FR3140778A1 - Fluidized bed reactor with downward gas-solid co-flow with oriented injector. - Google Patents
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Abstract
Dispositif et procédé de craquage catalytique en lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant comprenant/utilisant : une conduite (1) transportant un flux descendant (4) de particules de catalyseur ; une chambre de mélange (2) comprenant au moins un premier injecteur (5) de charge hydrocarbonée (6) ; un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant (3) alimenté en catalyseur et charge hydrocarbonée, le premier injecteur présentant un angle α prédéterminé par rapport à l’horizontale de sorte que : le vecteur de la quantité du mouvement résultant (Mtot), somme vectorielle de la quantité de mouvement de charge (M6) et du catalyseur (M4), présente un angle λ par rapport à un plan horizontal de 70°-80° ; et le ratio du composant vertical de la quantité du mouvement de charge (M6v) et de la quantité de mouvement de catalyseur, est compris entre -0,2 et 0,1. Figure 2 à publierA downward gas-solid co-flow fluidized bed catalytic cracking device and method comprising/using: a conduit (1) carrying a downward flow (4) of catalyst particles; a mixing chamber (2) comprising at least one first injector (5) of hydrocarbon feed (6); a fluidized bed reactor with descending gas-solid co-current (3) supplied with catalyst and hydrocarbon feedstock, the first injector having a predetermined angle α relative to the horizontal so that: the vector of the quantity of the resulting movement ( Mtot), vector sum of the momentum of charge (M6) and catalyst (M4), has an angle λ with respect to a horizontal plane of 70°-80°; and the ratio of the vertical component of the charge momentum (M6v) and the catalyst momentum is between -0.2 and 0.1. Figure 2 to be published
Description
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 hydrocarbonées, par Craquage Catalytique en lit Fluidisé (« Fluid Catalytic Cracking » ou FCC selon la terminologie anglo-saxonne) pour la production d’oléfines légères (i.e., oléfines comprenant entre 2 et 4 atomes de carbone), et plus particulièrement d’éthylène et de propylène, et aussi d’aromatiques (e.g. BTX), et plus particulièrement de paraxylène.The invention relates to the field of refining and petrochemicals and to processes and units for the chemical transformation of petroleum products, in particular hydrocarbon cuts, by Fluidized Bed Catalytic Cracking (“Fluid Catalytic Cracking” or FCC according to Anglo-Saxon terminology) for the production of light olefins (i.e., olefins comprising between 2 and 4 carbon atoms), and more particularly ethylene and propylene, and also aromatics (e.g. BTX), and more particularly paraxylene.
L’invention s’inscrit dans l’amélioration du design de la zone à flux établi des réacteurs à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant (« downer » ou « down flow reactor » selon la terminologie anglo-saxonne), nommés ci-après réacteurs à flux descendant, utilisés par exemple pour le craquage catalytique à haute sévérité (HS-FCC).The invention is part of the improvement of the design of the established flow zone of fluidized bed reactors with descending gas-solid co-current ("downer" or "down flow reactor" according to the Anglo-Saxon terminology), called hereinafter downflow reactors, used for example for high severity catalytic cracking (HS-FCC).
Éthylène, Propylène, Butène, Butadiène et les aromatiques tels que le Benzène, Toluène et Xylène (BTX) représentent les produits de base pour l’industrie pétrochimique. Ces produits sont généralement obtenus par le reformage catalytique et/ou le craquage thermique (vapocraquage ou « steam cracking » en anglais) d’hydrocarbures tels que naphta, kérosène ou gazole. Ces composés sont également obtenus par un craquage catalytique en lit fluidisé (FCC) d’hydrocarbures, tels qu’un Distillat Sous Vide (DSV, ou « vacuum gas oil » ou VGO selon la terminologie anglo-saxonne) et/ou un résidu (sous vide ou atmosphérique) de distillation d’hydrocarbures et/ou de naphta, de gazoles, bruts complets.Ethylene, Propylene, Butene, Butadiene and aromatics such as Benzene, Toluene and Xylene (BTX) represent the basic products for the petrochemical industry. These products are generally obtained by catalytic reforming and/or thermal cracking (steam cracking) of hydrocarbons such as naphtha, kerosene or gas oil. These compounds are also obtained by fluidized bed catalytic cracking (FCC) of hydrocarbons, such as a Vacuum Distillate (DSV, or “vacuum gas oil” or VGO according to Anglo-Saxon terminology) and/or a residue ( under vacuum or atmospheric) distillation of hydrocarbons and/or naphtha, gas oils, complete crudes.
Le procédé de craquage catalytique à haute sévérité (HS-FCC) vise à augmenter les rendements en propylène et éthylène à travers des conditions de réaction à haute température, temps de contact très courts (e.g. ~1 s), des rapports élevés entre le débit massique C de catalyseur et le débit massique O de charge (C/O).The high severity catalytic cracking (HS-FCC) process aims to increase yields of propylene and ethylene through high temperature reaction conditions, very short contact times (e.g. ~1 s), high flow rate ratios mass C of catalyst and mass flow rate O of charge (C/O).
Les inconvénients associés avec un réacteur FCC classique à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant (« riser » selon la terminologie anglo-saxonne) tels que le rétro-mélange (« back-mixing » selon la terminologie anglo-saxonne) et l’accumulation de catalyseur au voisinage de la paroi avec pour conséquence un surcraquage des hydrocarbures et la formation excessive de coke, d’hydrogène, de méthane et d’éthane ne permettent pas de favoriser la production des oléfines dans des conditions à haute sévérité.The disadvantages associated with a conventional fluidized bed FCC reactor with ascending gas-solid co-current (“riser” according to Anglo-Saxon terminology) such as back-mixing (“back-mixing” according to Anglo-Saxon terminology) and the accumulation of catalyst in the vicinity of the wall with the consequence of overcracking of the hydrocarbons and the excessive formation of coke, hydrogen, methane and ethane do not make it possible to promote the production of olefins under high severity conditions.
Afin de surmonter ces inconvénients, le procédé HS-FCC utilise un réacteur à flux descendant, où le catalyseur et la charge sont mises en mouvement sous l’effet de la gravité avec un écoulement qui approche celui d’un écoulement type piston. L’écoulement gaz-solide descendant dans un réacteur évite le rétro-mélange et le surcraquage des produits tandis que l’utilisation des ratios élevés de C/O assure la prédominance des réactions catalytiques. La température élevée favorise la formation des intermédiaires de réactions tels que les oléfines légères alors qu’un temps de contact contrôlé et court évite les réactions secondaires qui sont responsable de la consommation de tels intermédiaires.To overcome these drawbacks, the HS-FCC process uses a downflow reactor, where the catalyst and feed are set in motion under the effect of gravity with a flow that approaches that of a piston-type flow. The downward gas-solid flow in a reactor avoids back-mixing and overcracking of products while the use of high C/O ratios ensures the predominance of catalytic reactions. The high temperature favors the formation of reaction intermediates such as light olefins while a controlled and short contact time avoids secondary reactions which are responsible for the consumption of such intermediates.
En revanche, l’écoulement gaz-solide descendant présente plusieurs défis technologiques majeurs, dont un défi important correspond à l’écoulement dans la chambre de mélange. En effet, le mélange initial entre catalyseur et charge conditionne la vaporisation des hydrocarbures et le contact gaz-solide tout au long du réacteur à flux descendant. Le mélange initial est généralement effectué en une fraction de seconde avec, pour un HS-FCC typique, un débit de l’ordre de 400 à 700 t/h de charge et 7000 à 21000 t/h de catalyseur ce qui nécessite une technologie efficace pour avoir une chambre de mélange qui se rapproche d’une zone parfaitement agitée.In contrast, downward gas-solid flow presents several major technological challenges, of which a significant challenge corresponds to the flow in the mixing chamber. Indeed, the initial mixture between catalyst and feed conditions the vaporization of the hydrocarbons and the gas-solid contact throughout the downflow reactor. The initial mixing is generally carried out in a fraction of a second with, for a typical HS-FCC, a flow rate of around 400 to 700 t/h of feed and 7000 to 21000 t/h of catalyst which requires efficient technology to have a mixing chamber that approximates a perfectly agitated zone.
Le brevet FR 2 753 453 B1 décrit un réacteur de craquage à flux descendant comprenant une zone de mise en contact entre les hydrocarbures et le catalyseur dans laquelle les injecteurs sont orientés de manière à diriger des gouttelettes de charge à contre-courant du flux descendant de particules de catalyseur, selon un angle par rapport à l'horizontale égal par exemple à 15°, mais qui peut être compris entre 2° et 45°.Patent FR 2 753 453 B1 describes a downward flow cracking reactor comprising a contact zone between the hydrocarbons and the catalyst in which the injectors are oriented so as to direct droplets of charge against the current of the downward flow of catalyst particles, at an angle relative to the horizontal equal for example to 15°, but which can be between 2° and 45°.
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 pour le craquage catalytique en lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant à écoulement de catalyseur homogène, i.e., dans lequel la concentration de solide dans la section transversale du réacteur est sensiblement uniforme. En effet, le dispositif selon l’invention permet d’obtenir une concentration de catalyseur homogène entre la zone centrale et la zone annulaire (i.e., dans la proximité de la paroi) du réacteur à co-courant gaz-solide descendant.In the context previously described, a first object of the present invention is to overcome the problems of the prior art and to provide a device for catalytic cracking in a fluidized bed with a descending gas-solid co-current with homogeneous catalyst flow, i.e. , in which the solid concentration in the cross section of the reactor is substantially uniform. Indeed, the device according to the invention makes it possible to obtain a homogeneous catalyst concentration between the central zone and the annular zone (i.e., in the proximity of the wall) of the descending gas-solid co-current reactor.
