suitable method, such as grinding, co-gelation and the like, subject only to the condition of providing the finished catalyst in a physical form capable of fluidization.
Suitable molecular sieves include both naturally occurring materials and synthetic aluminosilicates, such as faujasite, chabazite, X-type and Y-type aluminosilicate materials, and "ultrastable" crystalline aluminosilicate materials. large pores. When it is mixed, for example with silica -alumina to provide
a petroleum cracking catalyst, the molecular sieve content of the particles of newly prepared catalyst is suitably between about 0.5 and about 50% by weight, of
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Crystalline silicates are usually available or made in the sodium form; the sodium component is then lowered to as low a content as possible, generally less than about 0.30% by weight, by ion exchange with hydrogen ions, precursors of hydrogen, such as ammonium ions, or polyvalent metal ions, including calcium, strontium, barium and rare earths, such as cerium, lanthanum, neodymium, and rare earths occurring in nature and their mixtures. The crystalline materials which can be used are able to maintain their pore structure under the high temperature conditions of catalyst manufacture, hydrocarbon treatment and catalyst regeneration.
Crystalline aluminosilicates often have a uniform pore structure, of excessively small size, the cross-sectional pore diameter being between about 6 and about 20 Angstroms, preferably between about 10 and about 15 Angstroms.
Catalytic cracking of heavy ends of mineral oils is one of the main refining operations applied when converting crude oils into desirable fuel products such as high octane gasoline used in internal combustion ignition engines. by spark.
Among the illustrative processes of "fluidized" catalytic transformation is the fluidized bed catalytic cracking process in which high molecular weight hydrocarbon liquids or vapors are contacted with particles of hot, finely divided solid catalyst or fluidized bed reactor, either in an extended riser reaction, and the mixture of hydrocarbon and catalyst is maintained at an elevated temperature in a fluidized or dispersed state for a time sufficient to effect the desired degree of cracking in hydro-
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present in motor gasoline and fuel distillates.
Hydrocarbon feedstocks suitable for the
cracked usually boil above the boiling range
1
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are generally cracked at a temperature between approximately
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mineral oil boiling above the gasoline range such as light gas oils, heavy gas oils, wide cut gas oils, vacuum distillation gas oils, kerosene, decanted oils, residual fractions, reduced crude oils, recycle oils from any of the foregoing, as well as suitable fractions from shale processing oils, tar sands, synthetic oils, coal liquefaction and the like. We can-. use these fractions singly or in any desired combination. '
The process according to the present invention can be applied according to any conventional catalytic cracking scheme, but it is advantageously carried out in a fluidized bed catalytic cracking system in which at least a significant portion of the conversion of the hydrocarbons takes place in a dilute phase or reactor transfer piping system
riser, using highly active catalysts applied with relatively high space velocities. Preferably
cracking occurs essentially exclusively in the riser reactor and a subsequent dense catalyst bed is not used for cracking. In a typical case in which lift cracking is applied for converting a gas oil, the yield ratio, or volume ratio between the total and recent charges, may vary between approximately 1 and 3. The conversion rate can vary between approximately
40 and 10'0% by weight, and advantageously it is maintained above
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The term "transformation" denotes the percentage reduction in weight of hydrocarbons boiling above about 222 [deg.] C, at atmospheric pressure, by formation of lighter materials or coke. The weight ratio of the total cracking catalyst to the oil in the riser reactor can vary between about 2 and about 20 so that the fluidized dispersion has a density of between about 16.0185 and 320.37 kg / m3 . Desirably the ratio of catalyst to oil is kept between about 3 and about 20, preferably between about 3 and about 7. The rate of fluidization in the lift reactor can be between about 304.8 and about 3048. cm / sec.
The riser reactor generally has a length to average diameter ratio of about 25. For the production of a typical naphtha product, the mixing temperature is maintained at the bottom of the reactor, within the riser reaction. preferably between about 538 and about 595 [deg.] C, for vaporization of the oil charge and so that the temperature
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cracking of residual and synthetic fuels, significantly higher temperatures would be required. Under these conditions including providing rapid separation of the spent catalyst from the effluent oil vapor, it is established.
a very brief period of contact between the catalyst and the oil.
The duration of the contact in a riser reactor is generally between about 1 and 15 seconds, preferably about 3 and about 10 seconds. Short contact times are preferred because most of the cracking of the hydrocarbon occurs during the first part of the contact time and
that unwanted side reactions are avoided. This is especially important in order to achieve higher yield and selectivity to product, including lower coke production.
A short duration of contact between the catalyst particles and oil vapors can be achieved by various means. For example, the catalyst can be injected at one or more points along the bottom section or at the bottom of the riser. Similarly, the oil charge can be injected at any point along the length of the bottom section of the
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different tion for the new charge and recycling currents:
The lower section of the riser reactor may include,
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with a riser so as to ensure extremely short effective contact times, leading to an optimal transformation of the petroleum feedstocks. When using a dense catalyst bed, provision should also be made for injecting the catalyst and / or oil feed particles directly into the zone of the catalyst.
dense bed.
Although the processing conditions previously discussed are directed towards the production of gasoline, as a fuel for spark ignition internal combustion engines, the processing scheme can be appropriately modified to allow maximum production of hydro carbon products. heavier, such as jet propellant fuels, diesel fuel, heating oils and chemicals, especially olefins and aromatics.
In the catalytic process certain non-volatile charcoal products or "coke" are deposited on the catalyst particles. Coke is composed of highly condensed aromatic hydrocarbons which generally contain a minor amount of hydrogen, namely between about 4 and about 10% by weight. When the hydrocarbon feed contains organic compounds
sulfur, coke also contains sulfur. As the coke builds up on the catalyst, the activity of the catalyst for cracking and the selectivity of the catalyst for producing gasoline blends decrease. The catalyst particles can regain the major proportion of their original qualities by removing most of the coke in a regeneration process.
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formation of oil is stripped prior to its entry into the regenerator. The stripping vessel for application in a fluidized bed catalytic cracking plant can be suitably maintained, essentially at the reactor process temperature, in the range of from about 455 to about
650 [deg.] C and maintained desirably at a higher value.
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is water vapor, although water vapor containing nitrogen or other inert or combustion gas can also be used with steam. The stripping gas is introduced under a pressure which is generally at least about 0.7, preferably about 2.45 kg / cm2 at an appropriate pressure gauge to effect substantially complete removal of the volatiles.
from the spent transformation catalyst.
The process according to the invention can be applied with any conventional catalyst regeneration scheme, but advantageously, it is applied with a regeneration system involving at least one dense bed and at least one dilute phase zone. Spent catalyst particles, subjected to extraction treatment, can enter the dense bed section
from the regenerator vessel by suitable pipes from
of the counting vessel. Entrance can be done through the
bottom or side, desirably close to the top of the
dense bed fluidized zone. Entry can also be through the top of the regenerator when the catalyst has first been in contact with substantially exhausted regeneration gas in a restricted dilute phase zone.
Catalyst regeneration takes place by burning
coke deposits on the surface of the catalyst with an oxygen-containing gas such as air. Numerous regeneration techniques are practiced industrially with which restoration of catalyst activity is achieved in response to the degree of coke removal. As the coke is gradually removed from the catalyst, the removal of residual coke becomes more difficult and, in practice, an intermediate level of restored catalyst activity is accepted as an economic compromise.
The combustion of coke deposits from the catalyst requires a large volume of oxygen or air. Although the present invention is not limited to the following considerations, it is believed that the oxidation of coke can be characterized in a simplified manner as the oxidation of carbon and represented by the following chemical equations:
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Reactions (a) and (b) both take place under the characteristic conditions for regeneration of the catalyst,
in which the temperature range can be from about 566 to 788 [deg.] C, and are examples of the gas-solid chemical interactions when the catalyst is regenerated at temperatures within this range. The effect of any increase in temperature is reflected in an increase in the burn rate
carbon and more complete removal of carbon or coke from catalyst particles. As the combustion rate increases, it is accompanied by a greater release of heat as long as there is a sufficient amount of free or molecular oxygen present, the gas phase reaction (c) may happen. This latter reaction is initiated and propagated by free radicals and can be catalyzed.
