FR3097138A1 - Reacteur triphasique a compartiments verticaux en serie et procede d’hydroconversion de charges petrolieres lourdes - Google Patents

Reacteur triphasique a compartiments verticaux en serie et procede d’hydroconversion de charges petrolieres lourdes Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un réacteur d’hydroconversion d'une charge liquide d'hydrocarbures comprenant une enveloppe de réacteur (3) et une pluralité de compartiments (S1, S2) configurés pour fonctionner en série, délimités par des parois internes verticales (16), chaque compartiment comprenant :- une chambre d’injection de fluides (7), lesdits fluides comprenant la charge liquide d'hydrocarbures et un gaz contenant de l’hydrogène, - une zone catalytique d’hydroconversion surmontant et séparée de ladite chambre (7) par un plateau de distribution des fluides (8), ladite zone catalytique d’hydroconversion comportant un lit bouillonnant de catalyseur (9), lesdites parois internes verticales (16) étant étanches dans la partie du réacteur située au-dessus du plateau de distribution (8) de manière à empêcher le transfert de catalyseur et des fluides entre les compartiments dans ladite partie du réacteur. L’invention a également concerne également un procédé d’hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures mettant en œuvre un tel réacteur. Figure 1 à publier

Description

REACTEUR TRIPHASIQUE A COMPARTIMENTS VERTICAUX EN SERIE ET PROCEDE D’HYDROCONVERSION DE CHARGES PETROLIERES LOURDES
La présente invention concerne le domaine de l'hydroconversion de charges lourdes hydrocarbonées (par exemple un résidu pétrolier, des dérivés issus de la biomasse, du charbon) en produits plus légers, valorisables comme carburants ou matières premières pour la pétrochimie. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un réacteur et un procédé de conversion catalytique d'hydrocarbures, en particulier un réacteur et un procédé d'hydroconversion catalytique de charges pétrolières lourdes mettant en œuvre des lits bouillonnants.
Les procédés d'hydroconversion de charges lourdes d'hydrocarbures en lit bouillonnant utilisant un catalyseur sont bien connus de l’homme du métier. Dans ces procédés, le lit de catalyseur se trouve sous une forme dispersée et/ou expansée, la dispersion ou l'expansion étant provoquée par la circulation de bas en haut, de la charge liquide d'hydrocarbures et de l'hydrogène ou du gaz contenant l'hydrogène. On parle de lit bouillonnant ou lit fluidisé, tel que décrit dans le chapitre 3.5 "Hydroprocessing and Hydroconversion of Residue Fractions" de l’ouvrage "Catalysis by Transition Metal Sulphides", édité par les Éditions Technip en 2013. À titre d’exemples de tels procédés, on peut citer le procédé H-OilTM, licencié par la société Axens, décrit par exemple dans les brevets US4521295, US4495060, ou US4457831, ou dans l'article AIChE, March 19-23, 1995, Houston, Texas, paper number 46d, "Second generation ebullated bed technology", ou la technologie LC-Fining licenciée par Chevron-Lummus-Global, largement décrite dans la littérature.
Dans un procédé H-OilTMclassique, chaque réacteur comporte avantageusement une pompe de recirculation permettant le maintien du catalyseur en lit bouillonnant par un recyclage continu d'au moins une partie de fraction liquide avantageusement soutirée en tête du réacteur et réinjectée en bas du réacteur. En particulier, la pompe d’ébullition récupère classiquement le liquide de recyclage à partir d’un séparateur interne vapeur/liquide appelé coupelle de recycle, ou « recycle cup » en anglais. Cette séparation gaz/liquide peut également être opérée à l’extérieur du réacteur dans un séparateur chaud haute pression. Le recyclage interne de fluide est significatif, typiquement de 3 à 4 fois le débit de charge fraîche. Par charge fraîche, on entend la charge d’hydrocarbures liquide non convertie, entrant dans le procédé. Un tel recyclage de liquide dans le réacteur permet aussi d’avoir un fonctionnement quasiment isotherme et de contrôler ainsi l’exothermicité des réactions d’hydrotraitement. Cependant, de telles pompes sont couteuses, représentant d’importants investissements.
Plusieurs réacteurs à lit bouillonnant sont parfois mis en œuvre en série, par exemple pour une hydroconversion et un hydrotraitement plus poussé de la charge, comme par exemple décrit dans le brevet US7938952 faisant référence à un procédé H-OilTMoù deux réacteurs d’hydroconversion en lit bouillonnant sont mis en œuvre avec une séparation intermédiaire pour séparer la fraction légère de la fraction lourde envoyée dans le deuxième réacteur d’hydroconversion. Le brevet US5925238 décrit également un enchainement de deux réacteurs à lit bouillonnant disposés en série, sans séparateur intermédiaire, pour l’hydroconversion et l’hydrodésulfuration poussée de résidus pétroliers contenant des métaux. Les réacteurs à lits bouillonnant étant généralement opérés à des pressions et températures importantes pour traiter des charges lourdes, par exemple une pression allant de 2 MPa à 35MPa et une température comprise entre 300°C et 550°C, les couts de conception et de construction de ces équipements sont élevés, et leur optimisation est toujours souhaitable.
Un autre aspect essentiel du fonctionnement des réacteurs à lit bouillonnant est le remplacement en continu du catalyseur. Un remplacement de catalyseur est requis dans tous les procédés de conversion d'hydrocarbures, car le catalyseur se désactive principalement par dépôt de métaux contenus dans la charge, sous forme de sulfure de vanadium et de sulfure de nickel, et par dépôt de coke. La technologie du lit bouillonnant, si elle permet en effet d’augmenter in fine le temps entre deux arrêts du procédé de conversion par un renouvellement continu du catalyseur, comparativement à d’autres technologies comme celles du lit fixe, nécessite la mise en place d’un système de renouvellement en continu du catalyseur, avec un soutirage et un appoint de catalyseur chaque jour. Comme le catalyseur est très fortement mélangé dans le lit bouillonnant, après une période initiale de stabilisation, un état d’équilibre est atteint pour la distribution de l’âge du catalyseur et donc de son activité, car celle-ci diminue avec la durée de fonctionnement sous charge, permettant alors un fonctionnement à des conditions opératoires constantes avec des performances constantes dans la durée. En fonction de la charge traitée, les réacteurs à lit bouillonnant classiques fonctionnent avec des taux de renouvellement de catalyseur (CRR pour « Catalyst Replacement Rate » en anglais) allant de 0,01 à 8 % en poids de la masse totale de catalyseur contenue dans le réacteur (sur la base de la masse du catalyseur frais). Quand le procédé d’hydroconversion contient plusieurs réacteurs en série, les taux de renouvellement de catalyseur peuvent être différents dans les différents réacteurs.
À cause du très bon mélange du catalyseur dans le réacteur à lit bouillonnant, un inconvénient rencontré est que le catalyseur soutiré est constitué d’un mélange de catalyseur très fortement désactivé, de catalyseur moyennement désactivé et de catalyseur presque neuf, de sorte que l’utilisation du catalyseur dans les réacteurs d’hydrotraitement sur lits bouillonnants n’est pas optimisée. Le triage des particules de catalyseur en fonction de leur degré de désactivation est une opération difficile à réaliser.
Afin de répondre à cette problématique, il a été proposé, dans l’art antérieur, d’utiliser une série de lits bouillonnants étagés, avec la gestion du renouvellement continu du catalyseur suivante : le catalyseur frais est introduit à l'étage supérieur du réacteur, tandis que les étages situés au-dessous contiennent un catalyseur d'autant plus désactivé qu'il se trouve à un étage plus bas. Périodiquement, on laisse le catalyseur d'un étage n descendre à l'étage n - 1 immédiatement inférieur, tandis que le catalyseur moins usé de l'étage supérieur n + 1 passe à l'étage n, et ceci pour l'ensemble des étages. Le catalyseur du dernier étage, en bas du réacteur, est déchargé. Cela permet d'améliorer le taux d'utilisation d'un catalyseur avant décharge du réacteur. Le problème principal rencontré dans ce type de réacteur, concerne le transfert du catalyseur d'un étage à l'étage suivant situé en dessous. On a d'abord proposé de laisser descendre le catalyseur progressivement à travers tous les étages, mais ceci présente l'inconvénient majeur de mélanger, à chaque étage, du catalyseur relativement plus actif de l'étage n avec du catalyseur relativement moins actif de l'étage n - 1, d'où une utilisation relativement mauvaise du catalyseur.
Le brevet FR2460990 a par exemple proposé d’optimiser le transfert du catalyseur entre les différents étages d’un réacteur à lit bouillonnant compartimenté par des grilles horizontales. Dans ce document, les mailles des grilles horizontales ont un diamètre inférieur à celui des particules de catalyseur pour permettre le passage du fluide (charge et hydrogène) d’un compartiment à un autre dans le sens ascendant. Les grilles horizontales comportent des zones ouvertes au-dessous desquelles sont placées des boîtes de distribution de fluide qui permettent de contrôler le passage du catalyseur d’un compartiment supérieur à un compartiment inférieur. Toutefois, dans ce type d’installation, il est nécessaire d’interrompre le flux ascendant de fluide pour permettre au catalyseur de descendre d’un étage n à un étage n-1. La conversion des hydrocarbures doit donc être périodiquement interrompue pour permettre ce transfert de catalyseur. Ce système est donc complexe et pénalisant pour la production. Il est également difficile avec ce type d’installation d’avoir une distribution homogène du catalyseur après son passage d’un compartiment à l’autre. En outre, il n’est pas possible de contrôler la quantité de catalyseur transférée d’un étage à un autre du réacteur: c’est la totalité du catalyseur présent à un étage qui est transférée à l’étage inférieur du réacteur, et c’est par conséquent une quantité importante de catalyseur usagé qui est soutirée en fond de réacteur, qui peut dès lors toujours contenir une proportion non négligeable de catalyseur encore actif.
Un réacteur à lit bouillonnant compartimenté verticalement est proposé dans la demande de brevet français déposée sous le N° 17/62.240 par la présente demanderesse, comportant un système pour soutirer uniquement l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, à partir du compartiment ayant la plus faible activité catalytique, afin de limiter au maximum la perte de catalyseur le plus actif. Dans ce type de réacteur, fonctionnant comme dans un réacteur classique pour ce qui est du recyclage interne du liquide au moyen par exemple d’une coupelle de recycle et d’une pompe d’ébullition, toute la charge est mélangée au sein du réacteur, car les parois internes verticales empêchent le transfert de catalyseur d’une zone d’hydroconversion à l’autre mais permettent le transfert des fluides.
Objectifs et Résumé de l’invention
La présente invention vise à surmonter au moins en partie les problèmes de l’art antérieur mentionnés ci-dessus, et à remplir au moins l’un des objectifs suivants :
- s’affranchir des pompes d’ébullition, et ainsi le coût correspondant ;
- optimiser la géométrie en tête du réacteur et ainsi augmenter la quantité de catalyseur utilisé ou augmenter les performances du réacteur ;
- optimiser l’utilisation du catalyseur et ainsi réduire le taux de remplacement du catalyseur ou augmenter les performances du réacteur ;
- fournir un réacteur à l’efficacité améliorée quant aux performances d’hydroconversion et d’hydrotraitement, comparativement à un réacteur à lit bouillonnant classique ;
- fournir un système compact et au cout de construction réduit.
Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d’autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, un réacteur d’hydroconversion d'une charge liquide d'hydrocarbures comprenant une enveloppe de réacteur et N compartiments Snconfigurés pour fonctionner en série et délimités par des parois internes verticales, n'étant un entier allant de 1 à N et N ≥2, chaque compartiment comprenant :
- une chambre d’injection de fluides, lesdits fluides comprenant la charge liquide d'hydrocarbures et un gaz contenant de l’hydrogène,
- une zone catalytique d’hydroconversion surmontant et séparée de ladite chambre d’injection par un plateau de distribution des fluides, ladite zone catalytique d’hydroconversion comportant un lit bouillonnant de catalyseur,
lesdites parois internes verticales étant étanches dans la partie du réacteur située au-dessus du plateau de distribution de manière à empêcher le transfert de catalyseur et des fluides entre les compartiments dans ladite partie du réacteur,
et dans lequel pour tous les compartiments Sn, deux compartiments successifs amont et aval sont reliés par un conduit vertical (20, 21, 22) permettant le passage des fluides du sommet du compartiment amont à la chambre d’injection du compartiment aval.
Avantageusement, les parois internes verticales s’étendent depuis le fond du réacteur jusqu’au sommet du réacteur.
De préférence, l’enveloppe du réacteur a une paroi latérale cylindrique.
Selon un mode de réalisation, les parois internes verticales sont planes, et définissent de préférence avec l’enveloppe du réacteur ayant une paroi latérale cylindrique des compartiments verticaux en forme de secteurs de cylindre.
Selon un autre mode de réalisation, les parois internes verticales sont cylindriques et concentriques à l’enveloppe du réacteur ayant une paroi latérale cylindrique, formant des compartiments verticaux en forme d’anneaux.
Le conduit vertical est de préférence positionné dans le compartiment amont et comporte une ouverture d’entrée au sommet du compartiment amont, située au-dessus du lit bouillonnant de catalyseur, et une ouverture de sortie dans la paroi interne verticale et située en bas du compartiment sous le plateau de distribution, ladite ouverture de sortie communiquant avec la chambre d’injection du compartiment aval.
Le conduit vertical est de préférence formé par les parois internes verticales et par une deuxième paroi verticale, ledit conduit ayant de préférence une section transversale en forme de segment circulaire au-dessus du plateau de distribution.
Selon un mode de réalisation, le réacteur comporte en outre un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment du réacteur à la zone catalytique d’hydroconversion d’un autre compartiment du réacteur, ledit dispositif comportant :
- une boite de distribution du catalyseur reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion d’au moins deux compartiments par des cannes comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les zones d’hydroconversion des différents compartiments,
- une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais, et/ou régénéré et/ou réjuvéné et une ligne de sortie du catalyseur usé.
De préférence, la boite de distribution du catalyseur est reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion de tous les compartiments du réacteur.
De préférence, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les zones d’hydroconversion des différents compartiments comprennent des vannes , chaque canne comportant au moins une vanne.
Avantageusement, le premier compartiment S1comporte une conduite d’alimentation en un mélange de charge liquide d’hydrocarbures fraiche et de gaz comportant de l’hydrogène débouchant dans la chambre d’injection du premier compartiment S1, et le dernier compartiment SNcomportant à son sommet une conduite de sortie de la charge traitée.
Selon un mode de réalisation, le réacteur comporte quatre compartiments en série.
Avantageusement, le réacteur ne comporte pas de pompe d’ébullition pour le recyclage de la charge liquide.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose un procédé d’hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures au moyen d'hydrogène consistant à faire passer la charge liquide d'hydrocarbures et un gaz contenant de l'hydrogène au travers d’au moins un réacteur d’hydroconversion selon l’invention, dans lequel on effectue N étapes d’hydroconversion successives de ladite charge liquide d'hydrocarbures dans les N compartiments Snen série dudit réacteur, n étant un entier allant de 1 à N et N ≥2, lesdites étapes d’hydroconversion étant réalisées dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote.
Selon une mise en œuvre :
a) on envoie un mélange de charge liquide d'hydrocarbures fraîche et d'un gaz contenant de l'hydrogène par un conduit débouchant dans la chambre d’injection d’un premier compartiment S1du réacteur pour une première étape d’hydroconversion de ladite charge liquide d’hydrocarbures dans la zone catalytique d’hydroconversion dudit premier compartiment S1comportant un lit bouillonnant de catalyseur,
b) on envoie les fluides issus de ladite zone catalytique d’hydroconversion du premier compartiment S1selon un courant descendant au travers d’un conduit vertical vers la chambre d’injection d’un compartiment aval successif dans la série pour une étape supplémentaire d’hydroconversion de ladite charge liquide d’hydrocarbures dans la zone catalytique d’hydroconversion dudit compartiment aval successif comportant un lit bouillonnant de catalyseur,
l’étape b) étant répétée N-2 fois entre deux compartiments successifs amont et aval du réacteur,
c) on évacue les fluides issus de la zone catalytique d’hydroconversion du dernier compartiment SNcomportant l’effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote par un conduit au sommet dudit dernier compartiment.
Selon une mise en œuvre, le réacteur comporte en outre un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment du réacteur à la zone catalytique d’hydroconversion d’un autre compartiment du réacteur, ledit dispositif comportant une boite de distribution du catalyseur reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion d’au moins deux compartiments par des cannes comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les zones d’hydroconversion des différents compartiments, une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais, et/ou régénéré et/ou réjuvéné et une ligne de sortie du catalyseur usé,
et dans le procédé, l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, est soutiré de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment et est injecté dans la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment aval ou amont dans la série.
Le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur peut être mis en œuvre de manière à créer un gradient d’activité catalytique négatif entre le premier et le dernier compartiment du réacteur.
Dans ce cas, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes peuvent comporter des vannes, chaque canne comportant au moins une vanne, et on peut effectuer le soutirage de l’équivalent d’un appoint de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un compartiment et son injection dans la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment aval, en réalisant les étapes suivantes:
i. l’ouverture de la vanne contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne présente dans la zone catalytique du dernier compartiment SNde manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit dernier compartiment SNet la boîte de distribution de catalyseur, les autres vannes restant fermées,
ii. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique du dernier compartiment SNvers la boîte de distribution,
iii. la fermeture de la vanne liée au compartiment SN,
iv. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé, du catalyseur soutiré,
v. l’ouverture de la vanne contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne 10 présente dans la zone catalytique du compartiment amont SN-1, de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique du compartiment amont SN-1et la boîte de distribution de catalyseur, les autres vannes restant fermées,
vi. le soutirage l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique du compartiment amont SN-1vers la boîte de distribution,
vii. la fermeture de la vanne liée au compartiment SN-1et l’ouverture de la vanne liée au compartiment SN,
viii. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution dans la zone catalytique du compartiment aval SN, et la fermeture de la vanne liée au compartiment SN,
ix. si N > 2, la répétition des étapes v. à viii. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans les zones catalytiques des compartiments pris deux à deux, du compartiment SN-2au compartiment S1du réacteur,
x. l’injection d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur, vers la boîte de distribution par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, toutes les vannes restant fermées,
xi. l’ouverture de la vanne contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne présente dans la zone catalytique du premier compartiment S1de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit premier compartiment S1et la boîte de distribution de catalyseur, les autres vannes restant fermées,
xii. l’injection, dans la zone catalytique dudit premier compartiment S1, de l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné contenu dans la boîte de distribution.
Le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur peut être mis en œuvre de manière à créer un gradient d’activité catalytique positif entre le premier et le dernier compartiment du réacteur.
Dans ce cas, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes peuvent comporter des vannes, chaque canne comportant au moins une vanne, et on peut effectuer le soutirage de l’équivalent d’un appoint de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un compartiment et son injection dans la zone catalytique du compartiment amont, en réalisant les étapes suivantes:
I. l’ouverture de la vanne contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne présente dans la zone catalytique du premier compartiment S1de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit premier compartiment S1et la boîte de distribution de catalyseur, les autres vannes restant fermées,
II. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique dudit premier compartiment S1vers la boîte de distribution,
III. la fermeture de la vanne liée premier compartiment,
IV. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé, du catalyseur soutiré,
V. l’ouverture de la vanne contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne présente dans la zone catalytique du compartiment aval S2, de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit compartiment aval S2et la boîte de distribution de catalyseur, les autres vannes restant fermées,
VI. le soutirage l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique dudit compartiment aval S2vers la boîte de distribution,
VII. la fermeture de la vanne liée au compartiment aval S2et l’ouverture de la vanne liée au premier compartiment S1,
VIII. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution dans la zone catalytique du compartiment amont S1, et la fermeture de la vanne liée au premier compartiment S1,
IX. Si N > 2, la répétition des étapes V. à VIII. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans les zones catalytiques des compartiments pris deux à deux, du compartiment S3au compartiment SNdu réacteur,
X. l’injection d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur, vers la boîte de distribution par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, toutes les vannes restant fermées ,
XI. l’ouverture de la vanne contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne présente dans la zone catalytique du dernier compartiment SN,
XII. l’injection, dans la zone catalytique du dernier compartiment SN, de l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné contenu dans la boîte de distribution.
Selon une mise en œuvre, l’appoint de catalyseur injecté à l’étape xii. ou à l’étape XII. est un catalyseur frais.
Selon une mise en œuvre, on soutire et on injecte la même quantité d’appoint en catalyseur dans la zone d’hydroconversion de chaque compartiment.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d’exemples de réalisations particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples non limitatifs, la description étant faite en référence aux figures annexées décrites ci-après.
Liste des figures
La figure 1 est un schéma illustratif en coupe longitudinale d’un réacteur à lit bouillonnant selon un mode de réalisation de l’invention, comportant quatre compartiments avec des zones catalytiques d’hydroconversion en lit bouillonnant, et un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur d’une zone d’hydroconversion à une autre.
La figure 2 est un schéma en coupe transversale du réacteur à lit bouillonnant illustré à la figure 1, réalisée dans la zone des lits bouillonnants des compartiments du réacteur, selon la section C-C’ apparente sur la figure 1.
La figure 3 illustre une configuration possible de la partie basse du réacteur située sous le plateau de distribution de la charge. Trois schémas (A), (B), (C), représentent des coupes transversales du réacteur à lit bouillonnant illustré à la figure 1, réalisées à 3 niveaux différents sous le plateau de distribution de la charge, notamment selon la section D-D’ apparente sur la figure 1 pour le schéma (A).
La figure 4 est un schéma en coupe transversale du réacteur à lit bouillonnant illustré à la figure 1, selon la section D-D’ apparente sur la figure 1, illustrant une autre configuration possible de la partie basse du réacteur située sous le plateau de distribution de la charge.
La figure 5 détaille le fonctionnement du réacteur illustré à la figure 1, avec une représentation séparée de chaque zone d’hydroconversion de la série.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.
L'objet de l'invention est de proposer un assemblage de plusieurs réacteurs à lit bouillonnant disposés en série au sein d’une même enveloppe épaisse leur permettant d’opérer à de hautes pressions et températures. Dans la présente description on désignera par réacteur cette enceinte à l’enveloppe épaisse comportant plusieurs compartiments verticaux, chaque compartiment comportant une zone d’hydroconversion comprenant un lit bouillonnant de catalyseur, les compartiments fonctionnant en série.
Réacteur selon l’invention
Le réacteur selon l’invention et son fonctionnement sont décrits plus en détails en se référant aux figures 1 à 5.
La figure 1 est un schéma selon une coupe d’un réacteur à lit bouillonnant selon un mode de réalisation de l’invention comportant quatre compartiments, montrant en particulier les deux premiers compartiments successifs S1et S2.
