FR2538269A1

FR2538269A1 - Appareil et procede pour separer des particules de catalyseur de craquage fluide d'hydrocarbures gazeux

Info

Publication number: FR2538269A1
Application number: FR8320485A
Authority: FR
Inventors: Wesley Alonzo Parker; Thomas Sean Dewitz; George Putnam Hinds Jr; John Edward Gwyn; Ahmet Haluk Bilgic
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1982-12-23
Filing date: 1983-12-21
Publication date: 1984-06-29
Anticipated expiration: 2003-12-21
Also published as: SE8307085L; IT8324308A1; DE3346234A1; AU2273283A; CA1232223A; JPH0435214B2; ZA839477B; NL8304049A; FR2538269B1; ES8506473A1; DE3346234C2; AU557640B2; IT1170270B; BE898511A; IT8324308A0; CH663217A5; FI72889C; ES528253A0; FI72889B; BR8307012A

Abstract

L'invention concerne un appareil et un procédé pour séparer des particules de catalyseur et des vapeurs d'hydrocarbures dans un cyclone raccordé à l'extrémité de sortie d'une colonne de montée dans laquelle s'effectue une réaction de craquage catalytique fluide. Le cyclone 17 contient un stabilisateur de tourbillon 26 qui sépare la zone de séparation cyclonique 24 d'une zone d'extraction inférieure 27 à la base de laquelle est formé un lit de catalyseur 35 dans lequel est injecté un gaz d'extraction, le stabilisateur permettant au gaz d'extraction de s'écouler à contre-courant de l'écoulement vers le bas du catalyseur, améliorant ainsi la séparation et l'extraction des hydrocarbures gazeux du catalyseur séparé. Le cyclone/extracteur combiné réduit le temps de contact des hydrocarbures avec le catalyseur, améliorant le rendement en essence, accroissant la teneur en oléfines et réduisant la production de gaz et les dépôts de coke. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

2 r 38269

La présente invention se rapporte à un appareil et à un pro-

cédé pour séparer et extraire-des hydrocarbures gazeux de particules-de catalyseur de craquage fluide La présente invention se rapporte, en particulier, à l'amélioration de la séparation des particules de catalyseur des produits de

conversion d'hydrocarbures gazeux d'un réacteur à circula-

tion ascendante ou colonne de montée dans un procédé de craquage catalytique et à l'amélioration de l'extraction

des hydrocarbures des catalyseurs séparés.

L'utilisation de catalyseurs de craquage à base de zéo-

lite qui nécessitent destemps de réaction courts et fixes a eu des effets importants sur la conception des procédés de

craquage catalytique au cours de ces quelques dernières an-

nées Dans la technologie moderne du craquage catalytique, on utilise des réacteurs à circulation ascendante avec une

séparation rapide des matières solides des vapeurs à la sor-

tie du réacteur ou colonne de montée Dans de tels procédés, le récipient de réacteur classique a été relégué au rôle de séparateur des matières solides (c'est-à-dire de séparateur par gravité) Plusieurs constructions sont disponibles dans

le commerce pour traiter des problèmes techniques de réac-

tion particuliers lors de l'emploi de réacteurs à circula-

tion ascendante à catalyseur fluidisé à temps de réaction rapide De nombreux problèmes concernant la séparation des

vapeurs et du catalyseur restent à résoudre.

L'emploi de séparateurs à cyclone est bien connu dans la technique Des séparateurs à cyclone qui comportent des moyens de stabilisation du tourbillon afin d'améliorer le rendement de séparation sont décrits dans les brevets des EUA N O 3 802 570 et N O 4 212 653 Des séparateurs à cyclone modifiés qui produisent un dessenciement cyclonique séparé du catalyseur séparé de vapeurs d'hydrocarbures provenant d'un craqueur à circulation ascendante sont décrits dans le brevet des EUA no 4 043 899 et dans le brevet britannique N O 2 013 530 Un appareil pour séparer un gaz porteur d'un courant de particules provenant d'un réacteur à circulation ascendante en déviant le courant de particules autour d'une surface incurvée et en introduisant un fluide, tel que de la

vapeur d'eau,pour dépouiller rapidement les particules de ca-

talyseurs des hydrocarbures est connu du fait du brevet des

EUA n O 4 313 910.

Les hydrocarbures qui doivent être séparés du cataly- seur comprennent la masse des vapeurs produites, les vapeurs

interstitielles et les produits adsorbés La masse des va-

peurs produites est celles qui sont séparées rapidement et facilement par des moyens mécaniques (cyclones) Les vapeurs

interstitielles peuvent être déplacées-relativement rapide-

ment par un gaz d'extraction", de préférence, de la vapeur d'eau La désorption des produits adsorbés exige plus de

temps et nécessite une extraction à la vapeur d'eau supplé-

mentaire. L'arrêt effectif des réactions de craquage à la sortie du réacteur à circulation ascendante ou colonne de montée

pour accroître avantageusement la production d'essence, di-

minuerla production de gaz et obtenir un produit contenant davantage d'oléfines nécessite l'extraction des hydrocarbures interstitiels et adsorbés dans le dispositif de séparation

vapeurs/solides L'accroissement du rendement en essence ré-

sulte d'une réduction des réactions secondaires excessives qui se produisent si les hydrocarbures restent en contact

avec le catalyseur au-delà d'un court temps de réaction dé-

sirable.

Il serait avantageux de réaliser des moyens de sépara-

tion mécaniques et d'extraction rapide pour séparer la masse des vapeurs et les vapeurs interstitielles du catalyseur de craquage aussi rapidement et efficacement que possible étant donné que ceci réduirait au minimum l'excès de craquage et réduirait également la quantité de carbone déposée sur le catalyseur Il serait également avantageux de réaliser une extraction supplémentaire pour enlever les produits adsorbés

aussi rapidement et efficacement que possible.

Jusqu'à présent, l'introduction d'un gaz d'extraction dans un séparateur à cyclone se traduisait par une perte du

rendement de séparation et était considérée comm-e inutili-

sable en pratique.