The combustion of coke deposits containing sulfur from the catalyst also results in the formation of oxy-; des sulfur and, the present invention not being limited by the following, this combustion can be represented by the following chemical equations:
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Reactions (d) and (e) can also take place under the characteristic conditions for regeneration of the cracking catalyst. While reaction (d) is fast, reaction (e) is relatively slow. Reaction (e) can be catalyzed using any catalyst which catalyzes the preceding reaction (c). Molecular sieves adsorb oxides of sulfur and therefore reaction (e) can take place on the cracking catalyst in solid particles by the process according to the present invention. Other components of the solid particles can also adsorb sulfur oxides. The resulting sulfur trioxide can then react with a suitable metal, or more particularly an oxide of the metal in the metal reagent, to form a stable metal sulfate in the solid particles.
When the solid particles are separated from the combustion gases of the regeneration zone, the metal sulfate in the solid particles circulates in the reaction zone. Thus the sulfur is made unavailable for emission as gaseous sulfur oxides in the combustion gas of the regeneration zone.
The sulphate remains on the solid particles as they pass through the cracking reaction zone and, in the reducing atmosphere therein, changes to the metal sulphide in the metal reactant and possibly also to hydrogen sulphide. By stripping with a stripping gas containing water vapor, in the stripping zone, the sulfur is converted to hydrogen sulphide and exits in the effluent stream of the stripping zone. In this way, the metallic reagent is regenerated and made available again for the reaction with sulfur oxides during the next passage through the regeneration zone. The hydrogen sulfide can then be recovered with the cracked products from the stripping zone, separated and converted to elemental sulfur in conventional devices.
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it is believed that these reactions can be summarized as follows:
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where x represents the proportion between the oxidation state of the oxide ion and the oxidation state of the metal in the metallic reagent
in combination with oxygen.
These reactions are made possible by the molecular sieve type cracking catalyst, the metallic initiator and the metallic reagent of the process according to the invention. The high cracking activity normally present in the molecular sieve catalyst is substantially unaffected by the presence of either the metallic initiating agent or the metallic reactant, so that the intended transformation of the feed is achieved. and the yield of cracked products, together with a decrease in the emission of carbon monoxide and oxides of sulfur.
The metallic initiating agent can be a solid which is confined in the regeneration zone. The metallic initiator and metallic reagent, or both, can also be in finely divided form, such as a powder, separated from the molecular sieve type cracking catalyst or any other support. The metallic initiator or metallic reagent, or both, may be a powder which
it is mixed with the catalytic cracking catalyst and which circulates in the cycle of the catalytic cracking process. In general, such a metallic initiating agent or a metallic reagent or both, in powder form is advantageous in that a powder is easy to charge and handle in a fluidized bed catalytic cracking system. The particle size size of the powder should be chosen so as to avoid particle separation at fluidization rates.
Desirably, the particles in such a powder are not small enough to cause a problem, such as excessive emission with the gases from the bed as entrained particulate matter; however, filters, cyclones, precipitators and the like are usually used in conjunction with fluidized bed catalytic cracking operations to recover most of the entrained particulate matter and return it to the system to reduce losses. The powder should be strong enough to prevent excessive wear and friction degradation of the sieved powder. Frequently, the average particle size of the metallic initiating agent and the powdered metallic reagent, or both, is common.
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greater than about 50 microns in diameter. It has been noted that micro-dimensional particles, that is to say whose average particle size is less than about 1 micron, for example
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larger in size which can be used to advantage in the process of the present invention. Illustrative examples of metallic initiators and metallic reagents
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ferrous, zinc oxide, manganese dioxide, cerium oxide and similar compounds, dolomite and "Trimex" (manufactured
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Alternatively, the metallic initiating agent or the metallic reagent, or both, may be incorporated into a suitable carrier. Metal initiating agent and metal reagent can be incorporated into the carrier simultaneously
or at different times and by identical or different methods of incorporation. This support can be a catalyst
cracking or a solid which is substantially inert to the cracking reaction and may for example be ceramic in nature. In a similar case, the supported metallic initiating agent or metallic reagent, or both, can then be mixed with the molecular sieve type cracking catalyst. Desirably, the support is porous and frequently has a specific surface area, including pore to surface area of at least about 10, and preferably at least 50 m2 / g. Illustrative examples of such supports are silica, alumina, silica-alumina and the like.
By varying the metallic initiating agent or the metallic reagent, or both, may be incorporated in the molecular sieve type cracking catalyst or in a portion thereof, in the solid particles according to the method of present invention. In which case, the metallic initiating agent or the metallic reagent, or both, can be introduced into the matrix of the cracking catalyst during the manufacture of the catalyst, or they may be impregnated on the structure of the cracking catalyst. . In this case, care should be taken in choosing the method of incorporation, so that the activity
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the ion exchange is completed before the incorporation of metallic initiator and / or metallic reagent.
In any of the preceding cases, it is not known with absolute certainty the precise manner in which the metal (s) of the metallic initiating agent or of the metallic reactant, or both, are incorporated into the cracking catalyst. of the molecular sieve type, in the amorphous cracking catalyst or a substantially inert support. The metals can enter into complex combination with the carrier material and other components of the solid particles according to the invention. Therefore, it is understood that the use of the terms "metallic initiating agent" and "metallic reagent" and "incorporated into" the support refer to the metals of these components existing on the support material in elemental state and / or in combined form.
The metallic initiating agent and / or the metallic reagent can be incorporated into the support by ion exchange, by impregnation or by other means, by contacting the support or one of its components with one or more solutions. of a compound (s) of the metal (s) in the metallic initiating agent or metallic reagent, or both, in an appropriate amount necessary to ensure the desired concentration of metallic initiating agent or metallic reagent, or two, within the scope of the present invention.
The metallic initiating agent and / or metallic reagent can be combined with the support either at any stage in the preparation of the support or after the support has been prepared. One mode of incorporation is ion exchange with the support. For example, it is preferred to carry out a crystalline aluminosilicate ion exchange with one or more solutions of one or more compounds of the metal (s) in the metallic initiating agent or the
metallic reagent, or both, and then prepare a material
Porous cracked <EMI ID = 66.1>. Ion exchange of siliceous solids or clays with a solution (s) of a compound (s) of the metal (s) in the metallic initiator or metallic reagent, or both, is also useful. Suitable compounds in this
but include metal halides, preferably chlorides, nitrates, amine halides, oxides, sulfates, phosphates and other water-soluble inorganic salts.
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bone and alcoholates. Specific examples include palladium chloride, chloroplatinic acid, chloride
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dioxo-bis (ethylene diamine) -rhenium (V) chloride, rhodium chloride and the like.
Another method of preparing a metallic initiator or metallic reagent, or both, usable according to the present invention is the impregnation of a suitable support with one or more compounds of the metal or metals dispersible or soluble in the. water or in an organic solvent, in the metallic initiating agent and / or the metallic reagent. The impregnation can be carried out in any way which does not destroy the structure of the support. The metallic initiating agent, or the metallic reactant, or both, can be impregnated on a carrier inert to hydrocarbon cracking, the α-type cracking catalyst. molecular sieve or amorphous cracking catalyst. Impregnation is different from cation exchange.