La figure 5 représente fictivement chaque compartiment du réacteur de manière séparée pour mieux illustrer le circuit des fluides entres les compartiments du réacteur.
Dans la présente description, les références à la position dans l’espace des éléments, en particulier l’usage des termes au-dessus, au-dessous, haut, bas etc., sont faites relativement au réacteur lorsqu’il est dans sa position de fonctionnement, c’est-à-dire en position verticale.
Le réacteur comprend :
- une enveloppe de réacteur 3 ;
- N compartiments Sn, par exemple quatre compartiments S1, S2, S3, S4 comme illustré dans les figures, configurés pour fonctionner en série et délimités par des parois internes verticales 16, n étant un entier allant de 1 à N et N ≥2, chaque compartiment comprenant :
-- une chambre d’injection de fluides 7 ;
-- une zone catalytique d’hydroconversion surmontant et séparée de ladite chambre d’injection 7 par un plateau de distribution des fluides 8, ladite zone catalytique d’hydroconversion comportant un lit bouillonnant de catalyseur 9,
les parois internes verticales 16 étant étanches dans la partie du réacteur située au-dessus du plateau de distribution 8 de manière à empêcher le transfert de catalyseur et des fluides entre les compartiments dans ladite partie du réacteur.
Pour tous les compartiments Sn, deux compartiments successifs amont et aval sont reliés par un conduit vertical (20, 21, 22) permettant le passage des fluides du sommet du compartiment amont à la chambre d’injection 7 du compartiment aval.
L’enveloppe 3 du réacteur a de préférence une paroi latérale cylindrique, aussi communément appelée virole. Le réacteur a de préférence une forme allongée, et est disposé verticalement lors de son fonctionnement.
Chaque compartiment Sncomporte une zone catalytique d’hydroconversion contenant un même catalyseur, i.e. un catalyseur de même nature, sous forme de lit bouillonnant 9. De préférence les compartiments comportent des zones d’activités catalytiques différentes. En particulier, le réacteur comprend au moins deux compartiments (N≥2), de préférence au moins trois compartiments (N≥3), et plus préférentiellement quatre compartiments ou plus (N≥4),. Le réacteur peut par exemple comporter jusqu’à huit compartiments (N=8), et par exemple de six à huit compartiments dans le cas d’un réacteur de diamètre important. Selon un mode de réalisation préféré, le réacteur comporte quatre compartiments verticaux en série S1à S4 (N=4), comme illustré aux figures 1 à 5.
Selon un mode préféré de réalisation, les compartiments présentent tous substantiellement le même volume.
Dans la présente description, on utilise indifféremment les expressions « lit bouillonnant de catalyseur » et « lit bouillonnant catalytique » pour désigner cette zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment contenant un même catalyseur sous forme de lit bouillonnant.
Le nombre N de compartiments en série est variable, et est un paramètre qui peut être déterminé lors de la conception du réacteur de manière à atteindre un régime d’ébullition désiré. La distribution de l’activité du catalyseur dans les différents compartiments est de préférence déterminée par des injections et soutirages de catalyseur effectués selon l’invention, tel que décrit plus loin.
Une charge liquide d’hydrocarbures fraîche est acheminée par un conduit 1 jusqu’à une pompe d’alimentation 6. Un gaz comportant de l’hydrogène, qui peut être un courant d’hydrogène, est apporté par l’intermédiaire d’un conduit 2, et est mélangé à la charge d’hydrocarbures dans une conduite d’alimentation 5 qui débouche dans la chambre d’injection 7 en bas d’un premier compartiment S1du réacteur.
Par charge fraîche, on entend la charge d’hydrocarbures liquide non convertie, entrant dans le réacteur.
Les compartiments Sndu réacteur d'hydroconversion selon l’invention fonctionnent en lit bouillonnant à courant ascendant de liquide et de gaz.
Le mélange charge d’hydrocarbures/hydrogène passe par un plateau de distribution 8 de la charge, e.g. une grille, un plateau à cloches (« bubble cap » en anglais), etc., qui permet de répartir le mélange de manière homogène sur la section du compartiment. Chaque compartiment Sncomprend de préférence un tel plateau de distribution 8, e.g une grille, un plateau à cloches, etc., séparant la chambre d’injection 7 du compartiment du lit bouillonnant catalytique 9.
Le mélange traverse le lit bouillonnant catalytique 9 avant d’atteindre une zone au sommet du compartiment, située au-dessus d’une interface 9’ correspondant au niveau d’expansion maximale du catalyseur. La zone catalytique d’hydroconversion consistant en le lit bouillonnant catalytique 9 s’étend donc du plateau de distribution 8 jusqu’à l’interface 9’. Au-dessus de l’interface 9’ se trouve une zone appauvrie en catalyseur expansé, ne contenant quasiment que du gaz et du liquide.
Les différents compartiments Snsont délimités par des parois internes verticales 16, qui sont de préférence planes, tel que représentés dans les figures. Les parois verticales planes 16 définissent alors, si l’enveloppe du réacteur a une paroi latérale cylindrique, des compartiments verticaux en forme de secteurs de cylindre, comme illustré sur les figures. Les parois internes verticales 16 peuvent aussi se présenter sous la forme de cylindres concentriques, de préférence centrées par rapport à l’axe de symétrie de l’enveloppe cylindrique du réacteur. Les compartiments verticaux sont dans ce cas en forme d’anneaux.
Ces parois internes verticales 16 sont étanches au-dessus du plateau de distribution 8 de la charge, empêchant le passage du catalyseur d’un compartiment à un autre du réacteur, mais également empêchant le passage des fluides, comportant en particulier la charge liquide d'hydrocarbures et un gaz contenant de l'hydrogène, d’un compartiment à un autre du réacteur, dans la partie du réacteur située au-dessus du plateau de distribution 8.
En outre, les parois internes verticales 16 sont disposées de manière à empêcher le mélange des fluides issus des zones d’hydroconversion des différents compartiments, en particulier le mélange des fluides issus des différents compartiments et se trouvant dans la partie supérieure du réacteur, au-dessus des lits bouillonnants catalytiques 9.
Les parois internes verticales 16 s’étendent ainsi de préférence depuis le fond du réacteur jusqu’au sommet du réacteur, c’est-à-dire depuis la paroi basale jusqu’à la paroi sommitale du réacteur, auxquelles les parois internes verticales 16 sont de préférence fixées, par exemple par soudure ou tout autre moyen de fixation. Les parois internes verticales 16 ferment ainsi les compartiments S1à S4au sommet du réacteur, empêchant notamment le mélange des fluides issus des lits bouillonnants catalytiques 9 des différents compartiments.
Les parois internes verticales 16 sont de préférence pleines, c’est-à-dire formées d’un ou plusieurs matériaux pleins, par exemple des parois métalliques pleines.
Avantageusement, les parois 16, parce qu’elles se situent à l’intérieur du réacteur conçu pour fonctionner notamment à des pressions importantes, pouvant aller jusqu’à 35MPa, ne sont pas soumises à un fort différentiel de pression et peuvent être configurées pour être moins résistantes à la pression, et par exemple être constituées d’un matériau moins épais que l’enveloppe 3, permettant ainsi un gain en CAPEX en comparaison à une série de réacteurs.
Les parois internes verticales 16 comportent des ouvertures 4’ situées sous le plateau de distribution 8 pour permettre le passage des fluides issus du sommet d’un compartiment vers la chambre d’injection 7 du compartiment suivant dans la série.
Dans la présente description, les termes amont et aval sont définis relativement au sens de circulation des fluides dans le réacteur. On utilise ainsi indifféremment l’expression « compartiment aval » ou « compartiment suivant » pour désigner le compartiment qui suit directement un compartiment donné dans la série de compartiments du réacteur. Il en est de même pour les expressions « compartiment amont » ou « compartiment précédent » employées indifféremment pour désigner le compartiment qui précède directement un compartiment donné dans la série de compartiments du réacteur. Ainsi, le compartiment S4est en aval du compartiment S3, lui-même en aval du compartiment S2, ce dernier étant en aval du compartiment S1.
Les fluides issus des lits bouillonnants catalytiques 9 comprennent la charge d’hydrocarbures liquide, le gaz comprenant de l’hydrogène injecté avec la charge, qui peut être un courant d’hydrogène, mais également d’autres composés gazeux ou liquide formés par les réactions dans le réacteur.
Les compartiments Snsont en effet reliés entre eux « fluidiquement » pour fonctionner en série, comme illustré à la figure 5 :
dans chaque compartiment existe un flux ascendant de fluides (illustrés par des flèches hachurées dirigées vers le haut dans la figure 5). Dans le premier compartiment S1, le flux ascendant de fluides est formé par le mélange charge d’hydrocarbures/hydrogène injecté dans la chambre d’injection 7 du premier compartiment S1en bas du réacteur et traversant le lit bouillonnant catalytique 9. Une fois atteinte la zone située au-dessus de l’interface 9’ au sommet du compartiment, les fluides sont dirigés vers le bas du réacteur, en direction de la chambre d’injection 7 du compartiment S2suivant, selon un flux descendant (illustré par une flèche noire dirigée vers le bas sur la figure 5) à travers un conduit vertical 20, disposé de préférence au centre du réacteur. Le conduit vertical 20 débouche dans la chambre d’injection 7 du deuxième compartiment S2, et les fluides sont alors injectés dans le deuxième compartiment S2à co-courant ascendant : ils passent à travers le plateau de distribution 8 pour former avec le catalyseur le lit bouillonnant catalytique 9 du deuxième compartiment S2. De manière similaire, les fluides traversant le compartiment S2selon un flux ascendant sont transférés dans le compartiment S3par le conduit vertical 21, et les fluides traversant le compartiment S3sont transférés dans le quatrième et dernier compartiment S4via le conduit vertical 22.
Dans le réacteur selon l’invention, les fluides passent ainsi d’un compartiment à un autre par les conduits verticaux (20, 21, 22), par exemple disposés au centre du réacteur comme cela est illustré sur les figures, qui sont des conduits d’écoulement descendant de fluides, formés avantageusement par les parois internes verticales 16 délimitant les compartiments et par des deuxièmes parois internes verticales 15.
Sur la figure 5, les fluides sortant des conduits verticaux (20, 21, 22) en bas du réacteur sont représentés par des flèches (20’, 21’, 22’) qui relient, à des fins d’illustration seulement, un compartiment à un autre, plus précisément un conduit vertical d’un compartiment à une chambre d’injection du compartiment suivant.
En particulier chaque conduit vertical peut être formé par une portion de deux parois internes verticales 16 adjacentes, c’est-à-dire délimitant un compartiment donné, au centre du réacteur, et une paroi interne verticale 15 sécante à ces deux parois 16. Les deuxièmes parois internes verticales 15 peuvent être planes ou courbes. Les conduits verticaux (20, 21, 22) ont par exemple une section en forme de segment circulaire tel que représenté à la figure 2, ou peuvent avoir une toute autre section, par exemple triangulaire ou carrée.
De préférence, les sections des conduits sont identiques, i.e. elles ont une même forme et une même surface. Par exemple les conduits verticaux (20, 21, 22) ont une section en quart de cercle, de rayon r, comme représenté à la figure 2.
Selon une autre configuration, les conduits verticaux (20, 21, 22) ont une section ayant une surface différente de façon à maintenir la même vitesse d’écoulement des fluides.
Le réacteur comporte (N-1) conduits reliant fluidiquement les compartiments. De préférence, le réacteur comporte (N-1) parois internes verticales 15. En particulier, tous les compartiments Sndu réacteur comportent un conduit vertical pour acheminer les fluides vers le compartiment suivant dans la série, et donc une paroi interne verticale 15, à l’exception du dernier compartiment SN.
La hauteur, c’est-à-dire le niveau atteint au sein du réacteur, des deuxièmes parois internes verticales 15 supérieure au niveau d’expansion du lit bouillonnant catalytique 9 et inférieure à la hauteur des parois internes verticales 16 de séparation des compartiments S1à S4. Ainsi, chaque conduit vertical comporte une ouverture d’entrée 4 au sommet du compartiment qui le contient, située dans une zone du compartiment sensiblement exempte de catalyseur, pour l’entrée des fluides issus de la zone catalytique 9 dudit compartiment. Chaque conduit vertical comporte également une ouverture de sortie 4’ en bas dudit compartiment, sous le plateau de distribution 8, pour la sortie des fluides dans la chambre d’injection des fluides 7 du compartiment suivant dans la série. Ladite ouverture 4’ est portée par la paroi interne verticale 16 séparant ledit compartiment du compartiment suivant dans la série. Chaque paroi interne verticale 15 s’étend de préférence en dessous du plateau de distribution 8 de la charge de manière à créer un passage vers l’ouverture 4’ dans la paroi interne verticale 16.
La figure 3 illustre un exemple de configuration des conduits verticaux formés par les parois internes verticales 16 et 15, sous le plateau de distribution 8 de la charge. Selon cette configuration, chaque conduit vertical comporte une ouverture de sortie 4’ dans la paroi interne verticale 16 de séparation entre deux compartiments successifs, ladite ouverture 4’ étant située à une hauteur différente selon le conduit vertical. Dans une configuration préférée, le conduit vertical 20 du premier compartiment S1débouche le plus bas, i.e. son ouverture de sortie 4’ est en-dessous de l’ouverture de sortie 4’ du conduit vertical 21 du deuxième compartiment S2, elle-même située en-dessous de l’ouverture de sortie 4’ du conduit vertical 22 du troisième compartiment S3, de manière à ce qu’il n’y ait pas de mélange des fluides circulant dans les différents conduits au niveau des chambres d’injection 7 des compartiments.
Le schéma (A) de la figure 3 étant une coupe transversale à une hauteur donnée du réacteur, selon la section D-D’ représentée à la figure 1, elle illustre uniquement le conduit vertical 20 du compartiment S1, qui comporte une ouverture de sortie 4’dans la paroi interne verticale 16 séparant les premier et deuxième compartiments S1et S2, créant ainsi un passage entre le sommet du compartiment S1et le bas du compartiment S2, sous le plateau de distribution 8. Le schéma (B) de la figure 3 est une coupe transversale réalisée selon une section E-E’ (non représentée sur la figure 1) située plus haut dans le réacteur, entre la section D-D’ et le plateau de distribution 8 de la charge, et au niveau de l’ouverture 4’ du conduit 21 du deuxième compartiment S2, portée par la paroi interne verticale 16 séparant respectivement le deuxième compartiment S2du troisième compartiment S3. Le schéma (C) de la figure 3 est une coupe transversale réalisée selon une section F-F’ (non représentée sur la figure 1) située encore plus haut dans le réacteur, entre la section E-E’ et le plateau de distribution 8 de la charge, et au niveau de l’ouverture 4’ du conduit 22 du troisième compartiment S3, portée par la paroi interne verticale 16 séparant respectivement le troisième compartiment S3du quatrième compartiment S4. Comme schématisé sur la figure 1, le conduit vertical 20 peut comporter une portion sensiblement horizontale qui fait la jonction avec l’ouverture de sortie 4’ dans la paroi interne verticale 16.
La figure 4 illustre une autre configuration possible des conduits verticaux formés par les parois internes verticales 16 et 15, sous le plateau de distribution 8 de la charge, selon laquelle les ouvertures de sortie 4’ des conduits verticaux se situent toutes à la même hauteur dans le réacteur. Selon cette configuration, chaque conduit vertical (20, 21, 22) comporte à son extrémité basse, i.e. en bas du réacteur, une extension (a, b, c) permettant de déporter l’ouverture de sortie 4’ dans la paroi interne verticale 16 au-delà d’une certaine distance correspondant à la largeur du conduit, e.g le rayon du conduit r dans le cas de conduits comme représenté à section en quart de cercle. De cette manière, les chambres d’injection 7 des différents compartiments sont isolées les unes des autres, i.e. il n’y a de fluides passant directement d’une chambre d’injection 7 d’un compartiment à une autre.
Selon une autre configuration, les conduits verticaux (20, 21, 22) sont fixés contre la paroi externe 3 du réacteur, et sont par exemple ainsi formés par une paroi interne verticale 15 et l’enveloppe 3 du réacteur, au lieu d’être positionnés au centre du réacteur, permettant une construction plus simple et une plus grande facilité d’accès.
Selon encore une autre configuration, les conduits verticaux (20, 21, 22) sont positionnés en périphérie du réacteur et sont créés par une paroi interne verticale 15 qui est concentrique à la paroi latérale cylindrique de l’enveloppe 3, les conduits verticaux (20, 21, 22) correspondant alors à l’espace annulaire formé entre la paroi interne verticale15 et l’enveloppe 3 du réacteur.
Des combinaisons de différentes configurations décrites ci-dessus des conduits verticaux sont possibles.
D’autres configurations que celles décrites ci-dessus sont bien entendues possibles pour les conduits verticaux assurant la liaison « fluidique » entre les compartiments, tant que la fonction de circulation des fluides d’un compartiment au compartiment suivant de la série est assurée sans mélange des fluides issus des zones catalytiques d’hydroconversion des différents compartiments, et que le débit de fluides est tel qu’un écoulement de type piston pour le liquide est approché.
Les fluides issus du lit bouillonnant catalytique 9 du dernier compartiment S4sont extraits du réacteur par un conduit 23 qui alimente de préférence un séparateur gaz-liquide 17, appelé classiquement ISS (pour « Inter Stage Separator » en anglais) quand le séparateur se trouve entre deux réacteurs, et appelé HHPS (pour « Hot High Pressure Separator » en anglais) quand le séparateur se trouve après le dernier réacteur. Les produits gazeux séparés dans le séparateur gaz-liquide 17 sont par exemple envoyés par un conduit 18 dans une section de séparation et de purification, tandis que les produits liquides sont par exemple envoyés par un conduit 19 vers des réacteurs en aval ou d’autres équipements, tels que d’autres ballons à détente brusque (ou ballon de « flash » selon la terminologie anglo-saxonne) et des colonnes de distillation.
Selon l’invention, le réacteur fonctionne sans pompe d’ébullition, contrairement aux réacteurs à lit bouillonnant classiques d’un procédé H-OilTM. Seule la pompe d’alimentation 6 de la charge liquide d’hydrocarbures peut suffire à assurer la circulation de la charge dans tous les compartiments en série du réacteur.
On peut en effet comparer la section passante d’un compartiment vertical (S1, S2, S3, S4) au quart de la section passante d’un réacteur à lit bouillonnant classique d’un procédé H-OilTM, dont le volume total serait équivalent au volume total du réacteur selon l’invention. De ce fait, pour un débit de charge constant, la vitesse d’écoulement du fluide dans les compartiments en série du réacteur selon l’invention, sans pompe d’ébullition, se rapproche de celle du cas classique avec une pompe à ébullition. Ainsi seule la pompe d’alimentation 6 en charge d’hydrocarbures assure avantageusement le passage de la charge dans tous les réacteurs en série, ainsi que la fluidisation du catalyseur dans les compartiments du/des réacteur(s). Les économies concernant les coûts d’investissements et d’exploitation (CAPEX/OPEX) sont par conséquent substantielles, car les pompes d’ébullition sont des équipements couteux, principalement parce qu’elle conçues pour fonctionner à très haute température et pression, opérer en biphasique avec une forte teneur en gaz (jusqu’à 20% en volume de gaz), et car leur maintenance est délicate.
En outre, le réacteur selon l’invention permet également de s’affranchir de la coupelle de recycle (« recycle cup » en anglais) faisant typiquement partie du dispositif du recyclage interne d’un réacteur à lit bouillonnant classique d’un procédé H-OilTM. En plus du gain en CAPEX du fait de l’absence de coupelle de recycle, un gain de place dans le réacteur est réalisé, qui permet d’opérer le réacteur avec une quantité plus importante de catalyseur, de l’ordre de 20% à 25% en plus de volume de catalyseur, améliorant ainsi l’opérabilité de l’unité d’hydroconversion et la qualité des produits, c’est-à-dire les performances du procédé.
Un autre avantage du réacteur selon l’invention réside en sa compacité, en comparaison à une série de réacteurs de volume équivalent à chaque compartiment du réacteur selon l’invention. Il occupe ainsi moins de place, et le cout de construction associé est moins élevé, notamment du fait du gain en matériau et en dispositifs annexes associés. En effet, les différents compartiments se trouvent dans la même enveloppe de réacteur 3, au lieu de plusieurs enveloppes de réacteurs pour une série de réacteurs.
Dans le réacteur selon l’invention, chaque zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment comprend un lit bouillonnant de catalyseur 9. Selon un mode préféré de réalisation, les différentes zones d’hydroconversion comprennent un même catalyseur d’activité différente selon le niveau de désactivation.
Le catalyseur d'hydroconversion utilisé dans le procédé d'hydroconversion selon l'invention contient de préférence un ou plusieurs éléments des groupes 4 à 12 du tableau périodique des éléments, qui peuvent être déposés sur un support ou non supportés. On peut avantageusement utiliser un catalyseur comprenant un support, de préférence amorphe, tels que de la silice, de l'alumine, de la silice-alumine, du dioxyde de titane ou des combinaisons de ces structures, et de manière très préférée de l'alumine, et au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le nickel et le cobalt et de préférence le nickel, ledit métal du groupe VIII étant de préférence utilisé en association avec au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène et de préférence, le métal du groupe VIB est le molybdène.
Avantageusement selon l'invention, le catalyseur d'hydroconversion mis en œuvre dans les différentes zones catalytiques est un catalyseur comprenant un support alumine et au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le nickel et le cobalt, de préférence le nickel, ledit métal du groupe VIII étant utilisé en association avec au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, de préférence, le métal du groupe VIB est le molybdène. De préférence, le catalyseur d'hydroconversion comprend le nickel en tant qu'élément du groupe VIII et le molybdène en tant qu'élément du groupe VIB.
Dans la présente description, les groupes d'éléments chimiques sont donnés selon la classification CAS (CRC Handbook of Chemistry and Physics, éditeur CRC press, rédacteur en chef D.R. Lide, 81ème édition, 2000-2001). Par exemple, le groupe VIII selon la classification CAS correspond aux métaux des colonnes 8, 9 et 10 selon la nouvelle classification IUPAC.
La teneur en nickel est avantageusement comprise entre 0,5 % à 10 % exprimée en poids d'oxyde de nickel (NiO) et de préférence entre 1 % à 6 % poids, et la teneur en molybdène est avantageusement comprise entre 1% et 30 % exprimée en poids de trioxyde de molybdène (MoO3) et de préférence entre 4 % et 20 % poids. Les teneurs en poids (% poids) sont exprimées par rapport au poids total du catalyseur.
Ce catalyseur est avantageusement utilisé sous forme d'extrudés ou de billes. La taille du catalyseur sous forme d’extrudés ou de billes est de préférence comprise entre 0,5 mm et 4 mm. Ainsi, le catalyseur est mis en œuvre en lit expansé, dit lit bouillonnant. On peut également faire référence à l’expression catalyseur expansé pour désigner un tel catalyseur mis en œuvre en lit expansé.
En plus de ce type de catalyseur, un autre type de catalyseur dit "slurry" selon la terminologie anglo-saxonne ou dénommé comme catalyseur entraîné ou encore catalyseur dispersé peut être utilisé dans le procédé selon l'invention, en mélange avec le catalyseur expansé. Le catalyseur entraîné entre généralement dans le réacteur avec la charge. Il circule avec la charge dans les zones catalytiques, et est entraîné en dehors du réacteur avec les effluents. Dans le réacteur selon la présente invention, si un tel catalyseur entrainé supplémentaire est utilisé, il passe donc d’un compartiment à un autre avec les fluides via les conduits verticaux (20, 21, 22). Ledit catalyseur entraîné présente une granulométrie et une densité adaptées à son entraînement, au contraire du catalyseur expansé qui est maintenu dans le réacteur. Par exemple, le catalyseur entraîné a une taille inférieure à 500 micromètres. Ces catalyseurs sont bien connus de l’homme du métier.
Selon un mode de réalisation préféré, le réacteur selon l’invention comporte un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment du réacteur à la zone catalytique d’hydroconversion d’un autre compartiment du réacteur.
Un tel dispositif est illustré sur les figures 1 et 5.
Le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur comporte une boite de distribution du catalyseur 12 reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion d’au moins deux compartiments par des cannes 10 permettant l’extraction de catalyseur de la zone catalytique d’un compartiment vers la boite de distribution 12, et la décharge de catalyseur de la boite de distribution 12 vers la zone catalytique d’hydroconversion d’un autre compartiment, en particulier vers la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment suivant ou précédent dans la série.
De préférence, la boite de distribution du catalyseur 12 est reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion de tous les compartiments du réacteur.
Les cannes 10 comprennent des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les zones d’hydroconversion des différents compartiments. Ces moyens de contrôle comportent de préférence des vannes 11. Ils peuvent également comprendre d’autres éléments tels que des pompes, des bacs de stockage, etc.
De préférence, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion comportent des vannes 11, chaque canne 10 comportant au moins une vanne 11. De préférence chaque canne comporte deux vannes 11.
Le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur comprend également une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur 13 et une ligne de sortie du catalyseur 14 permettant l’ajout de catalyseur et l’extraction du catalyseur usé.
Le catalyseur est de préférence véhiculé lors de l’injection et de l’extraction par le dispositif de soutirage et d’injection avec un fluide vecteur. Le fluide vecteur lors du soutirage est le liquide présent dans le réacteur. Lors de l’injection, le fluide vecteur peut être le même fluide ou un distillat sous vide (« Vacuum Gas Oil » ou « VGO » en anglais), un distillat sous vide lourd (« Heavy Vacuum Gas Oil » ou « HVGO » en anglais), un distillat atmosphérique (« Atmospheric Gas Oil » ou « AGO » en anglais), ou toute autre charge liquide hydrocarbonée.
Le catalyseur usé peut ensuite être envoyé dans une zone de régénération dans laquelle on élimine le carbone et le soufre qu'il renferme. Il est également possible d'envoyer le catalyseur usé soutiré du réacteur dans une zone de réjuvénation dans laquelle on élimine la majeure partie des métaux déposés, avant d'envoyer le catalyseur usé et réjuvéné dans une zone de régénération dans laquelle on élimine le carbone et le soufre qu'il renferme.
Le catalyseur régénéré ou réjuvéné peut ensuite être réintroduit dans le réacteur selon l’invention, éventuellement en association avec du catalyseur frais, par la ligne d’entrée de catalyseur 13.
Le procédé d’hydroconversion selon l’invention
Outre le réacteur d’hydroconversion précédemment décrit, l’invention a également pour objet un procédé d’hydroconversion mettant en œuvre ledit réacteur.
En particulier, la présente invention a pour objet un procédé d’hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures au moyen d'hydrogène consistant à faire passer la charge liquide d'hydrocarbures et un gaz comportant de l’hydrogène, qui peut être un courant d'hydrogène, au travers d’au moins un réacteur d’hydroconversion selon l’invention, dans lequel on effectue N étapes d’hydroconversion successives de ladite charge liquide d'hydrocarbures dans les N compartiments Snen série dudit réacteur, n étant un entier allant de 1 à N et N ≥2, lesdites étapes d’hydroconversion étant réalisées dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote.
Le procédé selon l’invention, mettant en œuvre le réacteur compartimenté selon l’invention, permet notamment d’atteindre de meilleurs niveaux d’hydroconversion et d’hydrotraitement comparativement à la mise en œuvre d’un réacteur à lit bouillonnant classique.
Par hydroconversion on entend l’ensemble des réactions mises en œuvre permettant de diminuer la taille des molécules, principalement par coupure des liaisons carbone-carbone, en présence d’hydrogène afin de saturer les liaisons coupées et les cycles aromatiques. Dans la terminologie française, le terme hydroconversion est plutôt réservé pour les procédés qui traitent les résidus atmosphériques et les résidus sous vide (mais pas uniquement), tandis que le terme d’hydrocraquage est plutôt réservé pour les procédés qui traitent les distillats sous vide. Dans la terminologie anglaise, les termes hydroconversion et hydrocraquage sont souvent utilisés indistinctement, les procédés en lits bouillonnant étant souvent désigné par l’expression « Residue Hydrocracking » en anglais.
Par hydrotraitement on entend l’ensemble des réactions mises en œuvre permettant de réduire, par action de l'hydrogène, les teneurs en impuretés, telles que le soufre, l’azote, l’oxygène, les métaux, les asphaltènes, les dioléfines, etc., de mélanges constitués de composés organiques hydrocarbonées, telles que les coupes pétrolières.
Le réacteur d’hydroconversion, la charge et le catalyseur mis en œuvre dans le procédé selon l’invention sont tels que décrits précédemment.
Selon une mise en œuvre préférée, le procédé selon l’invention met en œuvre plusieurs réacteurs tels que décrits précédemment, en série, de préférence deux réacteurs en série, et de manière plus préférée trois réacteurs en série, et de manière encore plus préférée quatre réacteurs en série (N=4).
Avantageusement, le procédé d’hydroconversion selon l’invention comporte les étapes suivantes :
a) on envoie un mélange de charge liquide d'hydrocarbures fraîche et d'un gaz contenant de l'hydrogène par le conduit 5 débouchant dans la chambre d’injection 7 du premier compartiment S1du réacteur pour une première étape d’hydroconversion de ladite charge liquide d’hydrocarbures dans la zone catalytique d’hydroconversion dudit premier compartiment S1comportant le lit bouillonnant de catalyseur 9,
b) on envoie les fluides issus de ladite zone catalytique d’hydroconversion du premier compartiment S1selon un courant descendant au travers du conduit vertical 20 vers la chambre d’injection 7 du compartiment aval successif dans la série pour une étape supplémentaire d’hydroconversion de ladite charge liquide d’hydrocarbures dans la zone catalytique d’hydroconversion dudit compartiment aval successif comportant un autre lit bouillonnant de catalyseur 9,
l’étape b) est répétée N-2 fois entre deux compartiments successifs amont et aval du réacteur, et
c) on évacue les fluides issus de la zone catalytique d’hydroconversion du dernier compartiment SNcomportant l’effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote par le conduit 23 au sommet du dernier compartiment SN.
Selon l’invention il est possible d’avoir des vitesses de liquide adaptées pour l’expansion du catalyseur dans chaque compartiment sans avoir recours à une pompe de recyclage interne, comme déjà expliqué plus haut.
Selon une mise en œuvre, une partie de la charge non convertie, dénommée « Unconverted Oil » (UCO) en anglais, est recyclée dans le réacteur via la pompe de charge 6, afin d’augmenter le débit de la charge et pour atteindre le régime d’ébullition voulu.
Les conditions opératoires
L’hydroconversion est réalisée dans des conditions bien connues de l’homme du métier. En particulier, le procédé selon l’invention peut être opéré à une pression absolue comprise entre 2 MPa et 35 MPa, de préférence entre 5 MPa et 25 MPa et de manière préférée, entre 6 MPa et 20 MPa, à une température comprise entre 300°C et 550°C et de préférence comprise entre 350°C et 500°C et d'une manière préférée comprise entre 370°C et 450°C, et d'une manière encore préférée comprise entre 390 et 430°C. La vitesse volumique horaire (VVH) par rapport au volume de chaque réacteur est comprise entre 0,05 h-1et 10 h-1, de préférence entre 0,1 h-1et 5 h-1et de manière préférée entre 0,15 h-1et 2 h-1. Selon une mise en œuvre particulière, la vitesse volumique horaire mise en œuvre est comprise entre 0,05 h-1et 0,18 h-1, plus préférentiellement comprise entre 0,05 h-1et 0,9 h-1.
La quantité d'hydrogène mélangée à la charge est de préférence comprise entre 50 et 5000 normaux mètres cube (Nm3) par mètre cube (m3) de charge liquide pris dans des conditions standards de température et pression, de manière préférée entre 100 Nm3/m3et 2000 Nm3/m3et de manière très préférée entre 200 Nm3/m3et 1000 Nm3/m3.
À l’issu du procédé d’hydroconversion selon l’invention, la charge traitée par hydroconversion est récupérée en sortie de réacteur par le conduit 23.
La charge traitée
La charge traitée dans le procédé selon l'invention est une charge liquide d'hydrocarbures, comme par exemple un pétrole brut. Il s’agit de préférence une charge lourde d’hydrocarbures (appelée résidu). Avantageusement, cette charge est une charge comprenant des fractions d'hydrocarbures produites dans la raffinerie. Les charges selon l'invention incluent des charges contenant des fractions d'hydrocarbures dont au moins 50 % poids ont une température d'ébullition supérieure à 300°C, des résidus atmosphériques et/ou des résidus sous vide, des résidus atmosphériques et/ou sous vide issus de l'hydrotraitement, de l'hydrocraquage et/ou de l'hydroconversion, des distillats sous vide issus du fractionnement primaire, dit "straight run" selon la terminologie anglo-saxonne, ou raffinés, des coupes provenant d'une unité de craquage comme le FCC, l’hydrocraquage, le cokage ou la viscoréduction, des coupes aromatiques extraites d'une unité de production de lubrifiants, des huiles désasphaltées issues d'une unité de désasphaltage, des asphaltes issus d'une unité de désasphaltage ou des charges d'hydrocarbures similaires, ou une combinaison de ces charges fraîches et/ou des effluents raffinés. Ladite charge peut également contenir une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de charbon (un résidu atmosphérique et/ou un résidu sous vide issu par exemple du procédé H-Coal™), un distillat sous vide issu de la liquéfaction directe de charbon, comme par exemple le procédé H-Coal™, des résidus de pyrolyse du charbon ou d'huiles de schiste, ou encore une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de la biomasse lignocellulosique seule ou en mélange avec du charbon et/ou une fraction pétrolière fraîche et/ou raffinée. De préférence, la charge traitée dans le cadre de la présente invention est constituée de fractions d'hydrocarbures issues d'un pétrole brut ou de la distillation atmosphérique d'un pétrole brut ou de la distillation sous vide d'un pétrole brut, lesdites charges contenant au moins 50% poids d'une fraction ayant une température d'ébullition initiale d'au moins 300°C, de préférence d'au moins 350°C et de manière préférée d'au moins 375°C et de manière plus préférée des résidus sous vide ayant une température d'ébullition d'au moins 450°C, de préférence d'au moins 500°C et de manière préférée d'au moins 540°C.
Généralement les charges traitées dans le procédé selon l'invention peuvent contenir des impuretés, comme des métaux, du soufre, de l'azote, du carbone de Conradson et des composés insolubles à l'heptane, également appelés asphaltènes C7. Ces charges sont en effet généralement riches en impuretés avec des teneurs en métaux supérieures à 20 ppm, de préférence supérieures à 100 ppm. La teneur en soufre est supérieure à 0,1 % poids, préférentiellement supérieure à 1 % poids, et de préférence supérieure à 2% poids. Le taux d'asphaltènes C7 s'élève au minimum à 0,1 % poids et est de préférence supérieur à 3% poids. Les asphaltènes C7 sont des composés connus pour inhiber la conversion de coupes résiduelles, à la fois par leur aptitude à former des résidus hydrocarbonés lourds, communément appelés coke, et par leur tendance à produire des sédiments qui limitent fortement l'opérabilité des unités d'hydrotraitement et d'hydroconversion. La teneur en carbone Conradson est supérieure à 0,5% poids, et de préférence d'au moins 5% poids. La teneur en carbone Conradson est définie par la norme ASTM D 482 et représente pour l'homme du métier une évaluation bien connue de la quantité de résidus de carbone produit après une pyrolyse sous des conditions standards de température et de pression.
La gestion du catalyseur
Selon une mise en œuvre du procédé, le réacteur comporte un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un compartiment à la zone d’hydroconversion d’un autre compartiment, comportant une boite de distribution du catalyseur 10 reliée à au moins deux zones d’hydroconversion par des cannes 7 comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion. Selon cette mise en œuvre, l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, est soutiré de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment et est injecté dans la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment aval ou amont dans la série. Cette injection se fait dans le compartiment amont ou aval qui a une activité catalytique plus faible que le compartiment duquel a été soutiré l’appoint de catalyseur.
Par poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, on entend le poids total du catalyseur chargé dans l’ensemble des compartiments du réacteur.
Cette gestion spécifique du catalyseur permet de réduire la consommation de catalyseur par un soutirage plus sélectif du catalyseur le plus usé, et de maximiser le temps de séjour du catalyseur le plus actif dans le réacteur. En soutirant uniquement l’équivalent d’appoint en catalyseur à partir du compartiment ayant la plus faible activité catalytique, il est possible d’optimiser l’utilisation du catalyseur et ainsi de réduire le taux de remplacement du catalyseur, ou d’augmenter les performances du réacteur.
On peut par exemple déterminer quel est le compartiment, parmi deux compartiments consécutifs dans la série, qui a une zone d’activité catalytique la plus faible en sachant si l’injection de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné se fait dans le premier ou le dernier compartiment du réacteur : si elle s’effectue dans le premier compartiment S1, alors le compartiment ayant la plus faible activité catalytique sera le compartiment aval, et si elle s’effectue dans le dernier compartiment SN, alors le compartiment ayant la plus faible activité catalytique sera le compartiment amont.
Dans le cadre du procédé selon l’invention, lorsqu’un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur est mise en œuvre, il comprend de préférence une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné 13 et une ligne de sortie du catalyseur usé 14.
Le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur est en particulier mis en œuvre de manière à créer un gradient d’activité catalytique.
Par gradient d’activité catalytique, on entend une variation de l’activité catalytique entre le premier et le dernier compartiment du réacteur, le premier compartiment du réacteur étant le compartiment dans lequel est injectée la charge d’hydrocarbures fraîche en mélange avec le gaz comportant de l’hydrogène, qui peut être un courant d’hydrogène.
L’activité catalytique est généralement corrélée à l’âge moyen du catalyseur.
En effet, une variation de l’activité catalytique entre le premier et le dernier compartiment du réacteur est établie en fonction l’ordre dans lequel sont effectués les soutirages et injections de catalyseur dans les différents compartiments.
Le remplacement de catalyseur, i.e. l’apport extérieur de catalyseur constituant le renouvellement de catalyseur dans le réacteur, se fait de préférence dans la zone catalytique d’hydroconversion du premier ou du dernier compartiment du réacteur, par soutirage d’une partie du catalyseur présent dans ladite zone catalytique d’hydroconversion et par injection de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné.
Selon une mise en œuvre, le catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné est d’abord ajouté dans la zone d’hydroconversion avant que le soutirage de catalyseur ait eu lieu.
Dans une mise en œuvre préférée, le remplacement du catalyseur dans le premier ou le dernier compartiment du réacteur est effectué en soutirant d’abord une partie du catalyseur présent dans la zone catalytique d’hydroconversion dudit compartiment, typiquement entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, avant d’ajouter du catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné.
Le soutirage et l’appoint de catalyseur dans les différents compartiments passe par la boîte de distribution 12 : on effectue le soutirage de l’équivalent d’un appoint de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un des compartiments et on l’envoie vers la boîte de distribution 12. Ensuite, ce catalyseur contenu dans la boîte de distribution 12 est injecté dans un autre compartiment. Dans la mise en œuvre la plus générale, le catalyseur peut être soutiré dans n’importe quel compartiment pour être injecté dans n’importe quel autre compartiment, indépendamment du sens de l’écoulement des fluides gaz et liquide.
Selon une mise en œuvre préférée, on effectue le soutirage de l’équivalent d’un appoint de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un compartiment et son injection dans la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment aval, en réalisant de préférence les étapes ci-dessous, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion comportant des vannes 11, chaque canne 10 comportant au moins une vanne 11:
i. l’ouverture de la vanne 11.SNcontrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne 10 présente dans la zone catalytique du dernier compartiment SNde manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit denier compartiment SNet la boîte de distribution de catalyseur 12, les autres vannes 11 restant fermées,
ii. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique dudit dernier compartiment SNvers la boîte de distribution 12,
iii. la fermeture de la vanne 11.SN ,
iv. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé 14, du catalyseur soutiré,
v. l’ouverture de la vanne 11.SN-1contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne 10 présente dans la zone catalytique du compartiment amont SN-1, de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique du compartiment amont SN-1et la boîte de distribution de catalyseur 12, les autres vannes 11 restant fermées,
vi. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique du compartiment amont SN-1vers la boîte de distribution 12,
vii. la fermeture de la vanne 11.SN-1et l’ouverture de la vanne 11.SN,
viii. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution 12 dans la zone catalytique du compartiment aval SN, et la fermeture de la vanne 11.SN,
ix.si N > 2, la répétition des étapes v. à viii. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans les zones catalytiques des compartiments pris deux à deux, du compartiment SN-2au compartiment S1du réacteur,
x. l’injection d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur, vers la boîte de distribution 12 par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné 13, toutes les vannes 11 restant fermées,
xi. l’ouverture de la vanne 11.S1contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne 10 présente dans la zone catalytique du premier compartiment S1, de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit premier compartiment S1et la boîte de distribution de catalyseur 12, les autres vannes 11 restant fermées,
xii. l’injection, dans la zone catalytique du compartiment S1, de l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné contenu dans la boîte de distribution 12.
De préférence, on soutire et on injecte la même quantité d’appoint en catalyseur dans la zone d’hydroconversion de chaque compartiment du réacteur.
Avantageusement, l’appoint de catalyseur injecté à l’étape xii. est un catalyseur frais.
Selon cette mise en œuvre, dans laquelle l’apport du catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné se fait dans la zone catalytique d’hydroconversion du premier compartiment du réacteur (étape xii.), un gradient d’activité catalytique négatif est établi entre le premier compartiment S1et le dernier compartiment SN. Un gradient d’activité catalytique négatif entre le premier et le dernier compartiment signifie que l’activité catalytique est décroissante du premier S1au dernier compartiment SN.
En se référant plus précisément au mode de réalisation particulier du réacteur illustré à la figure 5, dans lequel le réacteur comprend quatre zones compartiments S1à S4, le soutirage et l’appoint de catalyseur se fait selon étapes suivantes :
i. l’ouverture de la vanne 11.S4pour permettre la connexion entre le compartiment S4et la boîte de distribution de catalyseur 12. Les autres vannes 11.S3, 11.S2, 11.S1restent fermées ;
ii. le soutirage d’une partie du catalyseur du compartiment S4dans la boîte de distribution de catalyseur 12 ;
iii. la fermeture de la vanne 11.S4pour isoler le compartiment S4 ;
iv. l’extraction du catalyseur contenu dans la boite 12 vers un bac de stockage du catalyseur usé (non représenté) ;
v. l’ouverture de la vanne 11.S3pour permettre la connexion entre le compartiment S3et la boîte de distribution de catalyseur 12 ;
vi. le soutirage d’une partie du catalyseur du compartiment S3dans la boîte 12 ;
vii. la fermeture de la vanne 11.S3et l’ouverture de la vanne 11.S4 ;
viii. l’injection du catalyseur soutiré du compartiment S3, contenu dans la boîte de catalyseur 12, dans le compartiment S4et fermeture de la vanne 11.S4 ;
ix. répétition des étapes v. à viii. pour soutirer et faire l’appoint en catalyseur des compartiments S2et S3, puis S1et S2.
À la fin de ce processus de transvasement de catalyseur d’un compartiment à un autre, le compartiment S1se trouve avec un déficit en catalyseur équivalent à la quantité de catalyseur soutirée au départ du compartiment S4. Pour compenser ce déficit, l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné est réalisé au niveau du compartiment S1(selon les étapes étape x. à xii.).
De préférence, l’appoint de catalyseur injecté dans le compartiment S1est un catalyseur frais.
Selon cette mise en œuvre, il est créé un gradient d’activité catalytique décroissant des compartiments S1à S4, i.e. un gradient catalytique négatif : l’activité catalytique est plus grande dans le compartiment S1, que dans le compartiment S2, elle est plus grande dans le compartiment S2que dans le compartiment S3, et enfin elle est plus grande dans le compartiment S3que dans le compartiment S4.
Selon une mise en œuvre alternative, on effectue le soutirage de l’équivalent d’un appoint de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un compartiment et son injection dans la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment amont, en réalisant étapes ci-dessous, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion comportant des vannes 11, chaque canne 10 comportant au moins une vanne 11:
I. l’ouverture de la vanne 11.S1contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne 10 présente dans la zone catalytique du premier compartiment S1de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit premier compartiment S1et la boîte de distribution de catalyseur 12, les autres vannes 11 restant fermées,
II. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique dudit premier compartiment S1vers la boîte de distribution 12,
III. la fermeture de la vanne 11.S1 ,
IV. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé 14, du catalyseur soutiré,
V. l’ouverture de la vanne 11.S2contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne 10 présente dans la zone catalytique du compartiment aval S2, de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit compartiment aval S2et la boîte de distribution de catalyseur 12, les autres vannes 11 restant fermées,
VI. le soutirage l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique dudit compartiment aval S2vers la boîte de distribution 12,
VII. la fermeture de la vanne 11.S2et l’ouverture de la vanne 11.S1 ,
VIII. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution 12 dans la zone catalytique du compartiment amont S1, et la fermeture de la vanne 11.S1,
IX. Si N > 2, la répétition des étapes V. à VIII. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans les zones catalytiques des compartiments pris deux à deux, du compartiment S3au compartiment SN du réacteur,
X. l’injection d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur, vers la boîte de distribution 12 par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné 13, toutes les vannes 11 restant fermées,
XI. l’ouverture de la vanne 11.SNcontrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne 10 présente dans la zone catalytique du dernier compartiment SN,
XII. l’injection, dans la zone catalytique du dernier compartiment SN, de l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné contenu dans la boîte de distribution 12.
De préférence, on soutire et on injecte la même quantité d’appoint en catalyseur dans la zone d’hydroconversion de chaque compartiment du réacteur.
Avantageusement, l’appoint de catalyseur injecté à l’étape XII. est un catalyseur frais.
Selon cette mise en œuvre, dans laquelle le remplacement du catalyseur se fait dans la zone catalytique d’hydroconversion du dernier compartiment du réacteur (étape XII.), un gradient d’activité catalytique positif est établi du premier compartiment S1au dernier compartiment SN. Un gradient d’activité catalytique positif signifie que l’activité catalytique est croissante du premier compartiment S1au dernier compartiment SN.
Dans une telle mise en œuvre, la charge d’hydrocarbures fraîche injectée dans le premier compartiment S1est mise en contact avec le catalyseur de la zone catalytique ayant la plus faible activité catalytique, i.e. le catalyseur le plus usé, ce qui a pour avantage d’éviter une désactivation de catalyseur frais, essentiellement par cokage et dépôt de soufre et métaux contenus dans la charge fraîche la plus réactive, en reportant ces phénomènes sur un catalyseur plus âgé, et donc plus usé. On peut employer l’expression de contre-courant « simulé » solide/liquide pour désigner cette mise en œuvre où l’activité catalytique dans la série de compartiments, croissante du premier au dernier compartiment, est inverse à la réactivité de la charge liquide d’hydrocarbures, décroissante du premier au dernier compartiment.
En se référant plus précisément au mode de réalisation particulier du réacteur illustré à la figure 5, dans lequel le réacteur comprend quatre zones compartiments S1à S4, le soutirage et l’appoint de catalyseur selon cette mise en œuvre est réalisé selon étapes suivantes :
I. l’ouverture de la vanne 11.S1pour permettre la connexion entre le compartiment S1et la boîte de distribution de catalyseur 12. Les autres vannes 11.S2, 11.S3, 11.S4restent fermées,
II. le soutirage d’une partie du catalyseur du compartiment S1dans la boîte de distribution de catalyseur 12,
III. la fermeture de la vanne 11.S1pour isoler le compartiment S1,
IV. l’extraction du catalyseur contenu dans la boite 12 vers un bac de stockage du catalyseur usé (non représenté),
V. l’ouverture de la vanne 11.S2pour permettre la connexion entre le compartiment S2et la boîte de distribution de catalyseur 12,
VI. le soutirage d’une partie du catalyseur du compartiment S2dans la boîte 12,
VII. la fermeture de la vanne 11.S2et l’ouverture de la vanne 11.S1 ,
VIII. l’injection du catalyseur soutiré du compartiment S2, contenu dans la boîte de catalyseur 12, dans le compartiment S1et fermeture de la vanne 11.S1 ;
IX. répétition des étapes V. à VIII. pour soutirer et faire l’appoint en catalyseur des compartiments S3et S2, puis S4et S3.À la fin de ce processus de transvasement de catalyseur d’un compartiment à un autre, le compartiment S4se trouve avec un déficit en catalyseur équivalent à la quantité de catalyseur soutirée au départ du compartiment S1. Pour compenser ce déficit, l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné est réalisé au niveau du compartiment S4(selon les étapes étape X. et XII.).
De préférence, l’appoint de catalyseur injecté dans le compartiment S4est un catalyseur frais.
Selon cette mise en œuvre, il est créé une activité catalytique croissante des compartiments S1à S4, i.e. un gradient catalytique positif : l’activité catalytique est plus petite dans le compartiment S1que dans le compartiment S2, elle est plus petite dans le compartiment S2que dans le compartiment S3, et enfin elle est plus petite dans le compartiment S3que dans le compartiment S4.
Lorsque le procédé met en œuvre plusieurs réacteurs selon l’invention en série, et qu’il est mis en œuvre un soutirage et un appoint en catalyseur spécifique tel que décrit précédemment, le taux de remplacement du catalyseur dans chaque réacteur peut être le même. De préférence, le taux de remplacement du catalyseur est plus élevé dans le premier réacteur que dans le deuxième réacteur en raison de la différence de la quantité d’impuretés introduites dans chaque réacteur. Pour la même raison, pour chacun des réacteurs en série, le taux de remplacement du catalyseur est de préférence moins élevé que celui du réacteur précédent et plus élevé que celui du réacteur suivant.
Un autre avantage de la présente invention réside dans la possibilité de transformation (« revamping » en anglais) de réacteurs à lit bouillonnant classiques d’un procédé H-OilTMen réacteurs selon l’invention, pour atteindre les objectifs déjà décrits, du fait qu’il soit possible de conserver certains éléments de base du réacteur comme l’enveloppe 3, le plateau de distribution 8, et de modifier par l’ajout de parois métalliques l’intérieur du réacteur pour aboutir au réacteur compartimenté selon l’invention.
Exemples
Les exemples suivants illustrent l’invention sans en limiter la portée.
Charge
La charge lourde utilisée pour ces exemples est un résidu sous vide (RSV) dont les principales caractéristiques sont présentées dans le Tableau 1 ci-après.
Propriétés/composition Unités Valeurs
Densité g/cm3 1,02
H % poids 10,23
S % poids 4,890
N ppm poids 4495
V ppm poids 166
Ni ppm poids 52
AsC7 % poids 12,6
CCR (Carbon Conradson Residue) % poids 21,58
Teneur en 540°C+ % poids 90,0
Cette charge lourde RSV est la même charge fraîche pour les différents exemples.
Exemple 1 : Exemple comparatif
Dans cet exemple, on illustre l'état de l'art dans un schéma de procédé avec un réacteur à lit bouillonnant qui n’est pas compartimenté.
Le réacteur selon l’art antérieur présente un écoulement proche du piston pour la phase gaz. La phase liquide et le catalyseur, qui est un catalyseur d'hydroconversion de type NiMo/alumine présentant une teneur en NiO de 4 % poids et une teneur en MoO3de 9 % poids, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale du catalyseur, sont bien mélangés dans le réacteur du fait de la présence d’une pompe d’ébullition, qui participe à une recycle du liquide récupéré en tête du réacteur au niveau d’une coupelle de recycle et envoyé vers la pompe d’ébullition par une conduite de recycle. Le catalyseur reste dans le réacteur sous la forme d’un lit fluidisé et est de ce fait également bien mélangé. Par conséquent, les performances de ce réacteur classique se rapprochent plus de celles d’un réacteur parfaitement agité.
La charge fraîche du tableau 1 est envoyée en totalité et en présence d'hydrogène dans le réacteur d'hydroconversion classique fonctionnant en lit bouillonnant à courant ascendant de liquide et de gaz.
Les conditions appliquées dans le réacteur d'hydroconversion sont présentés dans le tableau 2.
Propriétés/composition Unités Valeurs
Pression bar 160
Température °C 420
VVH du réacteur h-1 0,6
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en carbone Conradson (CCR), en métaux (Ni et V), en azote, en soufre, en asphaltènes C7. La conversion de la fraction 540°C+ en sortie du réacteur d’hydroconversion est de 50,2 % poids.
Les Tableaux 4 et 5plus bas donnent les différentes performances en sortie de la section réactionnelle et les compare avec celles obtenues en sortie d’exemples de réacteurs selon l’invention (exemples 2 et 3).
Exemple 2 : Exemple selon l’invention
Dans cet exemple, on illustre l’invention dans un schéma de procédé avec un exemple de réacteur selon l’invention comportant 4 compartiments comportant chacun un lit bouillonnant catalytique.
Le catalyseur est identique à celui de l’exemple 1 et a la même activité que celui de l’exemple 1.
Dans cet exemple de réacteur selon l’invention, le catalyseur est parfaitement agité dans chaque compartiment et l’écoulement du liquide se rapproche davantage du piston, du fait de l’absence d’une pompe de recycle.
La charge fraîche du tableau 1 est envoyée en totalité et en présence d'hydrogène dans le réacteur d'hydroconversion compartimenté, en particulier dans le premier compartiment du réacteur.
Le volume total de catalyseur dans le réacteur selon cet exemple est identique au volume du réacteur selon l’exemple 1.
Les conditions appliquées dans le réacteur d'hydroconversion compartimenté selon cet exemple sont présentés dans le tableau 3.
Propriétés/composition Unités Valeurs
Pression bar 160
Température °C 420
VVHréacteurde chaque compartiment h-1 2,4
VVHréacteurglobale h-1 0,6
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en carbone Conradson (CCR), en métaux (Ni et V), en azote, en soufre, en asphaltènes C7. La conversion de la fraction 540°C+ en sortie du réacteur d’hydroconversion est de 59,3 % poids.
Le Tableau 4 ci-dessous donne les différentes performances en sortie du réacteur selon cet exemple 2, et les compare avec celles obtenues en sortie de la section réactionnelle du réacteur non-compartimenté selon l’art antérieur (exemple 1).
Propriétés/composition Réacteur classique (non-compartimenté) selon l’exemple 1 (art antérieur) Réacteur compartimenté selon l’exemple 2 (selon l’invention) Gain (%)
Conversion du résidu 50,2 59,3 18,2
Taux de conversion du soufre (HDS) 66,0 79,9 21,0
Taux de conversion du nickel (HDNi) 55,9 67,0 19,9
Taux de conversion du vanadium (HDV) 72,3 86,3 19,3
Taux de conversion de l’azote (HDN) 20,4 23,2 13,5
Taux de conversion du carbone Conradson (HDCCR) 49,0 59,8 22,0
Taux de conversion des Asphaltènes C7(HDAsphC7) 54,1 65,3 20,7
Exemple 3 : Exemple selon l’invention
Dans cet exemple, on illustre l’invention dans un schéma de procédé avec un exemple de réacteur selon l’invention comprenant quatre compartiments (N=4) comportant chacun un lit bouillonnant catalytique, et comportant un dispositif de soutirage et d’injection du catalyseur mis en œuvre de manière à obtenir un contre-courant « simulé » solide/liquide : l’activité catalytique est croissante du premier au quatrième compartiment, est inverse à la réactivité de la charge liquide d’hydrocarbures, décroissante du premier au quatrième compartiment.
La nature du catalyseur est identique à celui des exemples 1 et 2.
Dans cet exemple de réacteur selon l’invention, le catalyseur est parfaitement agité dans chaque compartiment et l’écoulement du liquide se rapproche davantage du piston, du fait de l’absence d’une pompe de recycle.
La charge fraîche du tableau 1 est envoyée en totalité et en présence d'hydrogène dans le réacteur d'hydroconversion compartimenté, en particulier dans le premier compartiment du réacteur.
Le volume total de catalyseur dans le réacteur selon cet exemple est identique au volume du réacteur selon l’exemple 1.
Les conditions appliquées dans le réacteur d'hydroconversion compartimenté selon cet exemple sont présentés dans le tableau 3 plus haut.
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en carbone Conradson (CCR), en métaux (Ni et V), en azote, en soufre, en asphaltènes C7. La conversion de la fraction 540°C+ en sortie du réacteur d’hydroconversion est de 59,6 % poids.
Le Tableau 5 ci-dessous donne les différentes performances en sortie du réacteur selon cet exemple 3, et les compare avec celles obtenues en sortie de la section réactionnelle du réacteur non compartimenté selon l’art antérieur (exemple 1). Les performances sont accrues par rapport à l’exemple 1 mais également l’exemple 2.