On a maintenant trouvé que la présence de moyens sta-

bilisateurs de tourbillon dans un séparateur à cyclone per-

met de combiner le séparateur à cyclone et l'extracteur aval de sorte que le gaz d'extraction peut être introduit dans la zone de séparation cyclonique sans perte importante

de rendement La combinaison zone cyclonique/moyens stabili-

sateurs de tourbillon/zone d'extraction permet d'obtenir si-

multanément les avantages d'une extraction rapide de la masse des vapeurs produites et des vapeurs interstitielles

et d'un temps d'extraction plus long nécessaire pour désor-

ber les produits hydrocarbonés du catalyseur.

La présente invention se rapporte ainsi à un appareil et à un procédé pour séparer des suspensions de particules de catalyseur d'hydrocarbures gazeux et pour extraire des

hydrocarbures des particules de catalyseur.

L'appareil pour séparer des suspensions de particules de catalyseur d'hydrocarbures gazeux-et pour extraire les hydrocarbures des particules de catalyseur comprend: a) un séparateur à cyclone ayant des moyens d'entrée pour recevoir les suspensions de particules de catalyseur et les hydrocarbures gazeux d'une colonne de montée; b) une enveloppe creuse verticale raccordée aux moyens d'entrée avec lesquels elle coopère pour former une zone de

tourbillonnement dans laquelle les suspensions sont formées-

en un tourbillon de fluide, l'enveloppe creuse comprenant

des moyens de sortie du tourbillon montés dans la partie su-

périeure de l'enveloppe pour évacuer les hydrocarbures ga-

zeux épurés et des moyens de sortie montés dans la partie inférieure de l'enveloppe pour évacuer le catalyseur qui a été débarrassé des hydrocarbures;

c) des moyens stabilisateurs de tourbillon montés co-

axialement dans la partie centrale de l'enveloppe, délimitant ainsi entre les moyens stabilisateurs et les moyens de sortie supérieurs du tourbillon une zone cyclonique dans laquelle les particules de catalyseur sont séparées des hydrocarbures gazeux pour former un fluide épuré, les moyens stabilisateurs

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servant à stabiliser et à centrer le tourbillon pour réduire au minimum le ré-entraînement-des particules dans le fluide épuré; d) des moyens supports pour porter un lit de catalyseur disposé au-dessous des moyens stabilisateurs de-tourbillon au voisinage de la base de l'enveloppe délimitant, de ce fait, entre les moyens support et les moyens stabilisateurs, une zone d'extraction dans laquelle les hydrocarbures gazuex

sont extraits des particules de catalyseur; -

e) des moyens pour injecter un gaz d'extraction dans

le lit de catalyseur de manière à réduire au minimum la quan-

tité d'hydrocarbures adsorbés sur les particules de cataly-

seur. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront

à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen

des dessins annexés dans lesquels: les Fig 1 et 2 représentent les aspects d'appareillage de la présente invention, la Fig 1 représentant une vue schématique en élévation latérale d'une bouble d'essai conque pour être utilisée conformément à l'invention et la Fig 2 étant une vue schématique en élévation latérale avec coupe de la combinaison zone cyclonique/moyens stabilisateurs de tourbillon/zone d'extraction; la Fig 3 est une représentation graphique des effets

de l'écoulement ascendant d'un gaz sur le rendement du cy-

clone avec et sans moyens stabilisateurs de tourbillon; et la Fig 4 est une représentation graphique de l'effet des moyens stabilisateurs de tourbillon et de la profondeur

du lit de catalyseur sur les performances du cyclone-extrac-

teur, pour divers débits du gaz d'extraction.

Les cyclones sont particulièrement utiles aux hautes températures et aux hautes pressions du fait qu'ils sont

d'une construction simple, qu'ils n'ont pas de pièces mo-

biles,qu'ils ont des capacités importantes et qu'ils ne sont

pas sensibles à la nature chimique des gaz ou des solides.

D'autre part, les cyclones nécessitent des vitesses internes

élevées pour séparer efficacement les petites particules.

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Les'vitesses élevées qui existent dans les cyclones pro-

voquent une érosion, une attrition, du bruit et des vibra-

tions structurales Le problème de l'érosion devient en par-

ticulier très couteux lorsqu'une unité de craquage cataly-

tique fluide doit être arrêtée prématurément pour l'exécu-

tion de réparations du cyclone.

Un séparateur à cyclone utilise les forces centrifuges dans un tourbillon à grande vitesse enfermé pour séparer des

phases de densités différentes La puissance et la stabili-

té des tourbillons sont de première importance pour détermi-

ner à la fois le rendement de séparation et la résistance à l'érosion d'un cyclone Par "stabilité", on entend que le

tourbillon est maintenu au centre du cyclone et que la dissipa-

tion d'énergie turbulente est réduite.

On a effectué un certain nombre d'expériences de débit,, de vitesse d'écoulement, de perte de charge ainsi que des essais phoniques avec un cyclone dans des conditions proches des conditions ambiantes La plupart des expériences ont été effectuées-avec un cyclone à entrée tangentielle (diamètre

45,7 cm) qui était un modèle en Plexiglass (marque du com-

merce enregistrée) à échelle 0,31 d'un cyclone de second étage du commerce pour procédé de craquage catalytique fluide On a choisi l'échelle du modèle pour simuler les nombres de Reynolds et de Strouhal du cyclone effectif pour craquage catalytique fluide à une vitesse d'entrée semblable ( 25 m/s) On a essayé le modèle avec des stabilisateurs de tourbillon de diverses configurations et sans stabilisateur de tourbillon On a simulé la rugosité de paroi au moyen d'un tamis en fils métalliques de 0,11 cm d'épaisseur ayant -une ouverture de maille de 2 mm étroitement adapté contre

les parois intérieures du cyclone Ce modèle est caractéris-

tique des cyclones utilisés dans les unités de craquage ca-

talytique modernes excepté que c'est un modèle ayant un ren-

dement particulièrement élevé Les caractéristiques particu-

lières d'un tel modèle sont un rapport élevé de la section de l'orifice d'entrée à la section de l'orifice de sortie,

un étroit orifice d'entrée et un long corps de cyclone.

