FR2625509A1 - Procede et dispositif de conversion d'hydrocarbures en lit fluidise - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de conversion d'hydrocarbures pétroliers, en présence de particules de catalyseur en phase fluidisée, dans une zone réactionnelle tubulaire à flux essentiellement ascendant ou descendant, ce procédé comprenant au moins une étape de vapocraquage d'au moins une coupe d'hydrocarbures légers, et une étape de craquage catalytique d'au moins une coupe d'hydrocarbures lourd. Le vapocraquage est réalisé par mise en contact, dans un lit fluidisé des particules de catalyseur, desdits hydrocarbures légers et d'une quantité de vapeur d'eau égale au moins à 20 % en poids, la température résultante étant comprise entre 650 et 850 degre(s)C. Le craquage catalytique des hydrocarbures lourds est réalisé par injection dans la suspension de catalyseur des effluents de la partie amont de la zone réactionnelle, de façon telle que la température de mélange soit comprise entre 500 et 650 degre(s)C, puis soit ramenée à une température comprise entre 475 et 550 degre(s)C
Description
-1-
PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONVERSION D'HYDROCARBURES EN LIT
FLUIDISE.
La présente invention concerne un procédé et un dispo-
sitif de conversion permettant, dans une même zone réac-
tionnelle, le craquage catalytique à partir de charges
lourdes d'hydrocarbures et la production simultanée d'olé-
fines, en particulier d'oléfines comprenant de 2 à 4
atomes de carbone, par vapocraquage doux de charges d'hy-
drocarbures légers.
On sait que les procédés de craquage d'hydrocarbures
sont utilisés de façon courante par les industries pétro-
lières et parapétrolières; ils consistent à scinder, par élévation de la température, des molécules d'hydrocarbures en molécules plus petites. Il existe deux types de craquage, le craquage thermique et le craquage catalytique, qui mettent en-jeu soit la seule influence de
la température, soit les sites actifs d'un catalyseur.
Dans une unité classique de vapocraquage, c'est-à-dire de craquage thermique à la vapeur d'eau, la charge d'hydrocarbures est chauffée progressivement dans un four tubulaire, et la réaction de thermocraquage, qui est une réaction globalement endothermique, a lieu principalement dans la partie des tubes recevant le maximum de flux de chaleur. La température de ces tubes est déterminée par la nature des hydrocarbures à craquer (ce sont généralement soit de l'éthane ou des gaz de pétrole liquéfiés ou GPL, soit des essences,soit des naphtas, soit enfin parfois des gazoles). Quelle que soit la nature de la charge, cette température est toujours très élevée et supérieure à 700 C; elle est toutefois limitée à un maximum de l'ordre de 850 C par les conditions de mise en oeuvre du procédé et par la complexité de fonctionnement des fours qui
utilisent une énergie annexe de chauffage.
Dans une unité de craquage catalytique en lit fluidisé de type classique ( en anglais Fluid Catalytic Cracking, ou encore procédé FCC), la charge d'hydrocarbures, généralement composée de gazoles ou de charges plus -2lourdes telles que des résidus de distillation, est mise en contact avec un catalyseur de craquage, qui est
maintenu en suspension dans les vapeurs de la charge.
Après que l'on ait atteint par craquage la gamme de poids moléculaires désirée, avec un abaissement correspondant des points d'ébullition, le catalyseur est séparé des prduits obtenus, strippé, régénéré par combustion du coke
formé, puis remis en contact avec la charge à craquer.
Cette réaction de craquage catalytique se déroule dans une gamme de température généralement comprise entre 450 et 550 C. Elle est mise en oeuvre de façon à ce que l'unité de craquage soit en équilibre thermique sans utiliser d'énergie annexe au chauffage. Autrement dit, l'alimentation en catalyseur chaud régénéré par combustion du coke déposé au cours de la réaction doit être telle qu'elle puisse répondre aux diverses exigences thermiques de la section réactionnelle, à savoir, en particulier: - le préchauffage de la charge liquide, - la vaporisation de cette charge,
- l'apport de calories exigé par les réactions impli-
quées, lesquelles sont globalement endothermiques.
Les procédés de vapocraquage et de craquage catalytique permettent donc de traiter des charges d'hydrocarbures de natures différentes dans des conditions
réactionnelles non moins différentes.
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant de réaliser, dans une même zone réactionnelle, en phase fluidisée diluée, de type essentiellement ascendant ou descendant, d'une part, une réaction de craquage thermique à la vapeur d'eau de charges d'hydrocarbures légers, pouvant inclure des gaz légers saturés ou des coupes allant des essences jusqu'aux
gazoles, et, d'autre part, une réaction de craquage cata-
lytique de charges lourdes d'hydrocarbures, dont une
partie substantielle de la gamme d'ébullition se situe au-
-3-
delà de 500 C.