Impregnation results in the greater deposition and predominantly physical association on the support surface, while ion exchange results in predominantly association
- chemical and to greater diffusion and consequently to less surface deposition. In the impregnation, the metal is deposited and no significant ion exchange occurs between the metal and the support. In the impregnation of a support the metal (s) in the metallic initiating agent or the metallic reagent or both, may be present in or in the form of one or more compounds soluble or dispersible in water or in an organic solvent, and an amount or amounts sufficient to contain the amount of the desired metal (s) on the support, and the support is contacted therewith.
The composite material can be dried to remove the solvent, leaving the metallic initiating agent or metallic reagent or both to deposit on the support.
Preferably, water soluble salts of the nitrate type are used in the impregnation solution, since the residue from thermal decomposition of nitrates is relatively harmless to the activity of the cracking catalyst.
of hydrocarbons. It is also possible to use salts of the type
halogenated or sulphates of the metal to be impregnated, however, due to
that halogens or sulphides may be released during
thermal degradation of the salt and can be harmful to the Inactivity of the hydrocarbon cracking catalyst, these salts are most often used when depositing the metallic initiating agent or the metallic reagent or both on supports which are substantially inert in the cracking reaction which does not materially adversely affect the catalytic cracking reaction.
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metallic or metallic reagent or both on a support,
in particular porous supports such as crystalline aluminosilicates, is the adsorption of a liquid compound (s) of the decomposable metal (s), in the metallic initiating agent or the metallic reagent or both, on the support followed by a chemical or thermal decomposition of the compound (s). The support can be activated by heating to remove any adsorbed water and then contact with one or more decomposable liquid compounds of the metal (s), in the metal initiating agent.
or the metallic reagent or both, with adsorption of the compound (s) to the support. Typical examples of these compounds are carbonyl metals, alkyl metals, volatile metal halides and the like. The adsorbed compound (s) can then be thermally or chemically reduced to the active state, thereby leaving uniformly dispersed on the support an initiating agent or an active metallic reagent, or both. The thermal reduction can be carried out for example in the regeneration vessel during the regeneration process.
Impregnation and adsorption can be carried out
with a support before the introduction into the cracking process cycle. However, it is also advantageous to introduce one or more compounds of the metal or metals into a metallic initiating agent or
a metallic reagent or both, in the cracking process cycle and to incorporate them in situ in the support. This or these compounds can be introduced in dispersible or soluble form.
in oil or water, and in solid, liquid or gaseous state,
any stage of the cracking process cycle so
that we achieve a wide distribution in the particles
solid. For example, this or these compounds can be mixed either
with the feed or the fluidizing gas in the reaction zone,
with regeneration gas, torch oil or water in the
regeneration zone, or with the stripping gas in the stripping zone or it can be introduced as a separate stream.
Suitable compounds for in situ incorporation include
metal salts, organometallic compounds, metal diketonates, carbonyls, metallocenes, olefin complexes of 2 to 20 carbon atoms, acetylene complexes
or complexes of alkyl- or aryl-phosphines and carboxylates of 1 to 20 carbon atoms. Specific examples of these are platinum acetylacetonate, tris (acetylacetonato) -rhodium (III), tri-iodoiridium (III) -tricarbonyl, cyclopentadienyl-rhenium- (I) -tricarbonyl, ruthenocene , cyclopentadienyl-sodium (I) -dicarbonyl dimer, dichloro (ethylene) -palladium (II) dimer, cyclopentadienyl- (ethylene) -rhodium (I), diphenyl-acetylene-bis (triphenylphosphino) -platin- (O), bromo-ethyl-bis (triethylphosphino) -palladium (II), tetrakis-
(triphenylphosphine) -palladium (O), chlorocarbonyl-bis- (tri-phenylphosphine) -iridium (I), palladium acetate, palladium naphthenate and zinc-dimethyl and zinc-diethyl.
Key features are easier to reach
of activity and stability by introducing at least one metallic initiator and metallic reagent to produce reduced releases of carbon monoxide and sulfur oxides in the cracking process cycle, and the incorporation in
the solid particles in situ, rather than compositing with the catalyst. cracking during the manufacture of the cracking catalyst. It was found that the introduction of at least
a metallic initiator and metallic reagent in the
cycle of the cracking process and its incorporation in situ as opposed to composition with the cracking catalyst
during the preparation of the cracking catalyst gives rise
to a greater reduction in the emission of carbon monoxide
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regeneration. The incorporation of at least one metallic initiator and metallic reactant during the cracking cycle is also advantageous because it allows to maintain a greater degree of control over any potential harmful effects of this metallic initiator and / or of the metallic reagent on the cracking reaction because the rate and / or the quantity of this metallic initiator and / or of the metallic reagent introduced into the cracking cycle may vary. Likewise, this metallic initiating agent and / or this metallic reagent, previously compounded with the cracking catalyst before the introduction of the catalyst into the cycle of the cracking process, can be lost under
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cracking. The addition of the metallic initiating agent and / or the metallic reagent to the cracking cycle and its incorporation into the solid particles in situ makes it possible to maintain the desired amount of initiating agent and / or metallic reagent at the cracking cycle. surface or on the accessible portions of the solid particles.
Another method involves the incorporation of an initiator or a metallic reagent, or both, with a precursor of the carrier, for example a silica gel or a silica gel -alumina before spray drying or the like. physical shaping process, and the precursor is dried to prepare the support. The resulting support body can be calcined to form the active material. Alternatively, heat treatment can be performed in the cracking cycle.
According to a preferred embodiment of the present invention, the metallic reagent is mainly in physical association with the cracking catalyst of the molecular sieve type and is chosen from the group consisting of
sodium and rare earth metals, their compounds and mixtures. By applying this form of implementation, it is possible to combine the metal or metals of the metallic reactant with the catalyst.
molecular sieve type cracking by any process which does not result in significant chemical incorporation of; this or these metals in the crystalline aluminosilicate portion of the cracking catalyst. Accordingly, according to this form of betting
the metallic reagent cannot be incorporated into the molecular sieve type cracking catalyst by exchange.
ion. With the exception of the ion exchange on the molecular sieve type cracking catalyst, however, the previously indicated techniques for the incorporation of the metallic reagent
in the substrate are generally suitable for application in
the implementation of this embodiment.
A main advantage resulting from the process according to the invention is the unusually low content of carbon monoxide in the effluent gas stream from the regenerator, at which one
can achieve. While the flue gas from conventional regeneration of cracking catalysts usually contains between about 6 and 10 carbon monoxide, a similar amount of carbon dioxide and very little oxygen, the content of
carbon monoxide of the combustion gas from this process
new regeneration can be kept at less than 0.2 volume
% approximately, for example between approximately 500 and 1000 parts per
million by volume (ppmv). Advantageously, the content is even
even lower, for example between 0 and about 500 ppmv. This low concentration of carbon monoxide in the gas stream
combustion allows the direct discharge of the effluent gases into the atmosphere, while meeting ambient air quality standards. If necessary, you can burn
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; of the present invention also allows the elimination of costs
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energy produced by the subsequent oxidation of carbon monoxide, while meeting existing ambient air quality standards for carbon monoxide emissions.
The method according to the present invention provides additional advantages. These advantages relate to the problem of thermal equilibrium and the "post-combustion" or combustion of carbon monoxide and entrained coke particles in the dilute phase of a coke burner or catalyst regenerator. A main problem, often encountered and that we are looking for
to be avoided in practice, particularly in the regeneration of catalyst in a fluidized bed, is the phenomenon referred to as "post-combustion", as described for example by Hengstebeck "Petroleum Processing", McGraw-Hill Book C [deg.], 1959, at pages
160 and 165 and discussed in "Oil and Gas Journal", Volume 53
(N [deg.] 3), 1955 at pages 93 and 94. This term describes a subsequent combustion of carbon monoxide to carbon dioxide, as represented by the preceding reaction (c), and which is highly exothermic. Afterburning has been strictly avoided in catalyst regeneration processes because it could lead to very high temperatures which could damage equipment and cause permanent deactivation of the cracked catalyst particles. After-combustion has been observed during numerous fluidized bed catalyst regenerator operations, and a very significant portion of this technique has developed around the various means for regulating regeneration techniques, so as to avoid this after-combustion. .