6 _

On a essayé de nombreuses variantes du cyclone de base pour déterminer les effets de la géométrie de la trémie, de la géométrie du stabilisateur et de la rugosité de la paroi

sur les mouvements tourbillonnaires dans des cyclones.

Les cyclones sont caractérisas par de forts gradients de pression radiaux qui équilibrent les forces centrifuges dans l'écoulement tourbillonnaire Par conséquent, il existe une dépression relative au centre du tourbillon Ce centre basse pression adhérerait probablement par "succion" à toute surface proche,stabilisant ainsi une fixation du tourbillon

à cette surface.

On a placé des moyens stabilisateurs de tourbillon dans le cyclone modèle pour prévenir le mouvement irrégulier du

tourbillon On peut également ajouterune tige verticale appe-

lée un chercheur de tourbillon au stabilisateur pour limiter et centrer lemouvement latéral du tourbillon Il est apparu qu'une tige stabilisatrice de 0,6 cm de diamètre limitait insuffisamment le mouvement du tourbillon dans le cyclone d'essai L'action de stabilisation du tourbillon a été plus

efficace lorsqu'on a utilisé une tige plus grosse pour cen-

trer le tourbillon On a essayé une tige de 1,9 cm de dia-

mètre qui a donné de meilleurs résultats.

On a essayé plusieurs types de moyens stabilisateurs de tourbillon avec des résultats divers En règle générale, une plaque plane pleine ou disque circulaire s'est avéré satisfaisante Le diamètre des moyens stabilisateurs de tourbillon devrait être au moins égal à un diamètre du tube

de sortie du tourbillon Le diamètre maximal du stabilisa-

teur dans un modèle du commerce est établi principalement *en fonction des limitations de poids et n'est limité que

par la nécessité de former,entre le périmètre du stabilisa-

teur et la paroi du récipient,un espace annulaire qui soit suffisamment grand pour permettre au catalyseur de s'écouler vers le bas tout en permettant simultanément le passage du

gaz d'extraction vers le haut.

La présence d'un chercheur de tourbillon ne parait pas présenter une importance cr t iue pour les per-err ances du

cyclone à condition que les moyens stabilisateurs de tour-

billon soient disposés à une courte distance de l'orifice

de sortie du tourbillon, c'est-à-dire à environ 2 ou-3 dia-

mètres du tube de sortie du tourbillon Cependant, si les moyens stabilisateurs de tourbillon sont situés à une plus

grande distance, par exemple à une distance de 5 à 8 dia-

mètres du tube de sortie, il est alors préférable que les

moyens stabilisateurs de tourbillon contiennent un cher-

cheur de tourbillon Le chercheur de tourbillon est avanta-

geusement constitué par une tige chercheuse de tourbillon fixée au centre des moyens stabilisateurs et s'étendant vers le haut en direction de la zone de tourbillonnement cyclonique De préférence, un tel chercheur de tourbillon aura une longueur supérieure à un tiers de la longueur du

'tourbillon.

Sur la base d'études aérodynamiques, la stablisation

du tourbillon apparait souhaitable pour accroître le rende-

ment de séparation tout en réduisant au minimum la perte de charge et l'érosion Les stabilisateurs de tourbillon ont réduit la perte de charge dans le cyclone modèle de 10 à 15 % bien que les vitesses de pointe du tourbillonnement

aient été nettement accrues Ce comportement est exception-

nel dans les cyclones étant donné que l'accroissement du tourbillonnement provoque presque toujours l'accroissement de la perte de charge Etant donné que la perte de charge

diminue, il semble que la stabilisation du tourbillon ré-

duise la dissipation d'énergie turbulente dans les cyclones.

On a trouvé que la présence d'un stabilisateurs de tour-

billon approprié dans un cyclone permettait d'ajouter au cy-

clone une section d'extraction à lit fluidisé Dans l'appa-

reil de l'invention, le gaz d'extraction s'écoule vers le

haut à contre-courant de l'écoulement descendant de cataly-

seur sans porter atteinte au rendement du séparateur à cy-

clone Ceci est extrêmement surprenant étant donné que,sans les moyens stabilisateurs de tourbillonla présence même de

petites quantités de gaz d'extraction à la base du sépara-

teur à cyclone détruisait le tourbillon et le rendait rapide-

ment inefficace.

On doit noter qu'il existe une différence fondamentale entre un disque stabilisateur et un tube vertical en tant

qu'organes internes de la combinaison cyclone/extracteur.

Le disque stabilisateur centre le tourbillon dans la partie

supérieure du cyclone et le découple de la section d'extrac-

tion située au-dessous La vapeur d'eau provenant de la sec-

tion d'extraction doit s'écouler autour du disque en le ba-

layant et en déplaçant les vapeurs d'hydrocarbures hors de cette région Cependant, la vapeur d'eau peut entraîner du

cataylseur si sa vitesse dans l'espace annulaire qui en-

toure le disque devient trop élevée Néanmoins, "trop élevée"

signifie au moins 305,4 cm/s et probablement même davantage.

Le tube vertical (voir, par exemple, le brevet des EUA no 4 043 899) couple les tourbillons du cyclone supérieur * à ceux de la section d'extraction L'ouverture centrale du tube vertical est essentielle à l'agencement décrit dans ce brevet américain mais elle présente l'inconvénient inhérent

qu'elle permet au catalyseur d'être entraîné hors de la sec-

tion d'extraction vers le haut jusqu'au tourbillon du cyclone.

Les vitesses de la vapeur d'eau requises pour entraîner le catalyseur fluidisé vers le haut dans le tube central sont

bien inférieures à celles qui seraient nécessaires pour en-

traîner le catalyseur à partir du voisinage de la paroi.

Par conséquent, l'agencement à tube parait être inapproprié pour incorporer un extracteur à lit fluidisé dans la partie inférieure du récipient Le courant ascendant de vapeur d'eau briserait le mouvement cyclonique à la fois dans la section d'extracteur tangentiel comme décrit dans le brevet des EUA no 4 043 899 et dans le cyclone proprement dit,ce

qui entraînerait un entraînement inacceptable du catalyseur.

