EP0282371A1 - Procédé et dispositif pour le craquage catalytique de charges d'hydrocarbures - Google Patents

Procédé et dispositif pour le craquage catalytique de charges d'hydrocarbures Download PDF

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EP0282371A1
EP0282371A1 EP88400305A EP88400305A EP0282371A1 EP 0282371 A1 EP0282371 A1 EP 0282371A1 EP 88400305 A EP88400305 A EP 88400305A EP 88400305 A EP88400305 A EP 88400305A EP 0282371 A1 EP0282371 A1 EP 0282371A1
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EP
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catalyst
grains
stripping
spent catalyst
spent
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EP88400305A
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German (de)
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EP0282371B1 (fr
Inventor
Jean-Louis Mauleon
Jean-Bernard Sigaud
Bernard Chapotel
Léonard Seglin
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Total Marketing Services SA
Original Assignee
Total France SA
Compagnie de Raffinage et de Distribution Total France SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/14—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts
    • C10G11/18—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique

Definitions

  • the present invention relates to catalytic cracking of hydrocarbon charges. It relates more particularly to improvements made to the separation of effluents from the cracking reaction and from the spent catalyst.
  • the regenerated catalyst (at a temperature generally above 600 ° C.) and the feed to be treated are brought into continuous contact in a vertical or inclined tubular reactor.
  • the latter when operating in ascending mode, is often designated by specialists by the English term “riser”, and designated by the term “dropper” when operating in descending mode.
  • the load usually preheated to a temperature of 80 to 400 ° C and injected at a pressure between 0.7.105 and 3.5.105 relative Pascals, vaporizes, then cracks on contact with the active sites of the catalyst, while ensuring the pneumatic transport of the grains thereof, the desired average size of which is approximately 70 ⁇ m.
  • the hydrocarbon vapors After a time of the order of 0.1 to 10 seconds, the hydrocarbon vapors, at a temperature of the order of 475 to 575 ° C, are separated from the spent catalyst using a ballistic separator arranged at the outlet of the tubular reactor.
  • This separator is located in an area at the top of which the vapors rise hydrocarbons which, after recovery of the catalyst fines by a cyclone, are sent to the fractionation device.
  • the catalyst grains fall by gravity at the bottom of this zone into a medium in a dense fluidized bed where, in order to be completely separated from the hydrocarbons still present in the pores, they are stripped with steam.
  • the stripped catalyst grains are then discharged to a regenerator, in which the catalytic activity is restored by combustion of the coke deposited during the cracking reaction.
  • the heat of combustion is distributed between the catalyst (around 70%) and the regeneration fumes.
  • the regenerated catalyst is recycled to the reaction zone, where the fraction of the heat of combustion of the coke transmitted to the catalyst in the regenerator is used to vaporize the charge, provide the reaction heat (endothermic) and compensate for the various thermal losses, ensuring thus the thermal equilibrium of the unit.
  • the average cycle time for the catalyst is approximately 15 minutes.
  • the FCC process is therefore implemented in such a way that the cracking unit is in thermal equilibrium, all the necessary heat being provided by the combustion of the coke deposited during the cracking reaction on the catalyst grains.
  • the couple "preheating temperature of the charge-circulation of the regenerated catalyst" is thus adjusted so as to obtain the desired reaction temperature throughout the reaction zone and, in particular, at the outlet of the reactor.
  • the quantity of coke deposited on the catalyst is therefore a fundamental variable of the reaction, since it contributes to the supply of heat necessary for the cracking of the hydrocarbons.
  • the quantity of coke which is deposited on the catalyst grains, during the reaction is greater than that which is necessary to ensure the thermal equilibrium of the unit: - this is particularly the case when the hydro charges cracking carbides are rich in heavy products such as asphaltenes or compounds with high metal content; - This is also what often occurs due to a poor quality of the separation of the effluents from the cracking reaction or the poor quality of the stripping of the catalyst grains coming from this reaction.
  • the object of the present invention is to substantially improve the quality of the separation of the effluents from the cracking reaction and that of the stripping of the catalyst, so as to limit the losses of hydrocarbon residues and to regenerate spent catalyst containing substantially only the coke necessary to ensure the thermal equilibrium of the unit.
  • a device ba list of type known per se makes it possible to orient the catalyst grains downward, while that the hydrocarbon vapors rise upwards and are, after separation of the fines using a cyclonic system, sent to the fractionation zone. This operation, which is most often carried out in a dilute fluidized phase, ensures separation that is both rapid and effective between a large portion of the hydrocarbon vapors and the catalyst grains.
  • a stripping operation during which the displacement and recovery of the gaseous hydrocarbons entrained in the suspension of catalyst are ensured by backwashing using a gaseous fluid such as water vapor. It is necessary that the contacting is effective and that any back-mixing is minimized.
  • the actual stripping takes place in the dense phase, in an enclosure generally characterized by a high height to diameter ratio. This enclosure is often provided with internal baffles, to promote contact of the catalyst suspension with the stripping fluid.
  • the desorption of the heaviest hydrocarbons trapped on the catalyst is favored by keeping the partial pressure of the hydrocarbons in the vapor phase as low as possible relative to their bubble pressure, therefore by a high temperature and a low pressure.
  • very polar stripping fluids such as water vapor, more strongly absorbed than hydrocarbons, tends to favor the desorption of hydrocarbons.
