FR2628342A1 - Procede et dispositif de regeneration en lit fluidise d'un catalyseur - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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Abstract
Ce dispositif comprend deux chambres de régénération 12, 23, un échangeur thermique 34, des moyens 33 de prélèvement dans ladite seconde chambre 23 d'une fraction contrôlée de catalyseur chaud, en vue de maintenir la température de combustion dans cette chambre sensiblement égale à une première valeur de consigne inférieure à 950 degre(s)C et, de préférence, à 910 degre(s)C, des moyens de transfert de cette fraction de catalyseur chaud audit échangeur thermique 34 en vue de le refroidir, des moyens d'évacuation 17 de catalyseur refroidi dudit échangeur thermique et de réinjection de ce catalyseur refroidi dans ladite première chambre 12, et des moyens 19 de régulation de l'alimentation en fluide de combustion de ladite première chambre asservis au moyen 16 de mesure de la température dans cette première chambre, en vue de maintenir sensiblement cette température à une seconde valeur de consigne, inférieure à 730 degre(s)C et, de préférence, comprise entre 650 et 710 degre(s)C.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE REGENERATION EN LIT FLUIDISE D'UN CÂTALYSKwL.
La présente invention concerne un procédé de régénération d'un catalyseur en lit fluidisé et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. L'invention concerne plus spécialement la régénération en lit fluidisé de catalyseurs particulièrement chargés en résidus hydrocarbonés et en coke, par suite d'une réaction avec une charge hydrocarbures. Elle s'applique notamment à la régénération de catalyseurs d'hydrotraitement, de craquage ou d'hydrocraquage catalytique de reformage, ou encore à la régénération de masses de contact pour craquage thermique.
On sait que l'industrie pétrolière utilise de façon usuelle des catalyseurs, en particulier dans les procédés de craquage au cours desquels des molécules d'hydrocarbures à hauts poids moléculaires et à point d'ébullition élevé sont scindées en molécules plus petites, convenant à l'usage recherché et dont les températures d'ébullition sont plus faibles.
Le procédé le plus couramment employé dans ce but, à l'heure actuelle, est le procédé de craquage catalytique à l'état fluide (en anglais Fluid Catalytic Cracking ou encore procédé FCC). Dans ce type de procédé, la charge d'hydrocarbures est simultanément vaporisée et mise en contact à haute température avec un catalyseur de craquage, qui est maintenu en suspension dans les vapeurs de la charge. Après avoir atteint par craquage la gamme de poids moléculaires désirée, avec un abaissement correspondant des points d'ébullition, le catalyseur est séparé des produits obtenus.
Dans les procédés de ce type, la réduction souhaitée des points d'ébullition résulte de réactions catalytiques et thermiques contrôlées. Ces réactions interviennent de façon quasi-instantanée lorsque la charge est vaporisée et mise en contact avec le catalyseur. Celui-ci se désactive cependant rapidement, pendant le court laps de temps où il est en contact avec la charge, du fait d'une adsorption d'hydrocarbures et de la formation d'un dépôt de coke sur les sites actifs. I1 est alors nécessaire de stripper en continu ce catalyseur désactivé, par exemple à la vapeur, pour récupérer les hydrocarbures adsorbés ou entraînées, puis de le réactiver, généralement en continu, sans altérer ses caractéristiques, par exemple en procédant à une combustion contrôlée du coke et des hydrocarbures qui sont restés adsorbés, dans une sectionne régénération à un ou plusieurs étages, avant de recycler le catalyseur régénéré vers la zone réactionnelle. De l'air de combustion est injecté à la base du régénérateur, tandis qu'à la partie supérieure de celui-ci sont prévus des cyclones permettant de séparer le gaz de combustion des particules de catalyseur entraînées. Le catalyseur ainsi régénéré est ensuite évacué généralement à la partie inférieure du régénérateur, puis recyclé vers la base de l'élévateur ou "riser", où se produit la réaction de craquage.
Le procédé FCC est naturellement mis en oeuvre de façon que l'unité de craquage soit en équilibre thermique.
Autrement dit, l'alimentation en catalyseur chaud régénéré 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 impliquées, lesquelles, globalement, sont endothermiques,
- les pertes de chaleur de l'unité.
- le préchauffage de la charge liquide,
- la vaporisation de cette charge,
- l'apport de calories exigé par les réactions impliquées, lesquelles, globalement, sont endothermiques,
- les pertes de chaleur de l'unité.
La quantité de coke déposé sur le catalyseur ainsi que le mode de régénération déterminent la température finale atteinte par le catalyseur dans la zone de régénération, car les calories provenant de la combustion servent à réchauffer l'air et les gaz de combustion ainsi que les particules de catalyseur. En régime de fonctionnement, la quantité de coke produite dans l'unité de craquage sera donc sensiblement constante, si l'équilibre thermique n'est pas modifié par des contraintes extérieures.