On illustrera maintenant l'invention à l'aide des

exemples ci-après.

Dans toutes les expériences décrites dans les exemples, on a utilisé de l'air (pour simuler des hydrocarbures gazuex)

comme courant principal L'air était fourni par trois venti-

lateurs de 294,2 k W ayant chacun une capacité de 1 m 3//s.

On a effectué la plupart des expériences avec un débit d'en-

viron 0,6 m 3/s àune pression de 117 k Pa Ce débit correspond à une vitesse d'entrée de 17 m/s A ce débit, le nombre de Reynolds basé sur le diamètre du tube de sortie (Re = pgwiri/g) était d'approximativement 2,8 x 105 A un nombre de Reynolds aussi-élevé, les profils de vitesse sont essentiellement indépendants du débit, et, par conséquent, on a laissé les débits effectifs varier quelque peu mais

toutes les mesures ont été effectuées à des débits supé-

rieurs à 0,5 m 3/s à une pression de 110-130 k Pa et à une

température comprise entre 16 et 290 C Aux fins de la compa-

raison, on a ajusté tous les profils de vitesse à une vi-

tesse d'entrée de 17 m/s.

On a construit une boucle d'essai en Plexiglass telle que représentée-sur la Fig 1 La charge de catalyseur entrait à la base d'une colonne de montée 10 (dimensions 7,6 x 427 cm) et elle était transportée par de l'air injecté par une buse concentrique 11 (diamètre 3,8 cm) On n'a pas mesuré la-différence de pression ( AP)12 entre l'entrée et

la sortie de la colonne de montée mais elle était d'approxi-

mativement 2,54 cm d'eau On a utilisé des débits d'air de

à 48 l/s dans la colonne de montée Ces débits corres-

pondent à des vitesses de l'air dans la colonne de montée vide de 6,70 à 10,65 m/s On a mesuré le débit d'air à l'aide d'un rotomètre On a fait varier les débits de catalyseur dans la colonne de montée entre 35 et 100 g/s On a commandé le débit des matières solides en plaçant une pince de Mohr

13 dans une conduite 14 (diamètre 7,62 cm) reliant le réser-

voir 15 de stockage de catalyseur à la colonne de montée 10.

On a mesuré le débit de catalyseur en plaçant une pince de Mohr 16 entre le cyclone extracteur 17 et le réservoir 15 de stockage de catalyseur et en la fermant puis en mesurant la vitesse de montée du niveau dans le corps du cyclone extracteur Pour cette mesure,-on aarrêté l'envoi d'air au

cyclone extracteur 17 et on a admis que la densité du cata-

lyseur était de 801 kg/m 3.

A son sommet, la colonne de montée 10 fait un coude 18 à angle droit et est l'objet d'une transition 19 d'un tuyau ayant un diamètre de 7,62 cm et une surface de section droite

de 46,24 cm 2 à un large orifice d'entrée de cyclone tangen-

tiel rectangulaire (de 15,24 cm de haut sur 3,81 cm de large et ayant une surface de section droite de 58,05 cm 2) On -a fait varier les vitesses du gaz à l'entrée du cyclone entre

520 et 840 cm/s.

Le gaz sort du cyclone extracteur 17 par un conduit 20

(diamètre interne 7,62 cm) Un cyclone secondaire 21 rec-

cueille le catalyseur de l'écoulement de tête du cyclone ex-

tracteur Un filtre 22 en papier permet au gaz épuré de pas-

ser dans l'atmosphère et arrête le catalyseur qui s'échappe

du cyclone secondaire.

Le catalyseur sort du cyclone extracteur 17 par un con-

duit vertical 23 Une pince de Mohr 16 est utilisée pour com-

mander le niveau de catalyseur dans la partie inférieure du cyclone extracteur 17 Un récipient 15 de stockage disposé au-dessous du cyclone extracteur 17 forme un réservoir qui alimente la colonne de montée 10 par l'intermédiaire d'un conduit descendant 14 (diamètre 7,62) On peut introduire de l'ammoniac ou de l'eau dans lecyclone extracteur 17 ou

dans la colonne de montée 10 pour réduire au minimum l'élec-

tricité statique dans l'appareil.

On a représenté sur la Fig 2 une vue schématique dé-

taillée en élévation avec coupe du cyclone extracteur 17.

La zone cyclonique 24 était formée par un tube ayant un dia-

mètre interne de 15,24 cm et contenant un chercheur de tour-

billonnement et un stabilisateurde tourbillon 26 disposé à une distance appropriée ( 15,24 à 45,72 cm) du dessous du tube 20 de sortie du gaz épuré Cette distance définit la longueur (I) du tourbillon Au-dessous du stabilisateur de tourbillon 26 et de la zone d'extraction 27 on a entretenu un niveau 28 du lit de catalyseur La zone d'extraction 27 était également formée dans un tube ayant un diamètre interne de 15,24 cm L'orifice 20 de sortie du gaz épuré était formé par un tube ayant un diamètre inzerne de 7,62 cm et une épaisseur de paroi de 0,32 cr et pénètrant de 17,78 cn dans la zone 30 génératrice de tourbillon jusqu'au sommet de la zone cyclonique 24 L'orifice de sortie 23 du catalyseur

était formé par un tube ayant un diamètre de 7,62 cm.

Le stabilisateur de tourbillon 26 avait un diamètre de 10,16 cm (pour la plupart des essais), une épaisseur de 1,27 cm à son bord et une épaisseur de 2,54 cmen son centre Le chercheur de tourbillon 25 avait une longueur de 6,35 cm, un diamètre de 1,27 cm à sa base et un diamètre de 0,64 cm à son sommet On a injecté de l'air et de l'ammoniac ou de

l'eau (comme indiqué par des flèches) dans une chambre annu-

laire 23 en surpression et à travers un anneau 34 en acier

inoxydable fritté 34 dans le fond du lit 35 de catalyseur.