More recently, attempts have been made to raise the temperature of the regenerator for various reasons; Complicated arrangements have also been developed to control the temperatures of the regenerator at the point of onset of post-combustion by suitable means for controlling the oxygen supply to the regenerator vessel as disclosed for example in US Pat. deg.] 3,161,583 and 3,206,393 as well as in the
US Patent N [deg.] 3,513,087. Accordingly, according to typical current practice, by avoiding post-combustion, the combustion gas from catalyst regenerators usually contains very little oxygen and a large amount.
of carbon monoxide and carbon dioxide in practical amounts
equimolar.
Subsequent combustion of carbon monoxide to carbon dioxide is a reducing source of thermal energy because reaction (c) is highly exothermic. Afterburning can occur at temperatures above about 593 [deg.] C and releases approximately 2416.69 calorie-grams / gram of oxide.
of oxidized carbon. This is typically about a quarter of the heat release which can be obtained from the combustion of coke. The combustion of carbon monoxide can be carried out in a controlled manner in a separate zone or boiler
of carbon monoxide, after separation of the effluent gas from the catalyst
sor, as described for example in US Pat. No. 2,753,925, the thermal energy released being used in various operations.
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petroleum load). These thermal recovery processes require separate and complicated equipment, but they serve to minimize the discharge of carbon monoxide into the atmosphere as a component of the flue gases and therefore serve to avoid
a potentially serious risk of pollution.
In addition) silica-alumina catalysts conventionally used for many years in various processes for cracking petroleum hydrocarbons :, are not particularly;
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weight. However, silica-alumina catalysts have been widely used.
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posing incorporated crystalline aluminosilicate and known as zeolites or molecular sieves. The catalysts containing a molecular sieve are much more sensitive to the level of residual coke being strongly influenced both with regard to the activity of the catalyst and the selectivity of the catalyst for the transformation of feed into the desired product (s). Due to the difficulties encountered in conventional catalyst regeneration techniques for removing the last portions of residual carbon, the practical level of coke usually corresponds to the residual coke content on the regenerated catalyst, between about
0.2 and about 0.3% by weight.
Because improved activity and selectivity can be achieved with molecular sieve type cracking catalysts at low coke levels, an attractive stimulation is offered to find a way to lower residual coke levels even more. Coke levels below approximately
<EMI ID = 84.1>
achieve this by industrially practicable means. Considerations such as larger regeneration vessels, larger catalyst inventory, greater heat losses and the like all serve to discourage achieving such an ideal balance of catalyst activity levels.
Preferred forms of carrying out the method according to the invention involve an operation in conjunction with the scheme.
<EMI ID = 85.1>
'cited in full by way of reference, relates to an improved catalytic cracking process, comprising an improved process.
<EMI ID = 86.1> Catalytic fluidized bed of hydrocarbon feedstocks, during which the catalyst is deactivated by depositing coke on the surfaces of the catalyst. The process makes it possible to keep the coke on the regenerated catalyst at an extremely low level, while simultaneously maintaining a favorable thermal equilibrium in the
- the transformation installation and supplying a stream of combustion gas with an extremely low carbon monoxide content. The heat from the combustion of carbon monoxide is absorbed by the regenerated catalyst and provides part of the process heat required in the transformation zone of
1 hydrocarbon. According to one of the embodiments of the process of this patent, the combustion of carbon monoxide into carbon dioxide takes place practically until exhaustion within the container.
<EMI ID = 87.1>
partially regenerated catalyst from the primary regeneration zone of relatively dense catalyst can flow through the secondary zone in a controlled manner in quantity and quantity.
rates sufficient to absorb virtually all of the heat
caused by combustion occurring in the secondary zone.
Although most of the coke is burned in the primary zone, additional coke from the partially regenerated catalyst is burnt while it is present in the secondary zone, and the practical catalyst can be recovered.
coke free for recycling at conversion level
of the hydrocarbon.
According to a second form of implementation of the method
<EMI ID = 88.1> tion, including both coke or carbon oxidation on the catalyst and the oxidation of carbon monoxide, occurs in a single zone of relatively dense phase regeneration in response to appropriate regulation mainly from the regeneration temperature and gas velocity.
Similarly, when the method according to the present invention operates according to the embodiments involving
<EMI ID = 89.1>
part of the heat released during the combustion of carbon monoxide in the regeneration zone is absorbed by the solid particles of this invention which comprise the cracking catalyst and provides part of the heat required in the zone
cracking. Advantageously in these forms of implementation
work, the process according to the present invention allows the combustion of a considerable quantity of coke and carbon monoxide in
the dense phase zone, if there is one, where there is present a significantly greater quantity of solid particles, compared to the dilute phase zone, if there is one, to disperse the heat released. As the portion of combustion which occurs in the dense phase zone increases, the evolution of heat in the dilute phase zone is markedly reduced, therefore, the need to ensure rapid rotation of the solid particles.
in the area diluted to absorb the heat released is lessened or eliminated.
In these embodiments, the process encompasses the use of the solid particles according to the present invention.
which include a molecular sieve type cracking catalyst
<EMI ID = 90.1>
metallic reactant of the present process, in a system which maintains substantially complete combustion of carbon monoxide. The low coke levels on the catalyst are lower than in --- <EMI ID = 91.1>
process can lead to the result that the flue gas has
carbon monoxide levels of less than about 0.2% by volume eg about 500 to 1000 parts per million and as low as about 0 to about 500 parts per million. The process also involves recovering the heat released by transfer directly to the solid particles within the regeneration vessel.
In these embodiments, the fluidizing gas in the dense zone of the regenerator can have a velocity, for example between about 6.1 and 121.92 cm / second, so
<EMI ID = 92.1>
tion used to fluidize the dense bed contains free or molecular oxygen, and the oxygen is charged to the generator in an amount somewhat in excess of that required for the complete combustion of the coke (carbon and hydrogen ) carbon dioxide and water vapor. The amount of oxygen in excess of that required for complete combustion of the coke may
<EMI ID = 93.1>
Theoretical stoichiometric amount of oxygen required for the complete combustion of the coke, but advantageously it does not need to be greater than about 10%. For example, when using air as the regeneration gas, an excess of air of
10% provides only about 2% volume of oxygen in the effluent spent gas stream. Advantageously, the concentration of free or molecular oxygen and of carbon monoxide at any point within the regenerator is kept outside the explosive range under these conditions, preferably the concentration of carbon monoxide is below the explosive range in these conditions, to eliminate any risk of detonation.
The regeneration gas, in addition to molecular or free oxygen, may contain inert gases or diluents such as nitrogen, water vapor, etc. Frequently the oxygen concentration in the regeneration gas upon entering the gas. the regenerator is between about 2 and 30% by volume, preferably about 5 to 20% by volume. Since air is conventionally used as the source of oxygen, a major proportion of the inert gas may be nitrogen The inert gas can be used to dissipate excess heat from the combustion of coke on the catalyst.
A source of hot inert gas is the effluent from the regenerator and a portion of this gas can be recycled to the regenerator and, for example, combined with a sufficient supply of air or any other gas containing air. oxygen, including substantially pure oxygen, to ensure the desired oxygen content. Therefore, the recycle gas can be used in direct heat exchange to increase the temperature of the regeneration gas to provide further thermal savings in the system.
Solid particles within the dilute phase can be partially transported to the separation zone, usually having cyclone separators in a plurality of stages, from where the solid particles can be returned directly by hollow rods plunging into the zone. dense bed, and the spent regeneration and combustion gases are collected in a full (plenum) and finally discharged to properly recover the thermal energy they contain.