En particulier, lorsquton procède au craquage cataly tique de charges composées d'hydrocarbures à haut point d'ébullition (généralement supérieur à 5500C), ou de charges ayant une teneur en carbone Conradson élevée et une concentration importante en métaux, des quantités importantes de coke et d'hydrocarbures lourds peuvent se déposer sur le catalyseur. La combustion, pendant la régénération, peut alors provoquer un dégagement substantiel de chaleur, qui, non salement, peut aller au-delà des limites métallurgiques de l'appareillage, mais qui peut également être une source de désactivation du catalyseur, compte-tenu de son environnement (taux d'humidité, taux de contamination par métaux lourds, par des métaux alcalins etc...).
Pour limiter ces inconvénients, il a d'abord été proposé, selon l'art antérieur, de pallier ltexcès de coke formé en limitant la température de régénération à une valeur généralement inférieure à 7500C, par exemple à l'aide d'échangeurs thermiques placés dans la chambre de régénération. La limitation en température est alors compensée par une augmentation du -rapport massique du catalyseur par rapport à la charge (communément appelé "rapport C/O").Cette solution a cependant ses limites, car une production trop élevée de coke nuit à la valorisation de la charge par diminution des rendements et conduit aussi à un surdimensionnement du régénérateur et des annexes ; elle augmente aussi la production de fumées riches en NOX et SOx
I1 a ensuite été proposé de réaliser une régénération en deux zones, où la combustion fonctionne en tout ou partie à co-courant de catalyseur et de fluide oxydant (voir, par exemple, les brevets US 4.035.284 et
FR 2.186.291), de façon à minimiser le temps de séjour du catalyseur à température relativement élevée, sans toutefois dépasser 7500C, pour ne pas diminuer l'activité du catalyseur.Dans les deux cas précités, la température de régénération est néanmoins toujours limitée par le fait que les gaz de combustion contiennent de la vapeur d'eau dégagée par la combustion des hydrocarbures lourds contenus dans le coke ou résultant du strippage, ce qui est rédhibitoire au-delà de 730-7500C, du fait du comportement à cette température des oxydes métalliques, en particulier des oxydes de vanadium, en présence de sodium.
I1 a ensuite été proposé de réaliser une régénération en deux zones, où la combustion fonctionne en tout ou partie à co-courant de catalyseur et de fluide oxydant (voir, par exemple, les brevets US 4.035.284 et
FR 2.186.291), de façon à minimiser le temps de séjour du catalyseur à température relativement élevée, sans toutefois dépasser 7500C, pour ne pas diminuer l'activité du catalyseur.Dans les deux cas précités, la température de régénération est néanmoins toujours limitée par le fait que les gaz de combustion contiennent de la vapeur d'eau dégagée par la combustion des hydrocarbures lourds contenus dans le coke ou résultant du strippage, ce qui est rédhibitoire au-delà de 730-7500C, du fait du comportement à cette température des oxydes métalliques, en particulier des oxydes de vanadium, en présence de sodium.
On a donc envisagé une troisième solution (voir brevets US 4.332.674 et FR 2.186.291), consistant à ne brûler qu'une partie du coke et.deshydrocarbures déposés sur le catalyseur à température modérée, pendant une première étape de régénération, dans une chambre possédant son propre dispositif d'évacuation des effluents gazeux, de façon à maintenir le catalyseur au-dessous d'un maximum d'environ 7000C, afin que les sites actifs du catalyseur ne soient pas endommagés par la vapeur d'eau provenant soit de l'étape de strippage, soit de la combustion des hydrocarbures encore présents dans le coke sur le catalyseur.Cette limitation de la température, au cours d'une première étape de régénération, est généralement obtenue par limitation en dessous de la stoechiométrie de la quan- tité d'air de combustion, ce qui conduit à une combustion ménagée du carbone en CO, de préférence à celle en C02.
Ensuite, au cours d'une deuxième étape, dans une seconde chambre de régénération distincte de la précédente, la combustion complète du carbone restant sur le catalyseur n'a plus à être limitée en température, du fait de l'éli- mination préalable de la vapeur d'eau. Cette seconde étape permet alors de laisser monter la température jusqu'à l'équilibre thermique (jusqu'à éventuellement 9500C), grâce à un excès stoechiométrique d'oxygène qui favorise la combustion en C02, à condition toutefois de bien maî- triser les contraintes métallurgiques de l'installation, par exemple en plaçant les cyclones et les puits de déversement du catalyseur à -I'extérieur de la zone de combustion; de façon à en protéger les parties métalliques à l'aide de réfractaires internes.
Pour régénérer du catalyseur fortement coké à haute température, il est donc préférable de procéder à une combustion en deux zones distinctes, munies de dispositifs propres de séparation des gaz effluents, ce qui permet au catalyseur régénéré à haute température de ne plus être en contact avec la vapeur d'eau formée lors de la première étape de régénération. Ainsi, 30 à 70% du coke déposé peuvent être brûlés au cours de la première étape de régénération à une température moyenne inférieure à 7000C et, de préférence, inférieure à 6500C et les 30 à 70% de carbone restant sur le catalyseur sont brûlés dans le lit fluidisé ou entraînés du second régénérateur sans restriction de température.