Propriétés/composition Réacteur classique (non-compartimenté) selon l’exemple 1 (art antérieur) Réacteur compartimenté selon l’exemple 3 (selon l’invention) Gain (%)
Conversion du résidu 50,2 59,6 18,7
Taux de conversion du soufre (HDS) 66,0 80,8 22,4
Taux de conversion du nickel (HDNi) 55,9 68,4 22,4
Taux de conversion du vanadium (HDV) 72,3 87,4 20,8
Taux de conversion de l’azote (HDN) 20,4 23,9 17,6
Taux de conversion du carbone Conradson (HDCCR) 49,0 60,9 24,2
Taux de conversion des Asphaltènes sC7 (HAsphC7) 54,1 66,6 23,1

Claims (20)

  1. Réacteur d’hydroconversion d'une charge liquide d'hydrocarbures comprenant une enveloppe de réacteur (3) et N compartiments Snconfigurés pour fonctionner en série et délimités par des parois internes verticales (16), n étant un entier allant de 1 à N et N ≥2, chaque compartiment comprenant :
    - une chambre d’injection de fluides (7), lesdits fluides comprenant la charge liquide d'hydrocarbures et un gaz contenant de l’hydrogène,
    - une zone catalytique d’hydroconversion surmontant et séparée de ladite chambre d’injection (7) par un plateau de distribution des fluides (8), ladite zone catalytique d’hydroconversion comportant un lit bouillonnant de catalyseur (9),
    lesdites parois internes verticales (16) étant étanches dans la partie du réacteur située au-dessus du plateau de distribution (8) de manière à empêcher le transfert de catalyseur et des fluides entre les compartiments dans ladite partie du réacteur,
    et dans lequel pour tous les compartiments Sn, deux compartiments successifs amont et aval sont reliés par un conduit vertical (20, 21, 22) permettant le passage des fluides du sommet du compartiment amont à la chambre d’injection (7) du compartiment aval.
  2. Réacteur selon la revendication 1, dans lequel les parois internes verticales (16) s’étendent depuis le fond du réacteur jusqu’au sommet du réacteur.
  3. Réacteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l’enveloppe du réacteur (3) a une paroi latérale cylindrique.
  4. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel les parois internes verticales (16) sont planes, et définissent de préférence avec l’enveloppe du réacteur ayant une paroi latérale cylindrique des compartiments verticaux en forme de secteurs de cylindre.
  5. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel les parois internes verticales (16) sont cylindriques et concentriques à l’enveloppe du réacteur ayant une paroi latérale cylindrique, formant des compartiments verticaux en forme d’anneaux.
  6. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit conduit vertical (20, 21, 22) est positionné dans le compartiment amont et comporte :
    - une ouverture d’entrée (4) au sommet du compartiment amont, située au-dessus du lit bouillonnant de catalyseur (9), et
    - une ouverture de sortie (4’) dans la paroi interne verticale (16) et située en bas du compartiment sous le plateau de distribution, ladite ouverture de sortie (4’) communiquant avec la chambre d’injection (7) du compartiment aval.
  7. Réacteur selon la revendication 6, dans lequel ledit conduit vertical (20, 21, 22) est formé par les parois internes verticales (16) et par une deuxième paroi verticale (15), ledit conduit ayant de préférence une section transversale en forme de segment circulaire au-dessus du plateau de distribution (8).
  8. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment du réacteur à la zone catalytique d’hydroconversion d’un autre compartiment du réacteur, ledit dispositif comportant
    - une boite de distribution du catalyseur (12) reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion d’au moins deux compartiments par des cannes (10) comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les zones d’hydroconversion des différents compartiments,
    - une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais, et/ou régénéré et/ou réjuvéné (13) et une ligne de sortie du catalyseur usé (14).
  9. Réacteur selon la revendication 8, dans lequel la boite de distribution du catalyseur (12) est reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion de tous les compartiments du réacteur.
  10. Réacteur selon l’une quelconques des revendications 8 et 9, dans lequel les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les zones d’hydroconversion des différents compartiments comprennent des vannes (11), chaque canne (10) comportant au moins une vanne (11).
  11. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un premier compartiment S1comporte une conduite d’alimentation en un mélange de charge liquide d’hydrocarbures fraiche et de gaz comportant de l’hydrogène (5) débouchant dans la chambre d’injection (7) dudit premier compartiment S1, et un dernier compartiment SNcomportant à son sommet une conduite de sortie (23) de la charge traitée.
  12. Réacteur selon l’une des revendications précédentes, comportant quatre compartiments en série (S1, S2, S3, S4).
  13. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, ne comportant pas de pompe d’ébullition pour le recyclage de la charge liquide.
  14. Procédé d’hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures au moyen d'hydrogène consistant à faire passer la charge liquide d'hydrocarbures et un gaz contenant de l'hydrogène au travers d’au moins un réacteur d’hydroconversion selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel on effectue N étapes d’hydroconversion successives de ladite charge liquide d'hydrocarbures dans les N compartiments Snen série dudit réacteur,n étant un entier allant de 1 à N et N ≥2, lesdites étapes d’hydroconversion étant réalisées dans des conditions permettant d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote.
  15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel :
    a) on envoie un mélange de charge liquide d'hydrocarbures fraîche et d'un gaz contenant de l'hydrogène par un conduit (5) débouchant dans la chambre d’injection (7) d’un premier compartiment S1du réacteur pour une première étape d’hydroconversion de ladite charge liquide d’hydrocarbures dans la zone catalytique d’hydroconversion dudit premier compartiment S1comportant un lit bouillonnant de catalyseur (9),
    b) on envoie les fluides issus de ladite zone catalytique d’hydroconversion du premier compartiment S1selon un courant descendant au travers d’un conduit vertical (20) vers la chambre d’injection (7) d’un compartiment aval successif dans la série pour une étape supplémentaire d’hydroconversion de ladite charge liquide d’hydrocarbures dans la zone catalytique d’hydroconversion dudit compartiment aval successif comportant un lit bouillonnant de catalyseur (9),
    l’étape b) étant répétée N-2 fois entre deux compartiments successifs amont et aval du réacteur,
    c) on évacue les fluides issus de la zone catalytique d’hydroconversion du dernier compartiment SNcomportant l’effluent liquide à teneur réduite en soufre, en carbone Conradson, en métaux, et en azote par un conduit (23) au sommet dudit dernier compartiment.
  16. Procédé selon la revendication 14 ou la revendication 15, dans lequel
    le réacteur comporte en outre un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment du réacteur à la zone catalytique d’hydroconversion d’un autre compartiment du réacteur, ledit dispositif comportant une boite de distribution du catalyseur (12) reliée aux zones catalytiques d’hydroconversion d’au moins deux compartiments par des cannes (10) comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les zones d’hydroconversion des différents compartiments, une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais, et/ou régénéré et/ou réjuvéné (13) et une ligne de sortie du catalyseur usé (14),
    dans lequel l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, est soutiré de la zone catalytique d’hydroconversion d’un compartiment et est injecté dans la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment aval ou amont dans la série.
  17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (10) comportent des vannes (11), chaque canne (10) comportant au moins une vanne (11), et dans lequel on effectue le soutirage de l’équivalent d’un appoint de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un compartiment et son injection dans la zone catalytique d’hydroconversion du compartiment aval, et on crée un gradient d’activité catalytique négatif entre le premier et le dernier compartiment du réacteur, en réalisant les étapes suivantes:
    i. l’ouverture de la vanne (11.SN) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (10) présente dans la zone catalytique du dernier compartiment SNde manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit dernier compartiment SNet la boîte de distribution de catalyseur (12), les autres vannes (11) restant fermées,
    ii. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique du dernier compartiment SNvers la boîte de distribution (12),
    iii. la fermeture de la vanne (11.SN) liée au dernier compartiment SN,
    iv. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé (14), du catalyseur soutiré,
    v. l’ouverture de la vanne (11.SN-1) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (10) présente dans la zone catalytique du compartiment amont SN-1, de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique du compartiment amont SN-1et la boîte de distribution de catalyseur (12), les autres vannes (11) restant fermées,
    vi. le soutirage l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique du compartiment amont SN-1vers la boîte de distribution (12),
    vii. la fermeture de la vanne (11.SN-1) liée au compartiment amont SN-1et l’ouverture de la vanne (11.SN) liée au dernier compartiment SN,
    viii. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution (12) dans la zone catalytique du compartiment aval SN, et la fermeture de la vanne (11.SN) liée au dernier compartiment SN,
    ix. si N > 2, la répétition des étapes v. à viii. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans les zones catalytiques des compartiments pris deux à deux, du compartiment SN-2au compartiment S1du réacteur,
    x. l’injection d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur, vers la boîte de distribution (12) par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné (13), toutes les vannes (11) restant fermées,
    xi. l’ouverture de la vanne (11.S1) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (10) présente dans la zone catalytique du premier compartiment S1de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit premier compartiment S1et la boîte de distribution de catalyseur (12), les autres vannes (11) restant fermées,
    xii. l’injection, dans la zone catalytique dudit premier compartiment S1, de l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné contenu dans la boîte de distribution (12).
  18. Procédé selon la revendication 16, dans lequel les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (10) comportent des vannes (11), chaque canne (10) comportant au moins une vanne (11), et dans lequel on effectue le soutirage de l’équivalent d’un appoint de catalyseur de la zone d’hydroconversion d’un compartiment et son injection dans la zone catalytique du compartiment amont, et on crée un gradient d’activité catalytique positif entre le premier et le dernier compartiment du réacteur, en réalisant les étapes suivantes:
    I. l’ouverture de la vanne (11.S1) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (10) présente dans la zone catalytique du premier compartiment S1de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit premier compartiment S1et la boîte de distribution de catalyseur (12), les autres vannes (11) restant fermées,
    II. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique dudit premier compartiment S1vers la boîte de distribution (12),
    III. la fermeture de la vanne (11.S1) liée au premier compartiment S1,
    IV. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé (14), du catalyseur soutiré,
    V. l’ouverture de la vanne (11.S2) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (10) présente dans la zone catalytique du compartiment aval S2, de manière à permettre la connexion entre la zone catalytique dudit compartiment aval S2et la boîte de distribution de catalyseur (12), les autres vannes 11 restant fermées,
    VI. le soutirage l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone catalytique dudit compartiment aval S2vers la boîte de distribution (12),
    VII. la fermeture de la vanne (11.S2) liée au compartiment aval S2et l’ouverture de la vanne (11.S1) liée au premier compartiment S1,
    VIII. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution (12) dans la zone catalytique du compartiment amont S1, et la fermeture de la vanne (11.S1) ,
    IX. Si N > 2, la répétition des étapes V. à VIII. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans les zones catalytiques des compartiments pris deux à deux, du compartiment S3au compartiment SNdu réacteur,
    X. l’injection d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur, vers la boîte de distribution (12) par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné (13), toutes les vannes (11) restant fermées ,
    XI. l’ouverture de la vanne (11.SN) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (10) présente dans la zone catalytique du dernier compartiment SN,
    XII. l’injection, dans la zone catalytique du dernier compartiment SN, de l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné contenu dans la boîte de distribution (12).
  19. Procédé selon la revendication 17 ou la revendication 18, dans lequel l’appoint de catalyseur injecté à l’étape xii. ou à l’étape XII. est un catalyseur frais.
  20. Procédé selon l’une des revendications 16 à 19, dans lequel on soutire et on injecte la même quantité d’appoint en catalyseur dans la zone d’hydroconversion de chaque compartiment.
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