FR2587034A1 - Procede et dispositif pour le craquage d'huiles residuelles - Google Patents

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Abstract

LE PROCEDE COMPREND LE PASSAGE D'UNE SUSPENSION D'ECOULEMENT ASCENDANT DE PARTICULES DE CATALYSEUR FLUIDE A UNE TEMPERATURE ELEVEE VERS LE HAUT A TRAVERS UNE ZONE DE REACTION A COLONNE MONTANTE; L'ATOMISATION D'UNE ALIMENTATION D'HUILE RESIDUELLE DEVANT ETRE CONVERTIE A UNE GRANULOMETRIE PROPORTIONNEE A LA GRANULOMETRIE DES PARTICULES DE CATALYSEUR DANS LA SUSPENSION A ECOULEMENT ASCENDANT; LE DECHARGEMENT DE L'HUILE RESIDUELLE ATOMISEE A UNE VITESSE SUPERIEURE A 90MSECONDE EN VUE D'UN CONTACT AVECLADITE SUSPENSION DE PARTICULES DE CATALYSEUR A ECOULEMENT ASCENDANT; LE MAINTIEN DE LA TEMPERATURE DE CONTACT ENTRE LES PARTICULES DE CATALYSEUR ET LA SUSPENSION D'ALIMENTATION D'HUILE RESIDUELLE ATOMISEE A UNE VALEUR ELEVEE; ET LA SEPARATION DES PRODUITS A L'ETAT DE VAPEUR EN SUSPENSION DE L'OPERATION PRECEDENTE PAR RAPPORT AUX PARTICULES DU CATALYSEUR DANS UNE DUREE INFERIEURE A 2 SECONDES.

Description

La technique antérieure identifie les huiles résiduelles en tant que résidus, huiles brutes réduites, fonds de tour atmosphérique, brut états résidu sous vide ou simplement huiles lourdes. De telles portions d'huiles brutes à haut point d'ébullition sont également connues comme comprenant des composants très réfractaires tels que des aromatiques polycycliques et des asphaltènes, de tels produits étant considérés comme difficiles à craquer thermiquement pour former de grandes quantités d'essences plus des fractions d'hydrocarbures à points d'ébullition inférieurs et supérieurs du fait du dépit de grandes quantités de coke sur le catalyseur0 En outre, des contaminants sé- talliques dans les fractions d'huile lourde d'huile brute comprenant du vanadium, du nickel, du cuivre, du fer, etc.
sont déposés sur et/ou dans les pores du catalyseur, emprisonnant ainsi davantage et/ou rendant inactif le catalyseur ainsi employé. En fait, la technique antérieure considère que l'effet des tendances de cokéfaction des fractions d'huile lourde ajoutée à l'effet des métaux lourds dépense tellement d'énergie que les produits obtenus sont inacceptables en termes dtéconoxie industrielle.
En vue des problèmes mentionnés dans la technique anté- rieure concernant le traitement de bruts lourds et de leurs fractions inférieures, comprenant de tels contaminants, il a été précédemment proposé d'effectuer une sépara- tion de matières comprenant le résidu ou les fractions plus lourdes ou d'effectuer une conversion préalable des composants plus lourds et indésirables. Différentes techniques permettant d'effectuer la séparation souhaitée, telle qu'une distillation sous vide, une extraction au solvant, une hydrogénation ou certains processus de craquage thermique ont été utilisés dans la technique antérNeure pour la séparation ou une commande du contaminant.On a également atilisé une adsorption de composants industriels, notamment de composants métalliques, sur une matière particulaire d'activité de craquage faible, voire nulle. Un craquage thermique tel qu'une cokéfaction retardée et fluide, ainsi que des opérations de diminution de viscosité, ont été employés pour augmenter la production d'huiles résiduelles lourdes. Toutefois, les produits résultants bouillant audessus de 200C se sont montrés être des matières premières de produits d'alimentation particulièrement appropriées en vue d'un craquage catalytique fluide du fait des concentrations résultantes élevées de composés polynucléaires.
L'huile résiduelle comprenant des fractions d'huile lourde bouillant Q des températures relativement élevées obtenues en tant que fonds de tour atmosphérique et/ou fonds de tour à vide est, par conséquent, considérée en tant que matière d'épuisement par l'industrie pétrolière car les essences contiennent une grande quantité de composants considérés généralement comme ayant des tendances de formation de coke ainsi que des composants de métaux lourds.
Par exemple, une huile résiduelle peut contenir un résidu de carbone supérieur à 0,6 * en poids, et cette caractéristique est considérée par l'industrie comme contribuant à la forte production de coke supplémentaire dans une opération de craquage et, en m8me temps que les niveaux sétalli- ques élevés, agira pour désactiver rapidement le catalyseur de craquage en conduisant à des résultats peu économiques.
La technique antérieure a ainsi eu tendance à exclure ces matières des alimentations de craquage fluides.
Les huiles résiduelles utilisables dans la présente invention peuvent comprendre des matières bouillant depuis 2000C jusqu'au point final de l'huile brute au-dessus de 9800C. A l'intérieur de cette large gamme d'ébullition, le produit d'alimentation peut être des huiles de gazole léger bouillant d'environ 200eC à 370C, des huiles de gazole moyen bouillant d'environ 3200C-à 45o0c, des huiles de gazole lourd bouillant environ 320 C à 6500C et des composants bouillant au delà de 650 C Jusqu'au point d'ébullition final de l'huile brute, y compris des composants de production de carbone, tels que des aromates ployoycliques, des asphaltènes et des contaminante métalliques, ainsi que des bruts entiers. Des produits préparés séparément tels que ceux préparés par extraction au solvant de produits hydro gênés peuvent également store utilisés en tant qu'alimenta- tion pour le procédé.
La présente invention concerne la conversion simultanée des composants à la fois à point d'ébullition élevé et à point d'ébullition bas contenus dans les huiles résiduelles avec une forte sélectivité à l'essence et des composants plus légers et avec production faible de coke. Les problèmes paesés relatifs aux températures élevées du générateur et du catalyseur sont sensiblement éliminés par les concepts de traitement de l'invention.En fait, la présente invention encourage des températures élevées de génération de catalyseur et prend avantage de ces températures élevées du catalyseur pour faire que les réactions de craquage voulues se produisent, à conversion élevée et sélectivité élevée vers l'essence et les produits qui constituent des précurseurs de l'essence sur une base sans recyclage, et cela sans formation excessive de coke.
Un craquage catalytique fluide est mis en pratique avec succès avec des produits d'alimentation dérivés par distillation, extraction au solvant et par hydrogénation, jusqu'à des galrpaea de distillation capables de vaporisation instantanne par catalyseur régénéré chaud. Des expériences avec craquage des composants d'hydrocarbure résiduel à haut point d'ébullition ont rencontré moins de résultats souhaitables dus, dans une mesure sensible au fait que les expérimentatours antérieurs ont été considérablement contraints et n1 ont pas estimé qu'un succès n'était possible que si une atomisation/vaporisation sensiblement instantanée et com plbte était obtenue par un contact initial de l'alimentation d'huile brute avec des particules très chaudes de catalyseur à une température supérieure à la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile résiduelle.Ceci signifie que, lorsque la gamme d'ébullition d'une alimentation de gazole est augmentée par l'inclusion de résidus, la tempé- rature du catalyseur doit également être augmentée. La technique antérieure nwa pas seulement manqué de reconnattre ce concept, et ainsi ignoré ces faits, mais elle a délibérément empêché que le processus parvienne à la tempé- rature nécessaire élevée du catalyseur du fait de deux facteurs 1 ) limite métallurgique de l'équipement de régénération, 2.) et stabilité thermique du catalyseur.
La technique de craquage fluide actuellement disponible tend à accepter que la température maximale pratique de régénération et, par conséquent, la température résultante du catalyseur régénéré doit être limitée à des températures de l'ordre d'environ 700 C à 7600C même si les températures peuvent aller jusqu'à 820 et 870 C qui sont généralement énoncées.La limitation de température de 700 à 760-C limite, par conséquent, nécessairement en réalité les alimentations huile chargées dans les craqueurs catalytiques à des produits d'huile de gazole distillés, extraits au solvant et hydrogénés qui sont séparés de résidus bouillants au-dessus de 3500C afin d'obtenir les niveaux de conversion souhaitée.
La présente invention concerne la création d'use disposition d'appareil ou d'équipement et de techniques d'uti- lisation susceptibles de permettre entre autre chose l'accroissement de la température de régénération du catalyseur jusqu'à au moins 9800C sans trop nuire thermiquement à l'activité du catalyseur. L'invention concerne également un réseau d'équipement ou d'appareil capable de supporter des opérations aux fortes températures envisagées par l'invention.
Ainsi et à titre d'exemple, la portion non distillée d'huile brute bouillant à partir d'environ 200 C ou au delà, jusqu'au point extrême de l'huile brute tel que celai des huiles ótAtóes peut entre craquée sous des conditions permettant d'obtenir des conversions élevées de l'alimentation d'huile afin de former des matières à points d'ébullition inférieurs comprenant de l'essence et des hydrocarbures plus légers avec un rendement en essence comparable au craquage d'huile de gazole de la technique antérieure comprenant des fabrications de coke comparables.On évite ainsi la nécessité d'un nettoyage coûteux de l'alimentation ou de techniques et d'appareils de préparation présentant la forme de processus de distillation, d'extraction au solvant, d'oxygénation ou autres processus thermiques.
Les produits obtenus à partir du processus de l'inven- tion seront semblables à ceux obtenus à partir des opérations plus connues de craquage catalytique fluide d'huile de gazole relativement propres, Ainsi, on obtient des gaz en C2 et des gaz plus légers, des oléfines en C3 et C4, ainsi que des paraffines, de l'essence bouillant à partir du point d'extrémité des C5 jusqu'à 22000 et des huiles craquées à cycles légers et lourds.Les huiles craquées de recyclage ou les huiles de gazole ainsi obtenues et connues en tant qu'huiles de recyclage légères et lourdes ou d'huile le décantée sont d'une qualité telle qu'elles peuvent autre hydrogénées pour être vendues en tant qu'huiles de fnel-oil à basse teneur en soufre, moyennement hydrogénées et ramenées au craqueur catalytique fluide en vue d'une conversion plus complete en essence, ou de préférence certaines ou toutes peuvent être hydrocraquées plus complètement afin de produire des composants bouillant dans la gamme de 1 essence.
L'hydrocraquage des huiles craquées de recyclage, obvenues comme décrit ici afin de former de l'essence, couplé à l'alcoylation des produits catalytiques en C3 et C4a pour résultat des rendements d'essence par baril de résidu d'huile brute à 20000 + amené an craqueur catalytique allant jusqu'à 125 % plus 3 - 4 % de propane Une telle séquence de traitement total est équilibrée en énergie, voire même est un producteur net de gaz combustible et de vapeur pour d'autres applications. L'équilibre énergétique comprend ce qui est nécessaire pour l'opération d'étêtage de l'huile brute.
Un paramètre plus important pour obtenir avec succès un craquage d'huile résiduelle consiste à s'assurer qu'un contact de vaporisation éclair plus complètement intime est obtenu entre des particules de catalyseur fluides et l'alimentation d'huile lourde. Ainsi, en rendant sensiblement complète l'atomisation/vaporisation de notamment les composants de poids moléculaires élevés de l'alimentation, particulièrement lors du contact avec les particules de catalyseur chaud, on améliore l'opération de conversion.
La partie résiduelle de l'alimentation bouillant à plus haute température en même temps que la partie d'huile de gazole bouillant à plus basse température est encouragée à Store presque complètement vaporisée lors du contact avec le catalyseur régénéré chaud à une température au-dessus de la température pasudo-critique de l'alimentation car, simplement en achevant plus complètement la vaporisation atomisée des composants de l'alimentation, une partie plus grande de l'alimentation peut Store davantage complètement craquée pour obtenir des composants destinés à donner de l'essence. Ce qui n'est pas vaporisé reste essentiellement non converti, avec pour résultat une production importante d'huile de recyclage catalytique, et/ou est absorbé sur la surface du catalyseur chaud et tend à store converti notam- ment en coke, ayant ainsi pour résultat une perte de production d'essence et une rapide diminution de l'activité catalytique.Pour obtenir la conversion optimale désirée, la température du mélange entre l'alimentation d'huile et le catalyseur devrait strie au moins égale et devrait, de préférence, être supérieure à la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile résiduelle chargée, mais cette température en devrait pas être beaucoup plus élevée pour éviter l'apparition d'un surcraquage non désiré.
La température de pré-chauffage de l'alimentation, la température des particules de catalyseur régénéré et chaud, l'activité de craquage catalytique, le volume de diluant tel que la vapeur injectée avec l'alimentation, le temps de séjour de la vapeur d'hydrocarbure en contact avec le catalyseur et la pression de fonctionnement de l'ensemble constituent les principales variables opératoires facilement à la portée du raffineur de pétrole afin d'obtenir les conditions de réaction nécessaires pour effectuer une vaporisation sensiblement complète de l'alimen- tation et obtenir alors une conversion à forte sélectivité en essence et en hydrocarbure plus léger, en combinaison avec la production d'huile de recyclage plus lourde d'une qualité appropriée à une hydrogénation ou un hydrocraquage pour obtenir des matières supplémentaires bouillant dans la gamme de l'essence.
Un paramètre de fonctionnement supplémentaire et qui est souhaité consiste dans le fait de prévoir une température d'équilibre dans la section droite de la colonne mon tant e se produisant de manière pratiquement instantanée avec des buses d'injection d'alimentation bien conçnes et bien disposées.Une vitesse de sortie d'alimentation à la sortie de l'ordre do 3 à 390 mètres par seconde et de préfé- rence d'environ 90 à 150 mètres/seconde est particulièrement souhaitée, la sortie de la buse d'alimentation étant montée par rapport à la section droite de la colonne mon tan ta afin de pulvériser an noies des cercles de surface égale à la section droite de la colonne montante. Chaque buse d'alimentation pout ou non être chemisée à la vapeur si on le désire afin de réduire toute cokéfaction poten- tille de l'alimentation en hydrocarbure chargée par le baril de la buse.Une quantité sensible de diluant allant jusqu'à environ 7 pour cent en poids de vapeur ou autre matière appropriée formant diluant est également injectée avec l'alimentation d'huile résiduelle afin de réduire sa température d'équilibre éclair et fournir le meilleur effet d'atomisation d'huile possible avec une conception de buse donnée. Des taux typiques de vapeur ou de diluant de dis- persion d'alimentation d'huile vont de l.à 15 pour cent en poids sur l'alimentation.
Les facteurs indiqués ci-dessus relatifs à la mise en contact et au mélange de l'alimentation d'huile atomisée avec des particules de catalyseur fluide sont prévus pour accélérer un mélange de cen derniers d'une manière relativement uniforme et rapide à travers la zone de vaporisation de la colonne montante dans une durée minimale et fournir ainsi un glissage catalytique minimal, voire même aucun glissage catalytique, en augmentant ainsi le transfert rapide de la chaleur depuis le catalyseur chaud jusqu'à l'alimentation d'haine atomisée lourde, et ils empêchent des rapports localisés augmentés de catalyseur sur l'huile, de tels rapports étant représentatifs de conditions de phase catalytique dense.Ainsi, des conditions sont choisies pour assurer un contact de phase dilué entre le catalyseur et l'alimentation huile dans la section de vaporisation de la colonne montante et ses parties aval, ce qui s'oppose à des conditions de contact sous phase dense à l'intérieur de la colonne montante.