Cette solution, consistant à opérer avec une température de régénération du second régénérateur comprise entre 750 et 9500C, suivant le but recherché ou suivant le type de charge traitée, présente encore des inconvénients : en effet, il est des cas où une température trop élevée de régénération peut conduire à des perfomances dégradées, en raison d'une désactivation trop rapide de certains catalyseurs ou encore peut conduire à une circulation de catalyseur chaud inférieure à celle théoriquement souhaitée par une conversion optimale.
Il serait donc souhaitable de limiter la température de chacun des régénérateurs à l'aide de plusieurs échangeurs thermiques, mais cela implique un surcoût important et des difficultés de régulation de la température de chacune des chambres.
La présente invention vise à proposer une solution simple, permettant d'optimiser la température dans les deux chambres de régénération et d'adapter spécifiquement la température finale du catalyseur régénéré aux besoins de la charge à traiter dans l'unité de conversion.
La présente invention a donc pour premier objet un procédé de régénération en continu d'un catalyseur, par combustion en lit fluidisé du coke déposé sur ce catalyseur au cours d'une réaction de conversion d > hydrocarbu- res, ce procédé étant du type dans lequel une proportion d'environ 50 à 90% dudit coke est brûlée dans une première étape, à une température T1 ne dépassant pas environ 7300C et, de préférence, comprise entre 650 et 7100C, dans une première chambre de régénération fonctionnant en lit fluidisé, où les grains de catalyseur à régénérer sont introduits essentiellement à contre-courant d'un fluide contenant l'oxygène, cette chambre possédant son propre dispositif d'évacuation des effluents gazeux contenant la vapeur d'eau entraînée ou formée au cours de ladite combus tion, tandis que les 10 à 50% de coke résiduel sont brûlés au cours d'une deuxième étape de régénération, en présence d'un fluide contenant un excès d'oxygène par rapport à la stoechiométrie de la combustion, à une température T2 supérieure à T1 et inférieure à 9500C et, de préférence, à 9100C, dans une seconde chambre de régénération distincte de la première, ledit procédé étant caractérisé en ce que la température T2 des grains de catalyseur régénéré provenant de la deuxième chambre de régénération et recyclés à la zone réactionnelle de conversion est maintenue à une valeur prédéterminée en fonction des besoins de la zone réactionnelle, par prélèvement d'une quantité contrôlée du catalyseur de la seconde chambre et par refroidissement de celui-ci à un niveau de température T3 inférieur à T1, la fraction de catalyseur'ainsi refroidie étant essentiellement réintroduite dans le lit fluidisé de la première chambre de régénération, dont la température de combustion est maintenue sensiblement égale à la valeur T1 par une modification appropriée de la quantité de fluide contenant de l'oxygène introduite dans cette chambre.
Le procédé selon l'invention permet ainsi, par augmentation du débit d'oxygène dans la première chambre, d'augmenter la combustion de coke, qui va alors dégager plus de calories et compenser le refroidissement provoque par l'arrivée du catalyseur refroidi dans l'échangeur thermique, ce qui permet de maintenir la température T1 à une valeur optimum proche de 7100C, et d'envoyer à la deuxième chambre de régénération un catalyseur contenant moins de coke. I1 est ainsi possible d'abaisser la température finale T2 résultant de la combustion complète du coke en présence d'un excès d'oxygène.
Par excès d'oxygène dans la seconde chambre de régé nération, on entend une proportion d'oxygène supérieure à
la stoechiométrie de la réaction permettant de transformer
le carbone essentiellement en dioxyde de carbone.
la stoechiométrie de la réaction permettant de transformer
le carbone essentiellement en dioxyde de carbone.
La combinaison de ces étapes du procédé conduit à un
certain nombre d'avantages par rapport aux solutions pro
posées selon l'art antérieur.
certain nombre d'avantages par rapport aux solutions pro
posées selon l'art antérieur.
Tout d'abord, le catalyseur régénéré est adapté à une
température qui correspond mieux aux besoins de l'unité
en particulier en ce qui concerne, d'une part, la vapori
sation de la charge injectée et, d'autre part, le rapport catalyseur sur charge) que l'on peut optimiser. Cette
température est donc moins liée que dans la technique
antérieure à la différence entre les quantités de coke
présentes sur le catalyseur à l'entrée et à la sortie de
la zone de régénération (différence dite "delta coke")
elle est maintenant déterminée pour répondre aux seuls
besoins thermiques de l'unité. Le procédé selon l'inven
tion permet donc le choix d'un rapport massique optimal
entre le catalyseur et la charge. Ce choix contribue à
l'obtention d'un indice d'octane (MON) élevé et à l'augmen
tation de la conversion de la charge.De plus, du fait de
la dilution du catalyseur désactivé de la premiere chambre
de régénération par du catalyseur au moins partiellement
régénéré provenant de la seconde chambre, la cinétique de
combustion est telle qu'on observe moins de points chauds.