On sait, en effet, que le craquage catalytique de charges lourdes (voir le brevet européen n 208.609, appartenant à la Demanderesse) requiert des températures supérieures ou égales à la température de vaporisation des hydrocarbures, afin de permettre une réaction ultérieure
en phase gazeuse. Lorsque cette température de vaporisa-
tion est notablement supérieure à celle requise par la réaction de craquage proprement dite, il est possible,
après un temps de contact contrôlé, de ramener la tempéra-
ture de la suspension de grains de catalyseur et d'hydro-
carbures à un niveau plus adapté à la réaction de craquage catalytique, par introduction, dans cette suspension, de fluides dont la température d'ébullition est plus basse, tels que des huiles légères de recyclage ou LCO ( de l'anglais "Light Cycle Oil") et des huiles lourdes de
recyclage ou HCO ( de l'anglais "Heavy Cycle Oil").
On sait également que, du fait de leur teneur en composés tels que les asphaltènes, les résines ou les polyaromatiques, ces charges lourdes ont tendance à fournir, dans les conditions de la réaction, des quantités substantielles de coke, qui sont parfois bien supérieures à celles requises pour la satisfaction du bilan thermique
de l'unité.
La présente invention vise à utiliser cette particula-
rité des charges lourdes à produire du coke, non seulement pour apporter au catalyseur, lors de la combustion du coke, l'énergie nécessaire à la vaporisation de la charge lourde, mais également pour apporter au catalyseur une énergie supplémentaire et créer ainsi, dans la partie amont de la zone réactionnelle, les conditions requises pour réaliser un vapocraquage doux d'hydrocarbures plus légers, comprenant en particulier l'éthane, le propane, le
butane, les essences légères, les naphtas et les gazoles.
La présente invention a donc pour objet un procédé de
conversion d'hydrocarbures pétroliers, en présence de par-
ticules de catalyseur en phase fluidisée, dans une zone -4- réactionnelle tubulaire à flux essentiellement ascendant ou descendant, ce procédé comprenant au moins une étape de vapocraquage d'au moins une coupe d'hydrocarbures légers, dans la partie amont de la zone réactionnelle, et une étape de craquage catalytique d'au moins une coupe d'hydrocarbures lourds, dans la partie aval de ladite zone réactionnelle, une étape de séparation balistique des particules de catalyseur usé, une étape de régénération de ce catalyseur dans au moins une zone de combustion du coke déposé sur ces particules et une étape de recyclage des particules régénérées à l'alimentation de la zone réactionnelle, ce procédé étant caractérisé en ce que: - le vapocraquage est réalisé par mise en contact, dans un lit fluidisé des particules de catalyseur, desdits hydrocarbures légers et d'une quantité de vapeur d'eau égale au moins à 20 % en poids et de préférence comprise entre 30 et 50 % en poids de la quantité d'hydrocarbures légers, la température résultant de ladite mise en contact étant comprise entre 650 et 850 C et, de préférence, entre 700 et 800 C; le craquage catalytique des hydrocarbures lourds est réalisé par injection dans la suspension de catalyseur des effluents provenant de la partie amont de la zone réactionnelle de façon telle que la température de mélange soit d'abord supérieure à la température de vaporisation de la charge et comprise entre 500 et 650 C, puis soit ramenée à une température comprise entre 475 et 550 C par pulvérisation, immédiatement en aval de l'injection de la charge lourde, d'une coupe d'hydrocarbures entièrement vaporisable dans les conditions de sortie de la zone réactionnelle. Les hydrocarbures légers destinés au vapocraquage pourront être introduits dans la zone réactionnelle à l'aide d'une ou de plusieurs lignes d'injection, suivant la nature des hydrocarbures à vapocraquer. En particulier, selon un mode particulièrement avantageux de mise en -5oeuvre du procédé selon la présente invention, les diverses coupes d'hydrocarbures susceptibles d'être injectées, seront introduites l'une après l'autre d'amont en aval dans ladite zone réactionnelle par ordre croissant de leur température d'ébullition, la coupe la plus légère étant introduite dans la zone la plus chaude. Par exemple, il sera possible d'introduire de l'éthane dans la partie la plus en amont de réacteur, c'est-à-dire dans la zone d'injection o le catalyseur régénéré est le plus chaud,
et d'introduire de l'essence dans la zone situé immédiate-
ment en aval, dont la température sera inférieure, du fait de la mise en contact du catalyseur et de l'éthane, mais restera néanmoins suffisante pour la craquage thermique de l'essence. Il sera de même possible d'introduire par la suite et selon le même principe des coupes de naphtas,
puis de gazoles.
Ainsi, la zone de vapocraquage pourra être subdivisée en autant de zones, fonctionnant à sévérité décroissante, que de coupes d'hydrocarbures légers saturés destinées au
vapocraquage.