Un deuxième objet de la présente invention est de fournir un dispositif pour le craquage catalytique en lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant dans lequel la concentration du catalyseur dans la zone centrale est plus élevée avec moins d’accumulation à proximité des parois dans la chambre de mélange, ce qui se traduit par un contact meilleur avec la charge vaporisée.A second object of the present invention is to provide a device for catalytic cracking in fluidized bed with downward gas-solid co-current in which the concentration of the catalyst in the central zone is higher with less accumulation near the walls in the mixing chamber, which results in better contact with the vaporized load.
Un troisième objet de la présente invention est de fournir un dispositif pour le craquage catalytique en lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant dans lequel la disposition des injecteurs est optimisée selon le ratio C/O.A third object of the present invention is to provide a device for catalytic cracking in a fluidized bed with a descending gas-solid co-current in which the arrangement of the injectors is optimized according to the C/O ratio.
Selon un premier aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif pour le craquage catalytique en lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant comprenant, de haut en bas :
- une conduite adaptée pour transporter un flux descendant de particules de catalyseur ;
- une chambre de mélange connectée à la conduite et adaptée pour être alimentée par la conduite en flux descendant, la chambre de mélange comprenant au moins un premier injecteur de charge hydrocarbonée ; et
- un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant connecté à la chambre de mélange et adapté pour être alimenté par la chambre de mélange en un mélange comprenant des particules de catalyseur et de la charge hydrocarbonée,
dans lequel l’au moins un premier injecteur présente un angle α prédéterminé par rapport à l’horizontale répondant aux deux critères suivants :
- le vecteur de la quantité du mouvement résultant, calculé à partir de la somme vectorielle de la quantité de mouvement de charge et de la quantité de mouvement de catalyseur, présente un angle λ par rapport à un plan horizontal compris entre 70° et 80° ; et
- le ratio du composant vertical de la quantité du mouvement de charge et de la quantité de mouvement de catalyseur, est compris entre -0,2 et 0,1.According to a first aspect, the aforementioned objects, as well as other advantages, are obtained by a device for catalytic cracking in a fluidized bed with a descending gas-solid co-current comprising, from top to bottom:
- a pipe adapted to transport a downward flow of catalyst particles;
- a mixing chamber connected to the pipe and adapted to be supplied by the pipe in a downward flow, the mixing chamber comprising at least one first hydrocarbon feed injector; And
- a fluidized bed reactor with descending gas-solid co-current connected to the mixing chamber and adapted to be supplied by the mixing chamber with a mixture comprising catalyst particles and hydrocarbon feed,
in which the at least one first injector has a predetermined angle α relative to the horizontal meeting the following two criteria:
- the vector of the resulting momentum, calculated from the vector sum of the charge momentum and the catalyst momentum, has an angle λ with respect to a horizontal plane of between 70° and 80° ; And
- the ratio of the vertical component of the quantity of load movement and the catalyst movement quantity is between -0.2 and 0.1.
Avantageusement, le dispositif permet d’homogénéiser la concentration en particules de catalyseur le long du réacteur à lit fluidisé. Avantageusement, le dispositif permet d’améliorer le contact entre le catalyseur et la charge vaporisée. Avantageusement, le dispositif permet d’optimiser la disposition et l’orientation des injecteurs en fonction des conditions opératoires envisagées.Advantageously, the device makes it possible to homogenize the concentration of catalyst particles along the fluidized bed reactor. Advantageously, the device makes it possible to improve the contact between the catalyst and the vaporized charge. Advantageously, the device makes it possible to optimize the arrangement and orientation of the injectors according to the operating conditions envisaged.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la chambre de mélange comprend entre 2 et 12 premiers injecteurs, préférablement entre 3 et 8 premiers injecteurs.According to one or more embodiments, the mixing chamber comprises between 2 and 12 first injectors, preferably between 3 and 8 first injectors.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le vecteur de la quantité du mouvement résultant présente un angle λ par rapport à un plan horizontal compris entre 72° et 77° ; et/ou le ratio du composant vertical du vecteur de la quantité du mouvement de charge et de la quantité de mouvement de catalyseur, est compris entre -0,13 et 0,04.According to one or more embodiments, the vector of the quantity of the resulting movement has an angle λ relative to a horizontal plane of between 72° and 77°; and/or the ratio of the vertical component of the vector of the momentum of the charge movement and the momentum of the catalyst is between -0.13 and 0.04.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premiers injecteurs sont disposés à contre-courant du flux descendant selon un angle α compris entre 15° et 45° par rapport à l’horizontale.According to one or more embodiments, the first injectors are arranged against the current of the descending flow at an angle α of between 15° and 45° relative to the horizontal.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, au moins un premier injecteur présente une orientation désaxée par rapport au diamètre de la chambre de mélange selon un angle θ supérieur à 0° et inférieur ou égal à 45°, et de préférence compris entre 10° et 20°.According to one or more embodiments, at least one first injector has an orientation offset relative to the diameter of the mixing chamber at an angle θ greater than 0° and less than or equal to 45°, and preferably between 10° and 20°.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, des premiers injecteurs sont disposés selon une ou plusieurs rangées horizontales.According to one or more embodiments, first injectors are arranged in one or more horizontal rows.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la chambre de mélange comprend au moins un deuxième injecteur de diluant.According to one or more embodiments, the mixing chamber comprises at least a second diluent injector.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les deuxièmes injecteurs présentent un angle β par rapport à l’horizontale compris entre 0° et 80°, et de préférence entre 10° et 45°.According to one or more embodiments, the second injectors have an angle β relative to the horizontal of between 0° and 80°, and preferably between 10° and 45°.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, des deuxièmes injecteurs sont disposés selon une ou plusieurs rangées horizontales.According to one or more embodiments, second injectors are arranged in one or more horizontal rows.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la position radiale de deuxièmes injecteurs est dans un espace de séparation entre les positions radiales adjacentes de deux premiers injecteurs.According to one or more embodiments, the radial position of second injectors is in a separation space between the adjacent radial positions of two first injectors.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la position radiale d’au moins un deuxième injecteur est disposée par rapport à la position radiale d’un premier injecteur adjacent selon un angle δ sensiblement égal à la moitié d’un l’angle de séparation γ entre deux premiers injecteurs adjacents.According to one or more embodiments, the radial position of at least a second injector is arranged relative to the radial position of an adjacent first injector at an angle δ substantially equal to half of the separation angle γ between two first adjacent injectors.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, au moins un deuxième injecteur présente une orientation désaxée par rapport au diamètre de la chambre de mélange selon un angle σ supérieur à 0° et inférieur ou égal à 45°, et de préférence compris entre 10° et 20°.According to one or more embodiments, at least one second injector has an orientation offset relative to the diameter of the mixing chamber at an angle σ greater than 0° and less than or equal to 45°, and preferably between 10° and 20°.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, au moins une partie de la chambre de mélange comprend une pièce d'encombrement centrale disposée sensiblement le long d’un axe central/vertical de la chambre de mélange et définissant un orifice annulaire de la chambre de mélange, par lequel les particules de catalyseur de déversent et/ou s’écoulent dans la chambre de mélange.According to one or more embodiments, at least part of the mixing chamber comprises a central bulky part arranged substantially along a central/vertical axis of the mixing chamber and defining an annular orifice of the mixing chamber , whereby the catalyst particles spill and/or flow into the mixing chamber.
Selon un deuxième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé pour le craquage catalytique en lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant comprenant les étapes suivantes :
- transporter un flux descendant de particules de catalyseur dans une conduite ;
- alimenter une chambre de mélange par la conduite avec le flux descendant, la chambre de mélange comprenant au moins un premier injecteur de charge hydrocarbonée ;
- alimenter un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant par la chambre de mélange avec un mélange comprenant des particules de catalyseur et de la charge hydrocarbonée; et
- craquer au moins partiellement la charge hydrocarbonée en présence des particules de catalyseur dans le réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant, pour produire un effluent comprenant du catalyseur au moins partiellement coké et des produits gazeux de craquage,
dans lequel l’au moins un premier injecteur présente un angle α prédéterminé par rapport à l’horizontale répondant aux deux critères suivants :
- le vecteur de la quantité du mouvement résultant, calculé à partir de la somme vectorielle de la quantité de mouvement de charge et de la quantité de mouvement de catalyseur, présente un angle λ par rapport à un plan horizontal compris entre 70° et 80° ; et
- le ratio du composant vertical de la quantité du mouvement de charge et de la quantité de mouvement de catalyseur, est compris entre -0,2 et 0,1.According to a second aspect, the aforementioned objects, as well as other advantages, are obtained by a process for catalytic cracking in a fluidized bed with a descending gas-solid co-current comprising the following steps:
- transport a downward flow of catalyst particles in a pipe;
- supply a mixing chamber via the pipe with the descending flow, the mixing chamber comprising at least one first hydrocarbon feed injector;
- supply a fluidized bed reactor with a gas-solid co-current descending through the mixing chamber with a mixture comprising catalyst particles and hydrocarbon feed; And
- at least partially crack the hydrocarbon feed in the presence of the catalyst particles in the fluidized bed reactor with descending gas-solid co-current, to produce an effluent comprising at least partially coked catalyst and gaseous cracking products,
in which the at least one first injector has a predetermined angle α relative to the horizontal meeting the following two criteria:
- the vector of the resulting momentum, calculated from the vector sum of the charge momentum and the catalyst momentum, has an angle λ with respect to a horizontal plane of between 70° and 80° ; And
- the ratio of the vertical component of the quantity of load movement and the catalyst movement quantity is between -0.2 and 0.1.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé comprend au moins une des conditions opératoires suivantes :
- Les particules de catalyseur comprennent une matrice faite d’argile, de silice ou de silice alumine, optionnellement de liant, optionnellement de dopant, et/ou de zéolithe, par exemple de 15% à 70% poids de zéolithe par rapport au poids du catalyseur, préférablement une zéolithe Y et/ou une zéolithe ZSM-5, très préférablement une zéolithe ZSM-5, optionnellement dopée ;
- la densité de grain des particules de catalyseur est comprise entre 1000 kg/m3et 2000 kg/m3, préférablement entre 1250 kg/m3et 1750 kg/m3.