température qui correspond mieux aux besoins de l'unité
en particulier en ce qui concerne, d'une part, la vapori
sation de la charge injectée et, d'autre part, le rapport catalyseur sur charge) que l'on peut optimiser. Cette
température est donc moins liée que dans la technique
antérieure à la différence entre les quantités de coke
présentes sur le catalyseur à l'entrée et à la sortie de
la zone de régénération (différence dite "delta coke")
elle est maintenant déterminée pour répondre aux seuls
besoins thermiques de l'unité. Le procédé selon l'inven
tion permet donc le choix d'un rapport massique optimal
entre le catalyseur et la charge. Ce choix contribue à
l'obtention d'un indice d'octane (MON) élevé et à l'augmen
tation de la conversion de la charge.De plus, du fait de
la dilution du catalyseur désactivé de la premiere chambre
de régénération par du catalyseur au moins partiellement
régénéré provenant de la seconde chambre, la cinétique de
combustion est telle qu'on observe moins de points chauds.
La température plus homogène qui en résulte permet de se
rapprocher plus efficacement de la température limite de
stabilité du catalyseur (environ 7100C à 7500C, selon le
temps de séjour et la température du catalyseur) en pré
sence de vapeur d'eau, ce qui contribue à augmenter enco
re plus (jusqu'à 90% et plus) le taux de combustion du
coke dans la première chambre du régénérateur sans dépas
ser une température T1 prédéterminée.
rapprocher plus efficacement de la température limite de
stabilité du catalyseur (environ 7100C à 7500C, selon le
temps de séjour et la température du catalyseur) en pré
sence de vapeur d'eau, ce qui contribue à augmenter enco
re plus (jusqu'à 90% et plus) le taux de combustion du
coke dans la première chambre du régénérateur sans dépas
ser une température T1 prédéterminée.
Par ailleurs, en limitant au strict minimum le temps
de séjour à haute température des particules de catalyseur
dans la deuxième zone de régénération (puisqu'il reste peu
de coke à brûler), par réduction de la taille du régénéra
teur et/ou de son inventaire, on réduit également la pos sibilité de désactivation du catalyseur.
de séjour à haute température des particules de catalyseur
dans la deuxième zone de régénération (puisqu'il reste peu
de coke à brûler), par réduction de la taille du régénéra
teur et/ou de son inventaire, on réduit également la pos sibilité de désactivation du catalyseur.
De-plus, le catalyseur étant moins désactivé que dans les unités de type classique, l'appoint en catalyseur, qui est généralement de 0,5 à 10 kg de catalyseur par tonne de charge injectée (quantité qui varie essentiellement avec la teneur en métaux de la charge et avec la température finale du catalyseur régénéré), peut maintenant être diminué dans une proportion notable (de l'ordre de 25 à 50%), d'où une économie directe sur les coûts opératoires de l'unité de craquage considérée et une maintenance plus aisée de l'activité catalytique au niveau souhaité.
Cet appoint en catalyseur étant notablement diminué, la masse de catalyseur qui circule dans l'unité est beaucoup plus homogène, sur le plan de l'activité catalytique, ce qui se traduit pas une meilleure sélectivité et, donc, par des rendements améliorés en produits recherchés, (essences ou gasoles suivant les cas), avec pour conséquence une meilleure valorisation des effluents de l'unité de craquage.
Enfin, la diminution de la taille des équipements de la seconde zone de régénération (d-ispositif d'amenée du catalyseur, moyen d'injection des gaz de combustion, et séparateur du catalyseur régénéré), qui résulte du fait que la majeure partie du coke a été éliminée au cours de la première étape, permet une diminution sensible des coûts de construction de l'unité de craquage.
De manière plus détaillée, on peut mettre en oeuvre le procédé selon l'invention de la façon suivante
a- on introduit le catalyseur à régénérer et le fluide contenant de l'oxygène dans la première chambre de régénération, ledit fluide s'écoulant de bas en haut à contre-courant du catalyseur
b- on sépare les effluents gazeux dans la partie supérieure de ladite première chambre de régénération et l'on prélève le catalyseur partiellement régénéré à la base de cette chambre pour l'envoyer dans la deuxième chambre de régénération, où l'on réalise ladite seconde étape de régénération, à température plus élevée
c- on reprend une partie du catalyseur provenant de la seconde chambre dans un échangeur thermique, d'une part, pour refroidir le catalyseur et, d'autre part, pour récupérer de la chaleur
d- on soutire ledit catalyseur ainsi refroidi, et on le recycle dans le lit fluidisé de la première chambre de régénération.
a- on introduit le catalyseur à régénérer et le fluide contenant de l'oxygène dans la première chambre de régénération, ledit fluide s'écoulant de bas en haut à contre-courant du catalyseur
b- on sépare les effluents gazeux dans la partie supérieure de ladite première chambre de régénération et l'on prélève le catalyseur partiellement régénéré à la base de cette chambre pour l'envoyer dans la deuxième chambre de régénération, où l'on réalise ladite seconde étape de régénération, à température plus élevée
c- on reprend une partie du catalyseur provenant de la seconde chambre dans un échangeur thermique, d'une part, pour refroidir le catalyseur et, d'autre part, pour récupérer de la chaleur
d- on soutire ledit catalyseur ainsi refroidi, et on le recycle dans le lit fluidisé de la première chambre de régénération.