  • the stripping reaction either by desorption or by displacement of the entrained hydrocarbons, is relatively rapid. It is therefore useless to want to seek a better stripping efficiency by extending the time of contact with the stripping fluid, because during the stripping operation, the conditions are also favorable for coking reactions of heavy hydrocarbons, with production of hydrogen and methane in particular; the net result is then a reduction in the hydrogen in the residual coke remaining on the spent catalyst, for the benefit of the production of light gases.
  • the Applicant has established that the recovery of the hydrocarbon effluents from the cracking reaction can be considerably improved by practicing, between the two zones described above, a mixture of the spent catalyst grains coming from the ballistic separation zone, with grains of regenerated or partially regenerated catalyst, having a temperature higher than that of the grains of spent catalyst.
  • EP-A-137 998 teaches the use of a second stripping chamber in which the spent catalyst is mixed with the hot regenerated catalyst with a view to vaporizing the heavy hydrocarbons present on the spent catalyst. The recovery of effluents is improved, but it is necessary to use two stripping chambers.
  • the present invention aims to remedy this drawback and it therefore has for its object, in a process for the catalytic cracking in the fluid state of a hydrocarbon charge, comprising a step of bringing said upward or downward flow into contact.
  • charge and grains of a cracking catalyst in a tubular reactor a ballistic separation step of the spent catalyst and the cracked charge, downstream of said reactor, a step of stripping in dense fluid phase of the spent catalyst using a fluid injected against the current of this catalyst, a step of regeneration of said catalyst under conditions of combustion of the deposited coke thereon, and a step of recycling the regenerated catalyst to the supply of said reactor, the improvement consisting in that, between said step of ballistic separation and said stripping step, said spent catalyst is homogeneously mixed with grains of at least partially regenerated catalyst, having a temperature higher than that of the spent catalyst grains, which are distributed in a substantially homogeneous manner above the dense fluidized phase.
  • the hot catalyst grains coming from the regeneration zone are advantageously mixed in quantity and at a temperature such that the local temperature of the mixture resulting from this dispersion undergoes an increase from 10 to 150 ° C. and, preferably, from 20 to 70 ° C.
  • This mixture or recycle of catalyst, hot and at least partially regenerated, is preferably itself previously stripped, to eliminate the presence of inert compounds due to entrainment of regeneration gas, so as to avoid an unnecessary overload of the gas compressor cracked.
  • the recycled catalyst can advantageously either be completely regenerated, in the same way as the catalyst supplying the reaction zone, or be only partially regenerated and, in this case, the recycled catalyst in accordance with the present invention may be taken from various points in the regeneration zone and, in particular, from the first chamber regeneration, if the unit has several successive chambers for regenerating the spent catalyst.
  • the recycling of hot and at least partially regenerated catalyst grains will take place: either by gravity, when the regeneration section of the catalyst is in a position higher than that of said grain introduction zone and, in particular, when the unit operates in descending mode (dropper), - Either by pneumatic transport using a fluid, which will preferably be water vapor or a light hydrocarbon, alone or mixed.
  • the recycling of catalyst grains is preferably carried out in the immediate vicinity of the surface of the dense fluidized bed of the stripping zone.
  • the dispersion of hot catalyst from the regenerator will be carried out homogeneously, along the entire horizontal section of the enclosure, in the dilute fluidized phase located immediately above the upper surface of the dense fluidized bed in which is used for stripping the spent catalyst grains.
  • the invention also relates to a device for the catalytic cracking of a hydrocarbon feedstock comprising a cracking column with rising or falling flow, means for feeding the upstream end of said column with grains of regenerated catalyst, means for introducing a charge of hydrocarbons into said column under pressure, a means of ballistic separation of the products of the cracked charge and of spent catalyst grains, at least one means of stripping in dense fluidized phase of the spent catalyst, by at least one fluid, at least one unit for regenerating said catalyst by combustion of the coke deposited thereon, and means for recycling the regenerated catalyst to the supply of said column,
  • this device being characterized in that it comprises, between said means of separation ballistics and said means of stripping, at least one means for the distribution in a substantially homogeneous manner, above said dense fluidized phase of grains of catalyst at least partially regenerated, having a temperature higher than that of the grains of spent catalyst, which are thus homogeneously mixed with said spent catalyst.
  • This means of introducing and dispersing the hot regenerated catalyst will be arranged in such a way that the mixing with the spent catalyst will take place in the immediate vicinity of the surface of the dense fluidized bed of the stripping zone.
  • the introduction of the hot and at least partially regenerated catalyst may be carried out, in a simple manner and in a manner known per se, by pouring said catalyst immediately above the surface of the dense bed.
  • This type of stripping enclosure promotes immediate homogenization of the catalyst grains at the top of the bed.
  • the grains of hot and at least partially regenerated catalyst will be dispersed homogeneously along the entire horizontal section of the dilute fluidized phase, located immediately above the surface of the dense fluidized bed of the zone of stripping, so that the hydrocarbons vaporized during this dispersion are immediately displaced by the rising water vapor. It goes without saying that such a vaporization of the hydrocarbons remaining on the surface of the catalyst grains will be all the better as the ballistic device situated above the outlet of the reaction zone will itself ensure good homogeneous dispersion of the grains of catalyst along the entire section of the enclosure.