On a fait varier au cours des essais la hauteur (III)

du lit, la hauteur (II) de la zone d'épuisement et la lon-

gueur (I) du tourbillon.

On a mesuré le rendement global du cyclone extracteur en pesant l'écoulement inférieur du cyclone secondaire 21 (Fig 2) Ceci n'était pas rigoureusement correct dju fait que les fines recueillies sur le filtre en papier au sommet du cyclone secondaire n'avaient pas été mesurées Cependant, l'erreur était faible Après plusieurs mesures du rendement, la quantité de fines recueillies sur le filtre est apparue

insignifiante par rapport à la quantité de catalyseur re-

cueillie dans le courant inférieur au cours d'une unique

mesure de rendement.

Exemple 1

On a effectué une série d'essais en utilisant la boucle d'essai et le cyclone extracteur représentés sur les Fig 1

et 2 et décrits ci-dessus, On a réalisé un catalyseur de cra-

quage catalytique fluide du commerce en tant que matière so-

lide et on a utilisé de l'air à la fois comme gaz de trans-

port (simulant-des hydrocarbures gazeux) et comme gaz d'ex-

traction (simulant la vapeur d'eau) Le stabilisateur de tourbillon pour cette série d'essai était un disque ayant un diamètre de 10,16 cm qui avait une épaisseur de 1,27 cm à

son bord et une épaisseur de 2,54 cm en son centre Un cher-

cheur de tourbillon (de 6,35 cm de long, de 1,27 cm de dia-

mètre à la base et de 0,64 cm de diamètre à son sommet)était

2538269 i-

monté au centre de la plaque stabilisatrice.

On a effectué des essais de rendement du cyclone ex-

tracteur avec et sans le stabilisateur de tourbillon Sans le stabilisateur, l'introduction d'air-dans l'extracteur a provoqué un accroissement important des pertes de solides dans l'écoulement de tête du cyclone Avec le stabilisateur en place, on peut introduire une quantité importante d'air dans l'extracteur avec seulement un faible effet sur le taux de perte de catalyseur dans l'écoulement de tête du cyclone extracteur Les résultats des essais sont donnés

dans le tableau 1 et les données de ces essais ont été éga-

lement reportées sur le graphique de la Fig 3 dans lequel

la ligne A représente les résultats en l'absence d'un stabi-

lisateuret la ligne B représente les résultats en présence

d'un stabilisateur On a indiqué sur l'axe horizontal le dé-

bit d'air introduit dans l'extracteur et sur l'axe vertical

l'écoulement de tête du catalyseur en grammes/minute.

Le débit d'air introduit dans l'extracteur dépend de la vitesse decirculation du catalyseur et de la surface de la section transversale du cyclone (du lit) Cependant, pour montrer les débits sous leur vrai jour, on indiquera que la fourniture d'un débit de 2,82 l/s à l'extracteur se traduit par une vitesse à travers le lit vide de 15,24 cm/s Pour uneunité industrielle ayantlpar exemple,une circulation de

40 tonnes de catalyseur à la minute, et un diamètre du cy-

clone de 4,57 m, 15,24 cm/s correspondent à 2,88 kg de va-

peur d'eau d'extraction pour 1000 kg de catalyseur dans des conditions de température et de pression de 510 C et de 239,1 k Pa Ainsi, les débits d'air utilisés dans cet essai sont

proches des débits de vapeurs requis pour une extraction rai-

sonnable.

Ces essais montrent qu'avec un stabilisateur de tour-

billon,une vitesse dans l'appareil vide du gaz s'écoulant

vers le haut de 15,24 à 18,90 cm/s ne provoque aucune dété-

rioration appréciable du rendement de séparation On peut tolérer des vitesses dans l'appareil vide pouvant atteindre

* jusqu'à environ 27,43 c/s sans baisse importante du rende-

ment de séparation.

TABLEAU 1

Rendement de récupération du cyclone extracteur Essai débit d'air (l/m) débit de cat distances col de montée extracteur (kg/mn) I II (cm) III écoulement de tête de cat (g/mn)

27,94 45,72 15,24

Il II Il lg I' le le i

27,94 45,72 15,24

I It Il il Ie il I.

" 25,4

27,94 45,72

" 45,72

" 25,4

" 25; 4

* 63,5

le l' ,6 ,24 ,24 ,6 ,6 ,6 ,4 ,4 ,4 os O. do Cu J co Là 6,57 ci 9 1 1 6,48

2684,6

I ii il I. la st

2473,1

il il il

2684,6

I et Il il Il

2684,6

g I g'

2684,6

o 84,6 169,2 211,5 253,8 o O 169,2 253,8 310,2 169,2 169,2 o o 169,2 211, 5 253,8 84,6 4,1 3,8 4,3 4,0 ,0 3,5 3,4 7,9 ,1 4,1 4,8 13,7 3,2 3,7 ,6 ,4 13,3 ,8 113,7 ,35 ,85 ,85 ,85 ,85 6,12 TABLEAU 1 (suite) Rendement de récupération du cyclone extracteur Essai débit d'air ( 1/m) débit de cat distances (cm) col de montée extracteur (kg/mn) I II III écoulement de tête de cat (c/mn) 7,79 i' l' i' i' Jl i, Il I. I. I.

17,78 45,72

" 35,56

" 45,72

" 35,56

" 45,72

" 45,72 "i 25,4 38,1 ,4 ,56 ,4 ,56 ,56 ,56 ,56 ,4 ,4 ,72 33,02 3,1 4,1 3,2 7,4 2,

5 ,6 ,3 4,2 2,6 3,2 11,3 = le cyclone ne contenait pas de stabilisateur = longueur du tourbillon = hauteur d épuisement = hauteur du lit c%J (',% Co {M oo% LE

2549,2

Il il il I I. il le le il il II II III o 169,2 o 253,8 84,6 211,5 310,2 o O o 169,2 310,2

Exemple 2

On a effectué une autre série d'essais dans la boucle d'essai etdans le cyclone extracteur décrits dans l'exemple 1 en utilisant une longueur de tourbillon de 27,94 cm, un débit des matières solides de 6,98 kg/mn dans la colonne de-montée

avec un débit d'air de 2495,7 1/mn.