La quantité de catalyseur refroidi par l'échangeur est généralement inférieure à 150% en poids du catalyseur en circulation dans la première zone de régénération : on a observé qu'on obtenait un excellent taux de régénération avec une quantité de catalyseur refroidi comprise entre environ 15 à 50% en poids.
La température du catalyseur provenant de la deuxième chambre de régénération sera amenée, d'une façon générale, d'une température d'environ 710 à 9000C, à une température comprise entre 400 et 7000C et, de préférence, entre 450 et 6000C.
En conséquence, l'augmentation du débit de fluide oxydant pour compenser le refroidissement dû à l'arrivée de catalyseur refroidi dans la première chambre de régénération pourra être de l'ordre de 1 à 50%, par rapport au débit normalement requis sans utilisation de l'échangeur thermique.
Dans ces conditions de combustion conformes à la présente invention, le rapport CO/C02 dans la première chambre de régénération est généralement compris entre 0,3 et 1,5 et, de préférence, entre 0,5 à 1,3.
Selon un mode particulièrement avantageux de mise en oeuvre de la présente invention, on refroidit le catalyseur du deuxième régénérateur à l'aide d'un échangeur thermique tubulaire de type connu en soi, dans lequel on fait circuler un fluide de refroidissement, par exemple de l'air, de l'eau, de la vapeur d'eau ou des mélanges de ces fluides, et l'on extrait ce fluide de l'échangeur à une température généralement comprise entre 300 et 7500C, ce qui est particulièrement avantageux à ce niveau de température ; en particulier, il est possible de réutiliser cette vapeur, dont la température est élevée, pour améliorer les conditions de strippage du catalyseur provenant de la réaction et permettre ainsi une meilleure récupération des hydrocarbures.
On peut réguler la température T2 de la deuxième chambre de régénération en faisant varier, par exemple à l'aide d'une vanne à glissière, le débit de particules catalytiques circulant dans liéchangeur thermique, de façon à adapter la température du catalyseur régénéré au rapport massique catalyseur/hydrocarbures à craquer, ce qui permet l'optimisation de la réaction de conversion de ces hydrocarbures.
On peut également réguler, en plus du débit de circulation du catalyseur dans l'échangeur thermique, le débit du fluide oxydant de la première chambre de régénération grâce à une sonde de température permettant de déterminer l'écart entre la température mesurée et la valeur de consigne et d'agir en conséquence sur les moyens d'alimentation en fluide oxydant.
Les catalyseurs susceptibles d'être régénérés selon le procédé de l'invention sont généralement ceux-décrits dans l'art antérieur (par exemple dans le brevet
US 4.405.445). Ces catalyseurs ont généralement à l'équi- libre un taux en résidus hydrocarbonés et en coke supérieur à environ 1,3% poids, ainsi qu'une teneur en métaux lourds comprise entre environ 5.000 et 60.000 ppm.
US 4.405.445). Ces catalyseurs ont généralement à l'équi- libre un taux en résidus hydrocarbonés et en coke supérieur à environ 1,3% poids, ainsi qu'une teneur en métaux lourds comprise entre environ 5.000 et 60.000 ppm.
Selon un-mode particulièrement avantageux de mise en oeuvre de l'invention, on peut introduire (par des techniques conventionnelles d'imprégnation sur le cat-alyseur) des inhibiteurs de combustion du CO ou des accélérateurs de combustion du coke, comprenant par exemples des composés alcalino-terreux tels que ceux décrits dans les brevets EP 107.375, 120.096 et 32.277.
Ils peuvent être utilisés à une concentration comprise entre 0,001 et 5% et, de préférence, entre 0,1 et 2% en poids, par rapport au poids des particules catalytiques.
L'invention a donc également pour objet un dispositif de régénération en continu d'un catalyseur, par combustion en lit fluidisé du coke déposé au cours d'une réaction de conversion d'hydrocarbures, ce dispositif comprenant, d'une part, une première chambre de régénération par combustion du coke déposé sur le catalyseur, cette première chambre étant équipée d'un conduit d'amenée du catalyseur désactivé, de moyens d'alimentation en un fluide contenant de l'oxygène et de moyens d'évacuation des effluents, d'autre part, une seconde chambre de régénération, munie d'un conduit d'amenée à partir de la première chambre de catalyseur partiellement régénéré, de seconds moyens d'alimentation en fluide de combustion, de moyens de séparation du catalyseur régénéré des gaz de combustion, chacune des chambres comprenant en outre un moyen de mesure de la température de combustion en lit fluidisé, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur thermique, de préférence extérieur aux deux chambres, des moyens de prélèvement dans ladite seconde chambre d'une fraction contrôlée de catalyseur chaud, en vue de maintenir la température de combustion dans cette chambre sensiblement égale à une première valeur de consigne inférieure à 9500C et, de préférence, 9100C, des moyens de transfert de cette fraction de catalyseur chaud audit échangeur thermique en vue de le refroidir, des moyens d'évacuation du catalyseur refroidi dudit échangeur thermique et de réinjection du catalyseur refroidi dans ladite première chambre, et des moyens de régulation de l'alimentation en fluide de combustion de ladite première chambre asservis au moyen de mesure de la température dans cette chambre, en vue de maintenir sensiblement cette température à une seconde valeur de consigne, inférieure à 7300C et, de préférence, comprise entre 675 et 7100C.