La quantité de vapeur d'eau injectée dans la partie amont de la zone réactionnelle est ici importante par rapport aux conditions habituelles de craquage en lit fluidisé. Elle demeure cependant notablement inférieure aux valeurs pratiquées dans le procédé de vapocraquage conventionnel, notamment du fait que le procédé ici décrit s'accomode sans problème de la formation éventuelle d'une certaine quantité de coke. En effet, la quantité de vapeur d'eau sera habituellement comprise entre 20 et 60 % et, de préférence, entre 30 et 50 % en poids, par rapport à la quantité d'hydrocarbures à convertir par vapocraquage. Il
en résulte que le maintien en phase fluidisée aux tempé-
ratures souhaitées pour le vapocraquage nécessite un apport de calories d'autant plus important qu'est injectée dans la zone réactionnelle une plus grande quantité de vapeur d'eau destinée à éviter ou à tout le moins à minimiser la polymérisation des oléfines et des -6- dioléfines. Cet apport de calories pourra être obtenu, conformément à la présente invention, par craquage catalytique d'une charge lourde d'hydrocarbures de la
partie aval de la zone réactionnelle.
Les difficultés technologiques liées, en partie, à la métallurgie de l'appareillage et, en partie, aux problèmes de stabilité du catalyseur aux températures requises par la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention, entraîment, de préférence, l'utilisation d'un dispositif de régénération du catalyseur fonctionnant avec deux chambres distinctes de combustion, permettant ainsi de fournir les quantités requises de particules catalytiques à la température élevée adéquate ( voir à cet effet le
brevet européen N 184 517 déposé par la Demanderesse).
Un premier avantage du procédé selon l'invention est
lié au fait que la réaction de vapocraquage, dans la par-
tie amont du réacteur, requiert des quantités importantes
de calories dues, pour l'essentiel, à la très forte endo-
thermicité de cette réaction ( 5 à 10 fois plus élevée que celle de la réaction de craquage catalytique). Cette absorption importante de calories, dans la partie amont du réacteur, agit comme un puits thermique, qui se traduit, comme dans toute unité de craquage catalytique par un
débit accru de la circulation de catalyseur. Il en résul-
te que la réaction de craquage catalytique sera réalisée avec un raport quantité de catalyseur sur quantité de
charge à craquer (généralement appelé "rapport C/O") beau-
coup plus élevé que selon l'art antérieur (voir à cet
effet le brevet européen n 208.609), avec pour conséquen-
ce une amélioration notable du rendement en essences et en gazole par rapport à la quantité de charge lourde à
craquer. En particulier, ce rapport C/O pourra avantageu-
sement être compris entre 4 et 12 dans la partie aval de
la zone réactionnelle.
Un second avantage du procédé selon l'invention réside
dans le fait qu'il permet de convertir en éthylène, propy-
lène et butènes, des coupes légères de faible valorisa-
-7- tion, telles que l'éthane ou certaines coupes essences, et ce dans des conditions de sélectivité supérieures au vapocraquage conventionnel. Par exemple, selon un mode
particulièrement avantageux de mise en oeuvre de l'inven-
tion, l'unité de craquage comprendra un dispositif de fractionnement des effluents réactionnels permettant de fractionner sélectivement et de façon connue en soi les hydrocarbures précités ainsi que les gaz légers et les
hydrocarbures à deux, trois ou quatre àtomes de carbone.
Il sera en particulier possible de séparer l'éthane des autres effluents gazeux et de le recycler, éventuellement en combinaison avec des coupes provenant d'autres unités, dans la partie la plus chaude de la zone réactionnelle, c'est-à-dire en amont de l'injection d'essences ou de
gazoles, là o le catalyseur régénéré et chaud est intro-
duit. Selon cette configuration, le vapocraquage doux sera réalisé dans la partie amont du réacteur en au moins deux zones de sévérité décroissante, par injection en présence de vapeur d'eau d'au moins deux coupes distinctes: une coupe contenant principalement de l'éthane, mais aussi éventuellement du propane et du butane, puis une coupe contenant des essences légères, puis éventuellement des
baphtas ou des gazoles.
Selon un mode particulièrement avantageux de mise en
oeuvre du procédé selon la présente invention, la produc-
tion de propylène pourra en outre être notablement augmen-
tée par une réutilisation judicieuse des hydrocarbures à deux atomes de carbone produits pendant la réaction. Il suffira, à cet effet, d'utiliser le mélange d'éthane et d'éthylène en provenance de la zone de fractionnement, de
type connu en soi, et d'envoyer ce mélange dans un réac-
teur de trimérisation ou d'oligomérisation de l'éthylène, par exemple du type décrit par l'art antérieur (se référer à cet effet aux brevets européens 12 685, 24 971, 215 609 ou au brevet américain 4 605 807), pour récupérer, après fractionnement des effluents: -8- - d'une part, l'éthane n'ayant pas réagi, qui sera
recyclé à l'entrée de la partie amont de la zone réaction-
nelle, conformément à la présente invention, - d'autre part, des essences légères résultant de ladite oligomérisation, qui pourront pour leur part, être éventuellement recyclées avec d'autres essences dans la zone de vapocraquage fonctionnant à plus basse sévérité, en vue d'augmenter la production de propylène et de
butènes, si tel est le but recherché.