  • the invention has numerous advantages over the known catalyst stripping systems usually used in catalytic cracking processes of hydrocarbon charges. Indeed : - whereas, in the usual stripping devices, the temperature of the spent catalyst suspension is generally not sufficient to appreciably shift the desorption equilibrium of the hydrocarbons remaining on the catalyst, especially if the cracking conditions are low severe, the increase in temperature which results from the recycling of hot catalyst at least partially regenerated leads to better desorption of heavy and / or viscous hydrocarbons both in the dense fluidized phase and in the diluted fluidized phase which overcomes it; this results in improved recovery of the cracked products and, consequently, in a lower catalyst regeneration temperature; the catalyst recycling avoids, during combustion in the regenerator, the appearance of hot spots, detrimental to the activity of the catalyst and linked to the particularly exothermic combustion of the hydrocarbon compounds remaining on the surface of the catalyst grains; the mixture of spent catalyst and at least partially regenerated catalyst makes it possible to increase the heat absorption capacity of the heat of combustion of the coke at the regenerator, which results in better temperature and combustion homogen
  • FIG. 1 we can see the upper part of an upward cracking column 1 opening into an enclosure 2 which is concentric with it, opposite a ballistic separator 3 promoting disengagement, homogeneous dispersion along the entire section. of enclosure 2 and the fall by gravity of the spent catalyst grains.
  • the cracked products pass through a cyclone 4, where they are separated from the last particles of catalyst, and they are then evacuated by a line 5 to a fractionation zone.
  • the spent catalyst particles collect by gravity at the base of the enclosure 2, where a stripping fluid such as water vapor is introduced against the current by the diffuser 6 while forming a dense fluidized bed of catalyst.
  • the stripped catalyst is then evacuated via line 9 at the base of enclosure 2, to the regeneration device, not shown.
  • a fraction of the catalyst originating from the regeneration zone, and the temperature of which ture is greater than that of the spent catalyst grains is introduced via line 10 into the diluted fluidized bed and is dispersed in a substantially homogeneous manner.
  • the inclined pipe 10 is extended at its downstream end by a part 11 curved upwards, which ensures by gravity the homogeneous distribution of the catalyst along the entire horizontal section of the enclosure 2, immediately above the surface 8 of the dense fluidized bed 7.
  • the temperature at the outlet of column 1 and in the upper part of enclosure 2 will, for example, be between 480 and 550 ° C., so that by injecting a sufficient quantity of regenerated catalyst at a temperature comprised between 650 and 850 ° C, it will be possible to raise the temperature of the catalyst in dense fluidized phase between 550 and 650 ° C.
  • the curved part 11 extending the pipe 10 may comprise two branches separated by an interval oriented towards the column 1, so as to project two jets of catalyst of on either side of this column.
  • FIGS. 2 and 3 which represent alternative embodiments of the invention in the case of a rising cracking column, or "riser"
  • the members already described with reference to FIG. 1 are designated by the same reference figures.
  • the recycled catalyst is no longer distributed by gravity in enclosure 2, but is conveyed by a carrier fluid such as water vapor, a light hydrocarbon or a mixture of the two .
  • the catalyst supply pipe 14 is an ascending pipe opening laterally into the enclosure 2 and extending at its upper part by a curved part 15, which forms a deflector for the catalyst particles, so as to allow be a homogeneous dispersion in the diluted fluidized phase located immediately above the surface 8 of the stripping bed 7.
  • the recycled catalyst is again conveyed to the enclosure 2 by a carrier fluid circulating in an ascending pipe 14, but this pipe opens out at the center of the enclosure in an annular distributor 16, surrounding the column 1, which distributes the catalyst through lateral openings 17.
  • the invention also applies to devices with a falling cracking column or "dropper", as shown in FIG. 4.
  • the column 18 opens into the enclosure 19 directly above a deflector 20, which distributes the spent catalyst in the enclosure, while ensuring the release of the hydrocarbons: as before, the hydrocarbon vapors pass in a cyclone 21 and are discharged via line 22, while the catalyst grains collect at the bottom of the enclosure. They are kept there in a dense fluidized bed 23 and stripped by steam injected at 24, before being evacuated via line 25 to the regenerator.
  • the recycle catalyst is introduced into the enclosure 19 by an inclined pipe 26, which opens directly above a distributor 27, here disposed in the center of the enclosure 19, below the deflector 20.
  • the invention therefore uses simple means, making it possible to appreciably improve the separation of the cracked products and the spent catalyst, as well as the quality of the stripping.

Abstract

L'invention concerne un procédé pour le craquage cata­lytique à l'état fluide d'une charge d'hydrocarbures, com­prenant une étape de mise en contact ascendant ou descen­dant de ladite charge et de grains d'un catalyseur de cra­quage dans un réacteur tubulaire, une étape de séparation balistique du catalyseur usé et de la charge craquée en aval de l'éxtrémité dudit réacteur, une étape de strippage en phase fluidisée dense du catalyseur usé à l'aide d'un fluide injecté à contre-courant de ce catalyseur, une étape de régénération dudit catalyseur dans des conditions de combustion du coke déposé sur celui-ci, et une étape de recyclage du catalyseur régénéré à l'alimentation dudit réacteur.
Selon l'invention, entre ladite étape de séparation balistique et ladite étape de strippage, on mélange ledit catalyseur usé avec des grains de catalyseur au moins partiellement régénéré ayant une température supérieure à celle des grains de catalyseur usé.

Description

  • La présente invention concerne le craquage catalytique de charges d'hydrocarbures. Elle a plus particulièrement pour objet des perfectionnements apportés à la séparation des effluents de la réaction de craquage et du catalyseur usé.