Avantageusement, ledit échangeur thermique sera équipé d'un moyen de diffusion d'un fluide destiné à y maintenir le catalyseur à l'état fluidisé.
Le contrôle de la quantité de catalyseur chaud prélevée dans la seconde chambre de régénération sera, par exemple, assuré par une vanne disposée en aval ou en amont de l'échangeur thermique et asservie au moyen de mesure de la température dans cette chambre, cette vanne s'ouvrant dès que la température mesurée est supérieure à la température de consigne.
La figure unique du dessin annexé illustre une forme de mise en oeuvre du procédé de régénération conforme à l'invention, utilisé dans un dispositif de craquage catalytique en lit fluidisé. Dans le dispositif représenté, le catalyseur est régénéré dans un système de régénération en lit fluidisé dans lequel la deuxième chambre de régénération est disposée au-dessus de la première chambre.
Cette forme de réalisation n' a bien entendu pas de caractère limitatif.
Le dispositif représenté comprend essentiellement une colonne 1 dite élévateur de charge ou encore "riser", alimentée à sa base
- en charge à traiter, par des injecteurs 2, connectés à une ligne 3 d'-alimentation
- en catalyseur régénéré, par le conduit 4
- en gaz de fluidisation par le diffuseur 5', alimenté par la ligne 5.
- en charge à traiter, par des injecteurs 2, connectés à une ligne 3 d'-alimentation
- en catalyseur régénéré, par le conduit 4
- en gaz de fluidisation par le diffuseur 5', alimenté par la ligne 5.
La colonne 1 débouche à son sommet dans une enceinte 6, qui lui est concentrique et dans laquelle s'effectuent, d'une part, la séparation de la charge craquée et, d'autre part, le strippage du catalyseur désactivé. Les produits de la réaction sont séparés dans un cyclone 7, au sommet duquel est prévue une ligne d'évacuation 8 de la charge craquée vers l'unité de fractionnement 9, tandis que les particules de catalyseur désactivé sont strippées à la base de l'enceinte 6. A cet effet une ligne 10 alimente e,n gaz de strippage, généralement de la vapeur d'eau, des diffuseurs 11 disposés régulièrement à la base de l'en- ceinte 6.
Les particules de catalyseur désactivé ainsi strippées sont évacuées vers une première chambre 12 de régénération, par l'intermédiaire d'un conduit 13, sur lequel est prévue. une vanne de régulation 14. Ce conduit se termine ici par un déversoir permettant une dispersion homogène des grains de catalyseur, de préférence dans la partie diluée située au-dessus du lit fluidisé dense 15 de la première chambre 12. La température du lit fluidisé est mesurée à l'aide d'une sonde 16. Lorsque cette température décroît au-dessous d'une valeur T1 de consigne, du fait de l'introduction de catalyseur relativement froid introduit comme on le verra ci-après par la ligne 17, le débit de fluide oxydant amené au diffuseur 20, disposé à la base de la chambre, par la ligne 18 munie d'une vanne de régulation 19, est augmenté jusqu'à ce que la température mesurée en 16 retrouve la valeur de consigne.
Environ 50 à 90% du coke (et sensiblement tous les composé risiduels hydrocarbonés) sont ainsi brûlés à contre-courant de l'air qui est injecté à la base du régénérateur. Le gaz de combustion riche en CO et H20, après avoir été débarrassé dans le cyclone 21 des poussières de catalyseur, est évacué par une ligne 22.
Les particules de catalyseur partiellement régéné-ré sont ensuite transférées vers une seconde chambre 23 de régénération, disposée au-dessus de la chambre 12 par le conduit 24 alimenté en air par la ligne 25. A la base de la seconde chambre de régénération peut être disposé un diffuseur 26 alimenté en air par la ligne 25.
Une partie des particules de catalyseur régénéré est évacuée latéralement dans une enceinte tampon 27. Dans cette enceinte, la fluidisation des particules est habituellement contrôlée par un diffuseur annulaire 28, alimenté en gaz de fluidisation, tel que de l'air ou un gaz inerte, par une ligne 29. A partir de l'enceinte 27, les particules du catalyseur régénéré sont recyclées par le conduit 4 à l'alimentation de l'élévateur 1, en quantité déterminée par ltouverture ou la fermeture d'une vanne 30. A la partie supérieure de la chambre 23, les gaz de combustion sont séparés des particules de catalyseur par un cyclone 31 et sont évacuées par une ligne 32.
