FR3130287A1 - Craquage catalytique de charges peu cokantes avec apport de chaleur par brûleur externe - Google Patents

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Abstract

Dispositif et procédé pour le craquage catalytique comprenant et utilisant respectivement : une zone réactionnelle pour craquer une charge hydrocarbonée (2) avec un catalyseur solide (3), une zone de séparation pour séparer le catalyseur au moins partiellement coké (7) et des produits gazeux (6), un régénérateur (12) pour brûler le coke du catalyseur au moins partiellement coké, régénérer le catalyseur solide et produire des gaz de combustion (15), une conduite de transport (11) pour alimenter le régénérateur en catalyseur au moins partiellement coké à partir de la zone de séparation, et un brûleur externe (17) adapté pour brûler un combustible (18) et envoyer un gaz de combustion de brûleur (20) dans la première conduite de transport. Figure 1 à publier

Description

Craquage catalytique de charges peu cokantes avec apport de chaleur par brûleur externe
L'invention concerne le domaine du raffinage et de la pétrochimie et des procédés et unités de transformation chimique de produits pétroliers, notamment de coupes de brut pétrolier par Craquage Catalytique en lit Fluidisé (« Fluid Catalytic Cracking » ou FCC selon la terminologie anglo-saxonne). L'invention concerne également le domaine de production d’oléfines légères (i.e., oléfines comprenant entre 2 et 4 atomes de carbone), et plus particulièrement d’éthylène, de propylène et d’aromatiques, à partir d'une charge d'hydrocarbures, principalement des naphtas et essences par conversion catalytique par Craquage Catalytique de Naphta (« Naphtha Catalytic Cracking » ou NCC selon la terminologie anglo-saxonne).
Le craquage catalytique de coupes dites peu cokantes à faible potentiel de coke, telles que des coupes légères, pose problème pour boucler le bilan thermique des unités de craquage catalytique, telles que les unités NCC, car lesdites coupes ne produisent pas suffisamment de coke pour compenser par combustion la perte thermique générée par la vaporisation et les réactions de craquage endothermiques. Le bilan thermique des unités de craquage catalytique ne peut être atteinte que par un apport de chaleur externe au procédé.
Il est courant de trouver des solutions qui proposent de recycler au niveau du régénérateur ou du strippeur des coupes dites cokantes à fort potentiel de coke du type slurry (coupe 360°C+ de type résidu et à dominante aromatique), ou des coupes hydrocarbonées telle que du LCO (pour « Light Cycle Oil » qui est un distillat typiquement issu d’un procédé FCC), du Fioul N°2 ou du Fuel domestique. Le recyclage des coupes cokantes est problématique car très émetteur de CO2. De plus, compte tenu des températures régnant dans le régénérateur, généralement de l’ordre de 650°C à 750°C, une partie du recycle se vaporise formant des gaz craqués qui vont se retrouver dans la phase diluée du régénérateur. La combustion des gaz craqués dans la phase diluée crée localement des zones de fortes températures (points chauds), ayant pour effet de désactiver le catalyseur et pouvant être dommageables à la métallurgie. Cette situation dans laquelle la température dans la phase diluée est supérieure à celle de la phase dense est appelé postcombustion ou « afterburning » selon la terminologie anglo-saxonne.
WO21024115 décrit un procédé de craquage catalytique dans lequel du méthane est injecté et brûlé dans l'unité de régénération du catalyseur pour fournir une chaleur supplémentaire au catalyseur régénéré.
US6558531 décrit un procédé de craquage catalytique dans lequel du combustible et un gaz contenant de l'oxygène sont conduits et brûlés dans la conduite de transfert du catalyseur dans le régénérateur.
Dans le contexte précédemment décrit, un premier objet de la présente invention est de surmonter les problèmes de l’art antérieur et de fournir un dispositif et un procédé de craquage catalytique permettant de boucler le bilan thermique pour le traitement de charges peu cokantes.
Selon un premier aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif pour le craquage catalytique en lit fluidisé comprenant :
- une zone réactionnelle (de craquage catalytique) adaptée pour : être alimentée par et craquer au moins partiellement une charge hydrocarbonée en présence d’un catalyseur solide ; et produire un premier effluent comprenant du catalyseur (partiellement) coké et des produits gazeux de craquage et optionnellement de la charge hydrocarbonée non convertie,
- une zone de séparation connectée à la sortie de la zone réactionnelle, et adaptée pour séparer le catalyseur au moins partiellement coké et les produits gazeux,
- une première conduite de transport connectée à la zone de séparation, comprenant un deuxième distributeur gaz/solide débouchant au fond d’un régénérateur, et étant adaptée pour être alimentée par la zone de séparation en catalyseur au moins partiellement coké,
- le régénérateur adapté pour être opéré en lit fluidisé dense pour brûler le coke du catalyseur au moins partiellement coké, régénérer le catalyseur solide et produire des gaz de combustion de régénérateur, et
- un brûleur externe adapté pour brûler un combustible et envoyer un gaz de combustion de brûleur dans la première conduite de transport.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le combustible comprend au moins un composé choisi parmi le groupe consistant en du méthane, du gaz naturel, de l’éthane, du propane, du butane, du dihydrogène, un mélange d’hydrocarbures en C1-C5.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le combustible comprend ou consiste essentiellement en du méthane.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend en outre un strippeur disposé entre la zone de séparation et la première conduite de transport, le strippeur étant adapté pour : être alimenté en catalyseur au moins partiellement coké par la zone de séparation ; stripper avec un diluant (e.g. à la vapeur d’eau) des hydrocarbures restés adsorbés à la surface du catalyseur au moins partiellement coké ; produire des effluents gazeux (envoyés du strippeur vers une unité aval) ; et alimenter la première conduite de transport en catalyseur au moins partiellement coké (catalyseur strippé).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le strippeur est adapté pour mélanger au moins une partie des effluents gazeux avec les produits gazeux de la zone de séparation.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la première conduite de transport comprend une alimentation en gaz de dilution.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, une alimentation en gaz de dilution est adaptée pour mélanger le gaz de dilution au gaz de combustion de brûleur (e.g. directement) en sortie du brûleur ou (e.g. directement) en amont dans la première conduite de transport.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le gaz de dilution comprend des composés choisis parmi le groupe consistant en de l’air, de l’azote, du gaz carbonique, de la vapeur d’eau, des fumées de combustion, des hydrocarbures légers tels que des composés en C1-C5 (composés comprenant de 1 à 5 atomes de carbones) et un mélange de ceux-ci. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le gaz de dilution comprend ou consiste en de l’air et/ou des fumées de combustion, préférablement des gaz de combustion provenant du régénérateur.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la zone réactionnelle est choisie parmi : un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant ; un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant ; et un réacteur à lit fluidisé dense et optionnellement une deuxième conduite de transport.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la zone de séparation est adaptée pour être opérée en lit fluidisé dense pour poursuivre les réactions de craquage de la charge hydrocarbonée non convertie dans le réacteur (e.g. type FCC).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur (e.g. type NCC) est adapté pour être alimenté en une charge hydrocarbonée supplémentaire et craquer au moins partiellement la charge hydrocarbonée supplémentaire.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la première conduite de transport est ascendante et sensiblement verticale.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la sortie de la première conduite de transport débouche dans le lit dense du régénérateur.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la sortie de la première conduite de transport débouche au fond du lit dense du régénérateur.
Selon un deuxième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé pour le craquage catalytique en lit fluidisé comprenant les étapes suivantes :
- alimenter une zone réactionnelle (de craquage catalytique) avec une charge hydrocarbonée ;
- craquer au moins partiellement la charge hydrocarbonée en présence d’un catalyseur solide pour produire un premier effluent comprenant du catalyseur au moins partiellement coké et des produits gazeux de craquage ;
- alimenter une zone de séparation disposée en sortie de la zone réactionnelle ;
- séparer le catalyseur au moins partiellement coké et les produits gazeux ;
- alimenter une première conduite de transport par la zone de séparation en catalyseur au moins partiellement coké, la première conduite de transport comprenant un distributeur gaz/solide débouchant au fond du régénérateur ;
- alimenter le régénérateur par le première conduite de transport en catalyseur au moins partiellement coké ;
- brûler le coke du catalyseur au moins partiellement coké dans le régénérateur opérant en lit fluidisé dense pour régénérer le catalyseur solide et produire des gaz de combustion,
- brûler un combustible dans un brûleur externe pour produire un gaz de combustion de brûleur ; et
- envoyer le gaz de combustion de brûleur dans la première conduite de transport.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la charge hydrocarbonée présente une teneur de carbone Conradson, défini par la norme ASTM D482, inférieur à 2% en poids.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention des aspects précités, apparaîtront à la lecture de la description ci-après et d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures
La est un schéma d’un dispositif de craquage catalytique selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention (configuration NCC) comprenant une conduite de transport située sous le régénérateur et connectant un brûleur externe audit régénérateur.
La est un schéma d’un dispositif de craquage catalytique selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention (configuration FCC) comprenant une conduite de transport située sous le régénérateur et connectant un brûleur externe audit régénérateur.
La est un schéma d’une conduite de transport d’un dispositif selon la et la , comprenant un premier point d’injection de catalyseur à régénérer et un deuxième point d’injection du gaz de combustion.
La montre l’évolution de la température du catalyseur à régénérer le long de la conduite de transport selon la .