- la charge hydrocarbonée est une charge hydrocarbonée de température de début d’ébullition supérieure ou égale à 340°C ou une charge hydrocarbonée de température de fin d’ébullition inférieure ou égale à 450°C ;
- le flux descendant des particules de catalyseur dans la conduite en amont de la chambre de mélange est en régime fluidisé dense et de préférence avec un flux massique supérieur à 200 kg/m2s ;
- température de sortie de réacteur comprise entre 520°C et 750°C et de préférence inférieure à 650°C ;
- pression totale absolue comprise entre 0,1MPa et 0,5 MPa ;
- rapport massique du catalyseur sur la charge hydrocarbonée C/O compris entre 5°(kg/h)/(kg/h) et 35 (kg/h)/(kg/h) et de préférence entre 15 (kg/h)/(kg/h) et 30 (kg/h)/(kg/h) ;
- temps de contact tc entre la charge hydrocarbonée et le catalyseur inférieur à 10 secondes, préférablement compris entre 0,5 secondes et 4 secondes ;
- flux massique de particules de catalyseur compris entre 50 et 850 kg/(m²s), de préférence entre 400 et 750 kg/(m²s) ;
- vitesse superficielle gaz comprise entre 2 m/s et 26 m/s, de préférence entre 6 m/s et 16 m/s ;
- injection de diluant par le premier injecteur et/ou au moins un deuxième injecteur à raison d’une quantité représentant 0% ou 0,1% à 40% poids, de préférence 1% à 35% poids et de manière préférée comprise entre 1% et 30% poids par rapport à la masse de la charge hydrocarbonée.According to one or more embodiments, the method comprises at least one of the following operating conditions:
- The catalyst particles comprise a matrix made of clay, silica or silica alumina, optionally binder, optionally dopant, and/or zeolite, for example from 15% to 70% by weight of zeolite relative to the weight of the catalyst, preferably a Y zeolite and/or a ZSM-5 zeolite, very preferably a ZSM-5 zeolite, optionally doped;
- the grain density of the catalyst particles is between 1000 kg/m 3 and 2000 kg/m 3 , preferably between 1250 kg/m 3 and 1750 kg/m 3 .
- the hydrocarbon feedstock is a hydrocarbon feedstock with a start boiling temperature greater than or equal to 340°C or a hydrocarbon feedstock with an end boiling temperature less than or equal to 450°C;
- the downward flow of the catalyst particles in the pipe upstream of the mixing chamber is in a dense fluidized regime and preferably with a mass flow greater than 200 kg/m 2 s;
- reactor outlet temperature between 520°C and 750°C and preferably less than 650°C;
- absolute total pressure between 0.1 MPa and 0.5 MPa;
- mass ratio of the catalyst to the C/O hydrocarbon load between 5° (kg/h)/(kg/h) and 35 (kg/h)/(kg/h) and preferably between 15 (kg/h) /(kg/h) and 30 (kg/h)/(kg/h);
- contact time tc between the hydrocarbon feedstock and the catalyst less than 10 seconds, preferably between 0.5 seconds and 4 seconds;
- mass flow of catalyst particles of between 50 and 850 kg/(m²s), preferably between 400 and 750 kg/(m²s);
- gas surface speed between 2 m/s and 26 m/s, preferably between 6 m/s and 16 m/s;
- injection of diluent by the first injector and/or at least a second injector in a quantity representing 0% or 0.1% to 40% by weight, preferably 1% to 35% by weight and preferably between 1 % and 30% weight relative to the mass of the hydrocarbon filler.
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.Other characteristics and advantages of the invention of the aforementioned aspects will appear on reading the description below and non-limiting examples of embodiments, with reference to the figures appended and described below.
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Des modes de réalisation selon les aspects précités vont maintenant être décrits en détail. Dans la description détaillée suivante, de nombreux détails spécifiques sont exposés afin de fournir une compréhension plus approfondie du dispositif et du procédé selon la présente invention. Cependant, il apparaîtra à l’homme du métier que le dispositif peut être mis en œuvre sans ces détails spécifiques. Dans d’autres cas, des caractéristiques bien connues n’ont pas été décrites en détail pour éviter de compliquer inutilement la description.Embodiments according to the aforementioned aspects will now be described in detail. In the following detailed description, numerous specific details are set forth in order to provide a more in-depth understanding of the device and method according to the present invention. However, it will appear to those skilled in the art that the device can be implemented without these specific details. In other cases, well-known features have not been described in detail to avoid unnecessarily complicating the description.
Dans la présente description, le terme « comprendre » est synonyme de (signifie la même chose que) « comporter », « inclure » et « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non récités. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut le terme exclusif et fermé « consister ». En outre, dans la présente description, les termes « essentiellement » ou « sensiblement » ou « environ » correspondent à une approximation de ± 10%, préférablement de ± 5%, très préférablement de ± 1%.In this description, the term “comprising” is synonymous with (means the same as) “comprising”, “include” and “contain”, and is inclusive or open and does not exclude other elements not recited. It is understood that the term “understand” includes the exclusive and closed term “consist”. Furthermore, in the present description, the terms "essentially" or "substantially" or "approximately" correspond to an approximation of ± 10%, preferably ± 5%, most preferably ± 1%.
L'invention porte sur un dispositif et un procédé de craquage catalytique en lit fluidisé pour la transformation chimique de produits pétroliers (FCC), utilisés par exemple pour le craquage catalytique à haute sévérité (HS-FCC).The invention relates to a device and a method for fluidized bed catalytic cracking for the chemical transformation of petroleum products (FCC), used for example for high severity catalytic cracking (HS-FCC).
Une unité FCC traite généralement une coupe hydrocarbonée (dite lourde) issue de l'unité de distillation sous vide comme un gazole sous vide ou un résidu sous vide, ou encore un résidu atmosphérique, seuls ou en mélange. Une unité FCC peut également traiter une coupe hydrocarbonée (dite légère) telle qu’une coupe essence ou une coupe gazole, seules ou en mélange. Il est également possible de traiter un mélange de coupes hydrocarbonées légères et lourdes, ou encore un brut complet. Afin d’augmenter les rendements en propylène et éthylène en utilisant des conditions de réaction à haute sévérité (haute température, temps de contact très courts, rapports C/O élevés entre le débit C de catalyseur et le débit O de charge), les dispositifs et procédés de craquage catalytique utilisent généralement un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant (« downer » ou « down flow reactor » selon la terminologie anglo-saxonne), nommé ci-après réacteur à flux descendant.An FCC unit generally treats a hydrocarbon cut (called heavy) from the vacuum distillation unit as a vacuum gas oil or a vacuum residue, or even an atmospheric residue, alone or in a mixture. An FCC unit can also process a hydrocarbon cut (called light) such as a gasoline cut or a diesel cut, alone or in a mixture. It is also possible to process a mixture of light and heavy hydrocarbon cuts, or even a complete crude. In order to increase the yields of propylene and ethylene using high severity reaction conditions (high temperature, very short contact times, high C/O ratios between the catalyst flow rate C and the feed flow rate O), the devices and catalytic cracking processes generally use a fluidized bed reactor with descending gas-solid co-current ("downer" or "down flow reactor" according to Anglo-Saxon terminology), hereinafter called downflow reactor.
Il arrive cependant que l’écoulement gaz-solide descendant présente plusieurs défis technologiques, dont parvenir à obtenir un écoulement et un mélange homogène dans la section à flux établi du réacteur descendant.However, sometimes downward gas-solid flow presents several technological challenges, including achieving homogeneous flow and mixing in the steady flow section of the descending reactor.
Afin de surmonter ces inconvénients, des améliorations de la technologie des réacteurs à flux descendant décrits dans le brevet FR 2 753 453 B1 ont été identifiées, pour répondre au défi présenté ci-dessus à travers un agencement spécifique d’injecteurs de charge hydrocarbonée, et optionnellement d’injecteurs de diluant, pour améliorer le contact entre le catalyseur et les hydrocarbures dans la chambre de mélange.In order to overcome these drawbacks, improvements in the downflow reactor technology described in patent FR 2 753 453 B1 have been identified, to respond to the challenge presented above through a specific arrangement of hydrocarbon feed injectors, and optionally diluent injectors, to improve contact between the catalyst and the hydrocarbons in the mixing chamber.
En référence à la
- une conduite 1 (sensiblement verticale) ;
- une chambre de mélange 2 ; et
- un réacteur à flux descendant 3 (sensiblement vertical).In reference to the
- a pipe 1 (substantially vertical);
- a mixing chamber 2; And
- a downward flow reactor 3 (substantially vertical).
La conduite 1 est adaptée pour alimenter la chambre de mélange 2 avec du catalyseur solide (particules). La conduite 1 transporte principalement du solide, ainsi qu’un gaz de fluidisation entraîné par le solide descendant. La conduite 1 présente un écoulement comme une colonne d’alimentation (« standpipe » selon la terminologie anglo-saxonne) bien connue de l’homme de métier.Line 1 is suitable for supplying mixing chamber 2 with solid catalyst (particles). Line 1 mainly transports solids, as well as a fluidization gas entrained by the descending solid. Pipe 1 presents a flow like a supply column (“standpipe” according to Anglo-Saxon terminology) well known to those skilled in the art.
La chambre de mélange 2 est connectée à la conduite 1 et est adaptée pour alimenter le réacteur à flux descendant 3 avec un mélange comprenant des particules de catalyseur, une charge hydrocarbonée et optionnellement un diluant.The mixing chamber 2 is connected to pipe 1 and is adapted to feed the downflow reactor 3 with a mixture comprising catalyst particles, a hydrocarbon feedstock and optionally a diluent.
Le réacteur à flux descendant 3 est connecté à la chambre de mélange 2 et est adapté pour craquer au moins partiellement la charge hydrocarbonée en présence des particules de catalyseur pour produire un effluent comprenant du catalyseur au moins partiellement coké et des produits gazeux de craquage, et optionnellement de la charge vaporisée non convertie.The downflow reactor 3 is connected to the mixing chamber 2 and is adapted to at least partially crack the hydrocarbon feed in the presence of the catalyst particles to produce an effluent comprising at least partially coked catalyst and gaseous cracking products, and optionally unconverted vaporized charge.
Spécifiquement, en référence à la
Avantageusement, l’injection de diluant 8 permet de réduire la pression partielle de la charge hydrocarbonée et de réduire les réactions secondaires. Avantageusement, l’injection de diluant 8 permet d’améliorer l’atomisation de la charge hydrocarbonée 6. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le diluant 8 est choisi parmi le groupe consistant en de la vapeur d’eau, de l’azote, du CO2, des hydrocarbures légers (e.g. composés en C1-C5), des fumées de combustion. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le diluant 8 comprend ou consiste en de la vapeur d’eau.Advantageously, the injection of diluent 8 makes it possible to reduce the partial pressure of the hydrocarbon feed and to reduce secondary reactions. Advantageously, the injection of diluent 8 makes it possible to improve the atomization of the hydrocarbon feedstock 6. According to one or more embodiments, the diluent 8 is chosen from the group consisting of water vapor, nitrogen , CO 2 , light hydrocarbons (eg C1-C5 compounds), combustion fumes. According to one or more embodiments, the diluent 8 comprises or consists of water vapor.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la conduite 1 est de géométrie à section constante, comme cylindrique, carrée, rectangulaire ou hexagonale, ou à section variable, comme un tronc de pyramide ou de cône, ou une combinaison des différentes formes géométriques. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la conduite 1 est de forme cylindrique et optionnellement de diamètre variable. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la conduite 1 est de forme au moins partiellement tronconique. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la conduite 1 comprend (dans le sens de l’écoulement du catalyseur solide) : un tronçon cylindrique, par exemple dont le diamètre est choisi pour obtenir un flux de solide de 100 à 800 kg/(m2s) et de préférence entre 300 à 600 kg/(m2s) ; un tronçon tronconique (dit de rétrécissement) adjacent la chambre de mélange 2, dont le diamètre diminue, par exemple afin d’atteindre un flux de solide, sans prise en compte des internes, entre 400 et 2000 kg/(m2s) et de préférence entre 700 et 1500 kg/(m2s) ; et optionnellement un deuxième tronçon cylindrique, par exemple dont le diamètre est choisi pour obtenir un flux de solide, sans prise en compte des internes, entre 400 et 2000 kg/(m2s) et de préférence entre 700 et 1500 kg/(m2s).According to one or more embodiments, the pipe 1 has a constant section geometry, such as cylindrical, square, rectangular or hexagonal, or a variable section, such as a truncated pyramid or cone, or a combination of different geometric shapes. According to one or more embodiments, the pipe 1 is cylindrical in shape and optionally of variable diameter. According to one or more embodiments, the pipe 1 is at least partially frustoconical in shape. According to one or more embodiments, the pipe 1 comprises (in the direction of the flow of the solid catalyst): a cylindrical section, for example whose diameter is chosen to obtain a solid flow of 100 to 800 kg/(m 2 s) and preferably between 300 to 600 kg/(m 2 s); a frustoconical section (called a narrowing section) adjacent to the mixing chamber 2, the diameter of which decreases, for example in order to achieve a solid flow, without taking into account the internals, between 400 and 2000 kg/(m 2 s) and preferably between 700 and 1500 kg/(m 2 s); and optionally a second cylindrical section, for example whose diameter is chosen to obtain a solid flow, without taking into account the internals, between 400 and 2000 kg/(m 2 s) and preferably between 700 and 1500 kg/(m 2 s).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la chambre de mélange 2 est de géométrie à section constante, comme cylindrique, carrée, rectangulaire ou hexagonale, ou à section variable, comme un tronc de pyramide ou de cône, ou une combinaison des différentes formes géométriques. La chambre de mélange peut être doté d’internes centraux, tel qu’une pièce d'encombrement centrale décrite ci-après en référence à la
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la chambre de mélange 2 comprend entre 2 et 12 premiers injecteurs 5, préférablement entre 3 et 8 premiers injecteurs 5.According to one or more embodiments, the mixing chamber 2 comprises between 2 and 12 first injectors 5, preferably between 3 and 8 first injectors 5.
En référence aux figures 1 et 2, la demanderesse a identifié que la direction axiale des premiers injecteurs 5 est un élément clé pour bien disperser le catalyseur. Spécifiquement selon l’invention, les premiers injecteurs 5 présentent un angle α (alpha) prédéterminé par rapport à l’horizontale répondant aux deux critères suivants :
- le vecteur de la quantité du mouvement résultant Mtot, calculé à partir de la somme vectorielle de la quantité de mouvement (« momentum » selon la terminologie anglo-saxonne ; définit comme masse (ou débit massique)*vitesse) de charge M6et de la quantité de mouvement de catalyseur M4, présente un angle λ (lambda) par rapport à l’horizontale entre 70° et 80° et de préférence entre 72° et 77° ; et
- le ratio du composant vertical du vecteur de la quantité du mouvement de charge M6vet de la quantité de mouvement de catalyseur M4, est compris entre -0,2 et 0,1 et de préférence entre -0,13 et 0,04.With reference to Figures 1 and 2, the applicant has identified that the axial direction of the first injectors 5 is a key element for properly dispersing the catalyst. Specifically according to the invention, the first injectors 5 have a predetermined angle α (alpha) relative to the horizontal meeting the following two criteria:
- the vector of the quantity of the resulting movement M tot , calculated from the vector sum of the quantity of movement (“momentum” according to Anglo-Saxon terminology; defined as mass (or mass flow) * speed) of charge M 6 and the momentum of catalyst M 4 , has an angle λ (lambda) relative to the horizontal between 70° and 80° and preferably between 72° and 77°; And
- the ratio of the vertical component of the vector of the quantity of movement of charge M 6v and the quantity of movement of catalyst M 4 , is between -0.2 and 0.1 and preferably between -0.13 and 0, 04.
Le respect des deux critères donne principalement des directions axiales des premiers injecteurs 5 en contre-courant du flux descendant 4, par exemple selon un angle α compris entre 0° et 80°, ou légèrement en co-courant du flux descendant 4, par exemple selon un angle α compris entre -20° et 0°. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premiers injecteurs 5 sont disposés à contre-courant du flux descendant 4 selon un angle α compris entre 15° et 45° par rapport à l’horizontale.Compliance with the two criteria mainly gives axial directions of the first injectors 5 in counter-current of the descending flow 4, for example at an angle α between 0° and 80°, or slightly in co-current of the descending flow 4, for example at an angle α between -20° and 0°. According to one or more embodiments, the first injectors 5 are arranged countercurrent to the downward flow 4 at an angle α of between 15° and 45° relative to the horizontal.
En outre, en référence à la
En référence à la
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la chambre de mélange 2 comprend entre 2 et 12 deuxièmes injecteurs 7, préférablement entre 3 et 8 deuxièmes injecteurs 7.According to one or more embodiments, the mixing chamber 2 comprises between 2 and 12 second injectors 7, preferably between 3 and 8 second injectors 7.
En référence à la
En référence à la
En référence à la
En référence aux figures 3 et 4, selon un ou plusieurs modes de réalisation, la position radiale de deuxièmes injecteurs 7 est dans un espace de séparation entre les positions radiales adjacentes de deux premiers injecteurs 5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la position radiale d’au moins un deuxième injecteur 7 est disposée par rapport à la position radiale d’un premier injecteur 5 adjacent un deuxième injecteur 7 (selon une projection sur un plan horizontal) selon un angle δ (delta) sensiblement égal à la moitié de l’angle de séparation γ entre deux premiers injecteurs 5 adjacents.With reference to Figures 3 and 4, according to one or more embodiments, the radial position of second injectors 7 is in a separation space between the adjacent radial positions of two first injectors 5. According to one or more embodiments, the position radial position of at least a second injector 7 is arranged relative to the radial position of a first injector 5 adjacent a second injector 7 (according to a projection on a horizontal plane) at an angle δ (delta) substantially equal to half of the separation angle γ between two first adjacent injectors 5.