De manière typique, une alimentation d'huile lourde brute réduite contient de 10 à 12 % d'hydrogène de sa structure moléculaire. Les fractions plus légères sont en général plus riches en hydrogène que les fractions plus lourdes. En général également les structures plus lourdes et de grandeur moléculaire plus importante sont considérées corme e déficientes on hydrogène.Les fractions plus légères et riches en hydrogène sont relativement stables à la tes- pérature mais sont aussi relativement facilement craqués de panière catalytique aveo des compositions catalytiques particulières telles que des catalyseurs contenant le zéolite0 Les fractions de l'alimentation d'huile de poids moléculaire plus élevé ou déficientes en hydrogène sont considérées comme instables à la température et facilement theriocraquées en contact avec des solides à des températures de l'ordre de 540 à 980 C, En effet, la vaporisation instantanée et complète des fractions lourdes dont il a été question ci-dessus encourage simultanément le thermocraquage des composants à poids moléculaire élevé comprenant quelques asphaltènes conduisant an succès de la conversion ultime d'une quantité plus importante de toute l'alimentation d'huile résiduelle en essence et à des productions d'huiles recyclées avec formation de peu de coke et de gaz.En obtenant une atomisatiou/vaporisation complète des composants lourds de l'alimentation d'huile résiduelle de manière sensiblement instamtanée lors du contact avec des particules de catalyseur fluide à travers les mécanismes de température de catalyseur suffisamment élevées, on compte sur une faible pression partielle d'hydrocarbure plus l'uti- lisation d'un système d'injection à buse d'alimentation d'huile d'atomisation pour empêcher le craquage localisé sous phase dense et on favorise ainsi le thermocraquage désiré de certaines structures larges de type asphaltène afin de former des huiles do recyclage à température d'ébul- lition inférieure aux dépens de la production de coke.
Le fait de ne pas effectuer ce qui précède conduira au phnoxène de "fermeture au coke". Ceci est un phénomène dans lequel des molécules lourdes déficientes en hydrogène sont déposées et bloquent les pores des surfaces actives les sites de craquage du catalyseur, en rendant ainsi le catalyseur relativement peu actif en termes de durée de vie active pour produire des conversions élevées de l'ali- mentation d'huile lourde en produits désirés à partir des composants soit légers et/ou lourds de l'alimentation.
Dans la conception et le fonctionnement d'une unité de type envisagée et décrite dans la présente invention, une considération de base qui est essentielle au fonctionnement est que la température de l'opération de régénération du catalyseur fluide doit entre essentiellement non limitée au brûlage du carbone au moins jusqu'à obtenir une température d'environ 980 C.Alors que les facteurs associés à la température de chauffage préalable de l'alimentation, à la température de la colonne montante, à la pression partielle d'hydrocarbure, ainsi que le procédé d'injection et de distribution à buse d'alimentation, sont importants, ils sont chacun limités par des mesures pratiques et, une fois que chacun est optimisé par rapport à leurs limitations pratiques, on doit reconnattre le fait que la température du régénérateur catalytique ne doit pas être limitée par rapport au brûlage du carbone pour que la température puisse être amenée à s'élever à un niveau qui convient aux nécessités d'une composition particulière de produits d'alimentation d'huile lourde afin d'obtenir le contact atomi sation/vaporisation instantané désiré avec des particules de catalyseur favorisant le craquage catalytique et le thermocraquage simultané des structures moléculaires larges et moins stables de l'alimentation.
Le tableau 1 montre l'effet sur la fabrication d'es- sence et de coke lors du craquage d'un résida atmosphérique particulier sans limitation de température de régénération par rapport au craquage avec le générateur limité pour ce qui est de la température. De telles opérations sont comparées au craquage d'une huile de gazole obtenue à partir de la même huile brute suivant une réduction sous vide afin d'éliminer les composants de type asphaltique et au craquage de l'huile de gazole résultant sous les conditions de la technique antérieure.
Le tableau 1 montre que lorsque la température du régé- aérateur ou du catalyseur est limitée dans une opération de craquage de résidus, le rendement en essence diminue de manière significative et la production de coke augmente de manière plutôt correspondante. Il y aurait également lieu de noter que les résidus peuvent autre craqués pour obtenir des produits à base d'essence supérieurs et des fabrications de coke analogues à ceux obtenus avec un produit d'alimentation d'huile de gazole de type habituel.
Le tableau 2 montre les mêmes facteurs où des données de craquage d'huile de gazole sont indiquées en comparaison de 10 volumes pour cent et de 20 volumes pour cent de résidu sous vide ajoutées à la mSme alimentation d'huile de gazole. Un tel tableau montre que la présence des résidus sous des conditions optimisées a pour résultat des conversions d'ensembles plus élevées, des rendements plus élevés en essence et une production de coke égale, sinon légère- ment inférieure, au craquage d'huile de gazole de type habituel.
Tableau 1
Effet de la limitation de la température du régénérateur et comparaison de fonds atmosphériques avec une alimentation ne comprenant que de l'huile de gazole
Fonds Huile de
atmosphériques gazole seulement Temp.du régénérateur saute basse habituelle rendement en essence (vol. %) 67,7 63,5 61,5 coke (poids en %) 5,3 8,0 6,1
Tableau 2
Craquage de la technique antérieure de huile de gazole par rapport au craquage de résidus
Opération de conversion douce
Huile de Huiles de gazole Huile de gazole
gazole + 10 % résidus + 20 % résidus
Conversion vol. % 66,o 71,0 79,0
Rendt es sence vol. % 59,8 61,8 66,1
Coke poids
3,0 3,6 3,6
Opération de conversion optimale
Conversion vol. % 76,3 77,0 79,3
Rendt es- ~ sence vol. % 61,3 67,4 67,7
Coke poids % 6,1 4,3 5,3
Des analyses des produits réalisées lors d'un craquage de fonds atmosphériques complets par rapport à des huiles de gazole seulement provenant de la même huile brute montrent certaines autres propriétés intéressantes.
1 ) Les produits liquides obtenus présentent des teneurs
moyens en hydrogène plus élevées.
2 ) L'octane recherché des essences est d'une manière
significative plus élevée.
30) L'octame moteur des essences est d'une manière si
gnificative plus élevée ayant pour résultat un rapport
(R + M)/2 beaucoup plus important dans la production
d'essence sans plomb.
4.) Les produits d'huile de gazole craqué appelés commu-
nément huile de recyclage légère, huile de recyclage
lourde et huile décantée sont sensiblement plus riches
en aromatiques di et tri condensés en préférence aux
anneaux aromatiques condensés de type 4,5 et 6. La
concentration élevée des aromatiques condensées à deux
et trois membres dans le produit craqué fait que ces
produits constituent des alimentations hautement sou
haitables pour lthydrocraquage afin de donner de l'es-
sence.
50) Le coke obtenu sous des conditions opératoires opti
males est très faible en hydrogène. Des teneurs en hy
drogène dans la gamme des 3-6 pour cent en poids ont
été observées par rapport aux 8-10 pour cent en poids
obtenus dans des opérations de craquage d'huile de ga
zole de la technique antérieure. La faible teneur en
hydrogène du coke produit ne peut s'expliquer que par le
fait que les conditions opératoires utilisées favori
sant la polymérisation des polycycliques attirés vers la
surface du catalyseur, on dégageant ainsi des quantités
significatives d'hydrogène supplémentaire en vue d'une
utilisation dans des réactions de transfert d'hydrogène
afin d'obtenir la plus grande teneur on hydrogène des
produits liquides- ont été observées.Un tel phénomène
n'est pas observé dans le craquage actuel d'huile de
gazole. De telles réactions sont exothermiques et déca-
lent ainsi de manière significative la chaleur endo
thermique de la réaction de craquage primaire. Il résulte
de ce qui précède que l'ensemble de la chaleur de réac
tion peut titre au moins réduit de 40 à 50 *. Ceci con
tribue à des taux inférieurs de circulation du catalyseur
et diminue, par conséquent, la production de coke.
La faible teneur d'hydrogène dans le coke constitue
salement nn facteur de considération important lorsque
la régénération du catalyseur est effectuée de la manière
prévue dans la présente invention.
Un catalyseur à forte teneur en silice comprenant de l'alumine ou de la magnésie avec ou sans alumine silicate cristallin à activité catalytique on zéolite cristalline à activité catalytique et une granulométrie fluidisable de préférence de l'ordre d'environ 20 à environ 200 microns peut varier, de manière considérable, dans l'activité de craquage et dans les niveaux des contaminants métalliques accumulés dans 11 opération de craquage.Si la construction des métaux sur le catalyseur empêche le maintien d'un niveau de conversion désiré, il est envisagé d'employeur un appoint et un retrait continu ou semi-continu de catalyseur ou une disposition de catalyseur contaminé afin de maintenir une activité de craquage désirée à l'écart de la régénération du catalyseur. inventaire du catalyseur peut également être à peu près complètement ou partiellement remplacé comme cela est nécessaire, lors des révisions complètes, après une période de fonctionnement prolongée ou en réponse à un changement dans la composition de l'alimentation, comme cela est le plus commode pour le fonction nement, afin d'obtenir une conversion désirée de l'alimentation.
Un empoisonnement métallique a longtemps été reconnu comme un obstacle principal au craquage des résidus. I1 a toutefois été trouvé que de tels contaminants métalliques peuvent être passivés à un degré considérable pour une tem- pérature élevée du régénérateur et que leurs effets contraires étaient fortement réduits lorsque le coke sur le catalyseur recyclé est maintenu en dessous d'environ 0,05 pour cent en poids. I1 a été trouvé, qu'environ 5 % de conversion sont perdus pour 0,1 pour cent en poids de coke sur le catalyseur régénéré en plus de la désactivation du coke à laquelle on s'attend, cela du fait de la contamination mé- tallique.Toutefois, dans l'opération de craquage de brut réduit conforme à la présente invention, des métaux tels que le nickel, le vanadium et le fer, présentent certaines propriétés souhaitables telles que le fait d'activer ou de favoriser la déshydrogénation, la réaction de transfert d'hydrogène, et de propouvoir la combustion de CO dans le régénérateur afin d'obtenir un coke plus faible sur le catalyseur recyclé sans aucun besoin pour un promoteur externe. Par ailleurs, le sodium et tous les métaux alcalins sont encore considérés comme de sérieux contaminants particulièrement pour un catalyseur contenant de la zéolite.
I1 a été trouvé que l'opération consistant à éliminer les sels de l'alimentation constitue une approche plus économique pour résoudre le problème du sodium que l'utilisation d'agents d'épuration habituels de la soude. Avec une opération appropriée d'élimination des sels de l'alimentation le sodium présent peut être contrôlé bien en dessous de 1 PPM.
Régénération catalytique
Afin d'obtenir les fortes températures désirées du catalyseur qui sont nécessaires pour effectuer correctement et avec succès le craquage des huiles comprenant des huiles résiduelles, des techniques de régénération particulières sont nécessaires en même temps qu'un appareil ou un équipement opératoire spécialement conçu et utilisé à cet effet.
La technique de craquage à température élevée conforme à l'invention favorise des dépôts sur le catalyseur de quantitis relativement importantes de coke ou de manière hydro- carbonée au cours de leur exposition à l'huile d'alimenta- tion. On arrive à des proportions qui ne sont normalement pas inférieures à 1 pour cent en poids et, dans certains cas, qui sont supérieures à 2 pour cent en poids Il est toutefois particulièrement souhaitable de régénérer le ca catalyseur à des proportions de carbone inférieures à 0,10 pour cent en poids et, de préféronce, à au moins 0,05 et mieux à environ 0,02 pour cent on poids.Les techniques de régénération ainsi que les appareils avec les équipements utilisés dans le craquage actuel des huiles de gazole ne conviennent pas pour obtenir le caractère rigoureux de la rgénration catalytique nécessaire dans le craquage d'huile les résiduelles et cela pour les raisons suivantes 1 ) Les niveaux de coke élevés autorisés à se construire sur le catalyseur sont favorisés par de faibles taux de circulation du catalyseur, c'est-à-dire par de faibles rapports catalyseurs sur huile.La combinaison de faibles rapports catalyseurs sur huile et des forts niveaux de carbone conduit automatiquement à des tempé- ratures de régénération élevées, à savoir des tempéra- tures qui sont supérieures aux limites normales mises sur l'acier inoxydable utilisé dans les régénérateurs actuels, dans la conception de systèmes à cyclones et de système de retrait catalytique, notamment. De même, les températures envisagées sont au-delà des limites courantes de température des systèmes actuels de récupération d'énergie d'environ 7600C.
20) Les catalyseurs d'activité élevée utilisés actuellement dans le craquage catalytique ne sont pas structurellement thermostables aux températures élevées du régénérateur de l'invention si cette régénération sévère est effectuée dans un régénérateur à un seul étage ou même dans un régénérateur à plusieurs étages lorsque les divers étages sont contenus dans un seul récipient.
Deux facteurs très importants affectent la stabilité catalytique au cours de la régénération. A des niveaux de coke de plus en plus élevés sur les catalyseurs usés, des températures de plus en plus élevées du catalyseur particulaire sont formées au fur et à mesure que le niveau élevé de coke est brûlé dans un récipient unique même si on utilise une régénération à récipient unique à plusieurs étages. Ces températures de surface élevée rendent elles-mees inefficaces le catalyseur.
Par ailleurs, le catalyseur se désactive rapidement aux températures élevées lorsque la vapeur formée pendant la combustion du coke à partir de l'hydrogène moléculaire associé est autorisée à rester en contact avec le ataly- seur lorsque ce dernier atteint sa température la plus élevée.
Une forme de réalisation particulière de la présente invention consiste à effectuer la régénération du catalyseur usé dans un système à deux récipients, comprenant un système à écoulement séquentiel du catalyseur en deux étages conçu et pouvant fonctionner dune manière particulière et telle que les difficultés de régénération du catalyseur de la technique antérieure sont ainsi surmontées.
La disposition de régénération catalytique de la présente invention donne une proportion de coke sur catalyseur recyclé de préférence inférieure à 0,02 pour cent en poids sans dépasser les limitations métallurgiques ni la thermostabilité du catalyseur.
Le processus de craquage catalytique conforme à la présente invention concerne le craquage d'hydrocarbures à point d'ébullition élevé dont il est généralement question en tant qu'huiles résiduelles et qui boutent initialement à une température d'au moins 2000C ou une température supérieure, de telles huiles résiduelles étant obtenues à partir d'huiles brutes, d'huiles de schiste et-de sable de goudron pour produire de l'essence, des composants d'hydro- carbures à point d'ébullition inférieur et supérieur.L'alimentation d'huiles résiduelles est mélangée dans une zone de réaction à colonne montante avec un catalyseur de craquage à très forte activité qui est récupéré à partir d'une zone de régénération à une température de préférence supérieure à la température pseudo critique de 19 alimentation.
