FR2508058A1 - Procede de craquage catalytique fluide d'une charge de depart hydrocarbonee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A TRAIT A UN PROCEDE DE CRAQUAGE CATALYTIQUE FLUIDE D'UNE CHARGE DE DEPART HYDROCARBONEE. ELLE A POUR OBJET UN PROCEDE POUR LE CRAQUAGE CATALYTIQUE FLUIDE D'UNE CHARGE DE DEPART HYDROCARBONEE DANS UN SYSTEME DE REACTEUR COMPRENANT UNE ZONE DE CRAQUAGE ENDOTHERMIQUE 6, 7 ET UNE ZONE DE REGENERATION EXOTHERMIQUE 13, DANS LEQUEL DE LA CHALEUR EST ECHANGEE ENTRE CES ZONES NON SEULEMENT PAR LA CIRCULATION DU CATALYSEUR 5, 6, 11, MAIS AUSSI PAR PASSAGE DE LA CHARGE DE DEPART FRAICHE 1 DANS DES SERPENTINS D'ECHANGE DE CHALEUR 16 DANS LA ZONE DE REGENERATION 13 AVANT MISE EN CONTACT AVEC LE CATALYSEUR REGENERE CHAUD DANS UN POT ELEVATEUR 4 ET INTRODUCTION DANS LA ZONE DE REACTION 6, 7. LA TEMPERATURE DANS LA ZONE DE REGENERATION EST AINSI MAINTENUE AU-DESSOUS DE 725C, TANDIS QUE LA CHARGE DE DEPART EST PRECHAUFFEE A AU MOINS 200C, DE PREFERENCE A 325-400C. DES CHARGES DE DEPART LOURDES ET AYANT DE HAUTES TENEURS EN METAUX PEUVENT ETRE TRAITEES DE CETTE MANIERE.

Description

La présente invention concerne un procédé pour le craquage catalytique fluide d'une charge de départ hydrocarbonée dans un système de réacteurs comprenant une zone de craquage et une zone de régénération en communication mutuelle.

Le procédé de craquage catalytique fluide est considéré depuis de nombreuses années comme l'un des principaux procédés de production d'essence pour l'industrie du raffinage. Typiquement, les charges de départ utilisées ont été des distillats, par exemple des gasoils, et les conditions opératoires ont été choisies en vue d'une conversion relativement élevée des charges de départ de gasoil de façon à permettre des productions maximales d'essence. Le craquage de gasoils en essence est assez bien compris et les limitations imposées aux gasoils utilisés comme charge de départ sont très bien définies.

Les principales limitations couramment imposées aux charges de départ de gasoil sont la quantité de progéniteurs de carbone ou de "coke" et la quantité de composés métalliques contenues dans les charges de départ.

Ces agents de formation ou progéniteurs de coke, qui sont typiquement des hydrocarbures à noyaux condensés de poids moléculaire élevé, sont fonction principalement du type du pétrole brut et de l'intervalle de distillation de la matière. Les résultats obtenus par des analyses de résidu de carbone Conradson ou Ramsbottom représentent des mesures approximatives de ces composés et de la tendance à la formation de coke de l'huile de départ. Normalement, il est souhaitable de limiter les quantités de ces composés dans les charges de départ de gasoil à 0,5 % en poids ou moins par la méthode de Conradson. La raison en est que si on laisse trop augmenter la quantité des composés progéniteurs de coke dans le gasoil, il peut se déposer sur le catalyseur dans la zone de réaction des hydrocarbures une quantité de coke plus grande que celle nécessaire pour le bilan thermique du procédé.Les températures dans la zone de régénération, dans laquelle le coke est oxydé en CO et/ou en CO2, peuvent devenir excessives et, ce qui est également important, les températures des particules du catalyseur peuvent s'élever dans une mesure telle que la structure catalytique soit endommagée ou détruite avec une perte résultante dans l'activité.

La deuxième limitation majeure imposée aux gasoils est la teneur en composés organiques contenant du nickel (Ni), du vanadium (V) et du fer (Fe). Ces composés, que l'on appelle couramment "porphyrines", passent par distillation dans les fractions bouillant à des températures élevées des gasoils de distillation sous vide. De plus, des composés inorganiques de métaux peuvent être présents.

Typiquement, la teneur en métaux doit être limitée dans une mesure telle que l'Equivalent de Nickel (NE) défini par la relation NE = Ni + 0,3 x V, et exprimé en ppm en poids, soit inférieur à 0,4. Le catalyseur en circulation adsorbe presque complètement les métaux mentionnés et devient empoisonné. Ces métaux, dans leur état actif sur le catalyseur, réduisent le rendement en produit essence primaire, favorisent diverses réactions de déshydrogénation et peuvent produire de grandes quantités d'hydrogène et de coke. Cela peut conduire à des accroissements très importants des volumes de gaz indésirables et peut surcharger très rapidement les compresseurs de gaz et les installations de récupération de gaz.

Quand on compare des huiles résiduelles, telles que des pétroles bruts entiers ou des résidus de distillation atmosphérique à des gasoils typiques, on observe qu'en plus du fait qu'elles sont plus difficiles sinon impossibles à vaporiser complètement, les huiles résiduelles contiennent de plus grandes quantités de progéniteurs de "coke" (comme déterminé par le résidu de carbone Conradson ou Ramsbottom) et de plus grandes quantités des métaux Ni,
V et Fe. En dépit des difficultés opératoires potentielles imposées par la présence de ces impuretés, les raffineurs ont été incités par le resserrement des ressources en pétrole brut à élargir les caractéristiques de la charge de départ soumise au procédé de craquage catalytique fluide au-delà de celles des distillats relativement purs tels que des gasoils.Pour augmenter la quantité de matières de départ disponibles en vue de satisfaire les demandes d'essence et de fuel-oil, on s'intéresse de plus en plus à des charges bouillant à des températures assez élevées qui antérieurement étaient considérées comme seulement marginales ou comme inutilisables en raison de ces impuretés.