  • On sait que, dans les procédés dits de craquage cata­lytique (en Anglais Fluid Catalytic Cracking ou encore procédé FCC), la charge d'hydrocarbures est vaporisée par mise en contact à haute température avec un catalyseur de craquage approprié, maintenu en suspension. Après que l'on ait atteint par craquage des hydrocarbures la gamme de poids moléculaires désirée, avec un abaissement correspon­dant des points d'ébullition, le catalyseur est rapidement séparé des produits plus légers obtenus ; il est ensuite régénéré par combustion du coke déposé à sa surface lors de la réaction, puis renvoyé avec la charge d'hydrocarbu­res dans la zone réactionnelle.
  • Dans la pratique, le catalyseur régénéré (à une tempé­rature généralement supérieure à 600°C) et la charge à traiter sont mis en contact en continu dans un réacteur tubulaire vertical ou incliné. Ce dernier, lorsqu'il fonc­tionne en mode ascendant, est souvent désigné par les spé­cialistes par le terme anglais de "riser", et désigné par le terme "dropper" lorsqu'il fonctionne en mode descen­dant. La charge, préchauffée habituellement à une tempéra­ture de 80 à 400°C et injectée à une pression comprise entre 0,7.10⁵ et 3,5.10⁵ Pascals relatifs, se vaporise, puis craque au contact des sites actifs du catalyseur, tout en assurant le transport pneumatique des grains de celui-ci, dont la taille moyenne souhaitée est d'environ 70 um. Après un temps de l'ordre de 0,1 à 10 secondes, les vapeurs d'hydrocarbures, à une tem­pérature de l'ordre de 475 à 575°C, sont séparées du cata­lyseur usé à l'aide d'un séparateur balistique disposé à la sortie du réacteur tubulaire. Ce séparateur est situé dans une zone en haut de laquelle montent les vapeurs d'hydrocarbures qui, après récupération des fines de cata­lyseur par un cyclone, sont envoyées vers le dispositif de fractionnement. Les grains de catalyseur tombent par gra­vité en bas de cette zone dans un milieu en lit fluidisé dense où, afin d'être complètement séparés des hydrocarbu­res encore présents dans les pores, ils sont strippés à la vapeur. Les grains de catalyseur strippés sont ensuite évacués vers un régénérateur, dans lequel l'activité catalytique est restaurée par combustion du coke déposé au cours de la réaction de craquage.
  • Lors de la régénération, la chaleur de combustion se répartit entre le catalyseur ( environ 70%) et les fumées de régénération. Le catalyseur régénéré est recyclé vers la zone réactionnelle, où la fraction de la chaleur de combustion du coke transmise au catalyseur dans le régéné­rateur est utilisée pour vaporiser la charge, fournir la chaleur de réaction (endothermique) et compenser les di­verses pertes thermiques, en assurant ainsi l'équilibre thermique de l'unité. La durée d'un cycle moyen, pour le catalyseur, est d'environ 15 minutes.
  • Le procédé FCC est donc mis en oeuvre de façon telle que l'unité de craquage soit en équilibre thermique, toute la chaleur nécessaire étant apportée par la combustion du coke déposé au cours de la réaction de craquage sur les grains de catalyseur. Le couple "température de préchauf­fage de la charge-circulation du catalyseur régénéré" est ainsi ajusté de façon à obtenir la température de réaction désirée dans toute la zone réactionnelle et, en particu­lier, en sortie du réacteur.
  • La quantité de coke déposée sur le catalyseur est donc une variable fondamentale de la réaction, puisqu'elle con­tribue à l'apport de chaleur nécessaire au craquage des hydrocarbures. Cependant, il arrive bien souvent que la quantité de coke qui se dépose sur les grains de cataly­seur, pendant la réaction, soit supérieure à celle qui est nécessaire pour assurer l'équilibre thermique de l'unité :
        - c'est notamment le cas lorsque les charges d'hydro­ carbures à craquer sont riches en produits lourds tels que des asphaltènes ou des composés à haute teneur en métaux;
        - c'est aussi ce qui se produit souvent en raison d'une mauvaise qualité de la séparation des effluents de la réaction de craquage ou de la médiocre qualité du strippage des grains de catalyseur provenant de cette ré­action.
  • Cet excès de coke envoyé dans le régérateur est dû, au moins en partie, au fait que des quantités non négligea­bles de résidus hydrocarbonés (dont la teneur en hydrogène peut être comprise entre 5 et 10% en poids) ne peuvent être séparées des grains de catalyseur par les moyens ha­bituels de séparation. Ceci conduit à une température de régénération trop élevée, qui est nuisible au bon fonc­tionnement de l'unité, au détriment de la quantité de pro­duits valorisables récupérés dans la zone de fractionne­ment.
  • Les développements les plus récents, dans le domaine du craquage catalytique, ont visé jusqu'à présent à remé­dier aux inconvénients précédemment cités :
        - soit en extrayant la chaleur excédentaire du régéné­rateur, de façon à limiter l'augmentation de la températu­re de régénération,
        - soit en effectuant la régénération en deux étapes, ce qui permet d'atteindre pour le catalyseur des tempéra­tures finales de régénération beaucoup plus élevées.
  • La présente invention a pour but d'améliorer de façon substantielle la qualité de la séparation des effluents de la réaction de craquage et celle du strippage du cataly­seur, de façon à limiter les pertes en résidus hydrocarbo­nés et à régénérer du catalyseur usé ne contenant sensi­blement que le coke nécessaire pour assurer l'équilibre thermique de l'unité.