L'alimentation en hydrocarbure à une température supérieure à environ 2000C est mélangée avec du catalyseur régénéré chaud à une température an moins égale à la température pseudo critique de l'alimentation sous des conditions aptes à former une suspension hydrocarbure-catalyseur qui est très atomisée et en général sous phase vapeur. Un dispositif de séparation de suspension utilisé au niveau de la décharge de la colonne montante sépare, de la matière sous phase vapeur, environ 70 à 90 pour cent du catalyseur.Une caractéristique unique du dispositif de séparation de suspension particulier qui est utilisé est que ce dernier permet des vitesses superficielles de vapeur relativement élevée au cours du dégagement des solides formant catalyseur dans le récipient de dégagement avant que les vapeurs n'entrent dans les cyclones du réacteur en vue d'une séparation ultérieure des matières solides de catalyseur qui sont entraînées. Les hydrocarbures quittant les cyclones du réacteur sont séparées dans une colonne de fractionnement aval.Les particules de catalyseur épuisées ainsi récupérées, à partir de l'opération de craquage à colonne montante et extraites à une température élevée de l'ordre d'environ 4800C à environ 590oC, comprennent des résidus carbonés de désactivation compris entre 0,1 pour cent en poids et environ 2,5 pour cent en poids ou plus de coke.
Le catalyseur ainsi extrait est amené à passer vers un premier lit fluide dense de catalyseur dans une première zone de régénération à température limitée maintenue en dessous d'environ 8130C et, en général, pas au-dessus de 7600C. La combustion de la matière hydrocarbonée devant être effectuée dans le premier étage à température limitée de régénération de catalyseur est effectuée à une température relativement douce qui est suffisante pour brûler tout l'hydrogène présent dans les dépôts hydrocarbonés et depuis environ 10 à 80 % de l'ensemble du carbone contenu.
La température du régénérateur est limitée à un intervalle de 620 à 815-C et, de préférence, à une température qui ne dépasse pas la stabilité hydrothermique du catalyseur ni les limites métallurgiques d'un régénérateur à basse température de type usuel. Des gaz de carneau riches en CO sont récupérés à partir du régénérateur de premier étage et sont généralement envoyés vers un bouilleur à CO afin de former de la vapeur en favorisant une combinaison plus complète du CO disponible. Ces gaz peuvent être amenés à passer à travers une section de récupération d'énergie avant leur passage vers le bouilleur à Co.L'opération de régénération de catalyseur à température limitée sert à limiter l'apparition locale de points chauds de catalyseur on présence de vapeur formée pendant la combustion de l'hydrogène de telle manière que la vapeur formée ne soit pas à une température permettant de sensiblement réduire de manière hydrothermique l'activité du catalyseur Un catalyseur partiellement régénéré de température limitée et comprenant un résidu de carbone est récupéré à partir du premier régénérateur et est sensiblement exempt d'hydrogène.Le catalyseur exempt d'hydrogène et comprenant du carbone résiduel est amené à passer vers un second appareil de régénération de catalyseur à température non limitée et plus élevée dans laquelle le carbone restant est brûlé sensiblement en C021 de sorte que l'on obtient une température élevée du catalyseur de l'ordre de 760 C jusqu'à environ 980 C dans une atmosphère exempte d'humidité.
Le second étage séparé comprenant un régénérateur de catalyseur à haute température est conçu pour limiter l'in- ventaire du catalyseur et le temps de séjour du catalyseur à la température élevée tout en permettant un taux. de brû- *age du carbone fournissant un carbone résiduel sur particu- les de catalyseur chaud recyclé inférieur à environ 0,05 pour sent en poids et, de préférence, inférieur à environ 0,02 pour cent en poids.
Des régénérateurs de catalyseur conçus de manière tra- ditionnelle et utilisés dans les opérations de craquage catalytique fluide de la technique antérieure ont contenu divers composés internes fondamentaux nécessaires au succès des opérations du processus.Ces composants fondamentaux comprennent des cyclones, généralement à plusieurs étages et conçus pour limiter les pertes de processus du cataly sewr, des conduits (diplegs) de retour du catalyseur allant des cyclones au lit de catalyseur, divers dispositifs de support d'entretoisement pour les organes mentionnés ci-dessus ainsi qu'un dispositif à trémie ou analogue et les conduits associés afin de permettre une récupération et un retrait du catalyseur et son passage vers l'opéra- tion de craquage du processus.Obligatoirement, dans les systèmes de la technique antérieure, les divers éléments mentionnés précédemment sont do construction métallique, généralement en acier inoxydable, et sont exposés directement aux températures de combustion du régénérateur. C'est la présence de ces éléments métalliques exposés aux hautes températures dans la zone de combustion du régénérateur qui limite la température maximale pouvant être atteinte ou supportée dans la régénération du catalyseur. De manière générale ceci conduit à une limite de température de fonctionnement maximale d'environ 760 à 815 C.
La forme de réalisation do la présente invention du générateur de catalyseur à haute température du second étage élimine les problèmes associés aux limitations men-
tionnées plus haut en plaçant tous les dispositifs nOtal- liques exposés aux hautes -températures, tels que les cyclones, les conduits (diplegs), la trémie de retrait ainsi que les systèmes de support et de maintien, à l'extérieur de la zone de conception et ainsi à l'extérieur du régEné- rateur lui-même.Le récipient du régénérateur, vide de tous les organes internes mentionnés plus haut dans la zone de constitution de catalyseur, est revêtu intérieurement de matière réfractaire comme également tous les conduits de liaison, les cyclones externes et les dipîegs. La conception d'un tel régénérateur de réalisation combinée est considérée comme fournissant une aaélioration importante par rapport à la technique antérieure connue.Le catalyseur régénéré à une température élevée désirée est retiré d'un lit de catalyseur fluide relativement dense dans le régé- nérateur de second étage au moyen d'un conduit de retrait externe au récipient du régénérateur. Le catalyseur retiré est chargé à une zone d'extraction avant d'être amené à passer au réacteur de la colonne montante à une température de vaporisation élevée désirée dont il est question ici et en une quantité suffisante pour vaporiser l'alimen- tation d'hydrocarbure résiduel chargée selon les techni- ques opératoires de la présente invention.
Les gaz de carneau chaud obtenus à partir du second générateur sont envoyés vers des cyclones externes en vue d'une récupération des fines particules de catalyseur en tramées, avant leur utilisation ultérieure, par exemple en les faisant passer vers un système de récupération de la chaleur perdue et ensuite vers une turbine d'expansion, ou bien ils sont déchargés à l'atmosphère. Du fait que les cyclones du second étage de régénération à plus haute température sont placés à l'extérieur, on obtient certains avantages importants en plus de ceux cités plus haut.Une fois que les séparateurs à cyclone sont déplacés depuis l'intérieur du dispositif de séparation de catalyseur vers l'extérieur, il est pratique d'augmenter le diamètre et/ou la longueur du dispositif d'amélioration a cyclone et d'amé- liorer son rendement de séparation de telle manière que des moyens formant séparateurs à cyclone à un seul étage peuvent 8tre utilisés à la place de moyens de séparation à cyclone à deux étages tout en obtenant un rendement do séparation supérieure.Ceci est effectué en partie par l'utilisation d'une canalisation cylindrique rectiligne ou d'une canalisation obrondo do transfert de gaz de carneau ou d'une canalisation comprenant une section courbe à l'extérieur du cyclone et coïncidant de manière générale avec la courbure de la paroi du cyclone tout en étant reliée tangentiellement à ce dernier. De telles conduites courbes de transfert de gaz de carneau induisent un mouvement centrifuge initial à la suspension des particules de cataly- seur du gaz de carneau chaud amorçant ainsi un entratnement concentré des particules et favorisant une meilleure efficacité de séparation par le cyclone entre les gaz et les solides, permettant ainsi des changements significatifs dans la conception du cyclone.En outre, un facteur important favorisant l'utilisation du cyclone externe est que l'ensemble de la longueur du cyclone peut alors 8tre aug menté, car celui-ci n'a pas besoin d'être placé à l'intérieur d'un récipient de régénération revêtu de matière réfractaire et présentant des dimensions et un espace libre limité, de sorte que l'efficacité de séparation du cyclone peut être améliorée de manière significative. L'effet net des moyens à conduit et cyclone de transfert de gaz de carneau ci-dessus est que l'on peut réaliser un cyclone externe à un seul étage dont le fonctionnement sera équivalent à un système de séparation à cyclone interne à deux étages disposés séquentiellement.Les cyclones revêtus de matière réfractaire et placés à l'extérieur peuvent être réalisés en acier au carbone, même lorsqu'ils sont employés avec an régénérateur fonctionnant à une température au-dessus de 7600C et pouvant aller jusqu'à 9800C. En outre, les cyclones externes peuvent être vérifiés en cours d'utilisation à l'aide d'une caméra infra-rouge et réparés de manière relativement aisée avant d'être remplacés au cours d'un arrêt ou d'une révision complète.
Le processus de craquage d'huile résiduelle conforme à la présente invention est considéré comme une améliora- tion importante par rapport à la technologie CCF (Craquage
Catalytique Fluide) plus connue traitant des alimentations d'huile de gazole relativement propre en ce qu'il permet de convertir de manière plus efficace les composants résiduels à point d'ébullition élevé dépassant 940 C; | il permet, de manière encore plus importante, de fournir des températures élevées qui sont nécessaires et désirées polir le catalyseur, alors qu'en même temps il fournit une ambiance de fonctionnement qui n'est pas sensiblement plus nuisible d'un point de vue thermique au catalyseur employé dans le processus que celle des opérations CCF de gazole. L'opération ultime de régénération de catalyseur à la haute température qui est désirée conformément à l'invention est nécessaire pour obtenir l'atomisation. vaporisation sensible ment instantanée des composants de l'alimentation d'huile résiduelle lourde par le catalyseur afin de convertir une plus grande quantité du fond d'un baril d'huile brute, d'huile de schiste, etc., ou de toute autre matière hydro- carbonnée liquide à poids moléculaire élevé afin de former des matières à point d'ébullition inférieur comprenant de l'essence. Ceci est considéré comme un progrès important dans l'industrie de raffinage du pétrole et réduit la dd- pendance des "nations du monde libre" sur l'huile brute importée.L'invention permet de traiter les huiles brutes de plus faible qualité qui sont moins coûteuses à obtenir.
Des bénéfices supplémentaires résultant du processus de craquage de résidus conforme à l'invention sont relatifs à l'obtention d'une réduction dans la consommation énergétique de l'ensemble du traitement de l'huile brute et permet d'obtenir à la fois une réduction de la pollution de l'air et de l'eau. Certaines de ces économies sont ob- tenues par la fermeture des unités de distillation sous vide, des unités d'extraction d'asphaltes, et de diversos unités de traitement thermique, telles que parfois des unités de diminution de viscosité par voie thermique et de cokéfaction retarde.Ces unités ainsi que d'autres dispo- @itifs connus de la technique antérieure seraient normale- ment utilisées pour traiter supplémentairement des résidus atmosphériques.
Des toonomies typiques d'énergie dans une unité de traitement obtenues par la fermeture d'une unité de vide est d'environ 0,6 pour cent en volume et peut aller jusqu'à 1,0 pour cent en volume de charge de brut. De même on élimine la pollution de l'air et de l'eau associées fréquemment avec les unités supprimées dout il a été question plus haut.
Un nouvel intérêt significatif de l'opération de craquage huile résiduelle conforme à l'invention réside dans l'obtention de soufre de l'ordre de 60 à 70 % en l'absence d'un traitement important d'hydrogénation séparée. L'H28 formé dans 11 opération de craquage peut être éliminée par un lavage aminé à partir des hydrocarbures sous phase vapeur et amenée vers une unité particulière en vue d'une récupération du soufre élémentaire et sa vente telle que, ce qui est opposé à la libération de quantités notables de S02 dans les processus de combustion de régé- nération.
Les spécialistes de la technique reconnaitront que la conversion d'hydrocarbures résiduels peut être effectuée dans un grand nombre de dispositions différentes d'appareil comprenant de préférence une zone de craquage à colonne montante munie de moyens multiples d'entrée d'alimentation d'hydrocarbures afin d'obtenir un contact intime avec les particules de catalyseur fluidisées ainsi que le court temps de contact désiré dans une zone de contact de la colonne montante avant la décharge dans une zone de séparation qui peut ou non contenir un lit de catalyseur fluide dense et relativement peu profond.La séparation des produits d'hydrocarbures du catalyseur déchargé à partir de la colonne montante peut être favorisée par des moyens mécaniques ou toute disposition connue dans la technique et applicable à cet effet. Toutefois, dans toutes ces dispositions de conversion d'hydrocarbures, la régénération du catalyseur utilisé est effectuée de manière plus efficace lorsqu'on emploie les techniques de régénérations sSquen- tielles conformes à la présente invention. Par conséquent, les concepts de régénération et les techniques opératoires envisagées de manière particulière et définies par la présente invention sont utilisées avec des avantages consi- dérables dans toute opération de craquage catalytique.
Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée -qui suit.
Des formes de réalisation de la présente invention sont représentées à titre d'exemple non limitatif aux dessins annexés.
La fig. I est un schéma en élévation d'une opération de régénération de catalyseur à deux étages adjacents à une opération de conversion d'hydrocarbures à colonne montante ou en combinaison avec une telle opération. Une zone de récupération et de rassemblement de catalyseur présentant une dimension cylindrique limitée auteur de la décharge de la colonne montante entoure des moyens de séparation préliminaires catalyseur-vapeur se développant vers l'exté- rieur dans une direction horizontale à partir d'une sortie du réacteur de la colonne montante et de manière adjacente à des moyens de séparation à cyclone placés dans une partie supérieure du récipient de rassemblement.
La fig. Il est un schéma en élévation d'une opération de régénération à catalyseur-craquage catalytique cfite à câte mettant en oeuvre une disposition empilée de régénéra- tion de catalyseur à deux étages comprenant des séparateurs relativement grands à cyclone placés à 1'extérieur des moyens formant récipient pour le second étage de la régénd- ration de catalyseur à haute température.
La fig. III est une coupe horizontale d'une disposi- tion de moyens formant séparateur à coupe brusque monté au niveau de la sortie de la colonne montante des fig. I et II.
La fig. IV est un schéma plus détaillé de la partie inférieure de la zone de conversion d'hydrocarbures de la colonne montante des fig. I et Il; ce schéma montrant particulièrement les détails des moyens formant entrée d'alimentation à buses multiples.
La fig. V est une représentation graphique de la conversion obtenue pour deux systèmes différents d'atomisation d'alimentation en huile résiduelle. Le deuxième système utilise une alimentation davantage atomisée que le premier système.
La fig. VI est un schéma en élévation d'une partie inférieure d'une zone de craquage à colonne montante, montrant le conduit d'entrée de catalyseur régénéré, un conduit d'entrée de gaz de fluidisation et une disposition à buses formant une alimentation d'huile fortement atomi sée et amenée ensuite à l'intérieur de la colonne montante à une vitesse relativement élevée.
Dans les schémas de traitement dont il est question ci-après, des dispositions d'appareils sont prévues pour effectuer le craquage catalytique à relativement haute température d'une huile résiduelle afin de produire une matière à gamme d'ébullition de l'essence et des matières hydrocarbonnées facilement converties en composants à gamme d'ébullition de l'essence ainsi que les huiles lourdes.
La régénération du catalyseur de craquage ainsi employé est particulièrement effectuée dans une opération de régéné- ration de catalyseur à deux étages maintenue sous des conditions limitées de température dans une première zone sépa rée pour éliminer notamment l'hydrogène déposé par les produits hydrocarbonnés de l'opération de craquage. La forma- tion de CO dans la première zone de régénération n'est pas particulièrement limitée et une désactivation du catalyseur par la vapeur formée dans l'opération de brûlage à l'hydrogène est maintenue à un niveau faible souhaité.Ensuite, le carbone résiduel exempt d'hydrogène est éliminé du catalyseur partiellement régénéré dans un second système séparé à catalyseur fluide relativement dense, et cela à une température plus élevée et à une concentration en oxygène suffisamment élevée pour limiter la formation de toute quantité importante de CO ou de vapeur en effectuant la combustion des dépôts de carbone résiduel sur le catalyseur. On laisse la température de la régénération du catalyseur du second étage monter suffisamment haut pour fournir une température de contact souhaitée des huiles. En général, la gamme de température du catalyseur régénéré sera d'environ 7600 à 980 C.Le gaz de carneau do régénération de l'opé- rat ion de régénération du second étage sera par conséquent sensiblement exempt de CO, voire même complètement exempt de CO, Etant donné que le gaz de carneau de l'opération de régénération du second étage sera riche en CO2, un tel gaz riche en C02 peut être ou non ensuite utilisé pour une régénération à la vapeur, une extraction eu un lavage du catalyseur entre les étages du processus et autres utilisée tions éventuelles de ce gaz si on le désire, , Le catalyseur ainsi régénéré et qui comprend un carbone résiduel sur catalyseur de moins d'environ 0,2 pour cent en poids et de préférence de moins de 0,05 pour cent en poids est recyclé vers l'opération de craquage.
Les spécialistes de la technique reconnaîtront que le schéma de traitement de la présente invention diminue la désactivation à la vapeur à haute température du catalyseur et constitue une disposition de conservation de l'énergie qui est particulièrement souhaitable dans ces temps de limitation énergétique. Ainsi, l'opération de régénération à deux étages de la présente invention réduit l'exigence de soufflage d'air par rapport à celui d'une opération de régénération à un seul étage tout en effectuant une élimi nation plus complète du coke et un chauffage des particules de catalyseur à une température élevée désirée.L'opération de régénération à basse température relativement limitée du premier étage n'est pas limitée à la formation de CO où de la vapeur est généralement formée, et l'opération de régénération à température plus élevée du second étage est effectuée en l'absence de vapeur formée où seulement une partie résiduelle du carbone total déposé initialement sur le catalyseur est éliminé.Ces conditions de fonctionnement à conservation d'énergie présentent des avantages économi- ques considérables pour l'opération de craquage entre qu'un plus petit bouilleur à GO pour produire la vapeur utilisée dans le processus peut être utilisé afin de traiter le volume de gaz de carneau obtenu à partir de l'opération de régénération du premier étage. Le gaz de carneau à CO2 de température beaucoup plus élevée, qui est récupéré depuis la régénération séparée du second étage et qui ne présente aucun niveau important de support de combustion de CO peut être refroidi dans un dispositif approprié ou des moyens d'échange de chaleur fournissent une vapeur additionnelle.
La diaposition de traitement d'huile résiduelle conforme à l'invention fournit une conservation d'énergie importante en ce que, en chargeant une alimentation d'huile résiduelle atmosphérique d'une huile brute vers l'opération de craquage, on élimine une distillation sous vide de forte énergie ainsi qu'une opération de désalphaltage, de cokéfaction retardée et autres formes de préparation de l'alimentatjon nécessitant une dépense importante d'évergie.
La vapeur formée par le gaz de carneau riche en CO indiqué ci-dessus et/ou les hydrocarbures gazeux normalement obtenus par le processus peuvent être utilisés avec l'alimenta- tion en tant que diluant pour améliorer l'atomisation de l'alimentation lors du contact avec le catalyseur régénéré chaud.
Les particules de catalyseur chaud obtenu comme prévu ici et chargées à l'opération de craquage peuvent être à une température souhaitée plus élevée que celle obtenue normalement dans l'opération de régénération à température limitée et à un seul étage de la technique antérieure. Ceci est, en outre, obtenu sans effectuer un endommagement à la vapeur et/ou un endommagement hydrothermique du catalyseur à température plus élevée. En outre, la séquence de régéné- ration de l'invention donne de manière plus économique davantage de chaleur à la vaporisation souhaitée et à la conversion catalytique endothermique de la charge hydrocarbonée d'huile résiduelle. D'autres avantages de conser- vation d'énergie sont obtenus du fait qu'une huile résiduelle comprenant des composants dtépuisement de l'huile brute bouillant au-dessus de 55O0Cest traitée pour donner davantage de produits souhaités d'ébullition inférieure comprenant des produits de gamme d'ébullition de l'essence et des précurseurs de essence par l'élimination d1opé- rations satellites à forte consommation d'énergie telles qu'une distillation sous vide, une opération de désasphaltage du propane, une opération de diminution de viscosité, une opération de cokéfaction retardée, des opérations d'enrichissement à l'hydrogène de l'alimentation et des combinaisons de ces opérations utilises jusqu'à présent dans l'industrie du raffinage du pétrole.
Les combinaisons de traitement conformes à la présente invention visent à maintenir un catalyseur à équilibre souhaité dans le système en remplaçant le catalyseur circu lant dans le système par des particules de catalyseur d'un chargement de métaux inférieurs obtenus, par exemple, en tant que catalyseur frais ou en tant que catalyseur d'équi- libre à partir d'autres opérations de craquage d'alimentation propre.Ainsi, une partie des particules de catalyseur séparées de l'opération de régénération à basse température du premier étage ou de l'opération de régénération à température plus élevée du second étage, ou dos deux, en tant que perte de catalyseur normal ou par des moyens de retrait particuliers, peut être remplacée par des particules de catalyseur plus fraîches d'une activité de craquage supé- rieure appropriée et comprenant des niveaux inférieurs de contaminants métalliques déposés.
Les concepts opératoires de la présente invention sont utiles pour concevoir des systèmes de réalisation entière- ment nouvelle et peuvent s'adapter à plusieurs opérations de raffinage différentes existant actuellement et comprenant une seule opération de régénération en combinaison avec une opération de conversion hydrocarbonée telle qu'un craquage à colonne montante ou une opération de craquage à lit fluide dense.Dans toutes ces opérations, on suppose que la température de régénération est nécessairement limitée à un premier étage de basse température et à une seconde opération de régénération séparée à plus haute température afin d'obtenir les avantages de la présente invention, notamment en ce qui concerne la conservation de l'énergie et l'élimination de dommages hydrothermiques à haute température pour le catalyseur de craquage en l'absence de vapeur formée.
I1 est immédiatement clair que les concepts de régénération de catalyseur séquentiel conformes à la présente invention permettent d'améliorer sensiblement tout processus de conversion d'hydrocarbures, que l'hydrocarbure chargé à l'opération de craquage comprenne ou non des composants asphaltiques d'épuisement et des contaminants métalliques ou soit simplement une matière de chargement à forte production de coke relativement exempte des quantités significatives de contaminants métalliques et/ou d'asphaltbne.
Cependant, comme indiqué ici, les avantages des innovations des traitements conformes à la présente invention sont sensiblement augmentés car on réduit le traitement satellite de la charge hydrocarbonée brute pour éliminer ces matières.
Les spécialistes de la technique reconnaîtront de plus que les appareils existants de régénération et de craquage catalytique à température limitée peuvent être modernisés pour obtenir les fonctionnements à température plus élevée conformes à 1'invention avec une dépense minimum en capital et en temps, qu'il s'agisse ou non de moderniser un dispositif de régénérateur à réacteur à un seul étage empile, une disposition à régénérateur de réacteur à un seul étage c8te à côte, ou l'une des unités plus modernes comprenant une zone de conversion d'hydrocarbure à réacteur à colonne montante en combinaison avec un lit à catalyseur dense en communication ouverte avec une opération de régénération de catalyseur à colonne montante supérieure0
En se référant maintenant, à titre d'exemple à la fig. 1, des particules de catalyseur usées récupérées à partir d'une opération d'extraction à conversion d'hydrocarbure d'huile résiduelle et comprenant des dépits hydro- cartonnés sont amenées à passer par un conduit 1 dans un premier lit de fluide dense de catalyseur logé dans un récipient de régénération 5.Le récipient de régénération 5 est identifié ici en tant que récipient de régénération à température relativement basse dans lequel la température est maintenue en dessous d'environ 810 C et la concentration d'oxygène chargée par le gaz de régénération dans le conduit 7 ot le distributeur 9 est limitée afin de limiter, comme souhaité, la température de régénération rencontrée pendant la combustion ou le brûlage, particulièrement de l'hydrogène et des dépôts carbonés associés aux dépôts hydrocarbonés do craquage de l'huile résiduelle. La combus- tion effectuée dans l'opération de régénération du premier étage identifié ici est effectuée sous des conditions per- mettant de former de la vapeur et un ga de carneau de régénération riche en CO. Le gaz de carneau ainsi régénéré est amené à passer par des moyens de séparation à cyclone représentés par des séparateurs 11 et 13 afin de séparer des particules de catalyseur entraînées avant leur retrait par le conduit 15.Le catalyseur ainsi séparé des Cas de carneau riches en CO par les cyclones est ramené vers le lit de catalyseur par des tuyauteries verticales appropriées (diplegs). Dans le récipient do régénération 5, il est particulièrement prévu que les conditions de régénération sont choisies pour que le catalyseur soit régénéré de ma- nière seulement partielle dans le retrait des dépôts carbonés pour qu'un carbone résiduel suffisant reste sur le catalyseur afin d'obtenir des températures de particules de catalyseur plus élevées au-dessus de 760 C ou au-dessus de 820 c lors de l'élimination plus complète par combustion avoc du gaz de régénération contenant un excès d'oxygène.
Dans la disposition de la fig. I, le premier étage de régénération de catalyseur effectuée dans le récipient 5 est une opération à relativement basse température limi- tée de manière préférable pour ne pas dépasser environ 7600C ou 8200C et pour produire le gaz de carneau à composants riches en CO. Le catalyseur partiellement régénéré ne présentant aucune quantité significative d'hydrogène de formation de vapeur est retiré du lit de catalyseur de la première opération de régénération par des moyens 17 à conduit de retrait en vue d'un passage à une zone d'extraction adjacente ou récipient 19.Une masse de fluide relativement dense à écoulement vers le bas de catalyseur partiellement régénéré est amenée à stéeouler par le réci- pient 19 à contre courant par rapport à du gaz d'aération et d'extraction introduit par le conduit 21. Le gaz d'aéra- tion est, de préférence, un gaz qui sera relativement inerte, au moins en ce qui concerne le fait de désactiver le catalyseur partiellement régénéré et sera, de préféren- ce, un gaz limitant de manière considérable le transfert de composants humides avec le catalyseur vers un second étage de régénération de catalyseur effectuée à une température supérieure à 8200C.Des gaz d'aération appropriés pour être utilisés dans la zone 19 comprennent du CO2, des gaz de carneau sensiblement exempts d'humidité, de l'azote, de ltair sec et une combinaison de ces gaz.
Le catalyseur partiellement régénéré est retiré du récipient 19 par une colonne montante 23 communiquant avec un conduit de transfert de catalyseur 25 et un conduit à colonne montante 27. Du gaz tel que de l'air, de l'azote, du C02 et des mélanges de ces gaz peut être ajouté pour aider le transport du catalyseur par les conduits d'entrée de gaz 29 et 31. Un ensemble de conduits d'entrée de gaz représenté par les conduits 29 peut être utilisé dans le conduit coudé entre les conduits 23 et 25 et en aval de ceux-ci dans le conduit de transport pour aider le transport du catalyseur à travers celui-ci.Du gaz de régénération tel que de l'air ou une vapeur de gaz enrichie en oxygène est introduit par le conduit 31 pour venir en contact avec un catalyseur partiellement régénéré dans le conduit à colonne montante 27. Le conduit 27 se décharge dans un lit de catalyseur 33 maintenu dans la partie inférieure d'une zone de régénération de diamètre relativement important ou récipient 35. Du gaz de régénération additionnel, tel que de l'air, est introduit à une partie inférieure du lit de catalyseur 33 par le conduit 37 communiquant avec des moyens de distribution d'air approprié à une opération à température élevée susceptible d'être rencontrée.
Dans l'opération du second étage effectuée dans le régénérateur 359 la température est de l'ordre de 760oC à 980 C et suffisamment plus élevée que dans le premier étage de régénération afin d'effectuer une élimination sensiblement complète du carbone résiduel non éliminé dans le pre- mier étage. Le récipient 35 du régénérateur est un récipient revêtu de matière réfractaire et sensiblement exempt de métal sur sa paroi interne et de cyclone de telle manière que l'on puisse effectuer la régénération désirée à haute température.Dans cette opération à haute température, du carbone résiduel sur catalyseur est de préférence réduit en dessous de 0,05 pour cent en poids et un courant de gaz de carneau de C02 à haute température est récupéré par des séparateurs à cyclone externes. Des séparateurs à -cyclone d'étage unique et, de préférence, relativement grands, sont utilisés et présentent la forme de récipients revêtus de matière réfractaire. Ainsi, la section générale pleine externe 39 présente des bras rayonnants à partir desquels les séparateurs à cyclone sont pendus ou disposés, comme montré graphiquement au dessin, par des bras 41 et 43 et reliés au cyclone 45 et respectivement 47.Par ailleurs, la disposition à cyclone de la fig. II dont il est question ci-après peut être utilisée avec le régénérateur 35, le catalyseur ainsi séparé du gaz de carneau à des températures élevées allant jusqu'à 980 C est ramené par les tuyauteries verticales (diplegs) prévues à cet effet. Un gaz de carneau riche en C02 et de température élevée est récupéré de manière séparée à partir de chaque séparateur à cyclone on vue d'une utilisation ultérieure, comme désiré, ou en tant que courant gazeux de gaz à carneau combiné 49 pour former de la vapeur dans des équipements non représentés.
Les spécialistes de la technique reconnattront que l'on peut utiliser plusieurs séparateurs à cyclone ensemble on séquence et que le nombre de cyclone dans la séquence peut être déterminé par la dimension de chacun des cyclones et la disposition employée.