Les conditions de réaction du procédé de craquage catalytique fluide comprennent une température comprise dans l'intervalle de 425 à 5500C, une pression comprise entre la pression atmosphérique et 4 bars abs. et un rapport du catalyseur à l'huile inférieur à 7. Le rapport du catalyseur à l'huile est le quotient du débit de circulation du catalyseur par le débit d'introduction de l'huile d'hydrocarbures, exprimés dans les mêmes unités de masse.

Dans les unités de craquage catalytique fluide, il est nécessaire d'évacuer de la chaleur dans une mesure réglable de la zone de régénération dans laquelle le catalyseur usé est régénéré par combustion de dépôts carbonés, avec un gaz contenant de l'oxygène, comme de l'air, de manière à maintenir des conditions de craquage d'équilibre, car la chaleur exothermique de régénération absorbée par le catalyseur se transmet à la charge d'huile fraîche du réacteur de craquage. Il est nécessaire aussi d'évacuer la chaleur de manière continue afin d'empêcher des niveaux excessifs de la température de régénération, ayant tendance à fritter et à désactiver le catalyseur par réduction de sa surface spécifique.Quand on soumet au craquage catalytique des charges hydrocarbonées lourdes, telles que des
résidus atmosphériques, des résidus sous vide et des
pétroles bruts lourds, une plus grande quantité de carbone se dépose sur les particules de catalyseur que
dans le craquage de charges telles que des gasoils. Quand
le catalyseur usé résultant du craquage catalytique de ces
charges hydrocarbonées lourdes est régénéré par combustion
avec un gaz contenant de l'oxygène dans la zone de
régénération, le problème d'évacuation de chaleur est
encore aggravé, car la quantité de chaleur libérée dans
le régénérateur est supérieure à celle qui peut être
utilisée dans le procédé.

Avec l'introduction de catalyseurs de craquage à base
de zéolite plus actifs, les problèmes signalés ci-dessus à
propos du bilan.thermique, en particulier dans des con
ditions de rendement maximal, sont devenus plus sérieux,
car alors le rendement maximal en produit est obtenu avec
une production moindre de coke, et donc le bilan thermique
est perturbé de nouveau. Pour éviter un craquage excessif
de la charge de départ, quand on utilise les catalyseurs
de craquage à base de zéolite plus sélectifs et plus
actifs, une réduction de la sévérité du craquage est
nécessaire. La sévérité du craquage est habituellement
exprimée par le paramètre de sévérité (C/O/Sv), où C est
le débit de circulation du catalyseur, O est le débit
d'introduction de l'huile et S est la vitesse spatiale.

v
Tous les débits sont exprimés en unités massiques, habi
tuellement en tonnes par jour. La réduction de la sévérité
peut être effectuée de plusieurs manières. Une façon
de réduire la sévérité du craquage consiste à réduire le
débit C de circulation du catalyseur. ToutefoIs, il en
résulte une élévation de la température du catalyseur dans
la zone de régénération parce qu'une quantité réduite de
catalyseur doit absorber à peu près la même quantité de
chaleur libérée par la même quantité de coke dans la
réaction exothermique de régénération afin de fournir la chaleur nécessaire pour la réaction endothermique de craquage.Comme on lta déjà observé, des températures excessives dans le régénérateur causent des dommages au catalyseur en raison des plus hautes températures résultantes des particules de catalyseur, et peuvent causer aussi des dommages au régénérateur lui-même. En conséquence, l'abaissement supplémentaire de la sévérité du craquage sera limité par la température admissible maximale de régénération. Par ailleurs, un accroissement du débit O d'introduction de l'huile posera des problèmes en ce qui concerne l'action de mélange et la vaporisation de la charge de départ, qui est effectuée par contact direct avec le catalyseur régénéré chaud et qui est effectuée dans ce qu'on appelle un pot élévateur et dans ce qu'on appelle une zone de colonne montante.Comme le catalyseur régénéré chaud arrivant de la zone de régénération est utilisé pour fournir la chaleur nécessaire pour la vaporisation de la charge de départ, une réduction, en général, du rapport du catalyseur à l'huile aura une influence défavorable sur la température dans la zone de régénération et sur la vaporisation de la charge de départ.

En particulier avec les charges hydrocarbonées lourdes mentionnées, cela pose des problèmes, car une vaporisation insuffisante de la charge de départ conduit à une production accrue de coke dans la zone de craquage Bien qu'une certaine production de coke soit nécessaire dans le procédé de craquage catalytique fluide en raison de la chaleur désirée pour la vaporisation de la charge de départ, une production excessive de coke cause une température trop élevée du catalyseur durant la régénération.

