WO2007074304A1 - Installation de conversion d'hydrocarbures petroliers a installation de combustion integree comprenant une capture du dioxyde de carbone - Google Patents

Installation de conversion d'hydrocarbures petroliers a installation de combustion integree comprenant une capture du dioxyde de carbone Download PDF

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Jean-Xavier Morin
Corinne Beal
Silvestre Suraniti
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Definitions

  • the invention relates to a petroleum hydrocarbon conversion plant coupled to an integrated combustion plant comprising a capture of carbon dioxide.
  • Such a petroleum hydrocarbon conversion plant comprises an enclosure in which a catalytic cracking of hydrocarbons is carried out in the presence of fluidized phase catalyst particles and from which fractional petroleum fractions are recovered by ballistic separation of the particles and of these fractional petroleum fractions.
  • a regenerator of the catalyst particles At this first chamber is conventionally associated a regenerator of the catalyst particles, on which coke is deposited in the cracking chamber. In this regenerator, the catalyst particles are regenerated by combustion of the coke and are then recycled to the feed of the cracking vessel.
  • This capture of carbon dioxide can be carried out in a reactor by washing with a solvent, for example monoethanolamine, which selectively solubilizes the carbon dioxide.
  • the solvent is then regenerated by extracting the carbon dioxide by heating by injecting steam into another reactor and the regenerated solvent is returned to the washing reactor.
  • this solution makes it necessary to treat the nitrogen, which is also discharged with the carbon dioxide at the top of the catalyst regenerator, which makes it necessary to size the carbon dioxide capture plant in proportion to the amount of nitrogen. present.
  • thermal regeneration has the disadvantage of requiring large amounts of steam. This solution is therefore very energy consuming. It can therefore be envisaged to replace the nitrogen diluent with recycled carbon dioxide and to carry out the combustion with an O 2 / CO 2 oxidant.
  • oxygen is produced from air through an air separation unit by a cryogenic system that consumes a lot of energy. It is also known to carry out a combustion of gas with integrated carbon dioxide recovery by using a metal oxide serving as an oxygen carrier vector. This oxide circulates between two reactors in which it is either oxidized in a circulating fluidized bed reactor by contact with air, or reduced by contact with the gaseous fuel. This method has the advantage of not requiring an air separation unit since the oxide constitutes the oxygen carrier.
  • This type of combustion plant of carbonaceous solids operating at atmospheric pressure with integrated capture of carbon dioxide does not require prior separation of the air. Because of its simplicity and compactness, this system reduces the costs of capturing carbon dioxide while ensuring the production of steam for the generation of electricity.
  • the invention proposes an integration of a system of this type in the capture of the carbon dioxide emitted in a hydrocarbon conversion plant as specified above. Thanks to the invention, the carbon dioxide is captured, while ensuring the production of steam for the production of energy, and this at an optimal cost and bulk.
  • the invention provides a petroleum hydrocarbon conversion plant comprising a catalytic cracking chamber in the presence of fluidized phase catalyst particles and a regenerator of said catalyst particles by combustion of coke deposited thereon, said catalyst circulating between said cracking chamber and said regenerator, said regenerator being a reactor integrated into a combustion plant for the production of steam comprising a capture of carbon dioxide, characterized in that said regenerator is a reactor for reducing a carrier of carbon dioxide, oxygen, fed with solid fuel comprising said particles provided with coke and equipped with a cyclone for separating solids and exchangers, this reduction reactor of said oxygen carrier being associated with an oxidation reactor of said oxygen carrier and equipped with a cyclone separating solids and exchangers, said oxygen carrier circulating between these two reactors and in that said oxygen carrier consists of oxide particles metal of different average diameter from that of said catalyst particles.
  • said oxygen carrier may consist of said catalyst particles.
  • said oxygen support consists of particles of metal oxides of average diameter different from that of said catalyst particles.
  • said reduction reactor is a circulating fluidized bed fluidized with steam and / or recycled carbon dioxide and / or sulfur dioxide.
  • the plant comprises at the outlet of the cyclone of the reduction reactor a siphon separating said metal oxide particles directed towards the oxidation reactor and said catalyst particles directed towards the cracking chamber.
  • said granulometric sorter consists of a circulating fluidized bed equipped with a separation cyclone.
  • said catalyst particles are reinjected into said cracking chamber by means of an ascending pipe of a determined height whose pressure drop compensates for the pressure difference between said chamber and said particle size sorter.
  • the pressure difference between the circulation loop of the catalyst particles and the circulation loop of the metal oxide particles is balanced.
  • the ratio between the mean diameter of the metal oxide particles and that of the catalyst particles is advantageously greater than two.
  • the said metal oxides may comprise iron oxide.
  • Said catalyst particles may comprise nickel oxide.
  • said solid fuel also contains petroleum residues, such as pitches, bitumen or asphalt, so as to generate sufficient useful power.
  • This figure represents an installation according to the invention.
  • This facility includes a petroleum hydrocarbon conversion facility with a catalytic cracker
  • the regenerator 2 is an integrated reactor in a combustion plant for the production of steam comprising a capture of carbon dioxide.
  • This regenerator 2 is a reactor for reducing an oxygen carrier, preferably consisting of particles of metal oxides of average diameter different from that of the catalyst particles, supplied with solid fuel comprising the particles provided with coke by the supply line 1A and equipped with a separation cyclone C2 solids and exchangers E2.
  • the solid fuel supplied by line A2 may also include petroleum residues.
  • This reduction reactor is a circulating fluidized bed furnace fluidized with water vapor by a feed pipe 2B and a wind box 2C for introducing the fluidization vapor at the bottom of the reduction reactor 2 To this water vapor is mixed carbon dioxide or recycled sulfur dioxide by a complementary conduit 2D opening into the same wind box 2C.
  • the temperature is of the order of 900 ° C. and the pressure is of the order of atmospheric pressure.
  • this reduction reactor 2 is a circulating fluidized bed fluidized with water vapor and / or recycled carbon dioxide and / or sulfur dioxide.
  • the cyclone C2 In the upper part of the reduction reactor 2 is installed the cyclone C2 where the solid particles are separated from the fly ash and combustion gases consisting of carbon dioxide, sulfur dioxide and water vapor.
  • Fly ash and combustion gases are fed to the steam generators E2 heat exchangers for example the generation of electricity. Fly ash is separated from the flue gases in an F2 bag filter. The combustion gases are then sent to a cooling and condensation circuit R2 via a fan V2. This circuit makes it possible to extract the water and the remaining H 2 SO 4 from the carbon dioxide which is then partially reintroduced into the reactor 2 via the complementary conduit 2D. The fly ash is separated from the metal oxide particles by an S2 particle size separator to be stored in a silo, while the metal oxide particles are directed to a silo 4.
  • the solid particles at the outlet of the separator C2 consisting of particles of metal oxides, regenerated catalyst particles and carbon residues, pass through a siphon 5 where a first part is sent in a particle size separator 6 for the separation of the metal oxide particles and catalyst particles and which will be specified below.
  • a second portion at the outlet of the cyclone is directed towards a device for removing the carbon residue 7.
  • This elimination device 7 is fluidized with water vapor via an inlet pipe 8 in water vapor, also supplying water. the feed pipe 2B of the reduction reactor 2.
  • This fluidization makes it possible to separate the fine and light particles such as the carbonaceous residue from the metal oxide particles and reintroduce them into the reduction reactor 2 via a pipe 7A, while the denser and larger particles of metal oxides are transferred via line 7B to a second reactor 3 which is an oxidation reactor.
  • a second reactor 3 which is an oxidation reactor.
  • An example of the constitution of such an elimination device 7 is described in patent document FR 2,850,156.
  • the oxidation reactor 3 is equipped with a starting system D3 which is supplied with fuel such as gas, a system for introducing the metal oxide particles from the oxide silo 4 and a fluidization and oxidation system via an air supply pipe 9.
  • This starting system D3 makes it possible to reheating all the reactors and solids circulation loops to a temperature threshold above 700 ° C and launching all the reactions.
  • Oxidation reactor 3 of the oxygen support here consisting of particles of metal oxides of average diameter different from that of the catalyst particles, is equipped with a cyclone for separating solids C3 and E3 exchangers.
  • a bed composed of metal oxides circulates in the oxidation reactor 3 which is fluidized by air coming from the inlet pipe 9 supplying a wind box 3C.
  • the temperature is of the order of 1000 ° C. and the pressure is of the order of atmospheric pressure.
  • the solid particles which have been extracted under cyclone C3 pass through a siphon 11 from which a first part is transferred to the bottom of the reduction reactor 2, a second part is recirculated to the bottom of the oxidation reactor 3 and a third part is directed to an outer bed 12 which is placed a heat exchanger fluidized by air supplied by the air inlet pipe 9, and finally reintroduced into the oxidation reactor 3.
  • This exchanger can regulate the temperature in the oxidation reactor 3.
  • a top-up of metal oxide particles in the oxidation reactor 3 is possible via the oxide silo 4 via line 13.
  • a top-up of oxide particles may be justified to compensate for attrition losses in the various reactors 2 and 3, in order to have enough oxides to ensure the transfer of materials and the circulation of solids.
  • the large particles of ash or agglomerates are extracted periodically by an extraction line 14 at the bottom of the oxidation reactor to a recovery silo.
  • a grain size sorter 6 reinjecting the metal oxide particles in the reduction reactor 2 and the catalyst particles in the cracking chamber 1.
  • the oxygen carrier is made of metal oxide particles different from the catalyst particles, which consists for example of nickel oxide.
  • This oxide metal preferably comprises iron oxide and may also comprise manganese oxide, copper oxide or nickel oxide.
  • this oxygen carrier may consist of the catalyst particles, themselves.
  • the grain size sorter 6 is not necessary.
  • the particle size of these particles is chosen so that the ratio between the average diameter of the oxide particles and that of the catalyst particles is greater than together.
  • the oxide particles have an average diameter of about 160 microns and the catalyst particles have an average diameter of about 60 microns.
  • the grain size sorter 6 consists of a circulating fluidized bed 6A supplied with water vapor through the inlet pipe 8 and equipped with a separation cyclone 6B sized to perform this sorting.
  • a separation cyclone 6B sized to perform this sorting.
  • the oxide particles which are reinjected in the lower part of the reduction reactor 2.
  • the catalyst particles are returned to the cracking chamber 1 by means of an ascending duct 6C of a determined height whose pressure drop compensates for the pressure difference between the cracking chamber 1 and the grain size sorter 6. This transfer is effected via a hopper 15.
  • this reduction reactor 2 is a circulating fluidized bed, a residence time in this elongated reactor is obtained thanks to the internal circulation of the solids in this reactor and the recirculation via its cyclone C2.
  • the volatile materials are released very quickly following the warming of the fuel and react with the oxygen released by the oxygen metal carrier oxides to achieve a partial combustion which is continued by the combustion of fixed carbon, ensuring on the one hand the elimination of coke carried by the catalyst particles which are regenerated, and secondly the reduction of optionally complementary metal oxide particles.
  • Part of the oxide bed is extracted at the base of the siphon 5 located under the cyclone associated with this reduction reactor 2, to be purified carbon residues that have not been converted into fly ash, thanks to the elimination device 7 which constitutes a carbon barrier throughout the installation, then reintroduced into the oxidation reactor 3 to be oxidized by the oxygen of the air.
  • the oxygen depleted air leaving the oxidation reactor 3 is cooled in the heat exchanger E3, which in practice consists of a plurality of exchangers, then dedusted in the bag filter F3 and returned to the atmosphere.
  • the oxide particles regenerated as they pass through the oxidation reactor 3 are returned to the reduction reactor 2 to initiate a new oxygen transport cycle of the oxidation reactor 3 to the reduction reactor 2
  • the amount of oxides returned to the reduction reactor 2 can be controlled by a solids flow control valve not shown.
  • Another part of the oxide bed extracted at the base of the siphon 5 situated under the cyclone associated with the reduction reactor 2 is directed firstly downwards of the reduction reactor 2 in order to maintain a circulation of solids in the reactor. 2, and on the other hand to the grain size sorter 6, which makes it possible to separate the regenerated catalyst particles which are reinjected into the cracking chamber 1 and the residual oxide particles which are reintroduced at the bottom of the reduction reactor.