Une autre partie du catalyseur se déverse par le conduit 33 dans un échangeur thermique 34, d'un type connu en soi, comprenant une ligne d'arrivée 35 du fluide de refroidissement (généralement composé d'air, d'eau ou de vapeur d'eau, seuls ou en mélange) et une ligne de sortie 36 du fluide réchauffé. L'échangeur 34, comprend à sa base un diffuseur 37 alimenté par la ligne 38 en un gaz de fluidisation; tel que de l'air, destiné à améliorer l'échange thermique par le maintien d'une bonne fluidisation des grains de catalyseur dans l'échangeur. A la sortie de l'échangeur 34 une vanne 39, telle qu'une vanne à glissière, permet de contrôler le débit de catalyseur transféré d'une chambre à l'autre, dès que la température du catalyseur régénéré excède la valeur de consigne requise.
Le débit de catalyseur traversant l'échangeur thermique est ajusté pour maintenir la température régnant dans la deuxième chambre de régénération et donc, finalement, la température d'entrée dans la zone réactionnelle 1,à une température de consigne propre à la charge craquée dans l'unité. Lorsque la température du catalyseur régénéré est plus élevée que cette valeur de consigne, on accroît la-quantité de catalyseur traversant l'échangeur thermique. Le refroidissement du catalyseur dans le lit fluidisé de la première chambre de régénération est alors compensé par une augmentation de l'alimentation en oxygène et une plus grande quantité de coke peut alors y être brûlée. A l'inverse, lorsque la température du catalyseur régénéré devient inférieure à la valeur de consigne nécessaire au bon fonctionnement de la réaction catalytique, le débit du catalyseur recyclé dans l'échangeur thermique est diminué et éventuellement stoppé, ce qui permet ainsi à la température du catalyseur régénéré de remonter.
I1 va de soi que la présente invention peut s'appli- quer à des dispositifs différents de celui décrit sur la figure 1. En particulier, la première chambre de régénération peut être située au-dessus de la seconde chambre.
L'échangeur de chaleur peut alors fonctionner du bas vers le haut, en augmentant le débit du fluide de régulation.
Dans une telle forme de mise en oeuvre de l'invention, le catalyseur devant être refroidi est alors transporté pneumatiquement.
Claims (12)
1- Procédé de régénération en continu d'un catalyseur, par combustion en lit fluidisé du coke déposé sur ce catalyseur au cours d'une réaction de conversion d'hydrocarbures, ce procédé étant du type dans lequel une proportion d'environ 50 à 90% dudit coke est brûlée dans une premiè-re étape, à une température T1 ne dépassant pas environ 7300C et, de préférence. comprise entre 650 et 7100C, dans une première chambre de régénération fonctionnant en lit fluidisé, où les grains de catalyseur à régénérer sont introduits essentiellement à contrecourant d'un fluide contenant l'oxygène, cette chambre possédant son propre dispositif d'évacuation des effluents gazeux contenant la vapeur d'eau entraînée ou formée au cours de ladite combustion, tandis que les 10 à 50% de coke résiduel sont brûlés au cours d'une deuxième étape de régénération, en présence d'un fluide contenant un excès d'oxygène par rapport à la stoechiométrie de la combustion, à une température T2 supérieure à T1 et inférieure à 9500C et, de préférence, à 9100C, dans une seconde chambre de régénération distincte de la première, ledit procédé étant caractérisé en ce que la température T2 des grains de catalyseur régénéré provenant de la deuxième chambre de régénération et recyclés à la zone réactionnelle de conver sion est maintenue à une valeur prédéterminée en fonction des besoins de la zone réactionnelle, par prélèvement d'une quantité contrôlée du catalyseur de la seconde chambre et par refroidissement de celui-ci à un niveau de température T3 inférieur à T1, la fraction de catalyseur ainsi refroidie étant essentiellement réintroduite dans le lit fluidisé de la première chambre de régénération, dont la température de combustion est maintenue sensiblement égale à la valeur T1 par une modification appropriée de la quantité de fluide contenant de l'oxygène introduite dans cette chambre.
2- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de catalyseur prélevé dans la seconde chambre de régénération et refroidi est inférieure à 150% en poids et, de préférence, de 15 à 50% en poids de la masse de catalyseur en circulation dans la première chambre de régénération.
3- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la température du catalyseur refroidi réintroduit dans la première chambre de régénération est comprise entre 400 et 7000C et, de préférence, entre 450 et 6000C.
4- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'accroissement du débit du fluide oxydant alimentant la première chambre de régénération, consécutif à l'introduction dans celle-ci du catalyseur refroidi, est compris entre 1 et 50% et, de préférence, entre 10 et 20% du débit normal de ce fluide, en l'absence d'introduction du catalyseur refroidi.
5- Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que
a- on introduit le catalyseur à régénérer et le fluide contenant de l'oxygène dans la première chambre de régénération, ledit fluide s'écoulant de bas en haut à contre-courant du catalyseur
b- on sépare les effluents gazeux dans la partie supérieure de ladite première chambre de régénération et l'on prélève le catalyseur partiellement régénéré à labase de cette chambre pour l'envoyer dans la deuxième chambre de régénération, où l'on réalise ladite seconde étape de régénération, à température plus élevée
c- on reprend une partie du catalyseur provenant de la seconde chambre dans un échangeur athermique, d'une part, pour refroidir ce catalyseur et, d'autre part, pour récupérer de la chaleur
d- on soutire de l'échangeur thermique ledit catalyseur ainsi refroidi, et on le recycle dans le lit fluidisé de la première chambre de régénération.
6- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le fluide utilisé dans ledit échangeur thermique pour refroidir le catalyseur est utilisé pour stripper le catalyseur désactivé avant sa régénération.
7- Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le rapport CO/C02, dans la première chambre de combustion, est compris entre 0,3 et 1,5 et, de préférence, entre 0,3 et 1,3.
8- Dispositif de régénération en continu d'un catalyseur, par combustion en lit fluidisé du coke déposé au cours d'une réaction de conversion d'hydrocarbures, ce dispositif comprenant, d'une part, une première chambre de régénération (12) par combustion du coke déposé sur le catalyseur, cette première chambre étant éqUipée d'un conduit (13) d'amenée de catalyseur désactivé, de moyens d'alimentation (18, 20) en un fluide contenant de lloxy- gène et de moyens (22, 24) d'évacuation (2) des effluents, d'autre part, une seconde chambre de régénération (23), munie d'un conduit (24) d'amenée à partir de la première chambre de catalyseur partiellement régénérée, de seconds moyens (25, 26.) d'alimentation en fluide de combustion, de moyens (31) de séparation du catalyseur régénéré des gaz de combustion, chacunes des chambres comprenant en outre un moyen (16, 25) de mesure de la température de combustion en lit fluidisé, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un échangeur thermique (34), de préférence extérieur aux deux chambres, des moyens (33) de prélèvement dans ladite seconde chambre (23) d'une fraction contrôlée de catalyseur chaud, en vue de maintenir la température de combustion dans cette chambre sensiblement égale à une première valeur de consigne inférieure à 9500C et, de préférence, à 9100C, des moyens de transfert de cette fraction de catalyseur chaud audit échangeur thermique (34) en vue de le réfroidir, des moyens d'évacuation (17) de catalyseur refroidi dudit échangeur thermique et de réinjection de ce catalyseur refroidi dans la dite première chambre(l2), et des moyens (19) de régulation de l'alimentation en fluide de combustion de ladite première chambre asservis au moyen (16) de mesure de la température dans cette première chambre, en vue de maintenir sensiblement cette température à une seconde valeur de consigne, inférieure à 7300C et, de préférence, compri se entre 650 et 7100C.
9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une vanne (39) disposée en aval ou en amont dudit échangeur thermique (34) est asservie au moyen (25) de mesure de la température de combustion dans la seconde chambre de régénération (23) et contrôle la quantité de catalyseur prélevée dans cette chambre et refroidi dans ledit échangeur thermique.
10- Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique (34) est équipé d'un moyen (37) de diffusion d'un fluide apte à y maintenir le catalyseur à l'état fluidisé.
11- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que la seconde chambre de régénération (23) est disposée au-dessus de la première chambre (12), dans laquelle le catalyseur désactivé à régénérer s'écoule sensiblement à contre-courant du fluide d'oxydation, et en ce que ledit échangeur thermique (34) est situé à un niveau intermédiaire entre lesdites chambres (12) et (23), de manière que la fraction de catalyseur chaud prélevée dans la seconde chambre et transférée dans l'échangeur se déplace par gravité.
12- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la fraction de catalyseur traversant l'échangeur thermique (34) s'y déplace verticalement.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8803030A FR2628342A1 (fr) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Procede et dispositif de regeneration en lit fluidise d'un catalyseur |
| EP89400652A EP0332536B1 (fr) | 1988-03-09 | 1989-03-08 | Procédé et dispositif de régénération en lit fluidisé d'un catalyseur |
| DE8989400652T DE68902253T2 (de) | 1988-03-09 | 1989-03-08 | Verfahren und vorrichtung zum regenerieren eines katalysators in einem fliessbett. |
| JP1057668A JP2710660B2 (ja) | 1988-03-09 | 1989-03-09 | 触媒の流動床再生方法および装置 |
| US07/321,515 US4965232A (en) | 1988-03-09 | 1989-03-09 | Process for fluidized-bed catalyst regeneration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8803030A FR2628342A1 (fr) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Procede et dispositif de regeneration en lit fluidise d'un catalyseur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2628342A1 true FR2628342A1 (fr) | 1989-09-15 |
Family
ID=9364089
Family Applications (1)
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| FR8803030A Withdrawn FR2628342A1 (fr) | 1988-03-09 | 1988-03-09 | Procede et dispositif de regeneration en lit fluidise d'un catalyseur |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2628342A1 (fr) |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |