FR2760386A1 - REGENERATION OF CATALYSTS FOR REFORMING OR ISOMERIZATION OR DEHYDROGENATION OF PARAFFINS IN A VIBRANT HELICOIDAL SPIRE - Google Patents
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Abstract
Description
Ainsi, la présente invention concerne notamment l'application aux procédés de réformage catalytique, de déshydrogénation des paraffines avec régénération de préférence en continu du catalyseur, d'un procédé décrit dans l'art antérieur, consistant à faire monter les particules de catalyseurs dans au moins une spire hélicoïdale vibrante, à les soumettre sur au moins une partie de leur trajet et de préférence sur la majeure partie de leur trajet à un profil de température et à les mettre au contact avec au moins un fluide sur au moins une partie de leur trajet. Thus, the present invention relates in particular to the application to processes of catalytic reforming, of dehydrogenation of paraffins with preferably continuous regeneration of the catalyst, of a process described in the prior art, consisting in raising the particles of catalysts in the at least one vibrating helical turn, subjecting them over at least part of their path and preferably over the major part of their path to a temperature profile and bringing them into contact with at least one fluid over at least part of their path.
Une application possible est donc le réformage catalytique qui est un procédé consistant à augmenter l'indice d'octane des essences en favorisant les réactions de déshydrogénation des naphtènes, d'isomérisation des alkylnaphtènes et des paraffines, et de déshydrocyclisation des paraffines. Le procédé de déshydrogénation des paraffines permet d'obtenir des oléfines comportant le même nombre d'atomes de carbone que les paraffines de départ. One possible application is therefore catalytic reforming which is a process consisting in increasing the octane number of gasolines by promoting the reactions of dehydrogenation of naphthenes, of isomerization of alkylnaphthenes and paraffins, and of dehydrocyclization of paraffins. The paraffin dehydrogenation process makes it possible to obtain olefins having the same number of carbon atoms as the starting paraffins.
Ces oléfines pourront être utilisées ultérieurement pour la production de bases pour supercarburants (éthers, alkylats) ou de détergents biodégradables. Les procédés de réformage et de déshydrogénation des paraffines mettent en oeuvre des catalyseurs solides à base de métaux précieux tels le platine ou le rhénium ou des oxydes tels l'oxyde de molybdène ou l'oxyde de chrome, supportés sur un oxyde réfractaire tel l'alumine.These olefins can be used later for the production of bases for super fuels (ethers, alkylates) or biodegradable detergents. The paraffin reforming and dehydrogenation processes use solid catalysts based on precious metals such as platinum or rhenium or oxides such as molybdenum oxide or chromium oxide, supported on a refractory oxide such as alumina.
Au cours du temps, ces catalyseurs se désactivent du fait du dépôt progressif d'hydrocarbures polyaromatiques de structure complexe portant le nom usuel de coke. Le dépôt de coke oblige à régénérer le catalyseur au terme d'un cycle de fonctionement allant de quelques jours à plus d'un an. Dans les unités à régénération continue du catalyseur, il n'est pas nécessaire d'arrêter les unités pour procéder à la régénération du catalyseur. Le catalyseur est transporté d'un réacteur à l'autre par un procédé adéquat, de nature mécanique ou pneumatique, puis il est transporté vers une colonne de régénération opérant la réjuvénation du catalyseur, enfin le catalyseur régénéré est transporté en tête du premier réacteur et ainsi de suite. Over time, these catalysts deactivate due to the progressive deposition of polyaromatic hydrocarbons of complex structure bearing the usual name of coke. The deposition of coke makes it necessary to regenerate the catalyst at the end of an operating cycle ranging from a few days to more than a year. In units with continuous catalyst regeneration, it is not necessary to stop the units in order to regenerate the catalyst. The catalyst is transported from one reactor to another by an adequate process, of a mechanical or pneumatic nature, then it is transported to a regeneration column operating the rejuvenation of the catalyst, finally the regenerated catalyst is transported to the head of the first reactor and and so on.
La régénération des catalyseurs de réformage, d'isomérisation ou de déshydrogénation des paraffines peut comprendre plusieurs étapes, par exemple dans le cas du reformage d'une étape de combustion du coke destinée à éliminer le dépôt hydrocarboné par combustion ménagée en milieu oxydant, une étape de chloration (et notamment d'oxychloration) destinée à améliorer la dispersion de la phase active métallique (dans le cas de catalyseurs à base de platine) et une étape de calcination destinée à améliorer la fixation de la phase active, sécher le catalyseur et fixer sa teneur en chlore à la valeur requise pour des performances catalytiques optimales. Une étape de refroidissement du catalyseur sous air ou sous azote peut également suivre l'étape de calcination. The regeneration of the reforming, isomerization or dehydrogenation catalysts for paraffins can comprise several stages, for example in the case of the reforming of a stage of combustion of coke intended to remove the hydrocarbon deposit by combustion managed in an oxidizing medium, a stage chlorination (and in particular oxychlorination) intended to improve the dispersion of the metallic active phase (in the case of platinum-based catalysts) and a calcination step intended to improve the fixation of the active phase, dry the catalyst and fix its chlorine content at the value required for optimal catalytic performance. A step of cooling the catalyst in air or under nitrogen can also follow the calcination step.
Toutes ces étapes sont mises en oeuvre successivement dans les procédés existants de régénération en continu de catalyseurs de reformage. All these steps are implemented successively in existing processes for the continuous regeneration of reforming catalysts.
Dans ces procédés, par exemple le procédé Octafining de l'institut Français du
Pétrole ou le procédé CCR Platforming de UOP, le catalyseur s'écoule gravitairement de haut en bas d'une colonne appelée régénérateur, par exemple le Hi-Q-Regenerator de l'IFP ou le CycleMax d'UOP, en traversant successivement des zones où sont opérées les étapes de combustion, oxychloration, calcination et refroidissement sus-décrites. Ceci oblige à transporter le catalyseur du bas du dernier réacteur de reformage traversé par la charge vers le haut du régénérateur, puis à transporter le catalyseur du bas du régénérateur vers le haut du premier réacteur de réformage traversé par la charge ou du réducteur (zone de réduction du catalyseur à l'entrée du ltr réacteur de reformage). Ces transports de catalyseurs opérés, par exemple par des lifts gazeux, sont susceptibles de détériorer progressivement le catalyseur, par exemple en générant des fines et des poussières ou en brisant des particules de catalyseur.In these processes, for example the Octafining process of the French Institute of
Oil or the CCR Platforming process from UOP, the catalyst flows by gravity from top to bottom of a column called regenerator, for example the Hi-Q-Regenerator from IFP or the CycleMax from UOP, successively crossing zones where the combustion, oxychlorination, calcination and cooling steps described above are carried out. This requires transporting the catalyst from the bottom of the last reforming reactor crossed by the charge to the top of the regenerator, then transporting the catalyst from the bottom of the regenerator to the top of the first reforming reactor crossed by the charge or the reducing agent (zone of reduction of the catalyst at the inlet of the reforming reactor ltr). These transportations of catalysts operated, for example by gaseous lifts, are liable to gradually deteriorate the catalyst, for example by generating fines and dust or by breaking up particles of catalyst.
La mise en oeuvre d'un procédé dérivé d'un procédé connu de l'art antérieur, permet d'éviter la mise en oeuvre d'un procédé de transport de catalyseur vers le haut du régénérateur et à partir du bas du régénérateur. The implementation of a process derived from a process known from the prior art makes it possible to avoid the implementation of a process for transporting catalyst upwards from the regenerator and from the bottom of the regenerator.
L'appareil de mise en oeuvre du procédé est en effet un régénérateur alimenté par le catalyseur dans sa partie basse, le catalyseur régénéré sortant en haut de régénérateur. Donc en même temps qu' on procède à la régénération du catalyseur, on procède simultanément à sa remontée en haut de la loe zone réactionnelle de réformage. Ces zones réactionnelles sont généralement disposée côte à côte ou superposées, la charge et le catalyseur circulant généralement successivement de haut en bas à travers chque zone de réaction.The apparatus for implementing the process is in fact a regenerator supplied by the catalyst in its lower part, the regenerated catalyst leaving at the top of the regenerator. So, at the same time as the catalyst is regenerated, its recovery is simultaneously carried out at the top of the reforming reaction zone. These reaction zones are generally placed side by side or superimposed, the charge and the catalyst generally circulating successively from top to bottom through each reaction zone.
Ce même type d'agencement peut être utilisé également pour la déshydrognénation ou l'isomérisation des paraffines. Cet appareil est un élévateur vibrant comportant une rampe hélicoïdale de forme sensiblement tubulaire. L'appareil peut être mis en oeuvre dans un procédé de reformage catalytique en lit circulant, ou lors de la régénération hors site de catalyseur de réformage. Les particules de catalyseur s'élevant au sein de la spire sont soumises à un profil de température sur une partie de leur trajet, ainsi qu'il est décrit dans le brevet français 943 865. Ce profil de température peut être obtenu par contact indirect avec un fluide caloporteur baignant les pas de la spire, ainsi qu'il est décrit dans la demande de brevet français 2 634 187. Dans cette demande de brevet, les spires de la rampe hélicoïdale sont reliées les unes aux autres par deux bandes hélicoïdales, fixées à la rampe sur deux côtés opposés de celle-ci pour former un canal hélicoïdal, entre les spires de la rampe hélicoïdale, dans lequel peut circuler un fluide caloporteur. Plus généralement, ainsi qu'il est décrit dans la demande de brevet français n"943 865, l'ensemble du dispositif tube-spire peut-être placé dans une enceinte, où les produits transportés seront soumis à un traitement thermique, par exemple une enceinte calorifugée dans laquelle circule un fluide caloporteur baignant les pas de la spire. Il découle de la même demande de brevet que le fluide caloporteur peut traverser la spire elle-même. Ce gaz peut circuler à co- ou à contre- courant. Le chauffage de la spire peut également être obtenu par effet
Joule, en chauffant directement la masse métallique du tube ainsi qu'il est décrit dans la demande de brevet français européen EP-A-612561.This same type of arrangement can also be used for dehydrognenation or isomerization of paraffins. This device is a vibrating elevator comprising a helical ramp of substantially tubular shape. The device can be used in a catalytic reforming process in a circulating bed, or during the off-site regeneration of reforming catalyst. The catalyst particles rising within the coil are subjected to a temperature profile over part of their path, as described in French patent 943,865. This temperature profile can be obtained by indirect contact with a heat transfer fluid bathing the steps of the coil, as described in French patent application 2,634,187. In this patent application, the turns of the helical ramp are connected to each other by two helical bands, fixed to the ramp on two opposite sides thereof to form a helical channel, between the turns of the helical ramp, in which a heat transfer fluid can circulate. More generally, as described in French patent application No. 943,865, the entire tube-coil device may be placed in an enclosure, where the products transported will be subjected to a heat treatment, for example a insulated enclosure in which circulates a heat transfer fluid bathing the steps of the turn. It follows from the same patent application that the heat transfer fluid can cross the turn itself. This gas can circulate in co- or counter-current. coil can also be obtained by effect
Joule, by directly heating the metal mass of the tube as described in the French European patent application EP-A-612561.
En s'élevant dans la spire, le catalyseur traverse successivement une zone où il est préchauffé, de façon que sa température atteigne un niveau où la combustion ultérieure du coke s'effectue dans des conditions optimales, une zone de combustion du coke, où un débit d'air ou d'oxygène est introduit de façon étagée au niveau de plusieurs spires successives, de façon à limiter la concentration en oxygène et à ne pas risquer de dégrader le catalyseurs par des surchauffes locales, une zone de chloration où un agent chlorant tel le perchloréthylène est introduit avec de l'air et une zone de calcination où le catalyseur est balayé par un courant d'azote ou d'air sec contenant moins de 50 ppm d'eau. Il est possible de combiner en une seule zone les zones de combustion et de chloration, en introduisant l'agent chlorant en bas de zone de combustion. I1 est possible également de moduler les injections d'air ou d'oxygène en zone de combustion du coke, en introduisant par exemple des quantités d'air croissantes de bas en haut de l'élévateur hélicoidal. Les températures des gaz en entrée de zone de combustion peuvent être comprises entre 350 et 5500C, de façon préférentielle entre 420 et 5200C. As it rises in the turn, the catalyst successively crosses an area where it is preheated, so that its temperature reaches a level where the subsequent combustion of the coke takes place under optimal conditions, a coke combustion area, where a air or oxygen flow is introduced in a staggered fashion at several successive turns, so as to limit the oxygen concentration and not to risk degrading the catalysts by local overheating, a chlorination zone where a chlorinating agent such perchlorethylene is introduced with air and a calcination zone where the catalyst is swept by a stream of nitrogen or dry air containing less than 50 ppm of water. It is possible to combine the combustion and chlorination zones in a single zone, by introducing the chlorinating agent at the bottom of the combustion zone. It is also possible to modulate the injections of air or oxygen into the coke combustion zone, by introducing, for example, increasing amounts of air from the bottom to the top of the helical elevator. The temperatures of the gases entering the combustion zone can be between 350 and 5500C, preferably between 420 and 5200C.
La spire ou les spires s'il y en a plusieurs, comporte 2 pas au moins et est enroulée autour d'un fût creux dans lequel est disposé un système destiné à produire les vibrations, par exemple un moteur à balourds comme décrit dans la demande de brevet français 943 865. Les spires peuvent être jointives ou non jointives. Les gaz ou fluides destinés à la régénération des catalyseurs de réformage isomérisation ou de déshydrogénation peuvent être introduits par une ou plusieurs conduites de façon que lesdits gaz ou fluides circulent à coou contre-courant dans un ou plusieurs pas de la spire. La pression au sein de la spire peut être comprise entre 0.1 et 20 bars, de façon préférentielle entre 1 et 7 bars. Les gaz ou fluides peuvent être introduits dans la spire latéralement, par le dessus ou par le dessous de la spire en passant à travers une grille à mailles fines ou tout dispositif approprié destiné à empêcher la pénétration de particules de catalyseur dans les conduites d'arrivée des gaz. Il en va de même pour la ou les conduites de soutirage des gaz. The turn or turns if there are several, has at least 2 steps and is wound around a hollow shaft in which is arranged a system intended to produce vibrations, for example an unbalance motor as described in the request. French Patent 943,865. The turns can be contiguous or non-contiguous. The gases or fluids intended for the regeneration of isomerization or dehydrogenation reforming catalysts can be introduced by one or more pipes so that said gases or fluids circulate against the current in one or more steps of the turn. The pressure within the coil can be between 0.1 and 20 bars, preferably between 1 and 7 bars. The gases or fluids can be introduced into the coil laterally, from above or from below the coil by passing through a fine-mesh grid or any suitable device intended to prevent the ingress of particles of catalyst in the inlet pipes. gases. The same applies to the gas withdrawal line (s).
L' exemple et la figure décrits ci-après illustrent l'invention sans en limiter la portée. The example and the figure described below illustrate the invention without limiting its scope.
La figure 1 permet d'illustrer l'exemple décrit ci-après. La spire est disposée sur une table vibrante (1) et deux moteurs à balourds (2) génèrent les vibrations nécessaires à la montée du catalyseur. Ce catalyseur se présente sous forme de billes sphériques de diamètre 1,8 mm. L'entrée des particules solides se fait par la conduite (3) et la sortie des particules par la conduite (4). Figure 1 illustrates the example described below. The coil is arranged on a vibrating table (1) and two unbalanced motors (2) generate the vibrations necessary for the rise of the catalyst. This catalyst is in the form of spherical balls with a diameter of 1.8 mm. The entry of solid particles takes place via line (3) and the exit of particles through line (4).
L'ensemble fût-spire est contenu dans une enceinte calorifugée solidaire de la table vibrante (5). Un débit d'azote de 500 Nm3/h est introduit en haut du dispositif par la conduite (6), à la pression de 5 bars. Ce gaz est préchauffé à 480"C au moyen d'un four extérieur au dispositif décrit dans l'exemple. Ledit gaz baigne les pas de la spire puis est introduit en (7) latéralement en bas de la spire, dans la spire, et traverse la spire à co-courant avec le catalyseur. De l'air est introduit au moyen de douze conduites (8) délivrant chacune un débit de 8
Nm3/h d'air préchauffé à 480"C. Le catalyseur entre dans la spire à une température de 350"C à un débit de 500 kg/h. Sa teneur en carbone (coke) est de 6,0% poids.The barrel-turn assembly is contained in a thermally insulated enclosure secured to the vibrating table (5). A nitrogen flow rate of 500 Nm3 / h is introduced at the top of the device through line (6), at a pressure of 5 bars. This gas is preheated to 480 "C by means of an oven external to the device described in the example. Said gas bathes the steps of the turn then is introduced in (7) laterally at the bottom of the turn, in the turn, and crosses the coil co-current with the catalyst. Air is introduced by means of twelve pipes (8) each delivering a flow of 8
Nm3 / h of air preheated to 480 "C. The catalyst enters the coil at a temperature of 350" C at a flow rate of 500 kg / h. Its carbon content (coke) is 6.0% by weight.