Une autre méthode possible pour réduire la sévérité du craquage consiste à augmenter la vitesse spatiale Sv, c'est-d-dire le débit d'introduction de l'huile divisé par la quantité de catalyseur contenue dans le réacteur, par exemple en réduisant la quantité de catalyseur contenue dans le réacteur. Toutefois, il en résulte les mêmes problèmes que mentionné ci-dessus à propos de la réduction du rapport du catalyseur à l'huile. De plus, il y a une limite à la réduction de la quantité de catalyseur présente, imposée par la nécessité de maintenir le niveau du lit fluidisé au-dessus des tuyaux verticaux de soutirage du réacteur.

Dans des systèmes de réacteurs de craquage catalytique, il est évidemment souhaitable de régénérer les particules de catalyseur aussi complètement que possible et aussi d'utiliser toute la chaleur qui peut être libérée par le dépôt de coke par combustion complète de ce dernier. Dans la pratique, toutefois, la combustion est souvent effectuée de manière incomplète, c'est-d-dire que le carbone est brûlé en oxyde de carbone dans la zone de régénération. L'oxyde de carbone est ensuite oxydé en anhydride carbonique dans une chambre de combustion séparée pour gaz de combustion, associée à une chaudière de récupération des chaleurs perdues, pour récupération du produit chimique et de la chaleur sensible présente dans le gaz de combustion.La raison de ce schéma compliqué est qu'une combustion complète directement dans la zone de régénération libérerait une si grande quantité de chaleur que cela endommagerait le catalyseur et/ou les matériaux du régénérateur. S'il était possible de maintenir la température dans la zone de régénération au-dessous de 7250C, une limite supérieure généralement acceptée, tout en effectuant ce qu'on appelle la "combustion complète de CO", cela signifierait alors une simplification énorme du procédé de craquage catalytique. Malheureusement, la plupart des charges de départ assez lourdes actuellement utilisées produisent un dépôt de coke si important sur le catalyseur que la combustion complète de CO n'est pas possible quand on utilise ces charges de départ.

D'après ce qui précède, il apparaît que le fonctionnement d'unités de craquage catalytique fluide à bilan thermique équilibré est limité par diverses conditions opératoires qui ont une influence défavorable les unes sur les autres, et qu'il y peu de flexibilité laissée à diverses charges de départ et/ou divers catalyseurs.Et il est souhaitalbe, de plus, de mettre en oeuvre le procédé de manière que suivant les demandes du marché il donne soit une quantité optimale de distillats moyens ou une quantité optimale d'essence, il existe clairement un besoin d'un procédé de craquage catalytique fluide amélioré dans lequel la flexibilité de l'opération ne soit pas limitée par l'exigence de bilan thermique d'ensemble du procédé, comme déterminé par des paramètres tels que la température maximale du régénérateur, la température minimale du régénérateur, la capacité de l'équipement utilisé, l'activité du catalyseur et la tendance à la formation de coke de la charge de départ.

Il est ainsi envisagé de prévoir un procédé pour le craquage catalytique fluide d'huiles d'hydrocarbures, et en particulier pour traiter des charges de départ plus difficiles à craquer et/ou plus cokéfiantes. De telles charges de départ comprennent des "huiles résiduelles", ce qui englobe tous les hydrocarbures, quels que soient leurs points initiaux d'ébullition, qui contiennent des résidus lourds, tels que des goudrons, des asphaltes (bitumes), des asphaltènes, des résines, etc. En conséquence, une huile résiduelle peut être un pétrole brut entier, un résidu de distillation atmosphérique ou même la fraction résiduelle, bouillant au-dessus d'environ 570-600 C, qui reste après distillation sous vide.Mais des charges de départ moins classiques, telles que des huiles désasphaltées au propane et au butane, des extraits et des distillats de vaporisation éclair craqués thermiquement , sont incluses aussi. En général, des charges de départ et/ou des mélanges de charges de départ ayant un résidu moyen de carbone (comme déterminé par l'essai dit Conradson Carbon Residue of Petroleum Products test, norme ASTM D 18965) allant jusqu'à 2,0 % en poids, et un Equivalent de Nickel (comme défini ci-dessus) allant jusqu'à 1,4 ppm peuvent être traités selon le procédé de la présente demande de brevet. Comme il est envisagé dans le procédé d'utiliser un large éventail de charges de départ, il est envisagé aussi d'utiliser un large éventail de catalyseurs.Des catalyseurs de craquage classiques, par exemple des catalyseurs amorphes à base d'argiles naturelles ou synthétiques ou de silice-alumine, peuvent être utilisés, mais de préférence on envisage pour utilisation des catalyseurs de craquage plus actifs et/ou plus sélectifs comprenant des zéolites aluminosilicate ou silicate de fer, habituellement en combinaison avec une matrice siliceuse, comme de silice-alumine, de gel de silice, etc. Le procédé selon l'invention permet donc une assez grande variation dans les charges de départs, les catalyseurs et, en conséquence, les produits. L'activité/ sélectivité d'une composition catalytique particulière est exprimée commodément par sa teneur en zéolite. La teneur en zéolite peut être déterminée commodément par exemple de la manière décrite dans le brevet français NO 2 330 756. Les catalyseurs contenant une zéolite contiennent de préférence de 1 a 20 % de zéolite, en particulier une zéolite aluminosilicate de métal alcalin naturelle ou synthétique, telle que de type X, de type Y ou de type L, dans laquelle au moins une portion importante du métal alcalin a été remplacée par de l'hydrogène ou par des ions d'autres métaux, le complément consistant en silice-alumine. Comme l'utilisation de trop de zéolite pourrait entraîner un craquage excessif, c'est-à-dire une production excessive de gaz, la teneur en zéolite est comprise de préférence entre l et 10 % en poids, par rapport à la composition catalytique totale.

C'est donc un but de la présente invention de fournir un procédé pour le craquage catalytique fluide d'une charge de départ hydrocarbonée, en particulier d'une charge résiduelle lourde, dans lequel le bilan thermique d'un système de réacteur comme défini ci-après ne dépend pas uniquement du transfert de la zone de régénération à la zone de craquage par le catalyseur en circulation.

Elle a aussi pour but de fournir un procédé par lequel il sera possible d'obtenir un rendement optimal soit en essence, soit en distillats moyens, selon les demandes du marche, à partir de charges de départ hydrocarbonées lourdes en utilisant des catalyseurs particuliers à base de zéolite.

C'est un autre but de l'invention de fournir un procédé pour le craquage catalytique fluide pouvant se mettre en oeuvre avec combustion complète de CO quand on régénère le catalyseur usé contenant du coke.

Un but général de la présente invention est d'augmenter la flexibilité opératoire du procédé, indépendamment du type de la charge de départ traitée ou du catalyseur utilisé.

Ces buts sont atteints selon l'invention en maintenant la température dans la zone de régénération au-dessous de 7250C par évacuation de chaleur du lit du catalyseur en cours de régénération au moyen d'un échange indirect de chaleur avec la charge hydrocarbonée fraîche à traiter.

La présente invention concerne ainsi un procédé pour le craquage catalytique fluide d'une charge de départ hydrocarbonée dans un système de réacteur comprenant au moins une zone de craquage et une zone de régénération en communication mutuelle, par mise en contact de la charge de départ hydrocarbonée dans la zone de craquage avec un catalyseur de craquage chaud, avec le résultat qu'au moins une partie de la charge de départ est vaporisée et est ensuite craquée en produits hydrocarbonés bouillant à des températures plus basses dans des conditions de craquage comprenant une température comprise entre 425 et 5500C, une pression comprise entre la pression atmosphérique et 4 bars abs. et un rapport catalyseur/huile inférieur à 7, après quoi les produits hydrocarbonés bouillant à des températures plus basses sont séparés du catalyseur usé et recueillis tandis que le catalyseur usé contenant des dépôts de coke est passé à la zone de régénération dans laquelle un gaz contenant de l'oxygène est passé à travers un lit de catalyseur, de manière à oxyder les dépôts de coke avec production de chaleur, régénérant ainsi et chauffant le catalyseur, après quoi le catalyseur régénéré chaud est ramené à la zone de craquage, caractérisé en ce que la température dans la zone de régénération est maintenue au-dessous de 7250C par évacuation de chaleur du lit du catalyseur en cours de régénération au moyen d'un échange indirect de chaleur avec la charge de départ hydrocarbonée fraîche, chauffant ainsi la charge de départ à une température d'au moins 2000C, après quoi cette charge de départ est introduite dans la zone de craquage et évaporée à une température de plus de 2000C en étant mise en contact directement avec le catalyseur régénéré chaud.

Le principal avantage du procédé selon l'invention est que le bilan thermique ne dépend plus uniquement du transfert de chaleur de la zone de régénération à la zone de craquage au moyen de la circulation du catalyseur. En préchauffant la charge de départ dans la zone de régénération, on a la possibilité d'enlever de la chaleur au catalyseur en circulation, mais en même temps en fournissant encore cette chaleur à la réaction endothermique de craquage. Le présent procédé fournit donc une flexibilité accrue dans la sévérité du craquage sans dépasser les limitations de température de la zone de régénération. La vaporisation lors du contact de la charge de départ préchauffée et du catalyseur chaud se produit maintenant sensiblement plus vite, réduisant ainsi au minimum la quantité d'hydrocarbures liquides dans les pores du catalyseur.Les hydrocarbures liquides restant dans les pores du catalyseur sont principalement la cause des dépôts excessifs de coke quand on utilise des charges de départ lourdes.

I1 y a lieu de noter qu'il est déjà connu d'évacuer la chaleur libérée durant la régénération du catalyseur, par exemple il est connu de produire de la vapeur d'eau à haute pression par échange indirect de chaleur entre le catalyseur et de l'eau ou de la vapeur d'eau arrivant dans des serpentins, c'est-à-dire une multiplicité de tubes reliés entre eux, dans le lit de catalyseur: Dans un tel arrangement, toutefois, la chaleur est évacuée de manière irréversible du système de réacteur. Dans la présente invention, cette chaleur libérée est utilisée dans le système de réacteur en préchauffant la charge de départ à traiter dans le même système.

Les produits du procédé de craquage selon l'invention comprennent en général des composés ayant des poids moléculaires moindres et des points d'ébullition plus bas que ceux présents dans la charge de départ initiale. Ces produits trouvent une utilité particulière comme matières premières pour la fabrication de produits chimiques dérivés du pétrole, de polymères, d'essence et d'alcoylats.

Le procédé de craquage peut être optimisé pour une production maximale de distillats moyens, c'est-à-dire de kérosène et de gasoils, ayant des intervalles de distillation d'environ 140-300"C et 180-3700C, respectivement, ou pour une production maximale d'essence et de naphta, intervalle de distillation environ 30-2000C, mais certains composés gazeux, tels que les oléfines inférieures, seront toujours formés aussi.

Il est possible d'effectuer l'échange indirect de chaleur du lit du catalyseur en cours de régénération avec la charge de départ hydrocarbonée fraîche de plusieurs manières. On peut, par exemple, faire circuler un fluide d'échange de chaleur dans des tuyaux d'échange de chaleur situés dans la zone de régénération, et ensuite à travers un échangeur de chaleur à travers lequel on fait passer aussi la charge de départ. Cette solution, toutefois, exige un investissement important et n'est généralement pas préférée. De préférence, on effectue l'échange indirect de chaleur du catalyseur en cours de régénération avec la charge de départ hydrocarbonée fraiche en faisant passer la charge de départ dans un ou plusieurs tuyaux d'échange de chaleur situés dans le lit du catalyseur en cours de régénération.

On a trouvé d'une manière surprenante que la présence des tuyaux dans le lit fluide (occupant environ 20 % de la surface du lit) a en outre une influence positive sur la grosseur des bulles et la distribution des bulles d'air dans le lit. Les tubes horizontaux réduisent la croissance des bulles en divisant les bulles qui montent en un plus grand nombre de bulles plus petites, et cela à son tour entraîne un accroissement dans le coefficient de transfert de masse de l'air aux particules de catalyseur, ce qui veut dire qu'une plus grande quantité de coke peut être brûlée avec le même débit d'air.

Les dimensions et l'épaisseur de ces tuyaux, de même que l'espèce de matière à utiliser seront évidentes pour ceux qui ont de l'expérience dans la réalisation de matériel d'échange de chaleur pour l'industrie de traitement du pétrole.

On a trouvé que durant une opération normale, tandis que la température moyenne de la charge de départ monte à une température de plus de 2000C, le réglage de la vitesse de la charge de départ dans les tuyaux d'échange de chaleur et le transfert de chaleur à l'intérieur de la charge de départ hydrocarbonée sont tels que la température de la charge de départ ne monte nulle part à un niveau trop élevé. Des températures maximales de films d'environ 4000C à la surface intérieure des tuyaux se rencontrent quelquefois, mais ces températures ne causent aucun craquage thermique important des hydrocarbures, car la chaleur se transfère immédiatement à la masse de l'huile et en conséquence la température s'abaisse.

La température initiale de la charge de départ à traiter dans l'uxlité de craquage catalytique, c'est-à-dire la température avant le préchauffage selon l'invention, dépend de sa source et du degré de refroidissement qu'elle a subi durant sa production. Dans les raffineries, c'est une pratique courante de réduire au minimum les pertes de chaleur, et donc on transfère la charge de départ pour le craquage, par exemple les résidus d'une unité de distillation atmosphérique ou sous vide, aussi rapidement que ces matières deviennent disponibles, à l'unité de craquage catalytique fluide, de préférence par des canalisations calorifugées. La température (initiale) de la charge de départ sera alors d'environ 200 ou 2509C, respectivement.

Il en est de même, compte tenu des changements nécessaires, pour d'autres charges de départ telles que des gasoils, des huiles désasphaltées, etc.

Quanquefois, il peut être nécessaire d'utiliser des préchauffeurs de charge chauffés au pétrole, par exemple quand la température initiale de la charge de départ est si basse que la charge de départ, même quand elle est préchauffée selon l'invention, n'est pas chauffée aux températures de vaporisation par le contact direct avec la masse de catalyseur fraîchement régénérée, chaude. Pavr ailleurs, il peut être nécessaire aussi quelquefois que l'on utilise des pré-refroidisseurs de charge, par exemple quand la charge de départ est difficile à craquer et produit beaucoup de coke, ce qui donnerait une température trop élevée des particules de catalyseur.Le préchauffage de la charge est coûteux et le prérefroidissement de la charge, en plus du fait qu'il est laborieux, diminue la vaporisation de la charge lors du contact avec le catalyseur chaud. Comme mentionné ci-dessus, une vaporisation médiocre conduit à une formation accrue de coke et à un rendement réduit en produit. Certaines charges hydrocarbonées très fortement productrices de coke ne conviennent donc pas pour craquage catalytique selon les procédés de la technique antérieure, mais on peut les craquer en préchauffant la charge dans la zone de régénération selon l'invention.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, la charge de départ hydrocarbonée fraîche avant l'échange indirect de chaleur avec le catalyseur en cours de régénération peut avoir une température d'au moins 800C et pas plus élevée que 2500C. De préférence, la charge de départ fraîche est chauffée par cet échange de chaleur à une température comprise entre 250 et 4250C. Des charges de départ à 80-1500C sont dites relativement froides et celles à 150-2500C sont dites relativement chaudes. La charge de départ fraîche est chauffée de préférence à une température comprise entre 325 et 4000C selon le procédé de l'invention. Des températures comprises entre 350 et 4009C ne doivent pas être maintenues pendant une période trop longue, car alors un craquage thermique pourrait commencer à se produire.Le danger de cela est minimal, toutefois, aussi longtemps que la charge de départ préchauffée est introduite directement dans la zone de réaction.

Comme expliqué ci-dessus, il est souhaitable, mais souvent impossible, de mettre en oeuvre un procédé de craquage catalytique fluide avec combustion complète de CO.

Cela est particulièrement difficile quand on désire traiter des charges de départ productrices de coke assez lourdes dans des systèmes de réacteurs qui ont été prévus pour des charges de départ plus légères, telles que des gasoils.

Grâce à la présente méthode d'évacuation de chaleur de la zone de régénération, une opération avec combustion complète de CO est possible, en utilisant un plus large éventail de charges de départ. La présente demande de brevet concerne donc aussi un procédé dans lequel la température dans la zone de régénération est maintenue au-dessous de 725"C tandis que tout dépôt de coke sur le catalyseur usé est complètement oxydé en anhydride carbonique.