Un avantage supplémentaire découlant de la présente
invention réside dans le fait que l'hydrogène nécessaire-
ment produit par le vapocraquage dans la partie amont du réacteur est susceptible de réagir dans les conditions réactionnelles de la partie aval du réacteur et, donc, d'améliorer le rendement des effluents de l'unité de
conversion en produits les mieux valorisés.
Les coupes d'hydrocarbures à vapocraquer utilisables selon la présente invention comprennent donc des gaz
légers saturés, tels que l'éthane, le propane ou les buta-
nes, ou des hydrocarbures plus lourds, saturés ou non, tels que les essences légères, les naphtas ou les gazoles, voire certaines coupes à point d'ébullition plus élevé mais fortement paraffiniques, telles que les paraffines ou gatsch. Ces coupes d'hydrocarbures peuvent provenir soit de différentes unités de la raffinerie, telles que les unités de distillation atmosphérique, de viscoréduction, d'hydrocraquage, de fabrication d'huiles ou d'oligomérisation des oléfines, soit des effluents de
l'unité de conversion elle-même.
La charge principale injectée en aval de la zone de vapocraquage doux pourra être une charge type d'une unité de craquage catalytique, mais avec la possibilité, par rapport aux précédés connus, d'utiliser également des
charges plus lourdes.
On peut citer, par exemple, comme charges susceptibles d'être traitées selon la présente invention, les gazoles sous vide et les huiles hydrocarbonées plus lourdes, -9- telles que des pétroles bruts, éventuellement étêtés, ainsi que les résidus de distillation atmosphérique ou de
distillation sous vide. Ces charges peuvent, le cas éché-
ant, avoir reçu un traitement préalable, tel que, par exemple, un hydrotraitement. Elles pourront, en particulier, contenir des fractions riches en asphaltènes et présentant une teneur en carbone Conradson égale ou supérieure à 10 %. Ces charges peuvent être diluées ou non par des coupes plus légères conventionnelles, pouvant inclure des coupes d'hydrocarbures ayant déjà subi une opération de craquage et qui sont recyclées, telles que des gazoles de craquage, des L.C.0. ou des H.C.0O. Enfin, ces charges peuvent être préchauffées dans un domaine de
température généralement compris entre 100 et 400 C.
Toutes ces charges d'hydrocarbures à haut point
d'ébullition pourront aisément être vaporisées en procé-
dant à une pulvérisation appropriée dans la zone réaction-
nelle, du fait de la présence d'une quantité élevée de ea-
talyseur à haute température provenant de la partie amont de la zone réactionnelle. Les composés les plus lourds et, en particulier, les asphaltènes contenus dans la charge seront alors susceptibles de subir un craquage thermique instantané et très sélectif, donnant lieu à la formation
de produits plus légers susceptibles d'être craqués cata-
lytiquement dans la zone réactionnelle située en aval.
A cet effet, l'injection des hydrocarbures dans la partie aval de la zone réactionnelle est pratiquée à
l'aide de pulvérisateurs performants, tels que des pulvé-
risateurs à tuyère de type venturi, de façon à donner aux gouttelettes de liquide le plus petit diamètre possible, généralement inférieur à 100 microns et, de préférence, à microns. Cette finesse de pulvérisation permet, en effet, aux gouttelettes formées d'être vaporisées de façon quasi-instantanée, lors de leur mise en contact avec le
flux de catalyseur à haute température.
La température de mélange de la charge avec les parti-
cules de catalyseur pourra être aussi élevée que nécessai-
-10- re pour obtenir une complète vaporisation de tous les constituants de la charge, tout en restant indépendante de la température finale de craquage catalytique de la zone située plus en aval, grâce à l'injection, en aval de la charge principale résiduelle, d'une autre coupe d'hydrocarbures, telle qu'une coupe liquide de HCO ou de LCO, cette dernière coupe étant injectée à une température et en quantité telles que la température régnant dans le reste de la zone réactionnelle puisse être ajustée, de façon à ce que le craquage catalytique soit réalisé dans des conditions optimales. Dans ce but, le dispositif
comprendra des moyens pour réguler le débit d'alimenta-
tion en recycle de façon telle que la température finale de réaction soit maintenue égale à une valeur de consigne adaptée à la charge à craquer, aux conditions de craquage et au type de marche recherché ( par exemple, marche essence: température finale 500-530 C, ou marche gazole: température finale 480-510 C). La température de mélange de la charge à craquer vaporisée et du catalyseur peut ainsi être maintenue supérieure au point de rosée de la charge, tout en adaptant la température de craquage à la
sélectivité désirée pour les effluents de craquage.