Methods of recovering heat from the flue gases include steam regeneration, stripping of spent catalyst, indirect heat exchange with various refining streams, such as feed to the particular transformation process, and use in various drying or evaporating devices. With the accompanying plate of drawings, Figures 1 and 2 provide elevational views, partially in section, of embodiments of the apparatus suitable for catalyst regeneration according to embodiments of the process of the present invention involving the patent regeneration scheme
<EMI ID = 94.1>
be applied with advantages in b in existing installations for cracking petroleum hydrocarbons, in particular
fluidized catalytic cracking installations with
a variety of spatial arrangements of cracked sections,
skinning and regeneration.
Figure 1 illustrates one of these embodiments of the present invention using a bottom inlet of the spent catalyst, stripped, passing from the cracking reactor.
(not shown) to the regenerator. The solid particles of the spent catalyst impregnated with the metallic initiating agent and a metallic reagent coming from the stripping zone associated with the outlet of the catalyst from the reactor, enter through the bottom of the regeneration vessel 1. The solid particles flow upwards through inlet pipes 2 and 3 and
<EMI ID = 95.1>
The dense phase bed is maintained in the lower section 6 of the
<EMI ID = 96.1>
phase face 7. Solid particles in the dense phase bed are fluidized by the flow of combustion air through.
<EMI ID = 97.1>
air 11. Practically balanced airflow patterns in the regeneration zone can be achieved by using
<EMI ID = 98.1>
<EMI ID = 99.1>
<EMI ID = 100.1>
higher temperatures by temporarily burning torch oil, for example decanted oil, in the bed. Torch oil can be added by passing through a pipe 12, a valve 13 and a pipe 14 which ends in a nozzle located
above the air ring 11. Fluidizing air velocities t � ans continuously carry a certain amount of solid particles upward into the dilute phase zone which occupies the portion.
<EMI ID = 101.1>
above the phase interface 7. Coke combustion continues in the dilute phase zone and the largely exhausted combustion gas with the solid particles entrained in the first stage of cyclone separators 20 and 21 is removed. Most of the solid particles are separated in the first stage of cyclones and discharged downward through hollow dip rods 22 and 23 into the dense phase zone. The remaining gases and solid particles pass through lines 24 and 25 between the stages of cyclones to the second stage of cyclone separators.
<EMI ID = 102.1>
duelles are separated and pass downward through dip rods 28 and 29 into the dense phase bed. Substantially all of the spent combustion gas passes through lines 20 and 31 into a chamber 32 and finally is discharged from the regenerator vessel through a line 33. This effluent can be suitably subjected to heat exchange, not shown, with a refining stream or for the production of process steam. The solid particles of the regenerated catalyst are withdrawn from the dense bed through lines 34 and 35 fitted with collecting heads 36 and 37 for the return to the reactor.
cracking.
Although the supply of air for combustion ensures an excess of oxygen over the amount required to effect complete combustion of the coke on the catalyst particles into water vapor and carbon dioxide, combustion of the coke may not be complete in the dense phase bed according to one of the embodiments of the present invention which applies the regeneration scheme of US Pat. No. 3,909,392. In this situation, the combustion gases rising from the dense bed zone therefore contain a significant amount of carbon monoxide as well as carbon dioxide and oxygen. The coke remaining on the catalyst and the carbon monoxide are essentially burnt off in the dilute phase zone with the development of additional heat.
When carbon monoxide burns in the dilute phase, a zone of elevated temperature is usually present within most of the zone.
in dilute phase and particularly near the point indicated by X and which can be easily examined, by a window, not shown, in this horizontal plane. The regulation of the regeneration temperature within the dilute phase zone is effected in part by absorption of heat by the mass of the solid particles, that is to say transported upwards by the rise of the neck.
<EMI ID = 103.1>
exhaust 40 from the dense bed, and a distributor head
41 where a rain or fountain of solid particles disperses in the dilute phase zone. The solid particles can be directed with air, water vapor or other inert gas entering through a line 42, a valve 43 and an injection tube.
<EMI ID = 104.1>
of the exhaust pipe 40. It is also possible to regulate an excessive temperature in the top section of the regenerator.
<EMI ID = 105.1>
<EMI ID = 106.1> bre- by the steam supplied by a pipe 50, a valve 51 and
<EMI ID = 107.1>
presser 32. Further cooling, if desired, can be provided by the use of a water spray, not shown, which can advantageously be directed into the region.
<EMI ID = 108.1>
low temperatures promote the formation of stable compounds containing metal and sulfur in the regeneration zone.
Figure 2 illustrates another embodiment of the present invention, using the regeneration scheme of US Patent No. 3,909,392 with side entry of solid particles of spent, stripped catalyst and agent. metallic initiation and metallic reagent, from the cracking reactor to the regenerator. The solid particles of spent catalyst impregnated with the metallic initiating agent and metallic reagent enter the regeneration vessel 101, flow out <EMI ID = 109.1>
<EMI ID = 110.1>
dense phase, maintained in a bottom section 106 a short distance below the phase interface 107. Fluidization of the solid particles is effected by air for combustion passing through line 108, valve 109, and line 110 to an air ring 111. Additional air rings, not shown, can be used, if desired, to further balance the air flow patterns in the regeneration zones. As depicted in Figure 1, the combustion of the coke on the spent catalyst particles is initiated in the dense phase zone where temperatures as high as desired can be achieved by temporary combustion of a stream of torch oil in the area. This torch oil can be added by a con-
<EMI ID = 111.1> a nozzle.
The velocity of the fluidizing air can be regulated to continuously drive up the solid particles, in order to absorb heat in the dilute phase zone
which occupies the upper section 115 of the regenerator vessel, i.e. the section which is above the phase interface
107. The combustion of the coke as well as that of the carbon monoxide can continue in the dilute phase zone and the combustion gas, largely depleted together with the entrained portion of the solid particles, is withdrawn into cyclone separators of the. first stage 120 and 121. In these first stage cyclones, most of these solid particles are separated and discharged downward by hollow plunging rods 122 and 123 in the dense phase zone.
The remaining gases and solid particles then pass through lines 124 and 125 between the cyclone stages to cyclone separators 126 and 127 of the second stage or. virtually all of the remaining solid particles are separated and pass downward through hollow plunging rods
128 and 129 in the dense phase bed. The substantially exhausted combustion gas then passes through lines 130 and 131 into
<EMI ID = 112.1>
generator via a line 133. Solid particles are removed
of the regenerated catalyst from the dense bed, passing through
pipes 134 and 135 provided with collecting heads 136 and 137 'for the return to the reactor. catalytic cracking.
As described for the embodiment
in Figure 1, carbon monoxide burns in the dilute phase,
<EMI ID = 113.1>
<EMI ID = 114.1>
indicated by X. The regulation of the regeneration temperature in the diluted zone is effected largely by absorption of heat by the mass of solid particles carried upwards by the rising flow of the combustion gases. The temperatures in the vicinity of the booster, cyclone and connecting pipes can be lowered if desired with supplied steam.
<EMI ID = 115.1>
steam ring 153 which surrounds chamber 132. Likewise, water spray devices, not shown, can be used.
In other particularly preferred embodiments of the present invention, the apparatus shown in FIGS. 1 or 2 is used with a significant modification of the operating parameters, compared to the embodiments previously described. In these forms of implementation,
the speed of the gas and the arrival of the solid particles are controlled so that a practically complete combustion of the coke and the carbon monoxide is completed within the dense phase and that the heat
<EMI ID = 116.1>
In all these forms of implementation, the stabilization of the combustion reaction is particularly reinforced.
by the use of the metallic initiating agent and the regenerator is therefore able to operate at a lower temperature or to burn larger quantities of carbon monoxide and thus regenerate a larger quantity of cracking catalyst
at the same temperature. These low temperatures promote the formation of stable compounds containing metal and sulfur in
the regenerator.