Bien qu'une température de 7250C soit considérée comme étant la limite supérieure pour la température dans la zone de régénération, il est évident qu'il est plus sûr d'opérer à des températures inférieures à 7250C, par exemple de maintenir une limite supérieure de 7000C. Par ailleurs, la température dans la zone de régénération ne doit pas tomber à un niveau trop bas, pas au-dessous de 6100C par exemple, car dans ce cas la combustion des dépôts de coke se produirait trop lentement et, de plus, la masse de catalyseur ne serait pas assez chaude pour être capable de vaporiser la charge dans la zone de craquage.

Il est envisagé dans le cadre général de la présente invention de refroidir une partie de la charge de départ préchauffée par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement approprié comme de l'eau, afin d'évacuer toute chaleur en excès qui ne peut pas être reçue dans le système de réacteur. Cela peut être le cas avec des charges produisant de très grandes quantités de coke et en particulier quand le présent procédé est mis en oeuvre avec combustion complète de CO durant la régénération du catalyseur usé.Dans ces cas, il peut être nécessaire d'évacuer du lit de catalyseur, pour empêcher sa température de monter au-dessus de 725"C, une si grande quantité de chaleur qu'au moins une partie de la charge de départ hydrocarbonée préchauffée devra être refroidie de nouveau extérieurement par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement comme de l'eau. La chaleur ainsi contenue dans le milieu de refroidissement peut être utilisée dans d'autres unités de la raffinerie dans laquelle se trouve l'unité de craquage catalytique.En d'autres termes, dans un mode de mise en oeuvre spécial du présent procédé, au moins une partie de la charge de départ, après avoir été chauffée par échange indirect de chaleur avec le catalyseur en cours de régénération, est refroidie à l'extérieur de la zone de régénération par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement.

Ainsi, la charge de départ préchauffée et ensuite partiellement refroidie peut être introduite directement dans la zone de réaction, et dans le cas où seulement une partie de la charge de départ a été refroidie, après mélange avec l'autre portion de la charge de départ, qui n'a pas été refroidie.

La flexibilité du procédé et la stabilité de la température de la charge de départ entrant dans la zone de réaction sont accrues, toutefois, quand on utilise un certain recyclage. De préférence, au moins une partie de la charge de départ chauffée et refroidie de la manière décrite ci-dessus est recombinée avec de la charge de départ fraîche pour chauffage par échange indirect de chaleur avec le catalyseur en cours de régénération.

Si la charge de départ fraîche, ou une partie de cette charge, est chauffée et refroidie de nouveau, cela se révèle être peu économique si la charge de départ qui doit être refroidie est refroidie à une température supérieure à la température de la charge de départ hydrocarbonée fraîche, car alors on pourrait la refroidir plus facilement avec la charge de départ elle-même, par exemple en mélangeant simplement de la charge fraîche et de la charge chauffée. En oensguence, il est préféré qu'au moins une partie de la charge de départ chauffée soit refroidie à une température pas plus élevée que la température de la charge de départ fraîche à chauffer.

Dans ce dernier cas, au moins une partie de la charge de départ chauffée est refroidie à une température comprise de préférence entre 800C et 1500C suivant la température particulière de la charge de départ à chauffer.

Comme mentionné ci-dessus, la totalité ou une partie de la charge de départ chauffée peut être refroidie après le chauffage dans la zone de régénération. Pour des raisons économiques concernant le procédé, il est préféré toutefois qu'un tiers à un dixième de la charge de départ chauffée soit refroidi et mélangé avec la charge de départ fraîche. Cela représente un taux de recyclage compris entre 0,11 et 0,50, quand le taux de recyclage est défini comme le rapport de la charge recyclée à la charge fraîche.

Dans certains cas, il est avantageux de brûler ce qu'on appelle une "huile pour torche" dans la zone de régénération. Cette huile est une partie du produit de réaction qui est très difficile à craquer et qui convient moins bien pour recyclage avec la charge fraîche, contrairement à ce qu'on appelle les huiles de recyclage. On l'utilise alors avantageusement comme huile de chauffe, par exemple dans la zone de régénération, en particulier si on désire un rendement optimal en distillats moyens. La chaleur supplémentaire ajoutée est facilement transférée à la charge selon le procédé de l'invention. La présente demande de brevet concerne donc aussi un procédé dans lequel une huile d'hydrocarbures est brûlée dans la zone de régénération.

L'invention va maintenant être illustrée à l'aide des figures. La figure 1 est un schéma de principe simplifié d'un système de réacteur pour craquage catalytique fluide.

La figure 2 est une illustration graphique de l'effet d'un préchauffage de la charge sur le rapport catalyseur/huile et sur la température dans le régénérateur, comme on l'expliquera en détail dans l'exemple 2.

Comme représenté sur la figure 1, la charge de départ fraîche arrive par une canalisation 1 et passe dans les serpentins 16 du régénérateur et dans une canalisation 17, comprenant un échangeur de chaleur 18, et la charge de départ est ainsi pré chauffée et elle est introduite dans la canalisation 3. I1 est possible de recycler une partie de la charge de départ par une canalisation 29 de manière à la faire passer de nouveau dans les serpentins 16 du régénérateur, avec pour résultat une température plus stable de la charge de départ dans la canalisation 17 et une température plus stable du lit fluide 13. Les serpentins 16 du régénérateur sont immergés dans le lit fluidisé 13 de particules de catalyseur en cours de régénération.

Dans certains cas, il peut être avantageux d'installer un autre échangeur de chaleur dans la canalisation 1, avant ou après la dérivation 2, de manière à refroidir ou à chauffer des charges de départ trop chaudes ou trop froides.

I1 est possible aussi d'installer l'échangeur de chaleur 18 dans la canalisation de recyclage 19, en particulier quand on traite des charges de départ très lourdes, produisant du coke, car alors une température élevée de la charge dans les canalisations 3 ou 17- (pour faciliter la vaporisation de la charge de départ lourde dans le pot élévateur) doit être combinée avec un effort de refroidissement important dans le régénérateur, en raison du coke supplémentaire qui est brûlé. La charge de départ est passée par la-canalisation 3 à un pot élévateur 4, dans lequel la charge de départ est mise en contact avec le catalyseur régénéré chaud arrivant par un tuyau d'injection 5.La charge de départ s'évapore et avance avec les particules de catalyseur à travers un réacteur 6 en colonne montante, à la manière d'un écoulement en bloc de bas en haut, jusqu'à un lit fluide 7 dans un récipient à réaction 8. Les produits de craquage gazeux et liquides vaporisés sont évacués par le haut du récipient 8 dans un conduit 9. Le conduit 9 est relié à des cyclones (non représentés) séparant les particules solides de catalyseur entraînées du courant de gaz et ramenant ces particules au lit fluide 7 par des tuyauteries verticales (pas représentées non plus). Les particules de catalyseur usé sont dépouillées de tous hydrocarbures adhérents dans un récipient de strippage 10, situés sous le récipient à réaction 8. Les particules de catalyseur usé ainsi dépouillées sont conduites par un tuyau d'injection 11 à un récipient à régénération 12.

Dans ce récipient, un lit fluidisé 13 de particules de catalyseur est maintenu par un courant de gaz contenant de l'oxygène, habituellement de l'air, arrivant par un tuyau à ajutages 14. Les dépôts de carbone sur les particules de catalyseur sont brûlés dans le lit 13 et par le tuyau d'injection 5 les particules du catalyseur régénéré reviennent au pot élévateur 4. Les gazde combustion sont évacués en haut du récipient à régénération 12 par un conduit 15.

Dans le procédé selon l'invention, la canalisation 2 n'est pas utilisée, au moins pas nécessairement. Elle peut évidemment être présente et l'est généralement comme reliquat d'un système de réacteur classique, en cas de transformation de ce système classique pour mise en oeuvre du présent procédé, et elle sera utilisée avantageusement lors des démarrages ou comme dispositif de sécurité. Dans ces buts, il est prévu une valve (non représentée) à la jonction des canalisations 1 et 2, permettant de faire passer la charge de départ entièrement ou partiellement dans la canalisation 2, suivant ce qu'on désire.

Exemple 1
On fait fonctionner l'unité de craquage catalytique 'fluide d'une raffinerie d'abord de manière classique, mais avec combustion complète de CO. Toutefois, en opérant de cette manière, il est possible seulement de traiter une charge froide (dans l'intervalle de 50-800C), car toute élévation de la température de la charge entraîne une élévation inacceptable de la température du régénérateur.

Dans le régénérateur, on doit maintenir une grande quantité d'oxygène perdu (oxygène en excès) pour refroidir le lit du régénérateur.

Pour mettre en oeuvre le procédé selon la présente invention, on transforme cette unité en installant des serpentins de préchauffage dans le régénérateur. En raison des dimensions et de la forme particulières de ce régénérateur, on installe deux groupes parallèles de trois serpentins en série. Les serpentins occupent la section transversale du récipient entre le haut du trou d'homme et le plus bas niveau de-la trémie de soutirage. Chaque serpentin a sa propre entrée pour charge et sa propre sortie et chaque serpentin constitue une poutre se supportant elle-même et exigeant seulement des supports aux extrémités. De plus, chaque serpentin est construit de manière qu'on puisse le faire passer par le trou d'homme.

L'alliage choisi pour les tubes permet un fonctionnement à une température maximale du régénérateur de 7000C et à une pression nominale de 25 bars abs. Dans la réalisation, on accorde l'attention nécessaire aux aspects dilatation thermique. La longueur totale de tuyaux à l'intérieur du régénérateur est suffisante pour chauffer la charge de 200 à 3700C à un débit de charge de 3000 tonnes par jour.

Les conditions de réaction et les résultats des mesures prises peuvent se voir dans le tableau suivant
Opération Opération avec
classique préchauffage
Température dans le réacteur, OC 510 510
Pression dans le réacteur, bars 1,3 1,3
Rapport catalyseur/huile 9 6 Température 'naaaale dans le
régénérateur, C 660 660 Tpppérature initiale de
la charge, OC 50-80 200 Tespérature de la charge à l'entrée
dans le pot élévateur, OC 50-80 370
Oxygène perdu dans le
régénérateur, % en vol 5 2
Rapport air/coke dans le
régénérateur 19,5 15
Carbone Conradson de la
charge, % en poids 0,4 2,0 0,4 0,4 équivalent de Ni de la
charge, ppm 0,4 0,4 1,4 0,4
Teneur en zéolite du
catalyseur, % en poids* 3 3 3 5 * déterminée canme décrit dans le brevet français NO 2 330 756.

Evidemment, la flexibilité opératoire augmente comme résultat du préchauffage selon l'invention. Le tableau illustre trois cas selon l'invention
1) des charges de départ produisant plus de coke peuvent être traitées,
2) des charges de départ contenant de plus grandes quantités de métaux peuvent être traitées, et
3) un catalyseur plus actif/sélectif peut être utilisé.

En outre, on utilise moins d'oxygène dans le régénérateur à des fins de refroidissement et des charges plus chaudes peuvent être traitées, ce qui évite la nécessité d'un refroidissement préalable de la charge de départ.

Exemple 2
Sur la figure 2, l'effet d'un préchauffage de la charge dans les serpentins 16 du régénérateur selon l'invention est montré. La température Treg dans la zone de régénération est portée en fonction du rapport catalyseur/huile, C/O. Clairement, une réduction du débit C d'introduction du catalyseur entraîne une élévation de qui qui doit être maintenue au-dessous de 7250C. La réduction de C est nécessaire, toutefois, pour réduire la sévérité du craquage, par exemple quand on utilise des catalyseurs plus actifs/sélectifs.

Deux cas sont illustrés pour un système de réacteur de craquage catalytique fluide selon la figure 1, la série
A dans une opération de craquage catalytique à bilan thermique équilibré classique, en utilisant la canalisation 2, et la série B selon la présente invention, en contournant la canalisation 2 et en préchauffant la charge dans la zone de régénération 12 sans échange de chaleur dans l'échangeur 18 ou recyclage par la canalisation 19.

Dans toutes les mesures, la charge est introduite dans la canalisation 1 à une température de 2000C et la température à la sortie du réacteur en colonne montante est maintenue à 5200C. La courbe A montre les résultats de l'opération à bilan thermique en équilibre de la série A et la courbe B montre les résultats de l'opération à bilan thermique en équilibre de la série B, tandis qu'on effectue un préchauffage de la charge à 4000C dans les serpentins du régénérateur. La courbe B est déplacée vers de plus bas rapE:rES C/O et de plus basses températures dans le régénérateur, ce qui prouve que dans le procédé selon l'invention on peut utiliser des catalyseurs plus sélectifstactifs et/ou des charges de départ produisant plus de coke, sans dépasser la température maximale de 7250C dans le régénérateur.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour le craquage catalytique fluide d'une charge de départ hydrocarbonée dans un système de réacteur comprenant au moins une zone de craquage et une zone de régénération en communication mutuelle, par mise en contact de la charge de départ hydrocarbonée dans la zone de craquage avec un catalyseur de craquage chaud, avec le résultat qu'au moins une partie de la charge de départ est vaporisée et est ensuite craquée en produits hydrocarbonés bouillant à des températures plus basses dans des conditions de craquage comprenant une température comprise entre 4250C et 5500C, une pression comprise entre la pression atmosphérique et 4 bars abs. et un rapport catalyseur/huile inférieur à 7, après quoi les produits hydrocarbonés bouillant à des températures plus basses sont séparés du catalyseur usé et recueillis tandis que le catalyseur usé contenant des dépôts de coke est passé à la zone de régénération dans laquelle un gaz contenant de l'oxygène est passé à travers un lit du catalyseur, de manière à oxyder les dépôts de coke avec production de chaleur, régénérant ainsi et chauffant le catalyseur, après quoi le catalyseur régénéré chaud est ramené à la zone de craquage, caractérisé en ce que la température dans la zone de régénération est maintenue au-dessous de 7250C par évacuation de chaleur du lit du catalyseur en cours de régénération au moyen d'un échange indirect de chaleur avec la charge de départ hydrocarbonée fraîche, chauffant ainsi la charge de départ à une température d'au moins 2000C, après quoi cette charge de départ est introduite dans la zone de craquage et évaporée à une température de plus de 2000C en étant mise en contact directement avec le catalyseur régénéré chaud.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue l'échange indirect de chaleur du catalyseur en cours de régénération avec la charge de départ hydrocarbonée fraîche en faisant passer cette charge de départ dans un ou plusieurs tubes d'échange de chaleur situés dans le lit du catalyseur en cours de régénération.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la charge de départ hydrocarbonée fraîche avant l'échange indirect de chaleur avec le catalyseur en cours de régénération se trouve à une température d'au moins 800C et pas au-dessus de 2500C.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la charge de départ fraîche est chauffée par l'échange indirect de chaleur à une température comprise entre 250 et 4250C.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la charge de départ hydrocarbonée fraîche est chauffée à une température comprise entre 325 et 4000C.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la température dans la zone de régénération est maintenue au-dessous de 7250C tandis qu'on oxyde tout dépôt de coke sur le catalyseur usé complètement en anhydride carbonique.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la température dans la zone de régénération est maintenue entre 610 et 7000C.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la charge de départ, après avoir été chauffée par échange indirect de chaleur avec le catalyseur en cours de régénération, est refroidie à l'extérieur de la zone de régénération par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la charge de départ chauffée est refroidie et recombinée avec de la charge de départ fraîche pour être chauffée par échange indirect de chaleur avec le catalyseur en cours de régénération.

10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la charge de départ chauffée est refroidie à une température pas plus élevée que la température de la charge de départ fraîche à chauffer.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'une partie de la charge de départ chauffée est refroidie à une température comprise entre 80 et-l50 C.

12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'un tiers à un dixième de la charge de départ chauffée est refroidi et mélangé avec la charge de départ fraîche.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on brûle un combustible hydrocarboné dans la zone de régénération.