La présente invention a donc également pour objet un dispositif de conversion en phase catalytique fluidisée de coupes pétrolières, ce dispositif comprenant une zone réactionnelle de mise en contact à haute température de coupes pétrolières avec des particules de catalyseur dans un réacteur de type tubulaire à flux essentiellement
ascendant ou descendant, des moyens de séparation balisti-
que desdites particules et des coupes craquées, des moyens de strippage des particules de catalyseur, des moyens de régénération de celles-ci par combustion du coke déposé
sur ces particules, et des moyens de recyclage des parti-
cules régénérées à l'alimentation dudit réacteur, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'injection d'au moins une coupe d'hydrocarbures légers tels que des gaz légers saturés, des essences ou -11- des gazoles dans la partie amont du réacteur tubulaire en présence de vapeur d'eau en une quantité égale au moins à % en poids et, de préférence, comprise entre 30 et 50 % en poids par rapport à la quantité d'hydrocarbures, de façon telle que le mélange résultant soit maintenu à une température comprise entre 650 et 850 C dans un lit fluidisé dilué, et en ce qu'il comporte dans la partie
aval du réacteur tubulaire des premiers moyens de pulvéri-
sation d'au moins une coupe d'hydrocarbures plus lourds dans des conditions telles que la température de mélange soit supérieure à la température de vaporisation desdits hydrocarbures et comprise entre 500 et 650 C, ainsi que des seconds moyens de pulvérisation disposés immédiatement en aval de la zone d'injection desdits hydrocarbures plus lourds en vue d'injecter une coupe d'hydrocarbures entièrement vaporisable dans les conditions de sortie de
la zone réactionnelle.
Cette température des effluents de conversion sera en particulier maintenue constante entre 475 et 550 C par pulvérisation, en aval de la zone d'injection de la charge lourde, d'une quantité déterminée de LCO ou de HCO. Cette pulvérisation, de même que celle de la charge lourde à
craquer catalytiquement, sera réalisée à l'aide d'injec-
teurs de type connu en soi, permettent d'obtenir, à la sortie du ou des injecteurs, des gouttelettes dont au
moins 80 % ont un diamètre inférieur à 100 microns.
Il va de soi que de nombreuses variantes du procédé selon l'invention peuvent être mises en oeuvre et que, par
conséquent, le rapport entre le débit de charge d'hydro-
carbures lourds introduit dans la partie aval et le débit d'hydrocarbures plus légers (en particulier éthane et essence) introduit dans la partie amont peut varier dans des proportions notables, par exemple dans un rapport
compris entre 0,20 et 1,50 en poids.
On peut utiliser, pour mettre en oeuvre le procédé conforme à la présente invention, toutes les classes de
catalyseurs ayant des capacités de craquage catalytique.
-12- Une catégorie particulièrement avantageuse est celle des catalyseurs ayant des structures poreuses dans lesquelles des molécules peuvent être mises en contact avec des sites actifs se trouvant dans les pores; dans cette classe, on trouve notamment les silicates ou les aluminosilicates. En particulier, des catalyseurs contenant de la zéolithe sont disponibles dans le commerce avec des supports contenant une diversité d'oxydes métalliques et de combinaisons desdits oxydes, notamment de la silice, de l'alumine, de la magnésie, des oxydes de titane, de baryum, et des mélanges de ces substances, ainsi que des mélanges desdits oxydes avec des argiles, pontées ou non. La composition de catalyseur peut naturellement contenir un ou plusieurs agents favorisant l'une ou l'autre étape du procédé. Le catalyseur pourra donc, en particulier, contenir des agents favorisant la combustion du coke lors de la régénération. La présente invention va être décrite ci-après plus en détails, en référence à la figure unique figurant en annexe, qui illustre l'application de l'invention à un ensemble de conversion en lit fluidisé, à colonne ascendante ou "riser" et à deux chambres de combustion, convenant en particulier à la régénération complète d'un
catalyseur susceptible d'être porté à haute température.
Le dispositif de conversion en phase fluidisée ascen-
dante représenté sur cette figure comprend essentielle-
ment une colonne 1, dite élévateur de charge, ou riser.
Celui-ci est alimenté à sa base par la ligne 2 en grains de particules de catalyseur régénéré, en quantité régulée par une vanne 3. Les particules régénérées sont fluidisées par injection de vapeur ou de gaz arrivant par la ligne 4
à la base du riser, à l'aide d'un diffuseur 5.
Des gaz saturés légers comprenant en particulier de l'éthane sont alors introduits dans la colonne à l'aide du diffuseur 7 alimenté par la ligne 6 avec un complément de vapeur apporté par la ligne 10. La température supérieure à 750 C, et, de préférence, à 800 C, qui règne dans cette -13 partie de la chambre, permet donc le craquage thermique à la vapeur de ces gaz légers saturés. En aval de cette première zone de vapocraquage, une coupe d'essence ou de gazole, injectée par un diffuseur 8 alimenté par la ligne 9, peut à son tour être craquée à un niveau de température plus faible, de l'ordre de 150 à 750 C. Un complément de
vapeur peut en outre être apporté par la ligne 10'.