Le catalyseur régénéré dans le second étage do régénération et chauffé à une température supérieure à la température de régénération du premier étage en brûlant du carbone résiduel à un taux inférieur à 0,10 pour cent en poids et de préférence inférieur à 0,05 pour cent en poids de carbone est retiré du lit 33 par le conduit 31 et amené à passer à un récipient adjacent 53. Le catalyseur retiré est soumis à une aération, dé préférence par l'intermédiaire d'un gaz exempt d'humidité ou au moins sensiblement exempt d'humidité introduit par le conduit 55 dans la zone de collecte adjacente de catalyseur ou récipient 53. Le gaz d'aération est retiré par le conduit 57 et amené à passer vers la partie supérieure du récipient 35. Le catalyseur régénéré chaud à une température supérieure à 760eC est retiré de la zone 53 par une colonne montante 39 comprenant une vanne do commande d'écoulement 61. Le catalyseur chaud est ensuite amené à passer par le conduit de transport 63 vers la portion de fond inférieure 65 d'une zone de conversion d'hydrocarbure à colonne montante 67. Le gaz d'aération ou le gaz d'ascension, tels que des hydrocarbures légers récupérés à partir d'une opération de récupEra- tion à extrémité légère avale (non représentée) ou une autre matière gazeuse appropriée de fluidisation, est chargé en dessous de l'entrée du catalyseur vers la colonne montante par le conduit 60.
Dans l'opération de conversion d'hydrocarbure dont il est particulièrement question, le catalyseur chaud de faible carbone résiduel est amené à s'écouler vers le haut et se mélange complètement avec un ensemble de courant d'hydrocarbure dans la section de la colonne montante chargée par l'intermédiaire d'un ensemble de buses d'alimen- tation 71 disposées de manière adjacente mais écartées vers l'intérieur par rapport à la section de paroi revêtue de matière réfractaire de la colonne montante.Plus particu- lièrement, la paroi de la colonne montante présente une section de paroi plus importante 73 à travers laquelle les buses d'alimentation séparées horizontalement l'une de l'autre sont amenées à passer vers le haut et vers l'imté- rieur, Un gaz diluant, tel que de la vapeur, des hydrocar- bures légers ou un mélange de ceux-ci, est ajouté à huile résiduelle chargée pour augmenter sa dispersion atomisée et son mélange sous pkae vapeur avec les particules de catalyseur fluides à haute température. La section de colonne montante adjacente à la sortie des buses d'injection do l'alimentation est, de préférence, agrandie à un récipient de colonne montante de grand diamètre à travers lequel la suspension d'huile vaporisée et le catalyseur sont amenés à passer. Afin d'aider encore à l'obtention da mélange complet souhaité et à la vaporisation sensiblement instan- tanée des composants d'huile résiduelle chargée, un certain nombre de petits courants d'alimentation d'huile atomisée sont mélangés au catalyseur à écoulement ascendant chargé.
La matière à base d'hydrocarbures qui est vaporisée et qui comprend des produits de craquage mélangés à des particules en suspension de catalyseur est amenée à passer vers le haut à travers la colonne montante 67 en vue de son déchar- gement à partir de l'extrémité supérieure de la colonne montante par l'intermédiaire de moyens de séparation à suspension. Divers moyens connus dans la technique peuvent être utilisés à cet effet.Le séparateur à suspension initiale dont il est question en tant que séparateur à coupe brusque à la fin de la zone de conversion d'hydro- carbures de la colonne montante est représenté en tant qu' appendice s'ouvrant vers l'extérieur à partir de la colonne montante en ressemblant à des appendices à ailes de papillon en association avec des ouvertures relativement larges formées dans la paroi de la colonne montante de manière adjacente à son extrémité supérieure coiffée. Ainsi, le séparateur à coupe brusque monté au niveau de l'extrémité de la colonne montante vue à partir du côté et du sommet ressemble à un dispositif en forme de papillon. Les appon- dictes sont ouverts dans leur partie inférieure vers le récipient environnant 87 pour décharger la vapeur d'hydro- carbure s séparée sensiblement des particules de catalyseur.
Les cêtés 77, fig III, sont des panneaux pleins sensiblement verticaux et les extrémités 79 adjacentes à la paroi du récipient 87 sont des panneaux pleins courbes solides et sensiblement verticaux. Le dessus de chaque appendice est coiffé par un toit en pente 81 afin do diminuer la retenue du catalyseur et des particules de coke déposées dessus. La pente du panneau formant toit est de préférence au moins égale à l'angle de repos du catalyseur utilisé et de préférence encore supérieure afin d'éviter la retenue da catalyseur sur le toit de l'appendice.D'autres dispositions connues dans la technique antérieure et permettant de grandes vitesses de décharge de vapeur peuvent être employées pour effectuer une séparation initiale de la suspension vapeur dwhydrocarbure-catalyseur déchargée à partir de 11 extrémité supérieure de la colonne montante.
En fonctionnement, les matières sous phase vapeur comprenant des hydrocarbures et du diluant en mélange avec du catalyseur en suspension sont déchargées par des ouvertures 75 formées dans la colonne montante et se dilatent à l'intérieur de chaque chambre d'appendice A et B afin de réduire la vitesse du mélange, changer la direction des composants en suspension et des particules de catalyseur concentrées séparées de la matière sous phase vapeur le long de la paroi verticale courbe externe 79 de chaque appendice. Les particules de catalyseur ainsi concentrées ou séparées tombent le long de la paroi et sont recueillies en dessous en tant que lit annulaire de catalyseur 83 comprenant une zone d'extraction de catalyseur.Des matières en phase vapeur séparées des particules de catalyseur sont amenées à passer vers le bas à travers le fond ouvert de chaque appendice de manière adjacente à la paroi de la colonne montante et de là s'écoulent vers le haut dans au moins un séparateur à cyclone et, par exemple, dans un ensemble de séparateurs a cyclone représenté par le séparateur 85 dans la partie supérieure du récipient 87. Des vapeurs d'hydrocarbures, du diluant et des matières gazeuses d'extraction séparées du catalyseur sont retirés par le conduit 89 en vue de passer vers une installation non représentée de récupération de produit. Le catalyseur séparé dans un ou plusieurs cyclones est amené à passer par des tuyauteries verticales prévues dans le lit de catalyseur 83.
Du gaz d'extraction tel que de la vapeur est chargé vers le lit 83 par le conduit 910 Des hydrocarbures extraits sont amenés à passer avec des vapeurs d'hydrocarbures produites quittant le séparateur à coupe brute pour entrer dans la disposition à séparateur å cyclone. Le catalyseur extrait comprenant le produit hydrocarboné de craquage d'huile résiduelle et les contaminants métalliques est retiré par le conduit 93 comprenant la vanne 95 et est amené de là à passer par le conduit 1 vers le premier étage de régénération.
En se référant maintenant à la fig. II, on a représenté une disposition d'appareil différente de la disposition d'appareil de la fig. I, en ce que les récipients de régénération séparés 2 et 4 sont empilés l'un au dessus de l'autre sur un axe commun, le régénérateur 4 à température élevée étant le récipient supérieur. En outre, les gaz de carneau chauds sont retirés du régénérateur 4 par une canalisation à revêtement réfractaire 6 et 8 disposée pour ressembler à un "T" avec un grand séparateur à cyclone 10 en communication ouverte avec chaque bras horizontal 8 de la section de canalisation en "T" et suspendu à chaque hras.Dans cet arrangement d'appareil, le réacteur à colonne montante de conversion d'hydrocarbure 12 présentant des entrées d'alimentations multiples représentées par des moyens 14 et des moyens de séparation à coupe brusque de suspension 16 sont représentés de manière identique à ce qui est montré à la fig. I. Il est toutefois envisagé d'utiliser ce système ou d'autres dispositions en combinaison avec un, deux ou plus de deux grands séparateurs à cyclone 18 dans une partie supérieure du récipient de rassemblement de catalyseur 20 adjacent à la décharge de la colonne montante à l'intérieur ou à l'extérieur du ré- cipient de rassemblement 20. Une disposition ressemblant à celle utilisée pour le régénérateur supérieur 4 de l'appareil peut également Stre employée.
Dans la disposition d'appareil de la fig. II, un catalyseur régénéré chaud à une température supérieure à 7600C dans le conduit 22 et au moins égale à la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile résiduelle est amené à la base de la colonne montante'12 où il est mélange avec un gaz de montée ou d'aération introduit par le conduit 24 afin de former une suspension à écoulement ascendant. Le catalyseur ainsi aéré ou mis en suspension est ensuite amené en contact avec un ensemble de courant d'ali- mentation d'huile atomisée par l'intermédiaire d'un ensemble de moyens à buse d'alimentation 14. Dans une forme de réalisation particulière, il existe six buses écartées de manière horizontale (fig.IV) s'étendant à travers la paroi de la colonne montante de manière adjacente à une section agrandie de celle-ci de la manière représentée. Un courant ou une autre matière formant diluant peut autre injecté avec l'alimentation pour des buses de dispersion d'atomisation, comme indiqué précédemment.
Une suspension de catalyseur d'hydrocarbure sous phase vapeur passe vers le haut à travers la colonne montante 12 pour se décharger à travers des appendices à coupe brusque 16. dune manière dont il a été question on Liaison avec la fig. I. Des vapeurs d'hydrocarbure séparées des particules de catalyseurs traversent un ou plusieurs séparé rateurs & cyclone 18 on vue d'une récupération suppléuien- taire de catalyseur avant de faire passer la matière sous phase vapeur contenant l'hydrocarbure par le conduit 26 vers une opération do fractionnement des produits non représentés.
Le catalyseur séparé par les moyens 16 et le cyclone 18 est recueilli sous la forme d'un lit de catalyseur dans les parties inférieures du récipient 20 De gas d'extraction tel que de la vapeur est introduit à- la partie do fond inférieure du lit par le conduit 28. Le catalyseur extrait est amené à passer par le conduit 30 avec la sasse 72 vers un lit de catalyseur 32 en train autre régénéré dans le récipient 2.Du gaz de régénération tel que de l'air, est introduit à une partie inférieure du lit 32 par des moyens formant conduit 34 qui communiquent avec un anneau de dis- tribution d'air 36. La zone do régénération 2 est maintenue sous la forme d'une zone de régénération & relativement basse température on dessous de 815 C et sous des conditions choisies pour obtenir une élimination partielle des dépote de carbone et de tout l'hydrogène associé à dos matières hydrocarbonées de craquage qui ont été déposées. Lors de son fonctionnement, un gaz de carneau riche en CO est formé, et ce gaz est séparé de fines particules de catalyseur entraînées par l'intermédiaire d'un OU de plusieurs cyclones, tels que les cyclones 38 et 39, montés en parallèle ou de manière séquentielle avec un autre cyclone. Les gaz de carneau riches en CO sont récupérés à partir des moyens de séparation à cyclone par l'intermédiaire du conduit 42 en vue d'une utilisation dont il est ici question.
Le catalyseur partiellement régénéré est retiré dune partie inférieure du lit 32 en vue de son transfert vers le haut à travers la colonne montante 44 pour sa décharge dans la partie inférieure d'un lit fluide de catalyseur dense 46 dans un second étage séparé supérieur de régénéra- tion de catalyseur présentant une interface supérieure 48.
Du gaz de régénération, tel que de l'air ou du gaz enrichi en oxygène, est amené à l'entrée inférieure ou colonne montante 44 par une vanne d'obturation à tige creuse comprenant des moyens de commande d'écoulement 74, Du gaz de régénération supplémentaire, tel que de l'air ou du gaz enrichi en oxygène, est amené dans le lit 46 par un conduit 50 communiquant avec un anneau de distribution d'air 32.
Le récipient de régénération 4 est un récipient à revêtement réfractaire sans appendice métallique, comme indiqué précédemment, de telle sorte que la température ici n'est pas limitée par des appendices métalliques pour atteindre une température plus élevée ou dépassant 8l5C pour être aussi élevée que 9800C ou une température nécessaire pour une combustion complète du carbone. Dans une telle ambiance de régénération catalytique, le carbone résiduel restant sur le catalyseur suivant le premier étage de régénération à température limitée est à peu près complètement éliminé dans le second étage de régénération à température non limitée. Ainsi, la température dans le régénérateur 4 n'est pas particulièrement limitée à un niveau supérieur, sauf qu'elle est limitée par la quantité de carbone à éliminer ici, et il est amené suffisamment d'oxygène pour produire un gaz de carneau riche en C02 sans quantité de CO de support de combustion en brûlant le carbone résiduel sur le catalyseur. Le gaz de carneau riche en C02 ainsi formé passe, avec certaines particules de catalyseurs entrainées, depuis le lit dense de catalyseur fluide 46 pour entrer dans une phase de catalyseur davantage dispersé, à partir de quoi le gaz de carneau est retiré par les conduits 6 et 8 communiquant avec plus d'un cyclone 10.Les moyens formant conduit 8 sont soit rectilignes, soit horizontalement courbés avant communication tangentielle avec le cyclone 10. La courbure du conduit 8 est de préférence proportionnée en partie avec la courbure de la paroi du cyclone de sorte qu'une séparation centrifuge initiale des particules de catalyseur entratnées est effectuée dans le conduit 8 et avant d'entrer dans le séparateur à cyclone.
Les particules de catalyseur sont séparées des gaz de car neau chauds avec un fort degré dweffica6it par une telle disposition, et l'efficacité des moyens de séparation à cyclone peut être davantage optimisée on rendant plus long le fond conique de cyclone. Des particules de catalyseurs ainsi séparées sont amenées à passer par des branches revêtues de matière réfractaire 56 vers le lit de catalyseur 46 dans le générateur à haute température. Des gaz de carneau riches en C02 sans quantité de CO de support de combustion sont récupérés par le conduit 58 à partir du cyclone 10 en vue autre utilisés, comme décrit ici.Des particules de catalyseurs régénérés dans la zone où le récipient 4 à une température élevée pouvant aller jusqu 980eC sont retirées par le conduit revêtu de matières réfractaires 60 en vue de leur passage vers le récipient 62 et de là par le conduit 64 présentant la vanne 66 vers le conduit 22 communiquant avec le réacteur à colonne montante 12, comme indiqué précédemment. Du gaz d'aération est introduit à une partie inférieure du récipient 62 par des moyens formant conduit 68 communiquant avec un anneau de distrikution à l'intérieur du récipient 62. La matière gazeuse retirée du dessus du récipient 62 par le conduit 70 passe dans la phase catalytique dispersée supérieure du récipient 4.
La disposition d'appareil de la fig. II est un système compact disposé côte à côte en équilibrage de pression afin d'obtenir la circulation désirée de particules de catalyseur et les conditions de traitement dont il a été question ici. Le fonctionnement du système est amélioré par l'utilisation de particules de catalyseur de forme sphérique inférieure à 200 microns, et une granulométrie moyenne peut être choisie de l'ordre de 50 microns jusqu'à 120 microns. I1 est envisagé de modifier le système de la fig. II en munissant les cyclones externes sur le récipient 20 d'ouverture aux environs de l'extrémité supérieure de la sortie de la zone de conversion de la colonne montante.
Les moyens de séparation externes à cyclone peuvent également être disposés de manière sensiblement analogue à ce qui est montré par des conduits 6 et 8 et le cyclone 10 du régénérateur 4, et ils peuvent être fixés à un récipient raccourci verticalement 20 et utilisés à la place du cyclone interne 18. Les particules de catalyseur ainsi séparées seraient acheminées par des conduits appropriés (diplegs) communiquant avec le lit des particules recueillies dans la partie inférieure du récipient 20 en contact avec du gaz d'extraction introduit par le conduit 28.
En se référant maintenant à la fig. IV à titre d'exem- ple, on a représenté avec plus de détail une forme de réalisation d(un appareil envisagé pour amener de manière séparée du catalyseur régénéré chaud et une alimentation d'huile résiduelle à la partie inférieure dune zone de colonne montante de conversion d'hydrocarbure 65 de la fig.
I ou de la colonne montante 12 de la fig. II. L'huile résiduelle est amenée par un ensemble de tubes 71 qui sont soit rectilignes, soit courbes. Les tubes peuvent être* le cas échéant, chemisés dans un tube fournissant une zone annulaire pour une couverture de vapeur. Dans la disposition de la fig. IV, du catalyseur chaud à la température élevée, indiquée précédemment et au-dessus de la température pseudo- critique de l'alimentation d'huile résiduelle, est amené par des conduits revêtus de matière réfractaire 63 vers une partie inférieure 65 du conduit 67 de conversion d'hydro- carbure de la colonne montante ensemble étant revêtu de matière réfractaire.Du gaz d'aratîon ou de fluidisation est amené par le conduit 69 vers un distributeur de gaz dans la partie inférieure de la colonne montante. Une suspension chaude de catalyseur et de gaz de poussée est formée dans la partie inférieure de la colonne montante et traverse ensuite vers le haut cette colonne montante dans sa section dilatée en vue d'un contact avec l'alimentation d'huile résiduelle amende par plusieurs canalisations d'entrée d'alimentation 71. L'alimentation d'huile aenéo par les moyens 71 est mélangée avec un diluant tel que de la vapeur ou-des hydrocarbures légers qui sont amenés par le conduit 109, de manière à considérablement réduire la pression partielle de l'alimentation d'hydrocarbure amenée.
La vapeur formant chemise pour la buse d'alimentation huile est amenée vers une section annulaire formée autour de la canalisation 71 par des moyens d'entrée de vapeur 111.
On prévoit plusieurs de ces buses chemisées, écartées de manière horizontale, et ces buses se déchargent dans la section droite de la colonne montante; il existe de préfé- rence six buses de ce type placées pour obtenir un contact à température élevée entre les particules de catalyseur fluidifié et l'huile qui a été amenée afin d'obtenir une vaporisation-atomisation sensiblement instantanée de ltali mentation d'huile résiduelle. La disposition à buse se décharge dans une section dilatée de la colonne montante après autre passée à travers la section 73 représentée dans une forme de réalisation sous la forme d'une section do demi-canalisation dans la paroi de la colonne montante qui est remplie avec de la matière réfractaire. Les buses sont prévues pour se décharger dans des parties de diamètre égal à la section droite de la colonne montante afin d'atélio- rer un contact atomisation-vaporisation intime avec les particules de catalyseur en suspension à écoulement ascendant à travers la colonne montante. L'ensemble des sorties des canalisations d'alimentation d'huile est de préférence disposé sur un cercle et les canalisations sont écartées de la paroi de la colonne montante à l'intérieur de la section droite dilatée de celle-ci afin d'obtenir le mélange désiré de l'alimentation d'huile avec les particules de catalyseur chaud, ce mélange étant suffisant pour obtenir une vapori- sation pratiquement instantanée de l'huile résiduelle amenée.
I1 y a lieu de noter que diverses techniques connues et comprenant des buses d'atomisation peuvent également être employées pour assurer une atomisation plus complète et sensible de l'alimentation d'huile résiduelle en vue d'un contact de vaporisation plus intime avec les particules de catalyseur chaud à une température d'au moins 760 C et de l'ordre de 815 C à 980 C.
L'opération de craquage d'huile résiduelle conforme à la présente invention est basée sur l'opération de régSn4- ration de catalyseur à très haute température afin de fournir un catalyseur présentant un très faible carbone résiduel à une température dépassant la température pseado- critique de l'alimentation d'huile résiduelle amenée dans le dispositif afin d'obtenir une vaporisation pratiquement instantanée de l'alimentatlon d'huile.Un autre aspect important de la combinaison d'opérations consiste à soutenir l'activité du catalyseur en remplaçant par des catalyseurs plus frais certains catalyseurs contaminés par des métaux, et en effectuant une régénération initiale du catalyseur sous des conditions de température limitée diminuant la désactivation à la vapeur des particules de catalyseur au cours de la régénération. L'opération de craquage conforme à l'invention est essentiellement une opération à alimentation d'hydrocarbure sans recyclage, en ce qu'il n'y a aucun recyclage d'un produit à base d'hydrocarbure d'huile recyclée vers ltopération de craquage.Par ailleurs, le produit à base d'hydrocarbure léger normalement gazeux, la vapeur formée par le processus, ainsi que le C02, peuvent être recyclés et utilisés comme indiqué ci-dessus. Il est en outre envisagé d'alcoyler les composants oléfiniques formés qui sont appropriés pour être utilisés dans un appareillage placé à l'aval, et non représenté, et d'hydrocraquer le produit à base d'hydrocarbure qui a été formé et qui bout au-dessus de l'essence afin de produire davantage d'essence et/ou d'huile légère. Le produit à base d'hydrocarbure bouillant au-dessus de essence peut etre hydrogéné afin d'éliminer le soufre et l'azote pour produire une huile combustible acceptable.
Les concepts de régénération craquage catalytiquecatalyseur dont il a été question plus haut sont particulièrement appropriés à l'obtention d'un haut degré de sélectivité de produit dans la conversion catalytique d'hydrocarbures à point d'ébullition élevé, notamment d'huiles résiduelles, dans la production d'essence craquée, de pré- curseur de l'essence et huile de recyclage catalytique.
Les concepts de traitement dont il est question plus loin sont dirigés plus particulièrement vers l'obtention d'un haut degré de sélectivité de produit dans les opérations de craquage dont il a été question plus haut en apportant davantage d'attention à une autre variable opératoire. Cette autre variable opératoire est particulièrement relative au fait d'obtenir une atomisation de l'alimenta- tion d'huile lourde et du système d'injection à buse qui soit plus appropriée pour le but recherché.
Dans le présent concept opératoire, il est particulièrement souhaité d'obtenir au point de contact d'une alimentation d'huile fortement atomisée avec dos particules du catalyseur fluidifié, une vaporisation-conversion thermique et catalytique pratiquement instantanée de gouttelettes
d'huile atomisée. La suspension vapeur d'hydrocarbure
catalyseur augmente sa vitesse en s'écoulant vers le haut
à travers la colonne montante et assure une concentration
diluée de catalyseur dans la suspension de l'ordre de
0,016 à 0,16 g/cm3 et plus particulièrement inférieure ou
égale à environ 0,08 g/cm3.Ainsi, plus vite est obtenue
la vaporisation et la conversion instantanée de l'alimen
tation d'huile et plus petite est la chute de pression
adjacente à l'entrée d'alimentation atomisée et au contact
aval avec les particules de catalyseur à écoulement ascen-
dant à travers le réacteur à colonne montante.
I1 y a lieu de noter, lors du fonctionnement décrit -que la sélectivité de produit de l'huile résiduelle
convertie par voie thermique et catalytique peut entre ame
née à varier considérablement selon le degré d'atomisation
de l'alimentation d'huile lourde amenée en contact avec les
particules de catalyseur à température élevée afin d'obte
nir une vaporisation de l'alimentation d'huile amenée dans
le dispositif.Une variable opératoire importante est par
ticulièrement concernée par l'utilisation de moyens d'entrée
d'alimentation à buse d'atomisation appropriés, fournissant
un degré élevé d'atomisation et de contact de l'alimenta-
tion d'huile résiduelle à une vitesse relativement élevée
avec des particules de catalyseur chaud à écoulement ascen
dant approprié à cet effet. Une conversion thermique et
catalytique de l'alimentation d'huile sous phase vapeur
pour obtenir les produits désirés est ainsi obtenue dans
une durée très courte en même temps que la réduction de la
température de la suspention formée, comme indiqué plus
haut.Dans l'ambiance opératoire préférée, une alimentation
d'huile fortement atomisée est amenée à la zone de craquage
de la colonne montante à une vitesse supérieure à 90 m/s
et pouvant aller jusqu'à 390 m/s, et cette alimentation
est dispersée dans un motif en éventail d'environ 10 à
15 degrés dans une direction verticale par environ 90 à 120 degrés ou plus dans une direction généralement horizontale par rapport à la section droite de la colonne montante.
Ceci aide à assurer un contact plus intime entre une suspension fluide à écoulement ascendant de particules de ca talyseur chaud finement divisé présentant une densité initiale de concentration des particules de l'ordre d'en- viron 0,16 à 0,56 g/cm3. Une telle vitesse de la suspension formée est à peu près immédiatement dissipée et forme une suspension de phase de particules de catalyseur dispersé sous phase vapeur d'hydrocarbure à écoulement ascendant.
La rapidité avec laquelle ceci est obtenu diminue la chute de pression rencontrez dans la formation d'une suspension à relativement grande vitesse de vapeurs de produit et do catalyseur déchargée à partir du réacteur à colonne montante à une vitesse de l'ordre d'environ 18 à 36 m/s. La concentration de catalyseur flans la suspension formée peut être amenée à varier de manière considérable selon les besoins pour optimiser la conversion de l'alimentation d'hydrocarbure. La concentration du catalyseur en suspension peut être inférieur@ à 0,08 g/cm3 et peut être aussi faible que 0,016 ou 0,032 g/cm3 à la sortie de la colonne montante.
L@rs de l'obtention d'une vaporisation sensiblement instantanée des gouttelettes d'huile, comme mentionné préoédemment, leur conversion thermique et catalytique est obtenue rapidement dans un court espace vertical du réacteur à colonne montante et une durée très brève. Ceci peut être associé avec une faible chute de pression dans une partie verticale de la colonne montante au-dessus de l'en- trée de l'alimentation jusqu'à environ 1,5 mètre, mais pas plus d'environ 3 mètres de celle-ci.La température de la suspension formée baisse rapidement ou est réduite à une valeur de l'ordre d'environ 500 C à environ 540 ou 570 C, cette température étant mesurée en dessous ou au niveau de la sortie de la colonne montante. En liaison avec l'obtention d'une vaporisation instantanée de l'alimentation d'huile atomisée, jusqu'à environ 30 % de conversion thermique de l'alimentation d'huile atomisée se produisent en même temps que sa conversion catalytique afin d'obtenir de forts rendements en essence, en précurseur de l'essence et en huiles recyclées.On observe que la réaction de craquage combinée se produit dans la colonne montante au cours d'une très brève durée de l'ordre de 0,5 seconde jusqu'à environ 2,5 secondes, et que les rendements d'atomisation de conversion désires sensiblement complets des produits à base d'essence sont est i s se produire entre environ 0,5 secondes et environ 1 ou 1,5 secondes. De forts rendements en essence et en produits à base d'huile légère recyclée sont obtenus en atteignant une faible chute de pression à l'intérieur du réacteur à colonne montante au-dessus du point d'entrée de 11alimentation atomisée et en limitant les vapeurs dthydrocarbures dans la colonne montante à un contact inférieur à 1,5 secondes avec les particules de catalyseur en suspension.
On voit en outre, en développant les concepts de conversion d'huiles résiduelles dont il a été question ici, qu'en atomisant l'huile en gouttelettes de dimension proportionnée ou inférieure à la granulométrie du catalyseur fluide usé et présentant une granulométrie moyenne choisie dans l'intervalle d'environ 20 à environ 150 microns, on contribue également à obtenir une vaporisation rapide de l'alimentation d'huile résiduelle à une vitesse relativement élevée afin de former une suspension de cette alimentation présentant une faible chute de pression dans le réacteur à colonne montante en vue de son écoulement & travers le réacteur comme décrit précédemment.
Dans la disposition graphique de la fig. V, il est fait une comparaison par rapport à la conversion obtenue entre un premier système d'atomisation d'huile résiduelle et un second système. Le second système comprend la disposition à buse d'alimentation de la fig. VI et permet d'obtenir un degré beaucoup plus élevé d'atomisation de l'al2nta- tion que celui obtenu avec le premier système. La fig. V n'a pas besoin titre expliquée et montre clairement ltaméliora- tion notable de conversion catalytique obtenue entre le premier et le second système d'atomisation, même Si chacun de ces systèmes a éprouvé le même degré de conversion thermique ou thermo-conversion. Dans le premier système de la fig.V comprenant moins que les conditions désirées d'alimentation huile résiduelle atomisée, on obtient une conversion catalytique réduite pour le produit désiré à base d'essence et ainsi moins que la sélectivité de produit désiré m8me si on obtient une conversion thermique d'au moins environ 50 *. Une telle observation peut se comparer avec un second système à buse d'alimentation d'huile résiduelle fournissant une alimentation d'huile plus fortement atomisée proportionnée on dimension des gouttelettes avec la granulométrie du catalyseur.Ceci assure une alimentation d'huile résiduelle distribuée sous phase vapeur plus complète en vue d'un mélange intime instantané avec suffisamment de particules de catalyseur en suspension à haute température pour former une suspension sous phase fortement dispersée. Il est montré à la fig. V que chacun de ces systèmes de traitement permet d'obtenir une conversion thermique semblable mais une différente sélectivité d'ensemble des produits. Le second système d'atomisation d'alimentation selon la fig. VI assure une conversion d'ensemble plus élevée attribuée à la meilleure opération de conversion catalytique d'huile atomisée. Ainsi, lorsque l'on identifie l'activité catalytique sur la base d'un taux de surface de ce catalyseur multiplié par le rapport catalyseur à huile, et second système d'atomisation d'alimentation de la fig.VI fournit logiquement des niveaux de conversion supérieurs avec l'alimentation plus fortement atomisée, comme indiqué sur le graphique. Dans cette ambiance de conversion d'hydrocarbures d'huile résiduelle fortement atomisée et vaporisée, il est préféré que le taux de surface moyenne du catalyseur soit maintenu à un niveau d'au moins 40 m2/g par un remplacement continu ou intermittent avec des particules de catalyseur à taux de surface supérieur, et de préférence le taux de surface du catalyseur est maintenu à un niveau supérieur pouvant aller jusqu'à environ 80 ou 120 m2/g selon la conversion d'hydrocarbures désirée et les conditions économiques de remplacement du catalyseur.
Le mécanisme exact par lequel on obtient une meilleure conversion d'huile résiduelle ainsi qutune meilleure sélectivité de produit et un meilleur rendement par le système 2 que par le système 1 dont il a été question précédemment, ne peut pas être identifié de manière complète, sauf à noter que l'alimentation d'huile plus fortement atomisée et distribuée de manière généralement horizontale au travers de la section droite de la colonne montante par les moyens à buse de la fig. VI effectue apparemment une vaporisation très rapide des fines gouttelettes d'huile en vue d'un contact intime sous phase vapeur avec les particules de catalysour fluide à haute température, cette température étant égale ou supérieure à la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile résiduelle atomisée.
I1 apparat ainsi que, dans ambiance de contact relativement sévère catalyseur-huile résiduelle du système 2, des gouttelettes d'huile fortement atomisées et de dimension égale ou inférieure à la granulométrie moyenne du catalyseur d'environ 100 microns et dispersées de manière uniforme dans le catalyseur à la température pseudo-critique de l'alimentation seront à peu près complètement vaporisées en moins d'une fraction de seconde si elles ne sont pas sensiblement converties de manière complète par phase thermique et catalytique. I1 est apparent que de teilles conditions opératoires comprenant une alimentation fortement atomisée en contact avec des particules de catalyseur comme indiqué plus haut présente un effet fortement amélioré sur la conversion et la sélectivité du produit obtenu.
Dans l'opération de craquage catalytique entourant l'opération dont il est ici question, un phénomène consistant à casser moléculairement l'asphalte pour produire la réduction moléculaire désirée sous des formes au moins triaromatiques et inférieures constitue un nouveau concept opératoire par rapport à la technique antérieure. Ce con cept opératoire est particulièrement associé Q l'obtention de conversion ou de cassage thermique à haute température du composant d'asphalte.Ceci nécessite des températures elevées du catalyseur qui sont supérieures à celles norma- lement employées et qui peuvent gtRe obtenues par la techni- que de régénération dont il est question plus haut afin d'obtenir la réduction moléculaire désirée de l'asphalte.
Dans cette nouvelle opération de craquage catalytique d'huile résiduelle, il est considéré comme critique à une bonne opération d'obtenir un cassage relativement instantané des composants d'asphalte et de leur structure sensi bleent au point d'injection de l'alimentation, et cela dans une durée très courte n'excédant pas une fraction de seconde ot en avance ou en m8me temps que le fait de promouvoir particulièrement le craquage catalytique de composants d'huile de gazole atomisé.
Le cassage des composants asphalte de l'alimentation a pour résultat nécessaire un enrichissement de la partie d'huile do gazole de l'ali- mentation en constituants aromatiques comprenant des composes cycliques di- et tri-aromatiques, ainsi que des composés supérieurs, mais ne comprenant de préférence pas de quan tités notables ou significatives d'aromatiques de type 4 et 5.
La force d'entratnement permettant d'obtenir une désintégration ou une réduction moléculaire de asphalte est essentiellement une force thermique ou une force orientée par la température, et l'impédance de cette dernière est attribuée au taux de transfert de chaleur à partir des articules de catalyseur à haute température Jusqu'à la molécule d'asphalte.Le taux de transfert de chaleur désiré augmente de manière exponentielle au fur et à mesure que la dimension des particules ou des gouttelettes de la pul- vérisation d'huile injectée diminue ou décrott. Ainsi, si des particules de catalyseur très chaud viennent en contact avec de l'huile très atomisée, alors le cassage désiré des molécules d'asphalte en mono- di- et tri-aromatique est effectué avec une très grande efficacité, sans condensation des noyaux aromatiques, comme observé dans des processus de cokéfaction aboutissant à une production supérieure de coke.
Dans cette ambiance de cassage moléculaire de l'a- phalte, la durée d'accomplissement doit autre suffisamment courte pour que la structure du catalyseur de craquage ne soit pas indtent masquée par des niveaux de coke si élevés qu'une conversion normale du composant d'huile de gazole plus léger de l'alimentation soit limitée voir indûment empêchée. Ainsi, un rôle principal du rapport catalyseur à huile, outre le cassage de l'asphalte est de supporter une température de mélange suffisamment haute ou élevée pour assurer une conversion catalytique endothermique normale de la portion susceptible d'être craquée à 540-C des composants d'huile de gazole de l'alimentation d'huile résiduelle.A cet égard, il y a lieu de noter qu'une faible vitesse de circulation d'un catalyseur extrêmement chaud ou des particules de catalyseur à basse température ne fourniront pas cette conversion recherchée d'une manière aussi efficace qu'une vitesse de circulation importante supérieure de particules de catalyseur à température suffisamment élevée assurant le rapport élevé catalyseur à huile désiré.
On observe qu'il existe une température de catalyseur plus appropriée et souhaitable pour effectuer une conversion désirée d'une alimentation d'huile résiduelle à teneur en asphalte donnée. Ceci est en rapport et peut être identifié avec la température pseudo-critique de l'huile résiduelle.
En outre, la température de conversion doit être augmentée, car le pourcentage d'asphalte dans l'alimentation augmente pour atteindre la vaporisation rapide ou instantanée désirée de l'alimentation d'huile lourde en présence de particules de catalyseur chaud afin d'obtenir la sélectivité de produit et les faibles productions de coke qui sont désirées.
A ce sujet, la température de catalyseur désirée se produit de manière presque automatique dans l'opération de régulation particulière à deux étages définie ci-dessus lorsque la teneur en asphalte de l'alimentation augmente et lorsque la température du régénérateur à catalyseur du second étage n'est pas limitée dans le brtlage ou la combustion de dé pôt de carbone. Il en est ainsi du fait que le niveau de coke sur le catalyseur usé augmente avec une alimentation à plus forte teneur en asphalte.
Ce catalyseur à niveau de coke plus élevé qui est amené au régénérateur de catalyseur amènera la température du catalyseur régénéré & monter à des niveaux plus élevés. La régénération de particules de catalyseur présentant des niveaux de coke supérieurs à la normale est un point à considérer dans la protection de l'activité du catalyseur.
La combinaison de traitement dont il est question ici repose sur un cas sage moléculaire rapide à haute température du composant asphaltique dans une alimentation d'huile résiduelle fortement atomisée telle que mentionnée ci-dessus, en même temps que sa récupération et son retrait, en contribuant à améliorer les rendements en essence et en huile de recyclage légère. Le cassage des composants d'asphalte de l'alimentation d'huile résiduelle est dune nature permettant de fournir des quantités importantes de composés diet tri-aromatiques en même temps que certains composés multi-cycliques à point d'ébullition plus élevé.Ces composants qui résistent en général à une conversion par craquage catalytique répond à un hydrocraquage sous la forme de produits hydrogénés de plus faible configuration cyclique favorisant les noyaux mono et di-cycliques en contribuant à la formation d'essence et/ou à la formation de matière de distillation à indice de cétane bas, faible ou élevé. En outre* le produit hydrogéné d'hydro-craquage à point d'ébullition élevé est un donneur d'hydrogène pour l'alimentatjon huile résiduelle lors du recyclage vers ltopération de craquage catalytique.
Le processus de régénération craquage catalytique d'huile résiduelle-catalyseur dont il est question dans la présente invention constitue une avance sensible dans la technologie du craquage catalytique qui élimine, de manière économique, des contraintes métallurgiques sur l'équipement du régénérateur et les températures obtenues. Le processus conforme à l'invention effectue une réduction moléculaire de l'asphalte contribuant à de meilleurs rendements en essence et en huile de fuel oil légère, notamment lorsqu'elle est associée de manière synergétique à des opérations d'hydrogénération comprenant l'hydrocraquage de composants multicycliques dans le produit d'huile recyclée dans opération de craquage catalytique.Le processus combiné dont il est ici question peut répondre et s'adapter à des changements dans les propriétés du produit d'alimen -tation. Un autre a-spe-c-t-imp-ortant concerne le fait qu'il a été trouvé qu'aucun système initial élaboré d'instrumentation ou de contrôle n'est nécessaire pour maintenir un fonctionnement régulier et stable.
La rapidité avec laquelle une huile résiduelle est convertie pour former de I'essence, des hydrocarbures à point d'ébullition inférieur et supérieur par l'intermédiaire d'un catalyseur à haute température dont il a été question plus haut, est en outre augmentée lorsqu'on porte davantage attention sur les paramètres opératoires suivants.
Ainsi, à titre d'exemple, lorsque le système de craquage à colonne montante de la fig. II décrit précédemment est modifié pour inclure la disposition à buse d'alimentation de la fig. VI en vue de préparer et amener des gouttelettes d'alimentation d'huile résiduelles fortement atomisées en éventail en contact à une vitesse élevée avec une suspension de particules do catalyseur fluide à température élevée, & écoulement ascendant dans la colonne montante on obtient alors de bien meilleurs résultats de conversion.
Dans une telle opération, 1 est souhaitable que la suspension de catalyseur montant soit d'ne concentration de l'ordre d'au moins 0,16 jusqu'à environ 0,56 grammes ou plus par cm2 de particules de catalyseur afin d'assurer un contact rapide et intime par l'alimentation d'huile fortement atomisée qui est amenée comme indiqué précédemment.
La meilleure opération de conversion à colonne montante d'huile résiduelle conforme à l'invention repose, de manière notable, sur l'amenée d'une alimentation d'huile résiduelle fortement atomisée dont il a été question à une relativement grande vitesse en contact avec des particules de catalyseur d'une granulométrie moyenne de l'ordre d'environ 20 à 150 microns ou moins, et, par exemple, pas supérieure à 120 microns et comprenant un taux de surface de l'ordre de 40 à 120 m2/g. Des particules de catalyseur dune granulométrie moyenne choisie dans la gamme d'environ 60 à environ 120 microns sont plus particulièrement envisagées.La goutte lette d'alimentation d'huile atomisée peut tre égale ou inférieure à la granulométrie moyenne du catalyseur Il est toutefois préféré que l'atomisation de l'alimentation d'huile soit effectuée avec une dimension de gouttelettes proportionnée à la distribution de granulométrie du catalyseur ou inférieure à la granulométrie moyenne.
Un aspect plus significatif concernant le succès de l'opération de craquage à colonne montante d'huile résiduelle est associé à l'obtention d'un craquage thermique rapide notamment des asphaltènes, un craquage catalytique des composants pouvant astre craqués et se trouvant sous phase vapeur, et l'obtention rapide d'une réduction de la température de la suspension permettant de diminuer de manière sensible la dégradation thermique du produit sous la forme d'une forte production de coke.En poursuivant plus particulièrement l'identification et l'opération de conversion à colonne montante d'huiles résiduelles perfectionnées par l1invention, on a développé ce qui suit
Tableau 1
Temps de vaporisation pour huiles brutes réduites atomisées
Dimension des gouttelettes Temps de vaporisation
(microns) (millisecondes)
300 85
200 40
100 9
30 3
20 2
10 1
I1 est clair d'après le tableau 1 qu'un brut réduit ou une huile résiduelle atomisée à une dimension de gouttelettes de 100 microns ou moins, comme cela est particulièrement souhaitable, exige un temps de vaporisation très court égal ou inférieur à 9 millisecondes lors de la mise en contact de particules de catalyseur à une température au moins égale à la température pseudo-critique de l'ali- mentation d'huile.
Les concepts régénération catalytique-colonze montante pour le traitement d'huile résiduelle et de brut réduit dont il a été question, sont concernés par l'obtention dun fort degré de sélectivité de produit recherché, aux dépens de la production de coke et de matière gazeuse moins désirée.
I1 est clair d'après ce qui précède, qu'au moment de l'injection d'alimentation atomisée et de la mise en contact avec des particules de catalyseur à haute température dont il a été question, toutes les réactions et les inter-réactions consécutives se produisent dans un délai très court de l'ordre des millisecondes, jusqu'à environ une seconde mais quil est inférieur à environ 2 secondes selon les paramètres opératoires de température, d'atomisation de l'alimentation, d'activité du catalyseur exprimée en termes de taux de surface et de temps de contact.En outre, ces conditions passent toutes par une transition pendant la traversée du réacteur à colonne montante d'une manière contribuant au produit ultime désiré et contenant de essence, de l'huile de recyclage, et une quantité de coke proportionnée avec l'obtention d'une opération équilibrée en chaleur. Un aspect particulièrement important devant autre évité apparatt être associé au contact prolongé des produits de craquage comprenant des matières aromatiques de type di- et tri-cyclique à un catalyseur à température élevée, car cela tend à contribuer a une dégradation du produit et une formation de coke.Par conséquent, une réduction de température très rapide suivant la vaporisation et le craquage de l'alimentation et n'excédant pas environ 2 secondes, tout en étant de préférence inférieure à environ 1 seconde apparat importante pour optimiser le rendement en essence et en produit d'huile de recyclage. Ceci est particulièrement obtenu en suivant les concepts opératoires à colonne montante perfectionnée conformes à l'invention.
Une réduction de température rapide dans l'intervalle de 510 & environ 5650C est particulièrement désirée.
Les concepts opératoires préférés dont il a été question plus haut sont accompagnés par une dilatation moléculaire rapide des produits de craquage sous forme vapeur à la température élevée utilisée initialement, ce qui contribue, de manière inhérente, à obtenir une augmentation notable de la vitesse de la suspension formée en même temps qu'une accélération des particules de catalyseur dans une fraction de seconde. Une opération de craquage d'huile résiduelle effectuée à l'intérieur des concepts opératoires mentionnés diminue la mauvaise distribution radiale de la suspension dans la colonne montante de sorte que lon élimine ainsi l'agglomération du catalyseur et d'autres concentrations localisées de particules de catalyseur le long de la paroi de la colonne montante, en contribuant ainsi à un rapport élevé catalyseur à huile.
La vaporisation rapide de l'alimentation d'huile résiduelle et sa conversion sous des conditions de vitesse relativement élevées dont il a été question plus haut ont été trouvées assocides à une opération de baisse de pression très faible à l'intérieur de la colonne montante dans un espace vertical limité au-dessus de ventrée de la buse d'alimentation inférieure à environ 3 mètres.Cette condition de faible baisse de pression est estimée être l'opposé de celle rencontrée et identifiée avec le mélange de catalyseur d'alimentation d'huile pauvre dans les parties ini ti-aOes dtune colonne montante jusqu'à 1,5 ou 3 mètres. I1 est ainsi clair qu'un fort degré à'atomisation dtalimenta- tion d'huile constitue un paramètre de fonctionnement usuel et sa distribution au travers de la section droite de la colonne montante dans un motif qui favorise le contact intime de vaporisation instantanée avec les particules de catalyseur en vue de leur conversion comme indiqué plus haut. Un motif en éventail de 10 ou 15 degrés dans une direction verticale par environ 80 à 1500 dans une direction perpendiculaire à celle-ci a été trouvé fournir un degré élevé de contact intime.
La décharge de l'alimentation d'huile atomisée à vitesse élevée d'environ 150 metres par seconde, plus ou moins, comme mentionné précedemment n'a pas été trouvé entre nuisible au processus. Ainsi, il a été déterminé que l'emploi d'une vitesse de décharge d'huile atomisée à la buse de sortie égale à 390 mètres par seconde est rapidement dissipée à une distance de celle-ci égale à 2,5 cm à environ 19 mètres par seconde et à seulement 105 mètres par seconde à une distance de 5 cm de l'extrémité de la buse. A 15 cm, la vitesse est réduite à 39 mètres par seconde.Les concepts de traitement conformes à l'invention permettant d'effectuer un craquage à colonne montante dune alimentation d'huile résiduelle sont effectués dans une durée très courte, d'environ 2,5 secondes, et qui n'est en général pas supérieure à environ 1,5 secondes, selon l'alimentation d'huile résiduelle amenée au dispositif et la température prévue par le catalyseur en employant un pré-chauffage de l'alimentation en dessous de 425 C et en général au-dessus d'environ 260 ou 315 C.