When this system operates in accordance with one of the forms of the two embodiments previously described, the recovery of the heat released by the practically total combustion of the coke and of the carbon monoxide takes place by absorption.
in the solid particles, in both phases and the return of the solid particles in the dense phase also serves to ensure the maintenance of this appropriate high temperature within the dense phase zone. The returned solid particles can carry additional heat which serves to raise the temperature of the dense phase zone to a temperature which promotes combustion of the additional positions of coke deposits, so that combustion of the final portions of coke is virtually complete. When the system is operating so that practically
all combustion is completed in the dense catalyst phase, heat is dispersed within this phase as it is absorbed by the fluidized solid particles and the final portions of coke are burned. Consequently, in all these embodiments, the solid particles of regenerated catalyst returning from the regenerator to the reactor
crackers suitably contain from about 0.01 to in-
<EMI ID = 117.1>
preferably about 0.01 to about 0.03% weight of carbon or coke on the catalyst and can be removed from the regenerator at a favorable temperature for use in the cracking reactor.
A remarkable advantage of these embodiments of the invention is that a regenerated catalyst is provided which generally has improved activity and selectivity characteristics, more closely similar to those of the fresh transformation catalyst, particularly during transformations carried out with very short contact times
<EMI ID = 118.1>
catalyst containing a sieve and their selectivity to transform hydrocarbon feedstocks into desired products are both very markedly modified in a favorable direction by further removal of residual carbon or coke on the catalyst during regeneration. Especially preferred is the low coke content on the catalyst regenerated with fluidized bed cracking catalysts containing crystalline, catalytically active aluminosilicates. As a result, larger conversions of the feed and higher yields of the desired transformation products are achieved. The metallic initiating agent in this process helps stabilize the regulation of the regenerator, by regulating the oxidation of carbon monoxide.
In addition, the risk of the extinction of the oxidation of carbon monoxide by a drop in temperature, an increase in the speed of the gas which can cause
blowing or a decrease in the carbon monoxide content,
because the oxidation of carbon monoxide is favored. The metallic initiating agent also results in lower regeneration temperatures and thus promotes the formation of a stable compound containing metal and sulfur in the regeneration zone.
<EMI ID = 119.1>
lower zone with dense phase and upper zone with dilute phase;
<EMI ID = 120.1>
in carbon dioxide can be made to a significant extent, often
<EMI ID = 121.1>
until completion in the dense phase of the regenerator. The oxidation of carbon monoxide to carbon dioxide in the dense phase provides heat to help support the combustion of coke deposits from the fluidized catalyst. In addition, since a large portion of carbon monoxide is oxidized in the dense phase, a lesser amount of carbon monoxide is present for combustion in the upper phase of the fluidized catalyst in the regenerator, and thus one can significantly decrease or avoid "afterburning" and high temperatures due to excessive uncontrolled combustion of carbon monoxide in the upper portion of the regenerator, which can adversely affect the materials used to build the reactor, the gas stacks
of waste flue, collectors for possible particulate matter in the waste gas, for example in cyclones and which can compromise the activity of the catalyst.
Solid particles containing the regenerated catalyst particles with unusually low residual coke content are collected from the dense phase and or passed at substantially dense bed temperature through a line to the cracking reactor for contact with. a new one
hydrocarbon feed or a mixture with recycled hydrocarbon fractions. Since the favored oxidation of carbon monoxide from the combustion of coke deposits on the catalyst can occur to a large extent in the dense phase
and occurs according to the preferred embodiments, substantially all in the dense phase, the regenerated catalyst can be returned to the cracking reactor at a much higher temperature as well as with a higher activity than what was happening up to present in conventional operations.
Many fluidized bed cracking plants operate on a primary "thermal equilibrium", dependent on the combustion of coke for the release of heat required by the process. These installations, however, have not been able to fully utilize the advantages of cracking catalysts, in particular of zeolite type catalysts, which can be expected.
<EMI ID = 122.1>
<EMI ID = 123.1>
oil can be extremely short. The type of operation which ensures a large transformation coupled with a high selectivity, favors a low ratio between the catalyst and the oil in the lift reactor, which results in a less quantity of available coke capable of generating heat by combustion in the regenerator. Consequently, an external heat source, such as a feed preheating furnace, must frequently be added to increase the temperature of the catalyst or, alternatively, the installation must operate at a new lower feed temperature. These undesirable characteristics can be avoided or reduced by the process according to the invention which allows
efficient recovery of additional heat by the solid particles, for transport to the riser reactor. The heat of combustion of coke in typical operations is about 6666 calorie-grams / gram. The process according to the invention can increase the heat available by combustion
coke up to about 9,445 calorie-grams / gram or more.
This higher heat of combustion tends to raise the temperature of the regenerator, lower the rate of coke on the regenerated catalyst and lower the rate of circulation of the solid particles while ensuring improved yields for a lower rate.
of given transformation.
EXAMPLE 1.-
200 g of commercially available calcined molecular sieve type cracking catalyst were impregnated in equi.
<EMI ID = 124.1>
flax type Y, and subjected to ion exchange with hydrogen and rare earth ions, containing 30% by weight of alumina, with 3.90 g
<EMI ID = 125.1>
<EMI ID = 126.1>
the range from 20 to 75 microns. The impregnated catalyst particles were collected and dried at 122 [deg.] C, followed by calcination for 3 hours at 677 [deg.] C. The resulting catalyst contains 0.3% by weight of manganese.
EXAMPLE 2. -
The procedure of Example 1 is repeated, except that 1.265 g of uranyl nitrate dissolved in 210 ml of water is used as the impregnation solution. The impregnated catalyst was dried at 122 [deg.] C and then calcined for 3 hours at 677 [deg.] C. The cata-
<EMI ID = 127.1>
EXAMPLE 3. -
<EMI ID = 128.1>
The procedure of Example 1 is repeated, except that 0.82 g of ammonium metatungstate dissolved in 210 ml of water is used as the impregnation solution. The catalyst is dried
at 122 [deg.] C then calcined for 3 hours at 677 [deg.] C. The catalyst re-
<EMI ID = 129.1>
as an impregnation solution. The catalyst is dried and calcined as in Example 1 and contains 0.3% cerium.
EXAMPLE 5.-
The process of Example 1 is repeated except that 2.73 g of zinc nitrate hexahydrate in 200 ml of water is used.
as an impregnation solution. The catalyst is dried and calcined as in Example 1 and it contains 0.3% by weight of zinc. EXAMPLE 6.-
We repeat the process of example 1, except that we <EMI ID = 130.1>
EXAMPLE 7.-. We repeat the process of example 1 except that we <EMI ID = 131.1>
aqueous as an impregnation solution. We dry it; catalyst impregnated at 122 [deg.] C for 3 hours and then calcined at 677 [deg.] C during
<EMI ID = 132.1>
molybdenum.
EXAMPLE 8. -
We repeat the process of example 1, except that we
<EMI ID = 133.1>
with water, as an impregnation solution. The solution is heated until the titanium salt is completely dissolved.
The catalyst was dried at 122 [deg.] C and then calcined for 3 hours at 677 [deg.] C. The resulting catalyst contains 0.3% by weight of titanium.
EXAMPLE 9.-
The procedure of Example 1 is repeated except that 1.2 g of chromic oxide dissolved in 200 ml of water are used as the impregnation solution. The impregnated catalyst was dried for 3 hours at 122 [deg.] C and then calcined for 3 hours at
<EMI ID = 134.1>
EXAMPLE 10.-
The procedure of Example 1 is repeated, except that 2.12 g of zirconyl chloride dissolved in 200 ml of water are used as the impregnation solution. The im- catalyst is dried.