  • En effet, dans les enceintes de séparation des effluents et de strippage du catalyseur usé utilisées jus­qu'à présent, on distingue deux zones distinctes. Dans une première zone, ou zone de désengagement, un dispositif ba­ listique de type connu en soi (voir par exemple les bre­vets américains 2 420 558, 4 057 397, 4 478 708, ou les brevets français 2 574 422 et 2 576 906) permet d'orienter les grains de catalyseur vers le bas, tandis que les va­peurs d'hydrocarbures remontent vers le haut et sont, après séparation des fines à l'aide d'un système cycloni­que, envoyées vers la zone de fractionnement. Cette opéra­tion, qui s'effectue le plus souvent en phase fluidisée diluée, assure une séparation à la fois rapide et efficace entre une partie importante des vapeurs d'hydrocarbures et des grains de catalyseur. Dans une seconde zone s'opère en phase fluidisée dense, au-dessous de la zone de séparation balistique que l'on vient de mentionner, une opération de strippage, au cours de laquelle le déplacement et la récu­pération des hydrocarbures gazeux entraînés dans la sus­pension de catalyseur sont assurés par un lavage à contre-­courant au moyen d'un fluide gazeux tel que la vapeur d'eau. Il est nécessaire que la mise en contact soit effi­cace et que tout rétromélange soit minimisé. Généralement, le strippage proprement dit s'opère en phase dense, dans une enceinte généralement caractérisée par un rapport hauteur sur diamètre élevé. Cette enceinte est souvent mu­nie de chicanes internes, pour favoriser le contact de la suspension de catalyseur avec le fluide de strippage.
  • Dans cette seconde zone, la désorption des hydrocarbu­res les plus lourds piègés sur le catalyseur est favorisée par la maintien d'une pression partielle des hydrocarbures en phase vapeur aussi faible que possible par rapport à leur pression de bulle, donc par une température élevée et une pression faible. L'utilisation de fluides de strippage très polaires, tels que la vapeur d'eau, plus fortement absorbés que les hydrocarbures, tend à favoriser la dé­sorption des hydrocarbures.
  • La réaction de strippage, soit par désorption, soit par déplacement des hydrocarbures entraînés, est relative­ment rapide. Il est donc inutile de vouloir rechercher une meilleure efficacité de strippage en prolongeant le temps de contact avec le fluide de strippage, car durant l'opé­ration de strippage, les conditions sont également propi­ces à des réactions de cokéfaction des hydrocarbures lourds, avec production d'hydrogène et de méthane notam­ment ;le résultat net est alors une diminution de l'hydro­gène dans le coke résiduel restant sur le catalyseur usé, au profit de la production de gaz légers.
  • Dans le cadre de ses travaux sur le craquage catalyti­que, la Demanderesse a établi que la récupération des ef­fluents hydrocarbonnés de la réaction de craquage peut être considérablement améliorée en pratiquant, entre les deux zones précédemment décrites, un mélange des grains de catalyseur usé en provenance de la zone de séparation ba­listique, avec des grains de catalyseur régénéré ou par­tiellement régénéré, ayant une température supérieure à celle des grains de catalyseur usé.
  • On a déjà proposé (voir US-A-3 886 090) de recycler du catalyseur chaud régénéré à l'intérieur même de la zone de strippage du catalyseur usé, mais l'injection n'a pas pour but d'améliorer le strippage et ne permet pas d'augmenter de façon sensible la température du lit fluidisé dense au voisinage de l'interface entre celui-ci et la phase flui­disé diluée disposée au-dessus.
  • De même, EP-A-137 998, enseigne l'utilisation d'une seconde chambre de strippage dans laquelle le catalyseur usé est mélangé avec le catalyseur régénéré chaud en vue de vaporiser les hydrocarbures lourds eentuellement pré­sents sur le catalyseur usé. La récupération des effluents en est améliorée, mais il est nécessaire d'utiliser deux chambres de strippage.
  • La présente invention vise à remédier à cet inconvé­nient et elle a donc pour objet, dans un procédé pour le craquage catalytique à l'état fluide d'une charge d'hydro­carbures, comprenant une étape de mise en contact à flux ascendant ou descendant de ladite charge et de grains d'un catalyseur de craquage dans un réacteur tubulaire, une étape de séparation balistique du catalyseur usé et de la charge craquée, en aval dudit réacteur, une étape de strippage en phase fluidisée dense du catalyseur usé à l'aide d'un fluide injecté à contre-courant de ce cataly­seur, une étape de régénération dudit catalyseur dans des conditions de combustion du coke déposé sur celui-ci, et une étape de recyclage du catalyseur régénéré à l'alimen­tation dudit réacteur, le perfectionnement consistant en ce que, entre ladite étape de séparation balistique et ladite étape de strippage, on mélange de façon homogène ledit catalyseur usé avec des grains de catalyseur au moins partiellement régénéré, ayant une température supérieure à celle des grains de catalyseur usé, qui sont distribués de façon sensiblement homogène au-dessus de la phase fluidisé dense.
  • Les grains de catalyseur chaud en provenance de la zone de régénération sont avantageusement mélangés en quantité et à une température telles que la température locale du mélange résultant de cette dispersion subisse une élévation de 10 à 150°C et, de préférence, de 20 à 70°C.