Exemple
Le catalyseur se présente en une phase métallique de platine dispersée sur alumine, la teneur en platine étant de 0,30% poids. La surface métallique exposée avant régénération est 81%. La surface spécifique du catalyseur est 200 m2/g. Le catalyseur traverse la zone de brûlage du coke. La première conduite d'arrivée d'air est positionnée latéralement au niveau du second pas de la spire, le premier pas, baigné par l'azote introduit par la conduite (7), sert au préchauffage (zone 13) du catalyseur. Le temps de séjour du catalyseur dans la zone de combustion (zone 14) est de 30 mn, soit une longueur de tube de 60 m. Le catalyseur pénètre ensuite dans la zone d'oxychloration (zone 15), la conduite (9) introduisant un débit de 500 Nm3/h d'air contenant du perchloréthylène. L'alimentation des conduites (8), (9) et (11) est assurée par des conduites et un dispositif situé à l'intérieur du fût central. Le temps de séjour du catalyseur dans la zone d'oxychloration est de 30 mn, soit une longueur de tube de 60 m. L'effluent des zones de combustion et d'oxychloration sort de la spire par la conduite (10). Le catalyseur pénètre ensuite dans la zone de calcination (zone 16). Le temps de séjour du catalyseur dans la zone de calcination est de 15 mn, soit une longueur de tube de 30 m.Example
The catalyst is in a metallic platinum phase dispersed on alumina, the platinum content being 0.30% by weight. The metal surface exposed before regeneration is 81%. The specific surface of the catalyst is 200 m2 / g. The catalyst passes through the coke burn zone. The first air inlet pipe is positioned laterally at the level of the second pitch of the turn, the first step, bathed in nitrogen introduced by the pipe (7), is used for preheating (zone 13) of the catalyst. The residence time of the catalyst in the combustion zone (zone 14) is 30 min, ie a tube length of 60 m. The catalyst then enters the oxychlorination zone (zone 15), the pipe (9) introducing a flow rate of 500 Nm3 / h of air containing perchlorethylene. The pipes (8), (9) and (11) are supplied by pipes and a device located inside the central barrel. The residence time of the catalyst in the oxychlorination zone is 30 min, ie a tube length of 60 m. The effluent from the combustion and oxychlorination zones leaves the coil via the pipe (10). The catalyst then enters the calcination zone (zone 16). The residence time of the catalyst in the calcination zone is 15 min, ie a tube length of 30 m.
Le catalyseur est balayé à contre-courant par un courant d'air sec à 500 Nm3/h introduit en haut de la spire par la conduite (11). L'effluent de calcination sort de la spire par la canalisation (10) conjointement à l'effluent de combustion et d'oxychloration.The catalyst is swept against the current by a stream of dry air at 500 Nm3 / h introduced at the top of the coil through the pipe (11). The calcining effluent leaves the coil via the pipe (10) together with the combustion and oxychlorination effluent.
Les caractéristiques du catalyseur en sortie de spire sont les suivantes surface spécifique, 195 m2/g; dispersion de la phase métallique, 95%; teneur en carbone, 0,1%. Les caractéristiques mécaniques des billes de catalyseur (résistance à l'attrition, écrasement grain à grain) sont inchangées. La teneur en chlore est de 1,2% poids. Le dispositif décrit dans l'exemple permet donc la régénération complète du catalyseur de reforming. The characteristics of the catalyst at the exit of the turn are as follows specific surface, 195 m2 / g; dispersion of the metallic phase, 95%; carbon content, 0.1%. The mechanical characteristics of the catalyst balls (resistance to attrition, crushing grain to grain) are unchanged. The chlorine content is 1.2% by weight. The device described in the example therefore allows complete regeneration of the reforming catalyst.
Claims (6)
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