Cette série d'essais a consisté à injecter de l'hélium

dans le gaz de la colonne de montée et à mesurer la concen-

tration en hélium du gaz sortant avec le catalyseur Le point

de prélèvement des échantillons a été dans le conduit verti-

cal de l'extracteur contenant du catalyseur non aéré Si l'on admet que la densité apparente du catalyseur contenu dans le conduit vertical 23 est de-640,8 kg/m 3, le débit de

gaz vers le bas dans le conduit vertical de l'extracteur se-

rait d'environ 14,1 1/mn Les essais, comme représenté sur la Fig 4 dans laquelle on a indiqué sur l'axe horizontal le débit d'air fourni à l'extracteur et sur l'axe vertical le

rapport entre la quantité d'hélium (en ppm en poids) conte-

nue dans le conduit vertical de l'extracteur et celle conte-

nue dans le gaz introduit dans le cyclone, montrent que,lors-

qu'on introduit de l'air dans l'extracteur, le gaz de lasco-

lonne de montée est pratiquement complètement exclus du con-

duit vertical de l'extracteur A un débit d'air de 169,2 1/mn fourni à l'extracteur, la hauteur du lit contenu dans l'extracteur n'avait que peu d'effet sur l'exclusion du gaz

de la colonne de montée du conduit vertical de l'extracteur.

En fait, même sans stabilisateur de tourbillon, la quantité de c de la colonne de montée qui parvient jusqu'au conduit vertical de l'extracteur est très faible Le point désigné par la référence C sur la Fig 4 se rapporte à la situation dans laquelle il n'y a "ni stabilisateur, ni lit", et le point D se rapporte à la situation dans laquelle il y a un "stabilisateur mais pas de lit" La ligne E correspond à la

situation dans laquelle il y a "un stabilisateur et un lit".

Ces études à l'aide d'hélium traceur montrent qu'un très faible pourcentage du gaz contenu dans la colonne de montée parvient au conduit vertical du cyclone extracteur 1 6

lorsqu'une quantité appropriée de gaz d'extraction est intro-

duite dans le cyclone extracteur de l'invention qui contient des moyens stabilisateurs, un lit de catalyseur et a une hauteur d'épuisement (II) appropriée On a fait varier cette hauteur entre 25,4 et 45,72 cm pour ces essais et on n'a pas

décelé de différences de rendement appréciables.

Exemple 3

On a effectué une autre série d'essais en utilisant la boucle d'essai et le cyclone extracteur décrits dans l'exemple 1 dans lequel on a fait varier les dimensions du stabilisateur de tourbillon Pour cette série d'essais les conditions des essais ont été les suivantes: diamètre du cyclone: 15,2 cm; longueur du tourbillon: 17,78:cm; hauteur d' épuisement (II): 31,75 cm; hauteur du lit (III): 19,05 cm; diamètre du tube de sortie du gaz:

7,62 cm; diamètre du tube d'écoulement inférieur de cataly-

seur: 7,62 cm; débit d'air et de catalyseur à l'entrée du cyclone: 2563,4 1/mn d'air et environ 9 kg/mn de catalyseur;

tige du stabilisateur de tourbillon: 8,35 cm de long.

Le tableau 2 contient les données relatives aux rende-

ments de récupération du cyclone pour différents diamètres du stabilisateur de tourbillon On a mesuré le nombre de grammes de catalyseur qui s'échappent à chaque minute du

cyclone sous la forme d'un courant de tête pour chaque dia-

mètre de la plaque stabilisatrice En l'absence de stabilisa-

teur (diamètre de la plaque: O cm),l'introduction même

d'une petite quantité d'air s'écoulant vers le haut a provo-

qué une perte de rendement importante Une plaque de 7,62 cm de diamètre a assuré une certaine amélioration tandis qu'une plaque de 10,16 cm de diamètre a entraîné une amélioration importante Les plaques de 11,43 cm et, respectivement, de 12,7 cm de diamètre ont entraîné une nouvelle amélioration mais, cependant, moins brutale Pour le passage de la boucle d'essai expérimentale à l'échelle industrielle, le facteur

pertinent est le rapport entre le diamètre du tube de sor-

tie du tourbillon (sortie du gaz épuré)et le diamèter de la plaque stabilisatrice Dans le cyclone d'essai, le diamètre du tube de sortie du tourbillon était de 7,62 cm Si l'on prend la plaque de 11,43 cm comme un compromis acceptable entre le rendement et le poids du stabilisateur, le rapport entre le diamètre de la plaque et le diamètre du tube de sortie du tourbillon devrait être d'environ 1,5. On a effectué des essais similaires pour déterminer

l'effet de la longueur de la tige du stabilisateur de tour-

billon On a noté très peu d'effet et une longueur de la tige d'environ un tiers de la longueur du tourbillon semble

appropriée.

Exemple 4

On a essayé un autre type de stabilisateur de tourbil-

lon en utilisant la boucle d'essai et le cyclone extracteur décrits dans l'exemple 1 Les conditions ont été les mêmes que celles décrites dans l'exemple 3 sauf qu'on a utilisé

une plaque stabilisatrice de tourbillon de 10,16 cm de dia-

mètre munie d'une tige chercheuse de tourbillon de 2,54 cm de diamètre et que la plaque et la tige étaient traversées par un trou axial On a essayé deux dimensions du trou

( 0,95 cm de 1,59 cm de diamètre) et les résultats sont in-

diqués dans le tableau 3.

Dans les stabilisateurs de tourbillon contenant un trou axial, il se produit un écoulement vers le haut du gaz du fait de la différence de pression créée par l'écoulement tourbillonnaire dans le cyclone Le-gaz traité chargé de particules solides entre dans la zone de tourbillonnement par un orifice d'entrée tangentiel La séparation primaire des

solides et du gaz s'effectue sous l'action de la force cen-

trifuge dans la section cyclonique supérieure du dispositif, au-dessus du stabilisateur de tourbillon La plus grande

partie du gaz d'arrivée ainsi séparée de la matière particu-

laire est évacuée par l'orifice de sortie du gaz Une petite partie du gaz traité peut s'écouler avec les matières solides qui se déplacent vers le bas par l'espace annulaire formé entre le corps du cyclone et le stabilisateur de tourbillon

clans leur configuration hélicoïdale naturelle-non entravée.

La plus grande partie du gaz entraîné est séparée des solides dans la zone d'extraction au-dessous du stabilisateur de tourbillon grâce à la différence de pression qui existe entre l'entrée et la sortie du trou axial et est retournée

à l'orifice de sortie du gaz par la partie centrale du cy-

clone. Les particules solides tombent vers le bas à travers la zone d'extraction dans un lit dense agité dans lequel

le processus d'extraction du gaz traité est achevé par déses-

senciement des matières solides au moyen d'un gaz inerte Le

gaz d'extraction s'écoule vers le haut par le trou axial jus-

que dans le centre basse pression du tourbillon et jusqu'à

l'orifice de sortie du gaz avec les parties extraites et en-

traînées des vapeurs traitées.

On obtient un rendement élevé d'évacuation des matières solides dans le dispositif en assurant l'écoulement vers le bas faible mais positif de gaz traité en parallèle avec les

matières solides dans l'espace annulaire formé entre le sta-

bilisateur et la paroi du récipient du cyclone On maintient la quantité d'écoulement vers le bas de gaz dans l'espace aussi faible qu'il est pratiquement possible au moyen d'une construction appropriée pour réduire la vitesse radiale vers l'intérieur du gaz lorsqu'il se sépare des matières solides dans la section inférieure afin d'éviter le réentraînement

des matières solides par le trou axial On laisse une hau-

teur d'épuisement suffisamment grande au-dessus du lit dense

pour empêcher l'entraînement à partir du lit dense et ré-

duire encore davantage la vitesse radiale Des quantités ex-

cessives d'écoulement de gaz vers le bas accroissent égale-

ment le temps de séjour effectif dans le cyclone et doivent

être évitées dans le cas o ceci est indésirable Les per-

formances du cyclone peuvent être adaptées aux objectifs recherchés par un choix approprié des caractéristiques du

cyclone, et en particulier, des dimensions du trou axial.

L'évacuation périphérique des matières solides de la chambre de séparation primaire è des vitesses élevées avec

un écoulement en parallèle de gaz évite les problèmes d'é-

coulement rencontrés dans l'évacuation de solides collants

2538269.

j 19

par les tubes plongeurs ou "diplegs des cyclones clas-

siques et permet des débits élevés d'évacuation des solides sans problèmes de colmatage dans des cyclones de dimensions relativement petites ayant de faibles temps de résidence du

S gaz.

TABLEAU 2

Effet du stabilisateur de tourbillon sur le rendement de récupération du cyclone extracteur débit d'air fourni écoulement de tête de catalyseur à l'extracteur hors du cyclone extracteur ( 1/irn) (g/mn) _, _ air s'écoulant aucun stabi plaque de 7,62 plaque de 10,16 plaque de 11,43 plaque de 12,70 vers le haut lisateur cm de diamètre cm de diamètre cm de diamètre cm de diamètre 56,4 84,6 169,2 211,5 253,8 296,1

317,25

338,4 0,97 7,9 ,4

_ _

_ _ _ _ 0,36 3,34 44,6 __ _ _ _ 0,17 0,25 0,20 0,45 6,1 ___ _ _ 0, 16 0, 17 0,35 1,9 _ _ 0,11 0,11 O 1 4 0,14 0,77 ,5 ,8 O a No Cu co w' Essai n CD CI,l 5

TABLEAU 3

Effet du stabilisateur de tourbillon sur le rendement de récupération du cyclone extracteur comp débit d'air four écoulement de tète de catalyseur n ni à l'extracteur hors du cyclone extracteur (l/mn) (g/mn) air s'écoulant aucun stabi-trou de 0,95 *trou de 1,59 * vers le haut lisateur cm de diamètre cm de diamètre

1 O 0,97 2,6

2 56,4 7,9 9,5 13,0

3 84,6 20,4

4 169,2 18,6 43,5

211,5 19,6

6 253,8 21,9

7 296,1 26,9

* plaque de 10,16 cm de diamètre; tige de 2,54 cm de dia-

mètre; trou traversant la plaque et la tige.

D'autes modes de réalisation de l'invention viendront à l'esprit des spécialistes de la technique à la lecture de

la description qui précède ou lors de la mise en oeuvre de

l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1 Un appareil pour séparer des suspensions de particules de catalyseur L 7 'hlydrocarbures gazeux et pour extraire les hydrocarbures tes particules de catalyseur, caractérisé en ce qu'il comporte:

a) un séparateur ( 17) à cyclone ayant des moyens d'en-

trée ( 31) pour recevoir les suspensions de particules de cata-

lyseur et les hydrocarbures gazeux d'une colonne de montée( 10); b) une enveloppe creuse verticale raccordée aux moyens d'entrée avec lesquels elle coopère pour former une zone de tourbillonnement dans laquelle les suspensions sont formées en un tourbillon de fluide, l'enveloppe creuse comprenant des moyens ( 20) de sortie du tourbillonmontés dans la partie

supérieure de l'enveloppe pour évacuer les hydrocarbures ga-

zeux épurés et des moyens de sortie ( 23) montés dans la par-

tie inférieure de l'enveloppe pour évacuer le catalyseur qui a été débarrassé des hydrocarbures; c) des moyens ( 26) stabilisateurs de tourbillon montés

coaxialement dans la partie centrale de l'enveloppe, délimi-

tant ainsi entre les moyens stabilisateurs et les moyens de sortie supérieurs du tourbillon une zone cyclonique ( 24) dans

laquelle les particules de catalyseur sont séparées des hydro-

carbures gazeux pour former un fluide épuré, les moyens sta-

bilisateurs servant à stabiliser et à centrer le tourbillon pour réduire au minimum le ré-entraînement des particules dans le fluide épuré;

d) des moyens supports ( 34) pour porter un lit de cata-

lyseur ( 35) disposé au-dessous des moyens stabilisateurs de tourbillon au voisinage de la base de l'enveloppe délimitant,

de ce fait, entre les moyens supports et les moyens stabilisa-

teurs une zone d'extraction ( 27) dans laquelle les hydrocar-

bures gazeux sont extraits des particules de catalyseur; e) des moyens ( 33) pour injecter un gaz d'extraction dans le lit de catalyseur de manière à réduire au minimum la

quantité d'hydrocarbures adsorbés sur les particules de cata-

lyseur. 2 Appareil selon la revendication l, caractérisé en ce que

2538269.

les moyens stabilisateurs de tourbillon sont constitués par

une plaque ou disque plein ( 26).

3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une tige ( 25) chercheuse de tourbillon est fixée au centre des moyens stabilisateurs et s'étend vers le haut en

direction de la zone de tourbillonnement cyclonique ( 24).

4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la longueur de la tige ( 25) chercheuse de tourbillon est au

moins égale à un tiers de la longueur du tourbillon.

5 Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractéri-

sé en ce que les moyens stabilisateurs de tourbillon com-

prennent un passage axial ouvert par lequel le gaz s'écoule

de la zone d'extraction jusqu'à la partie centrale du tour-

billon dans la zone cyclonique.

6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens stabilisateurs de tourbillon sont constitués

par une plaque ou disque plein ( 26).

7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une tige axiale ( 25) chercheuse de tourbillon s'étendant

vers le haut est fixée aux moyens stabilisateurs.

8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la longueur de la tige ( 25) chercheuse de tourbillon est

au moins égale à un tiers de la longueur du tourbillon.

9 Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caractéri-

sé en ce que le dessus ( 28) du lit de catalyseur ( 35) est.

maintenu à une distance des moyens stabilisateurs ( 25) suffi-

sante pour fournir une hauteur d'épuisement telle que le cata-

lyseur débarrassé des produits extraits n'est pas entraîné

jusqu'aux moyens stabilisateurs ( 25) par le gaz d'extraction.

10 Procédé pour séparer des particules de catalyseur de

craquage catalytique fluide de produits de conversion d'hydro-

carbures et de gaz d'extraction,caractérisé en ce qu'il com-

prend les opérations consistant à-faire écouler dans un appareil de cra-

quage catalyticue fluide, à une température élevée, une susoension de ca-

talyseur et d'hydrocarbures gazeux vers le haut à travers une zone de conversion à colonne de montée ( 10) jusque dans la partie supérieure daun récipient séparateur contenant une

zone de tourbillonnement cyclonique dans laquelle est for-

mé un tourbillon de fluide à partir duquel une séparation cyclonique est effectuée entre les particules de catalyseur

et les produits gazeux de conversion d'hydrocarbures; à cen-

trer l'extrémité du tourbillon de fluide par contact avec

des moyens ( 26) stabilisateurs de tourbillon qui sont dispo-

sés coaxialement à la base de la zone de séparation; à éva-

cuer les produits gazeux de conversion d'hydrocarbures de la partie supérieure de la zone cyclonique ( 24); à faire passer le catalyseur séparé *par un espace annulaire formé entre le

périmètre-des moyens stabilisateurs et la paroi du sépara-

teur jusque dans une zone d'extraction ( 27) inférieure qui est en communication gazeuse avec la zone cyclonique; et à

mettre le catalyseur en contact avec un gaz d'extraction pen-

dant qu'il s'écoule vers le bas à travers l'espace annulaire

et une zone d'extraction jusqu à un lit de catalyseur ( 35).

1 i Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la séparation est effectuée dans une zone-de séparation ( 24) dont la longueur est définie par l'espacement des moyens stabilisateurs ( 26) d'au moins deux diamètres environ de

l'orifice de sortie ( 20) du tourbillon au-dessous de l'extré-

mité inférieure de l'orifice de sortie du tourbillon lequel comprend un passage coaxial vertical à extrémité ouverte qui

s'étend à partir de la partie supérieure du récipient du sé-

parateur vers le bas à travers la zone de tourbillonnement

jusqu'au sommet de la zone cyclonique ( 24).

12 Procédé selon l'une des revendications 10 et 11- carac-

térisé en ce que l'extraction est effectuée dans une zone d'extraction ( 27) dont la longueur est définie comme étant la distance entre la zone de contact gaz d'extraction/lit de catalyseur et les moyens stabilisateurs ( 26), distance qui est suffisante pour fournir une hauteur d'épuissement entre le dessus ( 28 Y du lit de catalyseur ( 35) et le dessous des

moyens stabilisateurs ( 26).

13 Procédé selon l'une des revendications 10 à-12, carac-

térisé en ce qu'il est effectué en présence d'une plaque ou disque plein ( 26) qui peut comporter une tige ( 25) chercheuse de tourbillon fixée en son centre et qui s'étend vers le

haut et pénètre dans la zone ( 24) de tourbillonnement cy-

clonique. 14 Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il est effectué en'présence de moyens stabilisateurs de

tourbillon qui comportent un passage coaxial ouvert, par le-

quel le gaz S 'écoule depuis la zone d'extraction jusqu'au

centre du tourbillon dans la zone de tourbillonnement cy-

clonique.

15 Procédé selon l'une des revendications 13 et 14, carac-

térisé en ce qu'il est effectué en présence d'une tige ( 25) checheuse de tourbillon dont la longueur est au moins égale

au tiers de la longueur du tourbillon.

16 Procédé selon l'une des revendications 10 à 15, carac-

térisé en ce qu'on introduit entre 1 et 4 kg de gaz d'extrac-

tion par 1000 kg de particules de catalyseur.

17 Procédé selon l'une des revendications 10 à 16, carac-

térisé en ce qu'on utilise un gaz d'extraction ayant une vi-

tesse dans l'appareil vide comprise entre 6,2 et 27,5 cm/s.

18 Procédé selon l'une des revendications 10 à 17, carac-

térisé en ce qu'on utilise de la vapeur dteau comme gaz d'ex-

traction.