En référence aux figures 3 et 4, pour favoriser la turbulence dans la chambre de mélange 2 et diriger le catalyseur vers des zones à plus haute concentration de charge, les deuxièmes injecteurs 7 peuvent avoir une orientation (selon une projection sur un plan horizontal) désaxée par rapport au diamètre de la chambre de mélange selon un angle σ (sigma) supérieur à 0° et inférieur ou égal à 45°, et de préférence compris entre 10° et 20°. Pour rendre la vue de dessus de la
En référence à la
En référence à la
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la position verticale des premiers injecteurs 5 et/ou des deuxièmes injecteurs 7 est comprise entre l’extrémité haute et l’extrémité basse de la pièce d’encombrement centrale 10, i.e., la charge 6 et optionnellement le diluant 8 sont introduits dans l'orifice annulaire 11 de la chambre de mélange 2.According to one or more embodiments, the vertical position of the first injectors 5 and/or the second injectors 7 is between the upper end and the lower end of the central bulk part 10, i.e., the load 6 and optionally the diluent 8 are introduced into the annular orifice 11 of the mixing chamber 2.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à flux descendant 3 est de géométrie à section constante, comme cylindrique, carrée, rectangulaire ou hexagonale, préférablement cylindrique. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à flux descendant 3 est de forme cylindrique et optionnellement de diamètre variable. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le diamètre du réacteur à flux descendant 3 est défini tel que la vitesse superficielle du gaz le traversant soit comprise entre 2 m/s et 26 m/s, préférentiellement entre 6 m/s et 16 m/s.According to one or more embodiments, the downward flow reactor 3 has a constant section geometry, such as cylindrical, square, rectangular or hexagonal, preferably cylindrical. According to one or more embodiments, the downward flow reactor 3 is cylindrical in shape and optionally of variable diameter. According to one or more embodiments, the diameter of the downward flow reactor 3 is defined such that the superficial speed of the gas passing through it is between 2 m/s and 26 m/s, preferably between 6 m/s and 16 m/s. s.
Le catalyseur est un catalyseur solide (e.g. particules de densité, taille et forme des grains choisies pour utilisation en lit fluidisé). Les densités, tailles et formes des catalyseurs pour lits fluidisés sont connus de l’homme du métier, et ne seront pas décrites davantage. Le catalyseur peut être tout type de catalyseur de craquage catalytique.The catalyst is a solid catalyst (e.g. particles of density, size and grain shape chosen for use in a fluidized bed). The densities, sizes and shapes of the catalysts for fluidized beds are known to those skilled in the art, and will not be described further. The catalyst may be any type of catalytic cracking catalyst.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur est un catalyseur de type FCC, contenant par exemple ce qui est couramment appelé une matrice faite d’argile, de silice ou de silice alumine, optionnellement de liant, et/ou de zéolithe, par exemple de 15% à 70% poids de zéolithe par rapport au poids du catalyseur, préférablement une zéolithe Y et/ou une zéolithe ZSM-5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend une zéolithe ZSM-5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la densité de grain du catalyseur est comprise entre 1000 kg/m3et 2000 kg/m3. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la densité de grain du catalyseur est comprise entre 1250 kg/m3et 1750 kg/m3.According to one or more embodiments, the catalyst is an FCC type catalyst, containing for example what is commonly called a matrix made of clay, silica or silica alumina, optionally binder, and/or zeolite, for example example from 15% to 70% by weight of zeolite relative to the weight of the catalyst, preferably a Y zeolite and/or a ZSM-5 zeolite. According to one or more embodiments, the catalyst comprises a ZSM-5 zeolite. According to one or more embodiments, the grain density of the catalyst is between 1000 kg/m 3 and 2000 kg/m 3 . According to one or more embodiments, the grain density of the catalyst is between 1250 kg/m 3 and 1750 kg/m 3 .
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend au moins un liant (e.g. de 30% à 85% poids) choisi parmi l’alumine, la silice, la silice-alumine, la magnésie, l’oxyde de titane, la zircone, les argiles et l’oxyde de bore, seul ou en mélange et de préférence parmi la silice, la silice-alumine et les argiles, seul ou en mélange.According to one or more embodiments, the catalyst comprises at least one binder (e.g. from 30% to 85% by weight) chosen from alumina, silica, silica-alumina, magnesia, titanium oxide, zirconia , clays and boron oxide, alone or in a mixture and preferably among silica, silica-alumina and clays, alone or in a mixture.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend au moins un élément dopant (e.g. de 0 à 10% poids) choisi parmi le phosphore, le magnésium, le sodium, le potassium, le calcium, le fer, le bore, le manganèse, le lanthane, le cérium, le titane, le tungstène, le molybdène, le cuivre, le zirconium et le gallium, seul ou en mélange.According to one or more embodiments, the catalyst comprises at least one doping element (e.g. from 0 to 10% by weight) chosen from phosphorus, magnesium, sodium, potassium, calcium, iron, boron, manganese , lanthanum, cerium, titanium, tungsten, molybdenum, copper, zirconium and gallium, alone or in mixture.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend et/ou est constitué de zéolithe, telle que la ZSM-5, optionnellement dopée.According to one or more embodiments, the catalyst comprises and/or consists of zeolite, such as ZSM-5, optionally doped.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la charge hydrocarbonée 6 est une charge hydrocarbonée (dite lourde), caractérisée par une température de début d’ébullition de sensiblement 340°C, voire supérieure à 340°C, souvent supérieure à 380°C, telle qu’une coupe hydrocarbonée lourde, par exemple issue d’une unité de distillation sous vide, telle que du gazole/distillat sous vide (« vacuum gas oil » ou « VGO » selon la terminologie anglo-saxonne) ou un résidu sous vide, un résidu atmosphérique, un gazole sous vide issu d’une unité de conversion, telle qu’un gasoil de cokéfaction (« Heavy Coker Gas Oil » ou « HCGO » selon la terminologie anglo-saxonne) ou une coupe hydrocarbonée lourde issue d’une unité d’hydroconversion en lit bouillonnant ou en lit entrainé (telle que les procédés H-Oil, LC-Fining, EST, VCC ou Uniflex), un recycle d’une étape d’hydrocraquage, seuls ou en mélange.According to one or more embodiments, the hydrocarbon feed 6 is a hydrocarbon feed (so-called heavy), characterized by a start-of-boiling temperature of substantially 340°C, or even greater than 340°C, often greater than 380°C, such as a heavy hydrocarbon cut, for example from a vacuum distillation unit, such as vacuum gas oil/distillate (“vacuum gas oil” or “VGO” according to Anglo-Saxon terminology) or a vacuum residue , an atmospheric residue, a vacuum gas oil from a conversion unit, such as a coking gas oil ("Heavy Coker Gas Oil" or "HCGO" according to Anglo-Saxon terminology) or a heavy hydrocarbon cut from a bubbling bed or entrained bed hydroconversion unit (such as the H-Oil, LC-Fining, EST, VCC or Uniflex processes), a recycle of a hydrocracking stage, alone or in a mixture.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la charge hydrocarbonée 6 est une charge dite légère, caractérisée par une température de fin d’ébullition inférieure ou égale à 450°C, souvent inférieure à 400°C, telle qu’une coupe essence ou une coupe gazole, par exemple issue d’une unité de distillation atmosphérique, ou issue d’une unité de conversion, telle qu’une essence ou un gasoil d’une unité d’hydrocraquage, ou une essence ou un gasoil d’une unité de cokéfaction ou une essence ou un gasoil d’une unité d’hydroconversion en lit bouillonnant ou en lit entrainé (telle que les procédés H-Oil, LC-Fining, EST, VCC ou Uniflex), ou une essence ou un gasoil issue d’une unité de FCC, ou un recycle de l’unité de FCC en question, seuls ou en mélange. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, il est également possible de traiter un mélange de coupes hydrocarbonée légères et lourdes, ou encore un brut complet.According to one or more embodiments, the hydrocarbon feedstock 6 is a so-called light feedstock, characterized by an end of boiling temperature less than or equal to 450°C, often less than 400°C, such as a gasoline cut or a gas oil cut, for example from an atmospheric distillation unit, or from a conversion unit, such as gasoline or gas oil from a hydrocracking unit, or gasoline or gas oil from a processing unit. coking or a gasoline or gas oil from a bubbling bed or entrained bed hydroconversion unit (such as the H-Oil, LC-Fining, EST, VCC or Uniflex processes), or a gasoline or gas oil from an FCC unit, or a recycle of the FCC unit in question, alone or in a mixture. According to one or more embodiments, it is also possible to process a mixture of light and heavy hydrocarbon cuts, or even a complete crude.
Au contact du flux descendant 4 de particules de catalyseur chaud, la charge hydrocarbonée 6 pulvérisée se vaporise et des réactions endothermiques de craquage se produisent le long du réacteur à flux descendant 3 diminuant ainsi la température et produisant :
- des produits valorisables (e.g. du gaz C1-C4 comprenant des oléfines ; une coupe essence comprenant des aromatiques) ;
- optionnellement une coupe gasoil léger (« Light Cycle Oil » ou LCO selon la terminologie anglo-saxonne)°;
- optionnellement une coupe gasoil lourd (« Heavy Cycle Oil » ou HCO selon la terminologie anglo-saxonne) ;
- optionnellement une huile en forme de boue (« slurry » selon la terminologie anglo-saxonne) ; et
- optionnellement un résidu solide (coke) adsorbé sur le catalyseur.On contact with the descending flow 4 of hot catalyst particles, the pulverized hydrocarbon feed 6 vaporizes and endothermic cracking reactions occur along the descending flow reactor 3, thus reducing the temperature and producing:
- recoverable products (eg C1-C4 gas including olefins; a gasoline cut including aromatics);
- optionally a light diesel cut (“Light Cycle Oil” or LCO according to Anglo-Saxon terminology);
- optionally a heavy diesel cut (“Heavy Cycle Oil” or HCO according to Anglo-Saxon terminology);
- optionally an oil in the form of mud (“slurry” according to Anglo-Saxon terminology); And
- optionally a solid residue (coke) adsorbed on the catalyst.
Le procédé selon la présente invention comprend une étape de craquage catalytique de production d’oléfines légères (et en particulier en éthylène et en propylène), d’aromatiques (et en particulier benzène, toluène et xylènes), et d’essence (et optionnellement de LCO, HCO et slurry), par craquage catalytique de la charge hydrocarbonée 6 (alimentée par le premier injecteur 5) par mise en contact avec le flux descendant 4 de particules de catalyseur chaud (alimenté par la conduite 1), et optionnellement le diluant 8 (alimentée par le deuxième injecteur 7) dans la chambre de mélange 2 puis dans le réacteur à flux descendant 3.The process according to the present invention comprises a catalytic cracking step for the production of light olefins (and in particular ethylene and propylene), aromatics (and in particular benzene, toluene and xylenes), and gasoline (and optionally of LCO, HCO and slurry), by catalytic cracking of the hydrocarbon feed 6 (fed by the first injector 5) by contact with the descending flow 4 of hot catalyst particles (fed by line 1), and optionally the diluent 8 (supplied by the second injector 7) in the mixing chamber 2 then in the downflow reactor 3.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le flux descendant 4 des particules de catalyseur dans la conduite 1 en amont de la chambre de mélange 2 est en régime fluidisé dense et de préférence avec un flux massique supérieur à 200 kg/m2s, pour par exemple permettre préférablement un régime avec les bulles descendantes.According to one or more embodiments, the downward flow 4 of the catalyst particles in line 1 upstream of the mixing chamber 2 is in a dense fluidized regime and preferably with a mass flow greater than 200 kg/m 2 s, for for example preferably allowing a regime with descending bubbles.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé dense » signifie un lit fluidisé gaz-solide fonctionnant en régime homogène, en régime bouillonnant ou en régime turbulent.In the present application, the term “dense fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed operating in a homogeneous regime, in a bubbling regime or in a turbulent regime.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé homogène » signifie un lit fluidisé gaz-solide dont la vitesse de gaz est comprise entre la vitesse minimum de fluidisation et la vitesse minimum de bullage. Ces vitesses dépendent des propriétés du catalyseur solide (densité, taille, forme des grains…). La fraction volumique de solide est comprise entre une valeur proche de 0,45 et la fraction volumique de solide maximale correspondant à un lit fixe, non fluidisé, généralement proche de 0,6.In the present application, the term “homogeneous fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed whose gas speed is between the minimum fluidization speed and the minimum bubbling speed. These speeds depend on the properties of the solid catalyst (density, size, shape of the grains, etc.). The solid volume fraction is between a value close to 0.45 and the maximum solid volume fraction corresponding to a fixed, non-fluidized bed, generally close to 0.6.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé bouillonnant » signifie un lit fluidisé gaz-solide dont la vitesse de gaz est comprise entre la vitesse minimum de bullage et la vitesse de transition au régime turbulent. Ces vitesses dépendent des propriétés du catalyseur solide (densité, taille, forme des grains…). La fraction volumique de solide est comprise entre une valeur proche de 0,35 et une valeur proche de 0,45.In the present application, the term “bubbling fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed whose gas speed is between the minimum bubbling speed and the transition speed to the turbulent regime. These speeds depend on the properties of the solid catalyst (density, size, shape of the grains, etc.). The volume fraction of solid is between a value close to 0.35 and a value close to 0.45.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé turbulent » signifie un lit fluidisé gaz-solide dont la vitesse de gaz est comprise entre la vitesse de transition au régime turbulent et la vitesse de transport. La fraction volumique de solide est comprise entre une valeur proche de 0,25 et une valeur proche de 0,35.In the present application, the term “turbulent fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed whose gas speed is between the transition speed to the turbulent regime and the transport speed. The volume fraction of solid is between a value close to 0.25 and a value close to 0.35.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé transporté » signifie un lit fluidisé gaz-solide dont la vitesse de gaz est supérieure à la vitesse de transport. La fraction volumique de solide est inférieure à une valeur proche de 0,25. Dans la présente demande, le terme « vitesse de transport » correspond à la vitesse avec laquelle essentiellement tout le solide est entrainé par le gaz.In the present application, the term “transported fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed whose gas velocity is greater than the transport velocity. The solid volume fraction is less than a value close to 0.25. In the present application, the term “transport speed” corresponds to the speed with which essentially all the solid is carried by the gas.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les injecteurs 5 sont adaptés pour atomiser la charge hydrocarbonée 6 (liquide) et pénétrer le flux du catalyseur.According to one or more embodiments, the injectors 5 are adapted to atomize the hydrocarbon feed 6 (liquid) and penetrate the catalyst flow.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions opératoires de la conduite 1 et/ou du réacteur à flux descendant 3 sont choisies parmi les conditions suivantes :
- température (de sortie de réacteur) comprise entre 520°C et 750°C et de préférence inférieure à 650°C ;
- pression totale absolue comprise entre 0,1 MPa et 0,5 MPa ;
- rapport massique du catalyseur 4 sur la charge hydrocarbonée 6 C/O compris entre 5 (kg/h)/(kg/h) et 35 (kg/h)/(kg/h) et de préférence entre 15 (kg/h)/(kg/h) et 30 (kg/h)/(kg/h) ;
- temps de contact tcentre la charge hydrocarbonée 6 et le catalyseur inférieur à 10 secondes, préférablement compris entre 0,5 secondes et 4 secondes ;
- flux massique de particules de catalyseur compris entre 50 et 850 kg/(m²s), de préférence entre 400 et 750 kg/(m²s) ; et
- vitesse superficielle gaz comprise entre 2 m/s et 26 m/s, de préférence entre 6 m/s et 16 m/s.According to one or more embodiments, the operating conditions of the pipe 1 and/or the downflow reactor 3 are chosen from the following conditions:
- temperature (reactor outlet) between 520°C and 750°C and preferably less than 650°C;
- absolute total pressure between 0.1 MPa and 0.5 MPa;
- mass ratio of catalyst 4 to hydrocarbon feedstock 6 C/O between 5 (kg/h)/(kg/h) and 35 (kg/h)/(kg/h) and preferably between 15 (kg/h) )/(kg/h) and 30 (kg/h)/(kg/h);
- contact time t c between the hydrocarbon feed 6 and the catalyst less than 10 seconds, preferably between 0.5 seconds and 4 seconds;
- mass flow of catalyst particles of between 50 and 850 kg/(m²s), preferably between 400 and 750 kg/(m²s); And
- gas surface speed between 2 m/s and 26 m/s, preferably between 6 m/s and 16 m/s.
Dans la présente description, le temps de contact tcest défini comme le produit de la fraction volumique solide ɛspar la hauteur de lit Hs(e.g. hauteur de réacteur L), divisé par la vitesse superficielle du gaz vsg, cela intégré tout au long de la hauteur du lit, tel que défini ci-après dans la formule mathématique Math 1.In the present description, the contact time t c is defined as the product of the solid volume fraction ɛ s by the bed height H s (eg reactor height L), divided by the superficial gas velocity vsg, this integrates everything along the height of the bed, as defined below in the mathematical formula Math 1.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, une quantité de diluant 8 (e.g. azote et/ou vapeur d’eau) est ajoutée à la charge pour réduire la pression partielle d’hydrocarbures de la charge et le diluant est introduit à raison d’une quantité représentant 0% ou 0,1% à 40% poids, de préférence 1% à 35% poids et de manière préférée comprise entre 1% et 30% poids par rapport à la masse de la charge hydrocarbonée 6.According to one or more embodiments, a quantity of diluent 8 (e.g. nitrogen and/or water vapor) is added to the charge to reduce the partial pressure of hydrocarbons of the charge and the diluent is introduced at a rate of one quantity representing 0% or 0.1% to 40% by weight, preferably 1% to 35% by weight and preferably between 1% and 30% by weight relative to the mass of the hydrocarbon filler 6.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, à l’issue de l’étape de craquage catalytique dans le réacteur à flux descendant 3, les produits gazeux et le catalyseur, et optionnellement la charge vaporisée non convertie, sont séparés dans le séparateur gaz/solide (non représenté) renfermant un lit fluidisé dense où les réactions de craquage peuvent se poursuivre.According to one or more embodiments, at the end of the catalytic cracking step in the downflow reactor 3, the gaseous products and the catalyst, and optionally the unconverted vaporized feed, are separated in the gas/solid separator (not shown) containing a dense fluidized bed where cracking reactions can continue.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions opératoires du séparateur sont choisies parmi les conditions suivantes :
- température (de sortie de réacteur) comprise entre 500°C et 750°C, de préférence entre 550°C et 700°C, de manière encore plus préférée entre 580°C et 685°C ;
- pression totale absolue comprise entre 0,1 MPa et 0,5 MPa et de préférence entre 0,1 MPa et 0,4 MPa et de manière préférée entre 0,1 MPa et 0,3 MPa ;
- rapport massique du catalyseur sur la charge (charge vaporisée non convertie et produits gazeux) C/O compris entre 5 (kg/h)/(kg/h) et 40 (kg/h)/(kg/h) ;
- temps de contact tcentre la charge et le catalyseur compris entre 500 millisecondes (ms) et 10 secondes ; et
- pression partielle des hydrocarbures de la charge (PPHcharge) comprise entre 0,01 MPa et 0,3 MPa, de préférence entre 0,02 MPa et 0,2 MPa et de manière préférée entre 0,05 MPa et 0,15 MPa.According to one or more embodiments, the operating conditions of the separator are chosen from the following conditions:
- temperature (reactor outlet) between 500°C and 750°C, preferably between 550°C and 700°C, even more preferably between 580°C and 685°C;
- absolute total pressure between 0.1 MPa and 0.5 MPa and preferably between 0.1 MPa and 0.4 MPa and preferably between 0.1 MPa and 0.3 MPa;
- mass ratio of the catalyst to the feed (unconverted vaporized feed and gaseous products) C/O between 5 (kg/h)/(kg/h) and 40 (kg/h)/(kg/h);
- contact time t c between the charge and the catalyst of between 500 milliseconds (ms) and 10 seconds; And
- partial pressure of the hydrocarbons of the charge (PPHcharge) between 0.01 MPa and 0.3 MPa, preferably between 0.02 MPa and 0.2 MPa and preferably between 0.05 MPa and 0.15 MPa.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, en sortie du séparateur le catalyseur coké est envoyé vers un strippeur optionnel (non représenté) pour stripper les hydrocarbures restés adsorbés à la surface du catalyseur au moyen d’un deuxième diluant.According to one or more embodiments, at the outlet of the separator the coked catalyst is sent to an optional stripper (not shown) to strip the hydrocarbons remaining adsorbed on the surface of the catalyst by means of a second diluent.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions opératoires du strippeur sont choisies parmi les conditions suivantes :
- temps de séjour du catalyseur dans le strippeur : entre 10 secondes et 180 secondes, préférentiellement entre 30 secondes et 120 secondes ;
- vitesse superficielle de gaz entre la vitesse minimale de fluidisation et la vitesse de transition au régime turbulent, par exemple entre 0,01 m/s et 0,5 m/s, préférentiellement entre 0,15 m/s et 0,4 m/s ;
- flux solide entre 25 kg/m2s et 200 kg/m2s, préférentiellement entre 50 kg/m2s et 150 kg/m2s et de manière préférée entre 50 kg/m2s et 100 kg/m2s ;
- température entre 500°C et 750°C, préférentiellement entre 550°C et 650°C ;
- pression totale absolue comprise entre 0,1 MPa et 0,5 MPa et de préférence entre 0,1 MPa et 0,4 MPa et de manière préférée entre 0,1 MPa et 0,3 MPa ;
- fraction volumique solide entre 0,25 et 0,6, préférentiellement entre 0,4 et 0,6.According to one or more embodiments, the operating conditions of the stripper are chosen from the following conditions:
- residence time of the catalyst in the stripper: between 10 seconds and 180 seconds, preferably between 30 seconds and 120 seconds;
- superficial gas speed between the minimum fluidization speed and the transition speed to the turbulent regime, for example between 0.01 m/s and 0.5 m/s, preferably between 0.15 m/s and 0.4 m /s ;
- solid flow between 25 kg/m 2 s and 200 kg/m 2 s, preferably between 50 kg/m 2 s and 150 kg/m 2 s and preferably between 50 kg/m 2 s and 100 kg/m 2 s ;
- temperature between 500°C and 750°C, preferably between 550°C and 650°C;
- absolute total pressure between 0.1 MPa and 0.5 MPa and preferably between 0.1 MPa and 0.4 MPa and preferably between 0.1 MPa and 0.3 MPa;
- solid volume fraction between 0.25 and 0.6, preferably between 0.4 and 0.6.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, en sortie du séparateur ou du strippeur, le solide coké est transporté dans un régénérateur (non représenté) dans lequel une alimentation en air brûle le coke du catalyseur pour produire un catalyseur régénéré chaud et des gaz de combustion, le catalyseur régénéré chaud pouvant alimenter le flux descendant 4 en particules de catalyseur chaud.According to one or more embodiments, at the outlet of the separator or stripper, the coked solid is transported into a regenerator (not shown) in which an air supply burns the coke from the catalyst to produce a hot regenerated catalyst and combustion gases , the hot regenerated catalyst being able to supply the descending flow 4 with hot catalyst particles.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions opératoires du régénérateur sont choisies parmi les conditions suivantes :
- vitesse superficielle de gaz entre 0,1 m/s et 2 m/s, préférentiellement 0,2 m/s et 1,5 m/s ;
- temps de séjour du catalyseur entre 30 secondes et 20 minutes, préférentiellement entre 1 minute et 10 minutes ;
- température entre 500°C et 840°C, préférentiellement entre 650°C et 750°C.According to one or more embodiments, the operating conditions of the regenerator are chosen from the following conditions:
- superficial gas speed between 0.1 m/s and 2 m/s, preferably 0.2 m/s and 1.5 m/s;
- catalyst residence time between 30 seconds and 20 minutes, preferably between 1 minute and 10 minutes;
- temperature between 500°C and 840°C, preferably between 650°C and 750°C.
En référence à la
Le dispositif de référence A comprend :
- une conduite 1, composé d’un tronçon cylindrique, d’un cône de rétrécissement et d’un tronçon cylindrique ;
- une chambre de mélange 2 tronconique (S1/S2 étant inférieur à 1) comprenant une pièce d'encombrement centrale 10 définissant un orifice annulaire 11 ;
- un réacteur à flux descendant 3 cylindrique présentant une longueur de 4,07 m et un diamètre interne de 0,42 m ;
- quatre premiers injecteurs 5 de charge hydrocarbonée 6 positionnés en co-courant du flux descendant 4 de particules de catalyseur avec un angle de 45° vers le bas par rapport à la direction horizontale, ce qui produit un angle λ du vecteur de la quantité du mouvement résultant Mtotde 79° par rapport à l’horizontale. Le ratio du composant vertical de la quantité du mouvement de charge M6vet la quantité de mouvement de catalyseur M4est de 0,23 ce qui est dehors de l’intervalle recommandé ; et
- quatre deuxièmes injecteurs 7 de diluant 8 (vapeur d’eau) positionnés en co-courant du flux descendant 4 de particules de catalyseur avec un angle de 45° vers le bas par rapport à la direction horizontale.The reference device A includes:
- a pipe 1, composed of a cylindrical section, a narrowing cone and a cylindrical section;
- a frustoconical mixing chamber 2 (S1/S2 being less than 1) comprising a central bulk part 10 defining an annular orifice 11;
- a cylindrical downflow reactor 3 having a length of 4.07 m and an internal diameter of 0.42 m;
- four first injectors 5 of hydrocarbon feed 6 positioned in co-current of the downward flow 4 of catalyst particles with an angle of 45° downwards relative to the horizontal direction, which produces an angle λ of the vector of the quantity of the resulting movement M tot of 79° relative to the horizontal. The ratio of the vertical component of the charge momentum M 6v and the catalyst momentum M 4 is 0.23 which is outside the recommended range; And
- four second injectors 7 of diluent 8 (water vapor) positioned in co-current of the downward flow 4 of catalyst particles with an angle of 45° downwards relative to the horizontal direction.
Le dispositif de selon l’invention B comprend :
- une conduite 1, composé d’un tronçon cylindrique, d’un cône de rétrécissement et d’un tronçon cylindrique ;
- une chambre de mélange 2 tronconique (S1/S2 étant inférieur à 1) comprenant une pièce d'encombrement centrale 10 définissant un orifice annulaire 11 ;
- un réacteur à flux descendant 3 cylindrique présentant une longueur de 4,07 m et un diamètre interne de 0,42 m ;
- quatre premiers injecteurs 5 de charge hydrocarbonée 6 positionnés en contre-courant du flux descendant 3 de particules de catalyseur avec un angle α de 30° vers le haut par rapport à la direction horizontale, ce qui produit un angle λ du vecteur de la quantité du mouvement résultant Mtotde 72° par rapport à l’horizontale. Le ratio du composant vertical de la quantité du mouvement de charge M6vet la quantité de mouvement de catalyseur M4est de -0,16 ; et
- quatre deuxièmes injecteurs 7 de diluant 8 (vapeur d’eau) positionnés en contre-courant du flux descendant 3 de particules de catalyseur avec un angle β de 30° vers le haut par rapport à la direction horizontale.The device according to the invention B comprises:
- a pipe 1, composed of a cylindrical section, a narrowing cone and a cylindrical section;
- a frustoconical mixing chamber 2 (S1/S2 being less than 1) comprising a central bulk part 10 defining an annular orifice 11;
- a cylindrical downflow reactor 3 having a length of 4.07 m and an internal diameter of 0.42 m;
- four first injectors 5 of hydrocarbon feed 6 positioned countercurrent to the downward flow 3 of catalyst particles with an angle α of 30° upwards relative to the horizontal direction, which produces an angle λ of the quantity vector of the resulting movement M tot 72° relative to the horizontal. The ratio of the vertical component of the charge momentum M 6v and the catalyst momentum M 4 is -0.16; And
- four second injectors 7 of diluent 8 (water vapor) positioned against the current of the downward flow 3 of catalyst particles with an angle β of 30° upwards relative to the horizontal direction.
Les configurations du dispositif de référence A et du dispositif selon l’invention B ont été simulées en CFD avec l’outil Barracuda© dans les conditions opératoires suivantes :
- le flux du catalyseur de de 607 kg/m²s ;
- le catalyseur présente un diamètre d50de 73 µm et une densité de grain de 1418 kg/m3(i.e., groupe A de la classification de Geldart) ;
- le débit d’air de 1,85 kg/s présente un ratio entre les premiers injecteurs 5 sur les deuxièmes injecteurs 7 de 70/30 ;
- les premiers injecteurs 5 sont positionnés à 0,2 m au-dessus des deuxièmes injecteurs 7 ;
- l’angle δ de rotation entre les premiers injecteurs 5 et les deuxièmes injecteurs 7 est de 45°;
- la vitesse de gaz en sortie des injecteurs est de 90 m/s pour les premiers injecteurs 5 et 76 m/s pour les deuxièmes injecteurs 7 ;
- l’écoulement est dans les conditions ambiantes sans réaction ;
- une pièce d'encombrement centrale 10 est positionné au centre de la chambre de mélange 2.The configurations of the reference device A and the device according to the invention B were simulated in CFD with the Barracuda© tool under the following operating conditions:
- the catalyst flow of 607 kg/m²s;
- the catalyst has a diameter d 50 of 73 µm and a grain density of 1418 kg/m 3 (ie, group A of the Geldart classification);
- the air flow rate of 1.85 kg/s has a ratio between the first injectors 5 to the second injectors 7 of 70/30;
- the first injectors 5 are positioned 0.2 m above the second injectors 7;
- the angle δ of rotation between the first injectors 5 and the second injectors 7 is 45°;
- the gas speed leaving the injectors is 90 m/s for the first injectors 5 and 76 m/s for the second injectors 7;
- the flow is under ambient conditions without reaction;
- a central bulky part 10 is positioned in the center of the mixing chamber 2.
La
Avantageusement, la distribution radiale du solide tout au long du réacteur à flux descendant 3 est toujours plus homogène pour le dispositif selon l’invention B par rapport au dispositif de référence A. En outre, il est à noter une concentration importante du solide à la proximité de la paroi pour le dispositif de référence A par rapport au dispositif selon l’invention B.Advantageously, the radial distribution of the solid throughout the downward flow reactor 3 is always more homogeneous for the device according to the invention B compared to the reference device A. In addition, it should be noted a significant concentration of the solid at the proximity of the wall for the reference device A in relation to the device according to the invention B.
La
Claims (15)
- une conduite (1) adaptée pour transporter un flux descendant (4) de particules de catalyseur ;
- une chambre de mélange (2) connectée à la conduite (1) et adaptée pour être alimentée par la conduite (1) en flux descendant (4), la chambre de mélange (2) comprenant au moins un premier injecteur (5) de charge hydrocarbonée (6) ; et
- un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant (3) connecté à la chambre de mélange (2) et adapté pour être alimenté par la chambre de mélange (2) en un mélange comprenant des particules de catalyseur et de la charge hydrocarbonée,
dans lequel l’au moins un premier injecteur (5) présente un angle α prédéterminé par rapport à l’horizontale répondant aux deux critères suivants :
- le vecteur de la quantité du mouvement résultant (Mtot), calculé à partir de la somme vectorielle de la quantité de mouvement de charge (M6) et de la quantité de mouvement de catalyseur (M4), présente un angle λ par rapport à un plan horizontal compris entre 70° et 80° ; et
- le ratio du composant vertical de la quantité du mouvement de charge (M6v) et de la quantité de mouvement de catalyseur (M4), est compris entre -0,2 et 0,1.Device for catalytic cracking in a fluidized bed with a descending gas-solid co-current comprising, from top to bottom:
- a pipe (1) adapted to transport a downward flow (4) of catalyst particles;
- a mixing chamber (2) connected to the pipe (1) and adapted to be supplied by the pipe (1) with a downward flow (4), the mixing chamber (2) comprising at least a first injector (5) of hydrocarbon filler (6); And
- a fluidized bed reactor with descending gas-solid co-current (3) connected to the mixing chamber (2) and adapted to be supplied by the mixing chamber (2) with a mixture comprising catalyst particles and hydrocarbon load,
in which the at least one first injector (5) has a predetermined angle α relative to the horizontal meeting the following two criteria:
- the vector of the resulting momentum (M tot ), calculated from the vector sum of the charge momentum (M 6 ) and the catalyst momentum (M 4 ), has an angle λ by relation to a horizontal plane between 70° and 80°; And
- the ratio of the vertical component of the quantity of charge movement (M 6v ) and the quantity of catalyst movement (M 4 ), is between -0.2 and 0.1.
- transporter un flux descendant (4) de particules de catalyseur dans une conduite (1) ;
- alimenter une chambre de mélange (2) par la conduite (1) avec le flux descendant (4), la chambre de mélange (2) comprenant au moins un premier injecteur (5) de charge hydrocarbonée (6) ;
- alimenter un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant (3) par la chambre de mélange (2) avec un mélange comprenant des particules de catalyseur et de la charge hydrocarbonée ; et
- craquer au moins partiellement la charge hydrocarbonée (6) en présence des particules de catalyseur dans le réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant (3), pour produire un effluent (9) comprenant du catalyseur au moins partiellement coké et des produits gazeux de craquage,
dans lequel l’au moins un premier injecteur (5) présente un angle α prédéterminé par rapport à l’horizontale répondant aux deux critères suivants :
- le vecteur de la quantité du mouvement résultant (Mtot), calculé à partir de la somme vectorielle de la quantité de mouvement de charge (M6) et de la quantité de mouvement de catalyseur (M4), présente un angle λ par rapport à un plan horizontal compris entre 70° et 80° ; et
- le ratio du composant vertical de la quantité du mouvement de charge (M6v) et de la quantité de mouvement de catalyseur (M4), est compris entre -0,2 et 0,1.Process for catalytic cracking in a fluidized bed with descending gas-solid co-current comprising the following steps:
- transport a downward flow (4) of catalyst particles in a pipe (1);
- supply a mixing chamber (2) via pipe (1) with the descending flow (4), the mixing chamber (2) comprising at least one first injector (5) of hydrocarbon feed (6);
- supply a fluidized bed reactor with descending gas-solid co-current (3) through the mixing chamber (2) with a mixture comprising catalyst particles and hydrocarbon feed; And
- at least partially crack the hydrocarbon feed (6) in the presence of the catalyst particles in the fluidized bed reactor with descending gas-solid co-current (3), to produce an effluent (9) comprising at least partially coked catalyst and gaseous cracked products,
in which the at least one first injector (5) has a predetermined angle α relative to the horizontal meeting the following two criteria:
- the vector of the resulting momentum (M tot ), calculated from the vector sum of the charge momentum (M 6 ) and the catalyst momentum (M 4 ), has an angle λ by relation to a horizontal plane between 70° and 80°; And
- the ratio of the vertical component of the quantity of charge movement (M 6v ) and the catalyst movement quantity (M 4 ), is between -0.2 and 0.1.
- les particules de catalyseur comprennent une matrice faite d’argile, de silice ou de silice alumine, optionnellement de liant, optionnellement de dopant, et/ou de zéolithe, par exemple de 15% à 70% poids de zéolithe par rapport au poids du catalyseur, préférablement une zéolithe Y et/ou une zéolithe ZSM-5, très préférablement une zéolithe ZSM-5, optionnellement dopée ;
- la densité de grain des particules de catalyseur est comprise entre 1000 kg/m3et 2000 kg/m3, préférablement entre 1250 kg/m3et 1750 kg/m3;
- la charge hydrocarbonée (6) est une charge hydrocarbonée de température de début d’ébullition supérieure ou égale à 340°C ou une charge hydrocarbonée de température de fin d’ébullition inférieure ou égale à 450°C ;
- le flux descendant (4) des particules de catalyseur dans la conduite (1) en amont de la chambre de mélange (2) est en régime fluidisé dense et de préférence avec un flux massique supérieur à 200 kg/m2s ;
- température de sortie de réacteur comprise entre 520°C et 750°C et de préférence inférieure à 650°C ;
- pression totale absolue comprise entre 0,1 MPa et 0,5 MPa ;
- rapport massique du catalyseur (4) sur la charge hydrocarbonée (6) C/O compris entre 5 (kg/h)/(kg/h) et 35 (kg/h)/(kg/h) et de préférence entre 15 (kg/h)/(kg/h) et 30 (kg/h)/(kg/h) ;
- temps de contact tc entre la charge hydrocarbonée (6) et le catalyseur inférieur à 10 secondes, préférablement compris entre 0,5 seconde et 4 secondes ;
- flux massique de particules de catalyseur compris entre 50 et 850 kg/(m²s), de préférence entre 400 et 750 kg/(m²s) ;
- vitesse superficielle gaz comprise entre 2 m/s et 26 m/s, de préférence entre 6 m/s et 16 m/s ;
- injection de diluant (8) par le premier injecteur (5) et/ou au moins un deuxième injecteur (7) à raison d’une quantité représentant 0% ou 0,1% à 40% poids, de préférence 1% à 35% poids et de manière préférée comprise entre 1% et 30% poids par rapport à la masse de la charge hydrocarbonée (6).Method according to claim 14, comprising at least one of the following operating conditions:
- the catalyst particles comprise a matrix made of clay, silica or silica alumina, optionally binder, optionally dopant, and/or zeolite, for example from 15% to 70% by weight of zeolite relative to the weight of the catalyst, preferably a Y zeolite and/or a ZSM-5 zeolite, very preferably a ZSM-5 zeolite, optionally doped;
- the grain density of the catalyst particles is between 1000 kg/m 3 and 2000 kg/m 3 , preferably between 1250 kg/m 3 and 1750 kg/m 3 ;
- the hydrocarbon feedstock (6) is a hydrocarbon feedstock with a start boiling temperature greater than or equal to 340°C or a hydrocarbon feedstock with an end boiling temperature less than or equal to 450°C;
- the downward flow (4) of the catalyst particles in the pipe (1) upstream of the mixing chamber (2) is in a dense fluidized regime and preferably with a mass flow greater than 200 kg/m 2 s;
- reactor outlet temperature between 520°C and 750°C and preferably less than 650°C;
- absolute total pressure between 0.1 MPa and 0.5 MPa;
- mass ratio of the catalyst (4) to the hydrocarbon feed (6) C/O between 5 (kg/h)/(kg/h) and 35 (kg/h)/(kg/h) and preferably between 15 (kg/h)/(kg/h) and 30 (kg/h)/(kg/h);
- contact time tc between the hydrocarbon feed (6) and the catalyst less than 10 seconds, preferably between 0.5 seconds and 4 seconds;
- mass flow of catalyst particles of between 50 and 850 kg/(m²s), preferably between 400 and 750 kg/(m²s);
- gas surface speed between 2 m/s and 26 m/s, preferably between 6 m/s and 16 m/s;
- injection of diluent (8) by the first injector (5) and/or at least a second injector (7) in a quantity representing 0% or 0.1% to 40% by weight, preferably 1% to 35 % by weight and preferably between 1% and 30% by weight relative to the mass of the hydrocarbon filler (6).
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