  • Ce mélange ou recycle de catalyseur, chaud et au moins partiellement régénéré, sera de préférence lui-même préa­lablement strippé, pour éliminer la présence de composés inertes due à des entraînements de gaz de régénération, de façon à éviter une surcharge inutile du compresseur de gaz craqués.
  • La quantité de catalyseur ainsi recyclée sera donc fonction de la différence de température entre les grains de catalyseur provenant de la zone de régénération et ceux du catalyseur usé. Suivant le type de régénération utilisé dans l'unité de craquage, le catalyseur recyclé pourra avantageusement soit être complètement régénéré, au même titre que le catalyseur alimentant la zone réactionnelle, soit n'être que partiellement régénéré et, dans ce cas, le catalyseur recyclé conformément à la présente invention pourra être prélevé en divers points de la zone de régéné­ration et, en particulier, dans la première chambre de régénération, si l'unité possède plusieurs chambres suc­cessives de régénération du catalyseur usé.
  • Selon la configuration de l'unité, le recycle des grains de catalyseur chaud et au moins partiellement régé­néré s'opèrera :
        - soit par gravité, lorsque la section de régénération du catalyseur se trouve en position supérieure à celle de ladite zone d'introduction des grains et, en particulier, lorsque l'unité fonctionne en mode descendant (dropper),
        - soit par transport pneumatique à l'aide d'un fluide, qui sera de préférence de la vapeur d'eau ou un hydrocar­bure léger, seuls ou mélangés.
  • Le recycle de grains de catalyseur est pratiqué de préférence au voisinage immédiat de la surface du lit fluidisé dense de la zone de strippage.
  • Dans la plupart des cas, la dispersion de catalyseur chaud en provenance du régénérateur sera réalisée de façon homogène, suivant toute la section horizontale de l'en­ceinte, dans la phase fluidisée diluée située immédiate­ment au-dessus de la surface supérieure du lit fluidisé dense dans lequel est pratiqué le strippage des grains de catalyseur usé.
  • L'invention concerne également un dispositif de cra­quage catalytique d'une charge d'hydrocarbures comprenant une colonne de craquage à flux ascendant ou descendant, des moyens d'alimentation de l'extrémité amont de ladite colonne en grains de catalyseur régénéré, des moyens pour introduire sous pression dans ladite colonne une charge d'hydrocarbures, un moyen de séparation balistique des produits de la charge craquée et des grains de catalyseur usé, au moins un moyen de strippage en phase fluidisée dense du catalyseur usé, par au moins un fluide, au moins une unité de régénération dudit catalyseur par combustion du coke déposé sur celui-ci, et des moyens de recyclage du catalyseur régénéré à l'alimentation de ladite colonne, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte, entre ledit moyen de séparation balistique et ledit moyen de strippage, au moins un moyen pour la distribution de façon sensiblement homogène, au-dessus de ladite phase fluidisée dense de grains de catalyseur au moins partiellement régé­néré, ayant une température supérieure à celle des grains de catalyseur usé, qui sont ainsi mélangés de façon homo­gène avec ledit catalyseur usé.
  • Ce moyen d'introduction et de dispersion du catalyseur régénéré chaud sera disposé de façon telle que le mélange avec le catalyseur usé s'effectuera au voisinage immédiat de la surface du lit fluidisé dense de la zone de strip­page.
  • Lorsque l'enceinte de strippage sera du type muni de chicanes internes et possédant un rapport hauteur sur dia­mètre élevé, l'introduction du catalyseur chaud et au moins partiellement régénéré pourra être réalisée, de fa­çon simple et de manière connue en soi, par déversement dudit catalyseur immédiatement au-dessus de la surface du lit dense. Ce type d'enceinte de strippage favorise en ef­fet une homogénéisation immédaite des grains de catalyseur à la partie supérieure du lit.
  • Dans la plupart des cas, cependant, les grains de ca­talyseur chaud et au moins partiellement régénéré seront dispersés de façon homogène suivant toute la section hori­zontale de la phase fluidisée diluée, située immédiatement au-dessus de la surface du lit fluidisé dense de la zone de strippage, de manière que les hydrocarbures vaporisés lors de cette dispersion soient immédiatement déplacés par la vapeur d'eau ascendante. Il va de soit qu'une telle va­porisation des hydrocarbures demeurant à la surface des grains de catalyseur sera d'autant meilleure que le dispo­sitif balistique situé au-dessus de la sortie de la zone réactionnelle assurera lui-même une bonne dispersion homo­gène des grains de catalyseur suivant toute la section de l'enceinte.