Claims (15)

  1. Dispositif pour le craquage catalytique en lit fluidisé comprenant :
    - une zone réactionnelle adaptée pour : être alimentée par et craquer au moins partiellement une charge hydrocarbonée (2) en présence d’un catalyseur solide (3) ; et produire un premier effluent comprenant du catalyseur au moins partiellement coké et des produits gazeux de craquage,
    - une zone de séparation connectée à la sortie de la zone réactionnelle et adaptée pour séparer le catalyseur au moins partiellement coké (7) et les produits gazeux (6),
    - une première conduite de transport (11) connectée à la zone de séparation, comprenant un distributeur gaz/solide (13) débouchant au fond d’un régénérateur (12) et adaptée pour être alimentée par la zone de séparation en catalyseur au moins partiellement coké (7),
    - le régénérateur (12) adapté pour opérer en lit fluidisé dense pour brûler le coke du catalyseur au moins partiellement coké (7) et régénérer le catalyseur solide (3) et produire des gaz de combustion (15), et
    - un brûleur externe (17) adapté pour brûler un combustible (18) et envoyer un gaz de combustion de brûleur (20) dans la première conduite de transport (11).
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le combustible (18) comprend au moins un composé choisi parmi le groupe consistant en du méthane, du gaz naturel, de l’éthane, du propane, du butane, du dihydrogène, un mélange d’hydrocarbures en C1-C5.
  3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le combustible comprend ou consiste essentiellement en du méthane.
  4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un strippeur (8) disposé entre la zone de séparation et la première conduite de transport (11), le strippeur (8) étant adapté pour : être alimenté en catalyseur au moins partiellement coké (7) par la zone de séparation ; stripper avec un diluant (9) des hydrocarbures restés adsorbés à la surface du catalyseur au moins partiellement coké (7) ; produire des effluents gazeux (10) ; et alimenter la première conduite de transport (11) en catalyseur au moins partiellement coké (7).
  5. Dispositif selon la revendication précédente, dans lequel le strippeur (7) est adapté pour mélanger au moins une partie des effluents gazeux (10) avec les produits gazeux (6) de la zone de séparation.
  6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première conduite de transport (11) comprend une alimentation en gaz de dilution (21).
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel une alimentation en gaz de dilution (21) est adaptée pour mélanger le gaz de dilution (21) au gaz de combustion de brûleur (20) en sortie du brûleur (17) ou en amont dans la première conduite de transport (11).
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 6 et 7, dans lequel le gaz de dilution (21) comprend des composés choisis parmi le groupe consistant en de l’air, de l’azote, du gaz carbonique, de la vapeur d’eau, des fumées de combustion, des hydrocarbures légers et un mélange de ceux-ci.
  9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le gaz de dilution (21) comprend ou consiste en de l’air et/ou des fumées de combustion, préférablement des gaz de combustion de régénérateur (15).
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la zone réactionnelle est choisie parmi : un réacteur (1’) à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant ; un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant ; et un réacteur (5) à lit fluidisé dense et optionnellement une deuxième conduite de transport (1).
  11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel la zone de séparation est adaptée pour être opérée en lit fluidisé dense pour poursuivre les réactions de craquage de la charge hydrocarbonée non convertie dans le réacteur (1’).
  12. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel le réacteur(5) est adapté pour être alimenté en une charge hydrocarbonée supplémentaire (2’) et craquer au moins partiellement la charge hydrocarbonée supplémentaire (2’).
  13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première conduite de transport (11) est à courant ascendant et sensiblement verticale.
  14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sortie de la première conduite de transport (11) débouche au fond du lit dense du régénérateur (12).
  15. Procédé pour le craquage catalytique en lit fluidisé comprenant les étapes suivantes :
    - alimenter une zone réactionnelle avec une charge hydrocarbonée (2) ;
    - craquer au moins partiellement la charge hydrocarbonée (2) en présence d’un catalyseur solide (3) pour produire un premier effluent comprenant du catalyseur au moins partiellement coké et des produits gazeux de craquage ;
    - alimenter une zone de séparation disposée en sortie de la zone réactionnelle ;
    - séparer le catalyseur au moins partiellement coké (7) et les produits gazeux (6) ;
    - alimenter une première conduite de transport (11) par la zone de séparation en catalyseur au moins partiellement coké (7), la première conduite de transport (11) comprenant un distributeur gaz/solide (13) débouchant au fond du régénérateur (12) ;
    - alimenter le régénérateur (12) par le première conduite de transport (11) en catalyseur au moins partiellement coké (7) ;
    - brûler le coke du catalyseur au moins partiellement coké (7) dans le régénérateur (12) opérant en lit fluidisé dense pour générer le catalyseur solide (3) et produire des gaz de combustion (15),
    - brûler un combustible (18) dans un brûleur externe (17) pour produire un gaz de combustion de brûleur (20) ; et
    - envoyer le gaz de combustion de brûleur (20) dans la première conduite de transport (11).
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