La charge d'hydrocarbures plus lourds que les gazoles est alors introduite dans le réacteur à l'aide d'un ou plusieurs injecteurs 11 alimentés par la ligne 12, en quantité telle que la température qui règne dans cette partie de la colonne 1 soit supérieure ou égale à la température de vaporisation de ladite charge. Il convient alors de ramener la température de mélange à une valeur plus propice au craquage catalytique, c'est-à-dire de l'ordre de 475 à 550 C, par pulvérisation d'hydrocarbures tels que des diluants légers (LCO) ou lourds (HC0), à l'aide de la ligne 13 qui alimente le ou les injecteurs 14. La colonne 1 débouche à son sommet dans une enceinte , qui lui est par exemple concentrique et dans laquelle s'effectuent, d'une part, la séparation de la charge craquée et, d'autre.part, le strippage des particules usées. Le système balistique de séparation, cyclonique ou non, est logé dans l'enceinte 15 et les hydrocarbures effluents sont évacués par une ligne d'évacuation 16, prévue au sommet de l'enceinte 15, tandis que les particules catalytiques usées redescendent vers la base de l'enceinte 15 o une ligne 17 alimente en gaz de strippage (généralement de la vapeur d'eau) des diffuseurs 18 disposés régulièrement à la base de cette enceinte 15. Les particules ainsi strippées sont évacuées vers le régénérateur, par l'intermédiaire d'un conduit 19, sur
lequel est prévue une vanne de régulation 20.
Le régénérateur représenté sur cette figure comporte ici une première zone 21 de combustion, en présence -14- d'oxygène, du coke déposé sur les particules de catalyseur. Le coke est ainsi principalement brfûlé à l'aide d'air, injecté à la base du régénérateur par une ligne 22, qui alimente le diffuseur 23. Le gaz de combustion est séparé des grains de catalyseur dans le cyclone 24, d'o le gaz de combustion est évacué par une ligne 25, tandis que les particules catalytiques partiellement régénérées sont transférées au second étage 26 par le conduit central 27, alimenté en air par la ligne 28. La base de l'étage 26 peut être également alimentée en air par le diffuseur 29, alimenté par la ligne 30. Les grains de ce catalyseur régénéré sont évacués latéralement dans une enceinte tampon 31 et recyclés par le conduit 2 à l'alimentation de l'élévateur 1. Les gaz de combustion évacués à la partie supérieure de la chambre 26 sont traitésdans un cyclone 32, qui est ici externe à la chambre et à partir de la base duquel les particules du catalyseur sont retournées par le conduit 33 dans la chambre 26, tandis que les gaz de combustion sont évacués
par la ligne 34.
Par ailleurs, les effluents de la réaction quittant la zone de strippage par la ligne 16 sont envoyés dans un dispositif de fractionnement schématiquement représenté en , permettant de séparer: - par la ligne 36, les gaz légers ou gaz secs, (composés en particulier d'hydrogène, de méthane, d'éthane, d'éthylène, d'hydrocarbures en C3 à C5, de NH3 et d'H2S), lesquels peuvent être ensuite traités dans un autre dispositif 37 de fractionnement, permettant, de façon connue en soi, de séparer l'éthane et l'éthylène par la ligne 38 et les hydrocarbures en C3 à C5 qui sortent par la ligne 39;
- par la ligne 40, la coupe essences, dont l'interval-
le d'ébullition s'étend généralement de la coupe C5 jusque vers 160-220 C; - par la ligne 41, la coupe gazole, souvent appelée
aussi LCO, dont l'intervalle d'ébullition s'étend généra-
-15-
lement depuis 160-220 C (début de coupe) jusque vers 320-
380 C (fin de coupe); - par la ligne 42, la coupe diluant lourd, souvent appelée aussi HCO, moins bien valorisée (base de fuel à faible viscosité) et dont l'intervalle d'ébullition est généralement compris entre 320-380 (début de coupe) et 480-500 C (fin de coupe>; - et, enfin, par la ligne 43, une coupe de résidu de distillation, qui contient les produits les plus lourds et les plus difficiles à craquer et des quantités plus ou moins importantes de fines de catalyseurs; ce résidu, qui a un point d'ébullition généralement supérieur à 400 C
(mais qui peut également inclure tout le résidu de distil-
lation de point d'ébullition supérieur à 320-380 C), est
généralement appelé "slurry catalytique".
Selon un mode particulièrement avantageux de mise en oeuvre de la présente invention, l'éthane et l'éthylène provenant de la ligne 38 sont introduits dans un réacteur d'oligomérisation 44. Un dispositif de fractionnement 45 permet ensuite d'évacuer par la ligne 46 l'éthane et l'éthylène n'ayant pas réagi, tandis que les essences légères oléfiniques (dont la température d'ébullition est généralement comprise entre 30 et 100 C) sont extraites par la ligne 47. La ligne 46 permet alors de renvoyer l'éthane ainsi récupéré dans la partie amont du réacteur par la ligne 6, tandis que les essences légères peuvent être soit valorisées en tant que telles, soit vapocraquées
par recycle dans la ligne 9, en vue, par exemple, de maxi-
miser la production du propylène.