<EMI ID = 135.1>
200 ml of water as an impregnation solution. We dry it
<EMI ID = 136.1>
<EMI ID = 137.1>
EXAMPLE 12.-
We repeat the process of example 11 except that we
<EMI ID = 138.1>
210 ml of water as an impregnation solution. The resulting catalyst contains 0.1% manganese.
EXAMPLE 13.-
50 g are impregnated with an industrially available catalytic cracking catalyst, in equilibrium, which has been calcined and is example of coke, and which contains 2 to 4% of a molecular sieve.
<EMI ID = 139.1>
Magnesium nitrate trihydrate in 50 ml of water, sufficient to completely wet the cracking catalyst. The wet catalyst was then dried for 3 hours at 122 [deg.] C and then calcined at 538 [deg.] C for 3 hours. The catalyst contains 1% by weight of magnesium.
EXAMPLE 14.-
The process of Example 13 is repeated except that half the amount of magnesium nitrate is used for furnace.
<EMI ID = 140.1>
EXAMPLE 15. -
36.24 kg are impregnated with an industrially available cracking catalyst in equilibrium, which has been calcined and which is free of. coke and contains 3.8% by weight molecular sieve in a silica-alumina matrix, in three batches with 1.90 kg
of magnesium nitrate dissolved in 12 liters of water, just enough to fill the pore volume of the catalyst. We dry it
<EMI ID = 141.1>
catalyst.
EXAMPLE 16. -
100 mg of chloroplatinic acid are dissolved in 1 liter of water and 18 ml of this solution are diluted with a quantity of water sufficient to wet 300 g of an industrially available equilibrium cracking catalyst which has been withdrawn. of an industrial plant and then calcined at 538 [deg.] C for
<EMI ID = 142.1>
calcines at 538 [deg.] C for 3 hours. The catalyst contains 6 parts per million by weight of platinum.
EXAMPLE 17. -
95 g of an industrially available alumina are wetted with a solution of 3.22 g of ammonium vanadate and 5 g of oxalic acid in 95 ml of water and then dried at 122 [deg.] C for 3 hours. and calcined at 538 [deg.] C for 3 hours. This alumina impregnated with vanadium is then wetted with a solution of 9.3 g of copper nitrate in 95 ml of water. This wet alumina was dried at 122 [deg.] C for 3 hours and calcined at 538 [deg.] C for
<EMI ID = 143.1>
by weight of copper.
EXAMPLE 18.-
10 g of a solution of 6.9 g of lubricating oil adjuvant which contains 9.2% by weight of
<EMI ID = 144.1>
magnesium bonate and polypropyl-benzene sulphonate of magnesium
<EMI ID = 145.1>
in a laboratory-scale cracking installation, having
a fluidized bed of 220 g of an industrial cracking catalyst
<EMI ID = 146.1>
molecular weight and about 0.6% by weight sodium and withdrawn from an industrial fluidized bed catalytic cracking plant and then calcined. The recycle oil is cracked at 372 [deg.] C
<EMI ID = 147.1> for 10 minutes at 677 [deg.] C, the catalyst bed is cooled to
372 [deg.] C and the cracking-purging-regeneration cycle is repeated until the magnesium, zinc and phosphorus contents of the catalyst reach levels of 110, 703 and 59 parts per million, respectively. Zinc and phosphorus are inherently present.
EXAMPLE 19.-
The process of Example 18 is repeated, except that the cracking-purging-regeneration cycle is repeated with 10 g of a solution containing 6.5 g of oil and 3.5 g of oil adjuvant. read-
<EMI ID = 148.1>
EXAMPLE 20. -
The procedure of Example 19 is repeated, except that an industrially available cracking catalyst is used.
<EMI ID = 149.1>
in a silica-alumina matrix and which has also been withdrawn from an industrial fluidized and calcined catalytic cracking installation, and the cracking-purging-regeneration cycle is repeated until the magnesium, zinc and phosphorus from the catalyst reach 4600, 304 and 1136 parts per million, respectively.
EXAMPLE 21. -
Lubricating oil adjuvant is used in an amount of 7.3 g and containing 8.2% by weight of magnesium, distributed in the form of magnesium carbonate, magnesium hydroxide and magnesium polypropylbenzene sulfonate and a volume sufficient xylene to wet 2000 g of an industrially available cracking catalyst in equilibrium which has been withdrawn from an industrial catalytic cracking plant and calcined, and which contains 2.5% by weight of molecular sieve in a matrix of
<EMI ID = 150.1>
for 20 hours. The catalyst contains 3000 parts per million of magnesium.
EXAMPLES 22 to 27.-
A laboratory scale regeneration plant was used to investigate the ability of a number of the impregnated catalysts of Examples 1 to 21 to provide lower emissions of carbon monoxide in the regeneration zone flue gases. A combustion gas is passed from
<EMI ID = 151.1>
and water vapor each, and 88% by volume of nitrogen at a rate of
<EMI ID = 152.1>
<EMI ID = 153.1>
metal, which is held in a glass regenerator surrounded by a furnace to ensure the desired regeneration temperature of 6-9 [deg.] C. The temperature of the catalyst is measured by thermocouples. A cyclone is used to separate the catalyst entrained in the gas leaving the regenerator and return the catalyst to the catalyst bed. The length of time the regenerator operates
<EMI ID = 154.1>
approximately 90 minutes so as to allow sufficient time to establish the oxidation state of the metal on the catalyst in an actual operation in an industrial fluidized catalytic cracking installation.
The gas leaving the regenerator is analyzed by gas chromatography for oxygen, nitrogen, carbon monoxide and
carbon dioxide. The quantity of carbon monoxide converted is determined by the difference between the carbon monoxide contents of a new mixture of artificial gas and that of the gas leaving the regenerator.
In Examples 22 to 26, the catalysts
<EMI ID = 155.1>
in volume of carbon monoxide transformed is respectively 65,
<EMI ID = 156.1>
Several of the foregoing catalysts are investigated according to standard uniform methods of experience, applied in industry, in a microfluidized catalytic plant, to determine the desired selectivity of catalytic cracking. As the base, in Example 28, the unimpregnated cracking catalyst used in Example 1 has a relative micro-activity of
<EMI ID = 157.1>
and methane in mole percentage of 0.64. In Example 29, the impregnated catalyst prepared in Example 1 is used, and it includes
<EMI ID = 158.1>
1.1 and a molar percentage ratio between hydrogen and
methane from about 1.1 to 1.2. In Example 30, the impregnated catalyst prepared in Example 4 is used and it demonstrates a relative micro-activity of 150, a coke factor of 1.1 and a
� �, molar percentage ratio between hydrogen and methane
<EMI ID = 159.1>
EXAMPLES 32 to 38.-
We repeat the process. from examples 22 to 27, to this
<EMI ID = 160.1>
particle size is 5 microns and finer, mixed with the unimpregnated catalyst used in Example 1, instead of impregnated catalysts. Powdered metal oxides ,. their quantities and the percentage by volume of carbon monoxide converted into carbon dioxide in Examples 32 to 35 as well as in Comparative Example 36, which does not use metal oxide, all other conditions being otherwise identical, are shown in Table I. Similar data is also shown in Table 1 for Example 37 and its Comparative Example 38, which do not use metal oxide, all other conditions being otherwise identical.