Dans la disposition de la fig. VI, la section infé- rieure 82 de la colonne montante présente un diamètre plus petit que sa partie supérieure 80, et celles-ci sont reliées par une section de transition 84. Des particules de catalyseur fluide sont amenées à la partie inférieure basse de plus petit diamètre de la colonne montante par le conduit 86.Du gaz de fluidisation est amené à la colonne montante en dessous du conduit d'entrée de catalyseur 86 par l'in- termédiaire du conduit 88 communiquant avec un anneau de distribution à l'intérieur de la section droite de la colonne méante. Le e conduit 90 présentant la vanne 92 permet le retrait du catalyseur depuis le fond de la colonne montante. Le gaz de fluidisation amené par le conduit 88 peut être un produit gazeux de craquage catalytique à partir duquel sont séparés des précurseurs d'essence, ou on peut utiliser de la vapeur.Une matière gazeuse de fluidi- stion telle qu'un naphte de basse qualité peut être utilisée seule ou en mélange avec des gaz d'hydrocarbure de produits recyclés en tant que milieu de fluidisation de transition afin d'effectuer un changement de direction régulier dans 1'écoulement ascendant fluide des particules de catalyseur chaud comme une suspension vers le haut dans une partie inférieure de la colonne montante Jusqu'à la sortie de la buse d'alimentation dans la section dilatée de la colonne montante.Des prises pour le montage d'instruments peuvent autre prévues dans la paroi de la colonne montante et particulièrement au-dessus de la section de transition 84 afin de déterminer la baisse de pression et la température du système opératoire.
La buse injection d'alimentation comprend un baril 94 avec une ouverture limitée d'extrémité fendue 96 montée dans un blindage cylindrique de dissipation de chaleur. La buse traverse la paroi do la colonne montante de manière adjacente mais au-dessus de la section de transition de la colonne montante selon un angle incliné vers le haut de manière désirée. Un angle d'environ 30 a été trouvé suffisant dans cette forme de réalisation particulière. L'alimentation d'huile est amenée à la section d'optimisation de la buse avec ou sans la matière gazeuse formant diluant tel que de la vapeur, des hydrocarbures légers ou d'antres matières appropriées afin de réduire la pression partielle et/ou la viscosité de l'huile amenée par le conduit 100 en communication avec l'ouverture de l'orifice 102 de telle manière que l'huile lourde déchargée par l'orifice tape sur une surface plane 104 afin de former des gouttelettes qui sont ensuite cisaillées pour former de plus fines gouttelettes à laide d'une matière gazeuse à forte vitesse amenée par le conduit 106 communiquant avec un orifice limité 108.L'alimentation d'huile lourde atomisée présentant des gouttelettes de dimension désirée proportionnées à la granulométrie du catalyseur fluide dont il a été question plus haut et formée à l'extérieur du réacteur à colonne montante traverse une partie de baril du système de buse à une vitesse élevée en vue de sa décharge à partir de son extrémité par l'intermédiaire d'une ouverture fendue 96. Une ouverture limitée à fente unique peut être utilisée pour produire un motif en éventail des gouttelettes d'huile atomisées dans la section droite de la colonne montante. On peut utiliser deux fentes, par exemple dans une disposition parallèle à 90 lune par rapport à l'au- tre.On préfère prévoir au moins deux dispositions à buse de ce type et espacées l'une de l'autre de manière égale sur le plan horizontal autour de la périphérie de la colonne montante. On peut, par exemple, utiliser 3, 4 ou plus de tels systèmes de bases I1 est également envisagé de prévoir un échelonnage vertical de 2 ou plus de dispositions & buse du type ci-dessus dans un espace vertical limité du réacteur à colonne montante au dessus de ia section de transition, afin de fournir une section de contact intime fortement turbulante de l'alimentation fortement atomisée en contact avec des particules de catalyseur à écoulement ascendant à la température élevée désirée qui est au moins égale à la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile.
Il est envisagé de prévoir la disposition i buse d'alimentation d'huile dont il a été question ici, dans une partie supérieure de la paroi du réacteur à colonne montante, à une distance inférieure à environ trois mètres on dessous de la sortie de la colonne montante, de telle manière que la vapeur de produit du craquage thermique et catalytique puisse ainsi être rapidement séparée du catalyseur lors de la décharge par la sortie supérieure de la colonne montante.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés et décrits en détail car diverses modifications peuvent y entre apportées sans sortir de son cadre.

Claims (31)

REVENDICATIONS
1 - Procédé de conversion d'huile résiduelle avec des particules de catalyseur fluide, caractérisé en ce qu'il comprend
a) le passage d'une suspension d'écoulement ascendant de particules de catalyseur fluide à une température élevée vers le haut à travers une zone de réaction à colonne montante;
b) l'atomisation d'une alimentation d'huile résiduelle devant être convertie à une granulométrie proportionnée à la granulométrie des particules de catalyseur dans la suspension à écoulement ascendant;
c) le déchargement de l'huile résiduelle atomisée à une vitesse supérieure à 90 m/seconde en vue d'un contact avec ladite suspension de particules de catalyseur à écoulement ascendant;;
d) le maintien de la température de contact entre les particules de catalyseur et la suspension d'alimentation d'huile résiduelle atomisée à une valeur suffisamment éle vée pour obtenir jusqu'à 50 pour cent de conversion thermique de l'alimentation d'huile atomisée et sa conversion catalytique d'un ordre de grandeur supérieur à celui pouvant être obtenu avec une alimentation d'huile moins atomisée; et
e) la séparation des produits à létat de vapeur en suspension de l'opération d) par rapport aux particules du catalyseur dans une durée inférieure à 2 secondes.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de déchargement de l'alimentation d'huile atomisée est de l'ordre de 90 à 390 m/seconde.
3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de déchargement de l'alimentation d'huile atomisée est dtenviron 150 m/seconde.
4 - Procédé selon la revendication 1, caractérise' en ce que la vitesse de mélange du contact entre l'alimentation d'huile atomisée et la suspension de catalyseur à écoule ment ascendant limite la chute do pression dans la colonne montante à son aval pour ne pas dépasser environ 0,21 bars.
5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chute de pression à 3 mètres à l'aval de l'entrée d'huile atomisée n'est pas supérieure à 0,07 bars.
6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation d'huile résiduelle atomisée de la dimension d'une gouttelette proportionnée à une granulomé- trie de catalyseur choisie dans la gamme de granulométrie moyenne de 20 à 150 microns est chargée dans la zone de conversion à colonne montante sous la forme d'un ensemble de dispersions de gouttelettes en éventail on vue d'un contact intime avec les particules de fluide à écoulement ascendant du catalyseur une température suffisamment élevée au-dessus de la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile pour craquer thermiquement des asphaltènes.
7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la granulométrie moyenne du catalyseur est choisie de l'ordre de 60 à 120 microns et en ce ce que les gouttes d'huile atomisée ont un diamètre égal ou inférieur à 120 microns.
8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en e que l'atomisation de l'alimentation d'huile est effec- tuée dans au moins deux étages séquentiels externes à la zone de craquage de la colonne montante et en ce que les gouttelettes atomisées sont ensuite transportées à travers une zone limitée et allongée communiquant avec une ouverture de décharge à fente dans son extrémité placée de manière générale horizontale à l'intérieur de la section de la colonne montante en vue de sa décharge.
9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'alimentation d'huile atomisée est déchargée de l'ouverture à Sente à une vitesse élevée dans un motif de gouttelettes en éventail qui est incline généralement vers le haut dans la colonne montante.
10 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conversion thermique et catalytique de lalimen- tation d'huile résiduelle atomisée est effectuée dans une durée comprise entre 0,5 et 1,5 secondes.
11 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le catalyseur séparé de la suspension de la colonne montante comprend des dép8ts hydrocarbonés qui sont éliminés en deux étages séquentiels de régénération catalytique, le premier étage présentant une température suffisamment limitée pour produire du gaz de carneau riche en CO et limiter les dégradations hydrothermiques par la vapeur formée; et
le second étage de régénération catalytique se trouve à une température au-dessus de la température du premier étage qui est suffisante pour produire des gaz de carneau riches en C02 en présence d'un gaz contenant un excès d'oxygène suffisant pour achever sensiblement le retrait du carbone sur le catalyseur dans une atmosphère à température non limitée afin de produire des particules de catalyseur à une température égale ou supérieure à la température pseudo-critiquo de l'alimentation d'huile résiduelle.
12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'opération de régénération du catalyseur est en alignement d'empilage de manière adjacente à l'opération de conversion de la colonne montante et en ce que ladite colonne montante présente un diamètre plus grand dans sa partie supérieure que dans une partie inférieure au-dessus de l'entrée de l'alimentation d'huile atomisée.
13 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alimentation d'huile résiduelle atomisée est amers née en contact avec des particules de catalyseur assurant une étendue de surface de l'ordre de 40 à 100 m2/g, scus des conditions suffisantes pour produire sa oonreriou en accord avec la courbe supérieure de la figure V.
14 - Procédé selon la revendication 1, caractéridé en ce que l'atomisation de l'alimentation d'huile résiduelle en petites gouttelettes et la température dwune suspension formée de particules do catalyseur chaudes sont suffisantes pour obtenir une désintégration thermique des composants de l'alimentation bouillant au-dessus de 55O0C et comprenant un asphalte et des asphaltènes pour former des composants mono-, di- et tri-aromatiques pouvant entre améliorés par hydrogénation et/ou hydrocraquage.
15 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile résiduelle est atomisée selon une dimension de gouttelettes de 100 microns ou inférieure et en ce que sa vaporisation à haute température est suffisante pour être effectuée en moins d'une seconde.
16 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé on ce que l'achèvement de la conversion thermique et catalytique de l'alimentation d'huile résiduelle fortement atomisée avec un catalyseur à température élevée mis en suspension est obtenu en moins d'une seconde et en ce que la température de la suspension de produits sous phase vapeur qui est formée est réduite pour être de l'ordre d'environ 500 à environ 5700C.
17 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de conversion est augmentée au fur et à mesure que la teneur en asphalte de l'alimentation d'huile est augmentée et en ce que la régénération du catalyseur se fait à une température satisfaisant la température de conversion pseudo-critique de ltalimentation d'hatile résiduelle.
18 - Procédé de conversion d'une portion résiduelle brute avec des particules de catalyseurs fluides à haute température, caractérisé en ce qu'il comprend
a) la mise en écoulement dune suspension de particules de catalyseur fluide à haute température vers le haut à travers une zone de conversion à colonne montante;
b) l'atomisation d'une alimentation d'huile résiduelle devant être convertie à une dimension de gouttelettes proportionnée ou inférieure aux particules de catalyseurs en suspension à haute température d'une dimension de l'ordre de 20 à 200 microns;;
c) le chargement de l'huile résiduelle atomisée de l'opération b) à une vitesse de l'ordre de 90 à 390 m/secondes en contact avec la suspension de particules do catalyseur chaud stécoulant vers le haut initialement à une température au moins égale ou supérieure à la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile résiduelle;;
d) ltamenée de la température de contact entre les particules de catalyseur et l'alimentation d'huile résiduelle atomisée à une valeur initialement suffisamment élevée pour briser les composants d'asphalte de l'huile résiduelle et obtenir jusqutà 50 % de conversion thermique de l'alimentation d'huile atomisée, en effectuant une conversion catalytique des vapeurs huile formées dans la suspension à écoulement ascendant afin de réduire la température de la suspension; et
e) la séparation des produits de conversion hydrocar bonés sous phase vapeur de l'opération d) par rapport aux particules de catalyseur après avoir traversé la zone de la colonne montante dans une durée inférieure à environ 2 secondes.
19 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la vitesse de décharge de l'alimentation d'huile atomisée dans la suspension de catalyseur est d'environ 150 m/seconde.
20 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la vitesse de contact entre ltalimentation d'haine atomisée chargée et la suspension de catalyseur limite la chute de pression dans la colonne montante pour qu'elle ne dépasse pas environ 0,2 bars.
21 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la chute de pression à environ 3 m à l'ayal de l'entrée d'alimentation d'huile atomisée n'est pas supé- rieure à environ 0,07 bar.
22 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'alimentation d'huile résiduelle atomisée est chargée vers la zone de conversion à colonne montante sous la forme d'un ensemble de dispersions de gouttelettes séparées on éventail au travers de la zone de la colonne montante en vue d'un contaot intime avec les particules de fluide à écoulement ascendant du catalyseur à une tempéra- ture suffisamment élevée au-dessus de la température pseudo-critique de l'alimentation d'huile afin de craquer thermiquement les asphaltènes de l'alimentation d'huile.
23 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la granulométrie moyenne du catalyseur est de l'or- dre de 20 à 120 microns et en ce que l'huile résiduelle est atomisée en gouttelettes d'un diamètre egal ou infé- rieur à 100 microns.
24 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que ltatomisation de de l'alimentation d'huile est effec- tuée à 11 extérieur de la zone de craquage de la colonne montante et les gouttelettes d'huile atomisée formées sont ensuite envoyées à travers une zone limitée allongée communiquant avec une ouverture allongée étroite dans son extré- mité de section placée horizontalement à la section de la colonne montante.
25 - Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'alimentation d'huile atomisée est déchargée do l'ouverture allongée à une vitesse supérieure a' 90 m/secondes dans un motif de gouttelettes horizontales en éventail incliné de manière générale vers le haut dans ladite colonne montante.
26 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la conversion thermique et catalytique de l'alimentation d'huile résiduelle atomisée avec le catalyseur mis en suspension est effectuée dans la colonne montante dans une durée de l'ordre de 0,5 à 1,5 secondes.
27 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que
le catalyseur séparé des produits à base dthydrocar- bure et comprenant des dép8ts hydrocarbonés est amené à passer à travers deux étages séquentiels de régénération de catalyseur, le premier étage étant à une température de combustion suffisamment limitée pour produire un gaz de carneau riche en CO de sorte qu'est diminuée la dégradation hydrothermique du catalyseur en présence de la vapeur formée; et
le second étage de régénération du catalyseur est un étage où la combustion est suffisante pour produire des gaz de carneau riches en C02 à température élevée comprenant de l'oxygène de sorte que lwélimination sensiblement complète du carbone sur le catalyseur est alors obtenue pour produire des particules de catalyseur à une température au moins égale ou supérieure à la température pseudocritique de l'alimentation d'huile résiduelle.
28 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que les particules de catalyseur fournissent une surface de l'ordre de 40 à 100 m1/g et des conditions de température suffisantes pour assurer une conversion de lalimenta- tion d'huile proportionnée à la courbe supérieure de la figure V.
29 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que l'atomisation de l'alimentation d'huile résiduelle pour former de petites gouttelettes de diamètre inférieur à 100 microns ainsi que la température de la suspension de catalyseur d'huile atomisée sont suffisantes pour obtenir une désintégration thermique dans une fraction de seconde de composant dwalimentation bouillant au-dessus de 550C comprenant de l'asphalte et des asphaltènes pour former des composants mono-, di-et tri-aromatiques dans le produit hydrocarboné.
30 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la conversion thermique et catalytique de l'alimentation d'huile résiduelle fortement atomisée avec la suspension de catalyseur réduit la température de la suspension de catalyseur à vapeur formée dans la colonne montante à une température de l'ordre d'environ 500 à environ 5700C.
31 - Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que la température de conversion est augmentée lorsque la teneur en asphalte de l'alimentation d'huile résiduelle est augmentée, et en ce que la régénération du catalyseur est achevée à une température satisfaisant à la température de conversion pseudo-critique de l'alimentation drhuile.
résiduelle à plus forte teneur en asphalte.
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