Enfin, une partie du HCO0 issu de la zone de fraction-
nement 35 est ici recyclée par la ligne 42 vers la ligne 13 pour réguler la température de réaction en aval de la colonne 1. Cette régulation se fait à l'aide d'une vanne 48, dont le débit est par exemple réglé en fonction de la
température mesurée à l'aide d'une sonde située de préfé-
rence à la sortie du réacteur.
De même, des vannes 49 et 50 permettent de réguler les -16- quantités d'hydrocarbures légers introduites par les
lignes 9 et 6 dans la partie amont de la zone réactionnel-
le, en fonction de la température mesurée dans cette partie, de façon à ce que cette température, comprise entre 650 et 850 C, permette d'y assurer le vapocraquage,
conformément à la présente invention.
EXEMPLE
Les essais qui vont suivre ont été réalisés dans une même unité en phase fluidisée ascendante, possédant deux zones de régénération du type représenté sur la figure 1, à partir d'une coupe d'essence (coupe straight-run) et d'une charge A qui est ici un résidu de distillation
atmosphérique d'un brut de type SHENGLI.
Ces charges présentent les caractéristiques suivantes:
ESSENCE CMARGE A
- Densité (à 15 C) 0,675 0,955
- % en volume distillé à 50 C: 20 -
à700C: 70 -
à 100 C: 99
- % en poids distillé à 450 C: -
à 550 C: - 45
à 650 C: - 70
- Paraffines/Naphtènes/
Aromatiques (% en poids) 77/17/6 -
- H2 (% en pds) 15,4 12,1 - S (% en pds) - 1,0 - N total (% en pds) - 0,6 - C (% en pds) - 8,1 - Ni + V (ppm) - 40 On utilise un catalyseur commercial comprenant des zéolites ultra-stabilisées et une matrice propre à craquer les molécules d'hydrocarbures les plus lourds. Les
conditions de cet essai, dans lequel on injecte successi-
vement de l'éthane et de l'essence dans la partie amont de la zone réactionnelle, puis successivement la charge A et une quantité déterminée de HCO0 dans la partie aval, sont les suivantes: -17- Zone amont du riser: Injection d'éthane - Température du catalyseur régénéré ( C): 800 - Débit de catalyseur régénéré (t/h): 720 - Débit de vapeur à 320 C (t/h): 40 Débit d'éthane (t/h): 5 - Température de mélange ( C): 785 Injection d'essence - Débit de vapeur à 320 C (t/h): 1 - Débit d'essence à 150 C (t/h): 20 - Température de mélange ( C): 725 Zone aval du riser: Injection de charge - Débit de vapeur à 320 C (t/h): 2,5 - Débit de charge A à 380 C (t/h): 100 - Température de mélange ( C): 575 Injection de recycle de HCO - Débit de HCO à 200 C (t/h): 25 - Débit de vapeur à 3200C (t/h): 0,5 Température de mélange ( C): 530 - Température en fin de réaction ( C): 525 Après récupération des effluents de la réaction de
conversion, on analyse la nature de ces derniers. Les ré-
sultats d'analyse (en % en poids par rapport à la quantité totale d'hydrocarbures à convertir, c'est-à-dire par rapport à l'éthane, l'essence et au résidu de distillation atmosphérique) démontrent à eux seuls les avantages de la présente invention par rapport aux procédés de type conventionnel. Ces résultats sont les suivants: % en poids
H2S + NH3: 0,7
H2: 0,4
C1: 2,8
C2: 3,1
C2 (oléfiniques): 6,8
C3: 1,0
C3 (oléfiniques): 6,1 -18-
C4 2,6
C4 (oléfiniques) 6,6 Coupe (C5-220 C) 39,3 Coupe (220-360 C) 18,5 Coupe (360+) 4,4 Coke 7,7 -19-
Claims (12)
1- Procédé de conversion d'hydrocarbures pétroliers, en présence de particules de catalyseur en phase fluidisée, dans une zone réactionnelle tubulaire à flux essentiellement ascendant ou descendant, ce procédé comprenant au moins une étape de vapocraquage d'au moins une coupe d'hydrocarbures légers, dans la partie amont de la zone réactionnelle et une étape de craquage catalytique d'au moins une coupe d'hydrocarbures lourds, dans la partie aval de ladite zone réactionnelle, une étape de séparation balistique des particules de catalyseur usé, une étape de régénération de ce catalyseur dans au moins une zone de combustion du coke déposé sur ces particules et une étape de recyclage des particules régénérées à l'alimentation de la zone réactionnelle, ce procédé étant caractérisé en ce que: - le vapocraquage est réalisé par mise en contact, dans un lit fluidisé des particules de catalyseur, desdits hydrocarbures légers et d'une quantité de vapeur d'eau égale au moins à 20 % en poids et, de préférence, comprise entre 30 et 50 % en poids de la quantité d'hydrocarbures légers, la température résultant de ladite mise en contact étant comprise entre 650 et 850 C et, de préférence, entre 700 et 800 C; le craquage catalytique des hydrocarbures lourds est réalisé par injection dans la suspension de catalyseur des effluents provenant de la partie amont de la zone réactionnelle, de façon telle que la température de mélange soit d'abord supérieure à la température de vaporisation de la charge et comprise entre 500 et 650 C, puis soit ramenée à une température comprise entre 475 et 550 C par pulvérisation, immédiatement en aval de l'injection de la charge lourde, d'une coupe d'hydrocarbures entièrement vaporisable dans les
conditions de sortie de la zone réactionnelle.