  • L'invention présente de nombreux avantages par rapport aux systèmes connus de strippage du catalyseur utilisés habituellement dans les procédés de craquage catalytique de charges d'hydrocarbures. En effet :
        - alors que, dans les dispositifs usuels de strippage, la température de la suspension de catalyseur usé n'est généralement pas suffisante pour déplacer de façon appré­ciable l'équilibre de désorption des hydrocarbures restant sur la catalyseur, surtout si les conditions de craquage sont peu sévères, l'augmentation de température qui résul­te du recycle de catalyseur chaud au moins partiellement régénéré conduit à une meilleure désorption des hydrocar­bures lourds et/ou visqueux aussi bien dans la phase flui­disée dense que dans la phase fluidisée diluée qui la sur­monte ; ceci se traduit par une récupération améliorée des produits de craquage et, en conséquence, par une tempéra­ture moins élevée de régénération du catalyseur ;
        - le recycle de catalyseur évite, lors de la combus­tion au régénérateur, l'apparition de points chauds, né­fastes à l'activité du catalyseur et liés à la combustion particulièrement exothermique des composés hydrocarbonés restés à la surface des grains de catalyseur ;
        - le mélange de catalyseur usé et de catalyseur au moins partiellement régénéré permet d'augmenter la capaci­té d'absorption thermique de la chaleur de combustion du coke au régénérateur, ce qui a pour conséquence une meil­leure homogénéité de température et de combustion au régé­nérateur ;
        - le mélange de catalyseur usé et de catalyseur au moins partiellement régénéré permet en outre d'augmenter de façon substantielle la température des grains de cata­lyseur introduits dans l'unité de régénération, en prove­nance de la zone de strippage ; par conséquent, la cinéti­que de combustion étant plus rapide que dans les unités de type classique, l'inventaire de catalyseur pourra être subtantiellement réduit ;
        - enfin, la Demanderesse a constaté que l'élévation de température de la zone de strippage, due à l'introduction du catalyseur au moins partiellement régénéré, se traduit de façon inattendue par une réduction appréciable des teneurs en oxydes d'azote et de soufre dans les fumées de régénération, cette réduction provenant d'une désorption plus poussée des composés hétérogènes polaires contenant du soufre et de l'azote, ainsi qui d'une réduction-hydro­lyse, avec production d'hydrogène sulfuré, des sulfates formés au cours de la régénération.
  • Les dessins annexés illustrent de façon schématique diverses formes de mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins :
    • La figure 1 représente un dispositif de séparation et de strippage du catalyseur usé disposé à la partie supé­rieure d'une colonne de craquage à flux montant, avec in­jection par gravité du catalyseur régénéré chaud ;
    • Les figures 2 et 3 sont des vues analogues, dans le cas d'une injection dans l'enceinte de strippage du cata­lyseur régénéré en suspension dans un fluide ;
    • La figure 4 représente un dispositif de séparation et de strippage du catalyseur usé, disposé à la partie inférieure d'une colonne de craquage à flux descendant.
  • Sur la figure 1, on voit la partie supérieure d'une colonne 1 de craquage à flux ascendant, débouchant dans une enceinte 2 qui lui est concentrique, en regard d'un séparateur balistique 3 favorisant le désengagement, la dispersion homogène suivant toute la section de l'enceinte 2 et la chute par gravité des grains de catalyseur usé. Les produits du craquage passent dans un cyclone 4, où ils sont séparés des dernières particules de catalyseur, et ils sont ensuite évacués par une ligne 5 vers une zone de fractionnement. Les particules de catalyseur usé se ras­semblent par gravité à la base de l'enceinte 2, où un fluide de strippage tel que la vapeur d'eau est introduit à contre-courant par le diffuseur 6 tout en formant un lit fluidisé dense de catalyseur. Le catalyseur strippé est ensuite évacué par le conduit 9 à la base de l'enceinte 2, vers le dispositif de régénération, non représenté.
  • Conformément à l'invention, une fraction du catalyseur provenant de la zone de régénération, et dont la tempéra­ ture est supérieure à celle des grains de catalyseur usé, est introduite par la ligne 10 dans le lit fluidisé dilué et est dispersée de façon sensiblement homogène.
  • A cet effet, dans le cas de la réalisation représentée sur la figure 1, la conduite inclinée 10 se prolonge à son extrémité aval par une partie 11 incurvée vers le haut, qui assure par gravité la distribution homogène du cataly­seur suivant toute la section horizontale de l'enceinte 2, immédiatement au-dessus de la surface 8 du lit fluidisé dense 7.
  • La température, à la sortie de la colonne 1 et dans la partie supérieure de l'enceinte 2, sera, par exemple, com­prise entre 480 et 550°C, de sorte qu'en injectant en quantité suffisante du catalyseur régénéré à une tempéra­ture comprise entre 650 et 850°C, il sera possible d'éle­ver la température du catalyseur en phase fluidisée dense entre 550 et 650°C.
  • A titre de variante et afin d'assurer l'homogénéité de la dispersion du catalyseur recyclé, la partie incurvée 11 prolongeant la conduite 10 pourra comprendre deux branches séparées par un intervalle orienté vers la colonne 1, de façon à projeter deux jets de catalyseur de part et d'autre de cette colonne.
  • Sur les figures 2 et 3, qui représentent des variantes de mise en oeuvre de l'invention dans le cas d'une colonne de craquage montante, ou "riser", les organes déjà décrits en référence à la figure 1, sont désignés par les mêmes chiffres de référence.
  • Dans la forme de réalisation de la figure 2, le cata­lyseur recyclé n'est plus distribué par gravité dans l'en­ceinte 2, mais est acheminé par un fluide porteur tel que de la vapeur d'eau, un hydrocarbure léger ou un mélange des deux. Dans cette réalisation, la conduite 14 d'amenée de catalyseur est une conduite ascendante débouchant laté­ralement dans l'enceinte 2 et se prolongeant à sa partie supérieure par une partie 15 incurvée, qui forme déflec­teur pour les particules de catalyseur, de façon à permet­ tre une dispersion homogène dans la phase fluidisée diluée située immédiatement au-dessus de la surface 8 du lit de strippage 7.
  • Dans la variante de la figure 3, le catalyseur recyclé est à nouveau acheminé dans l'enceinte 2 par un fluide porteur circulant dans une conduite ascendante 14, mais cette conduite débouche au centre de l'enceinte dans un distributeur annulaire 16, entourant la colonne 1, qui distribue le catalyseur par des ouvertures latérales 17.
  • L'invention s'applique également aux dispositifs à colonne de craquage descendante ou "dropper", comme le représente la figure 4.
  • Dans ce cas, la colonne 18 débouche dans l'enceinte 19 à l'aplomb d'un déflecteur 20, qui distribue le cataly­seur usé dans l'enceinte, tout en assurant le dégagement des hydrocarbures : comme précédemment, les vapeurs d'hydrocarbures passent dans un cyclone 21 et sont éva­cuées par la ligne 22, tandis que les grains de catalyseur se rassemblent au fond de l'enceinte. Ils y sont maintenus en lit fluidisé dense 23 et strippés par de la vapeur d'eau injectée en 24, avant d'être évacués par la conduite 25 vers le régénérateur. Le catalyseur de recycle est introduit dans l'enceinte 19 par une conduite inclinée 26, qui débouche à l'aplomb d'un distributeur 27, ici disposé au centre de l'enceinte 19, au-dessous du déflecteur 20.
  • Dans toutes ses formes de mise en oeuvre, l'invention utilise donc des moyens simples, permettant d'améliorer sensiblement la séparation des produits de craquage et du catalyseur usé, ainsi que la qualité du strippage.

Claims (11)

1- Procédé pour le craquage catalytique à l'état flui­de d'une charge d'hydrocarbures, comprenant une étape de mise en contact à flux ascendant ou descendant de ladite charge et de grains d'un catalyseur de craquage dans un réacteur tubulaire, une étape de séparation balistique du catalyseur usé et de la charge craquée, en aval de l'ex­trémité dudit réacteur, une étape de strippage en phase fluidisée dense du catalyseur usé à l'aide d'un fluide injecté à contre-courant de ce catalyseur, une étape de régénération dudit catalyseur dans des conditions de com­bustion du coke déposé sur celui-ci, et une étape de recy­clage du catalyseur régénéré à l'alimentation dudit réac­teur, caractérisé en ce que, entre ladite étape de sépara­tion balistique et ladite étape de strippage, on mélange ledit catalyseur usé avec des grains de catalyseur au moins partiellement régénéré ayant une température supé­rieure à celle du catalyseur usé, qui sont distribués de façon sensiblement homogène au-dessus de la phase flui­disée dense.
2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange de catalyseur est pratiqué en quantité et à une température telles qu'il en résulte une élévation de la température locale de 10 à 150°C et, de préférence, de 20 à 70°C.
3- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le catalyseur au moins partiellement régénéré est distribué au voisinage immédiat de la surface du lit fluidisé dense de la zone de strippage.
4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit catalyseur est introduit par dispersion homogène suivant toute la section horizontale de la phase fluidisée diluée située au-dessus de la surfa­ce du lit fluidisé dense.
5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, ca­ractérisé en ce que le catalyseur au moins partiellement régénéré provient de la zone de régénération, après séparation d'au moins une partie des gaz de combustion.
6- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la séparation d'au moins une partie des gaz de combus­tion est réalisée par strippage à l'aide d'un fluide tel que la vapeur d'eau, un gaz inerte ou un mélange des deux.
7- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le catalyseur au moins partiellement régénéré est pré­levé au cours de la régénération du catalyseur et, en par­ticulier, après son passage dans la première chambre de combustion, lorsque le régénérateur en possède plusieurs.
8- Dispositif de craquage catalytique d'une charge d'hydrocarbures comprenant une colonne de craquage (1,18) à flux ascendant ou descendant, des moyens d'alimentation de l'extrémité amont de ladite colonne en grains de cata­lyseur régénéré, des moyens pour introduire dans ladite colonne une charge d'hydrocarbures, un moyen de séparation balistique (3,27) des produits de la charge craquée et des grains de catalyseur usé, au moins un moyen de strippage (6,24), en phase fluidisée dense de catalyseur usé, par au moins un fluide, des grains de catalyseur usé, au moins une unité de régénération dudit catalyseur par combustion du coke déposé sur celui-ci, et des moyens de recyclage du catalyseur régénéré à l'alimentation de ladite colonne, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte, entre ledit moyen de séparation balistique (4,21) et ledit moyen de strippage (3,27), au moins un moyen (10,11; 14, 15 ; 14, 16 ; 26, 27) pour la distribution de façon sensible­ment homogène, au dessus de la dite phase fluidisée dense de grains de catalyseur au moins partiellement régénéré, ayant une température supérieure à celle des grains de catalyseur usé, qui sont ainsi mélangés de façon homogè­ne avec ledit catalyseur usé.
9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (3,27) pour disperser de façon homogène le catalyseur au moins partiellement régénéré au-­dessus de la surface (8) du lit fluidisé (7,23) de catalyseur usé en cours de strippage.
10- Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9 caractérisé en ce qu'il comporte, en amont du moyen (10,11 ; 14, 15 ; 14, 16 ; 26,27) d'introduction et de mélange du catalyseur au moins partiellement régénéré, un moyen de strippage apte à éliminer du catalyseur partiel­lement régénéré les gaz de combustion de l'unité de régénération.
11- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ledit dispositif de séparation ba­listique est apte à disperser de façon homogène les grains de catalyseur usé suivant toute la section de la zone de strippage.
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