TABLE I
<EMI ID = 161.1>
<EMI ID = 162.1>
after preparing the artificial combustion gas with 1500
<EMI ID = 163.1>
by volume of oxygen and water vapor each, in nitrogen at
677 [deg.] C � that it is passed through the regenerator at the rate of
<EMI ID = 164.1>
<EMI ID = 165.1>
Sulfur dioxide from the effluent gas. Comparative tests were carried out using the unimpregnated catalyst used in Example 16 and the impregnated catalyst used in Example 16. Example 39 involves the unimpregnated catalyst while Example 40 involves the impregnated catalyst. The percentages by volume of sulfur dioxide removed from the combustion gas of the regeneration zone are given as a function of the passage of time after the start of the experiment, in Table II. The volume percentage decreases with time as the surface of the catalyst becomes saturated. AT
<EMI ID = 166.1>
the catalyst is 55 parts per million before the experiment and 368 parts per million afterwards, which corresponds to the re-
<EMI ID = 167.1>
from regeneration gas. In Example 40, the sulfur content in the form of soluble sulphate on the catalyst is 111 parts per million before the experiment and 733 parts per million after, which corresponds to a recovery on the catalyst of 91% by weight. sulfur removed from the regeneration zone.
<EMI ID = 168.1>
<EMI ID = 169.1>
EXAMPLES 41 and 42.-
<EMI ID = 170.1>
comparative tests using mixtures of molecular sieve cracking catalyst and different amounts of alumina impregnated with vanadium and copper, produced in Example 17. A
<EMI ID = 171.1>
cular and which was withdrawn from an industrial catalytic cracking installation in a fluidized bed and calcined at 538 [deg.] C for
5 hours. The flow rate of artificial combustion gas is
<EMI ID = 172.1>
industrial cracking lyser in equilibrium, calcined used in Example 41. The flow rate of artificial combustion gas is
<EMI ID = 173.1>
sulfur dioxide removed from the combustion gas for the examples
41 and 42 are shown in Table II.
EXAMPLES 43 to 47.-
The procedure of Examples 39 and 40 was repeated using a regeneration temperature of 677 [deg.] C. Example 43 is a comparative run applying a flow rate of the artificial combustion gas mixture of 1084 ml per minute and the unimpregnated equilibrium catalyst used in Examples 18 and 19, while Examples 44 and 45 involve the impregnated catalyst produced at
Examples 18 and 19, respectively, and artificial combustion gas flow rates of 989 and 1014 ml per minute, respectively.
<EMI ID = 174.1>
impregnated used in Examples 20, 41, and 42 and a flow rate of the mixture of artificial combustion gas of 891 ml per minute.
The percentages by volume of sulfur dioxide removed from the gas
combustion for Examples 43 to 47 are shown in Table II.
EXAMPLES 48 to 50. -
Synthetic cracking tests are carried out on a
<EMI ID = 175.1>
of sulfur in the form of organic sulfur compounds. In
comparative cracking tests with constant cracking severity in Examples 48 to 50, with the unimpregnated, calcined equilibrium catalyst used in Example 13 and with the impregnated catalyst produced in Examples 13 and 14 respectively,
the amounts of sulfur dioxide released from the stripped catalysts, deactivated after the next regeneration, are measured and calculated in parts per million by weight of sulfur on the catalyst.
The sulfur strippable in Example 48 of the non-magnesium catalyst is 134 parts per million by volume. The eliminable sulfur
<EMI ID = 176.1>
sium is 52 parts per million, a decrease of 61%.
The sulfur which can be removed in Example 50 from the catalyst containing
<EMI ID = 177.1>
EXAMPLES 51 and 52.-
Comparative tests are carried out involving the cracking of a gas oil containing sulfur by weight in a continuous cracking-regeneration plant of the type described in
<EMI ID = 178.1>
implemented in Example 21 and the impregnated catalyst produced in Example 21. Example 51 involves the unimpregnated catalyst while Example 52 involves the impregnated catalyst. The operating conditions and the composition of the combustion gas. regenerator are shown in Table III.
EXAMPLES 53 and 54.-
Fluidized bed cracking tests are carried out in a cyclic installation on a semi-industrial scale with a load
<EMI ID = 179.1>
using the unimpregnated catalyst used in Example 15 and the impregnated catalyst produced in Example 15. Examples 53 and 54 involve the unimpregnated and impregnated catalysts, respectively. The operating conditions and the composition of the combustion gas from the regeneration zone are shown in Table III. The impregnated catalyst leads to a decrease in
57.5% sulfur dioxide emission in the regenerator combustion gas. Processing and product yields are essentially the same for each catalyst. EXAMPLES 55 and 56. -
<EMI ID = 180.1>
the sulfur content is 1.67% by weight in an industrial fluidized bed catalytic cracking element having a riser reaction. Conventional regeneration is applied. An industrial equilibrium type cracking catalyst is used.
<EMI ID = 181.1>
second charge of diesel oil with a sulfur content of 1.68% by weight, in the same industrial installation, by applying the same regeneration scheme and the same cracking catalyst, but in addition the catalyst is impregnated with magnesium and zinc. Magnesium and zinc are deposited on the catalyst by introducing low concentrations of magnesium sulfonate and zinc dialkyl dithiophosphate into the reaction zone, in the form of a lubricating oil adjuvant in the feed. After several additions in this way, levels of 0.3% magnesium <EMI ID = 182.1>
The operating conditions and the composition of the gases
<EMI ID = 183.1>
EXAMPLES 57 and 58.-
A charge of gas oil having a sulfur content of 0.26% by weight is cracked in an industrial fluidized bed catalytic cracking plant having a riser reactor and applying conventional regeneration. In Example 58, an industrial equilibrium fluidized cracking catalyst of molecular sieve type containing 2.5% by weight of molecular sieve and 1.01% by weight of sodium is used. The sodium is deposited on the catalyst by introduction with the charge of an aqueous solution of sodium chloride. Comparative Example 57 involves cracking a gas oil with a sulfur content of
0.28% in the presence of the same catalyst as that of Example 58 but not impregnated with sodium, all other conditions besides being the same. The operating conditions and the composition of the combustion gases from the regeneration zone are shown in Table III.
EXAMPLES 59 and 60.-
In example 59, a charge of diesel oil is cracked,
the sulfur content is 0.81% in an industrial fluidized bed catalytic cracking plant having a riser reactor and a regenerator of the type shown in Figure 2. The regeneration is carried out in accordance with the regeneration scheme of
<EMI ID = 184.1>
Molecular sieve type equilibrium fluidized bed containing 4.1% by weight molecular sieve, 0.64% by weight of iron, 56 parts per million of copper and 0.22% by weight of sodium. In Example 60, a second charge of gas oil with a sulfur content of 1.14% by weight is cracked in the same industrial installation using the same regeneration scheme and an industrial fluidized bed cracking catalyst in sieve type balance
<EMI ID = 185.1>
by weight of iron, 34 parts per million of copper, 0.22% by weight of sodium and 0.09 parts per million of platinum. There are 270 tonnes of this catalyst in the installation and the platinum is deposited on the catalyst by introducing into the reaction zone with the feed, a solution of platinum acetylacetonate in benzene. A total of 20 g of platinum metal is introduced with an average rate of 3 g of platinum metal per day. For both catalysts sodium is inherently present in the catalyst and copper and iron are introduced into the cracking process cycle as components of the feed. The operating conditions and the composition of the combustion gases from the regeneration zone are shown in Table III.
The results indicate that the addition of platinum to the cracking catalyst produces lower emissions of sulfur oxides, even when the hydrocarbon feed contains higher amounts of sulfur. In addition, the emission of carbon dioxide
<EMI ID = 186.1>
molars which are characteristic of conventional regeneration in the absence of a platinum-initiated catalyst. The increase of
the amount of carbon monoxide in the combustion gas of the regeneration zone, when using a carbon dioxide catalyst
Platinum-primed cracking is the consequence of a higher rate of combustion air in this case. Temperature
<EMI ID = 187.1>
<EMI ID = 188.1>
at the entry of the cyclone, the increase in the temperature of the bed,
<EMI ID = 189.1>
and that at the inlet of the cyclone, when using the platinum-initiated cracking catalyst, indicate a significant increase in the extent of combustion of carbon monoxide in the dense bed.
<EMI ID = 190.1>
<EMI ID = 191.1>