2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les coupes d'hydrocarbures légers à vapocraquer -20- comprennent des gaz légers saturés, des essences, des
naphtas et/ ou des gazoles.
3- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits hydrocarbures légers sont injectés en au moins deux zones d'amont en aval de ladite zone réactionnelle, par ordre croissant de leur température d'ébullition, la coupe la plus légère étant introduite dans la zone la plus chaude.
4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que les coupes d'hydrocarbures lourds à craquer catalytiquement comprennent des charges de type résidu de distillation atmosphérique ou sous vide, dont au moins 20 % en poids possèdent une température d'ébullition
supérieure à 550 C.
5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que les hydrocarbures pulvérisés immé-
diatement en aval de l'injection de la charge lourde sont composés en majeure partie de recycles de HC0 ou de LC0 issus du fractionnement par distillation des effluents
issus de la zone réactionnelle.
6- Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que les hydrocarbures injectés dans la partie aval de la zone réactionnelle sont pulvérisés sous forme de gouttelettes dont au moins 80 % ont un diamètre
inférieur à 100 microns.
7- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que les particules de catalyseur sont régénérées par combustion du coke déposé sur celles-ci, dans deux chambres distinctes de combustion possédant chacune leurs propres moyens d'évacuation des effluents gazeux.
8- Procédé selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que le rapport de la quantité de catalyseur sur la quantité de charge à craquer est compris
entre 4,0 et 12,0 dans la partie aval du réacteur.
9- Procédé selon l'une des revendications 1 à 8,
caractérisé en ce que l'éthylène issu du fractionnement
- 21 -
des effluents de la réaction est envoyé dans uf réacteur d'oligomérisation dont les effluents sont recyclés dans la
partie amont du réacteur.
- Dispositif de conversion en phase catalytique fluidisée de coupes pétrolières, ce dispositif comprenant
une zone réactionnelle de mise en contact à haute tempéra-
ture de coupes pétrolières avec des particules de catalyseur dans un réacteur (1) de type tubulaire à flux essentiellement ascendant ou descendant, des moyens de séparation balistique desdites particules et des coupes craquées, des moyens (18) de strippage des particules 'de
catalyseur, des moyens (21,26) de régénération de celles-
ci par combustion du coke déposé sur ces particules, et des moyens (2) de recyclage des particules régénérées à l'alimentation dudit réacteur, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (7,8) d'injection d'au moins une coupe d'hydrocarbures légers tels que des gaz léger saturés, des essences ou des gazoles dans la partie amont du réacteur tubulaire en présence de vapeur d'eau et une quantité égale au moins à % en poids et, de préférence, comprise entre 30 et 50% en poids par rapport à la quantité d'hydrocarbures, de façon telle que le mélange résultat soit maintenu à une température comprise entre 650 et 850 C dans un lit fluidisé dilué, et en ce qu'il comporte dans la partie aval. du réacteur tubulaire des premiers moyens (11) de pulvérisation d'au moins une coupe d'hydrocarbures plus lourds dans des conditions telles que la température de mélange soit supérieure à la température de vaporisation desdits hydrocarbures et comprise entre 500 et 650 C, ainsi que des seconds moyens (14) de pulvérisation disposés immédiatement en aval de la zone d'injection desdits hydrocarbures plus lourds, en vue d'injecter une coupe d'hydrocarbures entièrement vaporisable dans les
conditions de sortie de la zone réactionnelle.
11- Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens d'injection (11) sont tels que lesdits hydrocarbures lourds sont pulvérisés à
- 22 -
l'état liquide sous forme de gouttelettes dont au moins
% ont un diamètre inférieur à 100 microns.
12- Dispositif selon l'une des revendications 10 et
11 caractérisé en ce qu'il comporte dans la partie amont de la zone réactionnelle, des moyens (7,8) pour y injecter
successivement de l'éthane, puis des essences.
13- Dispositif selon l'une des revendications 10 à
12, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens d'injection (14) sont alimentés en LCO ou en HCO et en ce qu'ils comportent des moyens (48) de contrôle de leur débit d'alimentation asservis à des moyens de mesure de la température régnant à la sortie de la zone réactionnelle, en vue de maintenir cette température sensiblement
constante entre 475 et 550 C.
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