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Abstract

L'invention concerne une installation de conversion d'hydrocarbures pétroliers comportant une enceinte de craquage catalytique (1) en présence de particules de catalyseur en phase fluidisé et un régénérateur desdites particules de catalyseur par combustion du coke déposées sur celles-ci, ledit catalyseur circulant entre ladite enceinte de craquage et ledit régénérateur, ledit régénérateur étant un réacteur (2) intégré dans une installation de combustion pour la production de vapeur comprenant une capture du dioxyde de carbone. Selmon l'invention, ledit régénérateur est un réacteur de réduction (2) d'un support d'oxygène, alimenté en combustible solide comprenant lesdites particules pourvues de coke et équipé d'un cyclone de séparation des solides (C2) et d'échangeurs (E2), ce réacteur de réduction dudit support d'oxygène étant associé à un réacteur d'oxydation (3) dudit support d'oxygène et équipé d'un cyclone de séparation des solides (C3) et d'échangeurs (E3), ledit support d'oxygène circulant entre ces deux réacteurs et en ce que ledit support d'oxygène est constitué de particules d'oxydes métalliques de diamètre moyen différent de celui desdites particules de catalyseur.

Description

INSTALLATION DE CONVERSION D'HYDROCARBURES PETROLIERS A
INSTALLATION DE COMBUSTION INTEGREE COMPRENANT UNE
CAPTURE DU DIOXYDE DE CARBONE.
L'invention concerne une installation de conversion d'hydrocarbures pétroliers couplée à une installation de combustion intégrée comprenant une capture du dioxyde de carbone.
Une telle installation de conversion d'hydrocarbures pétroliers comporte une enceinte dans laquelle est réalisé un craquage catalytique des hydrocarbures en présence de particules de catalyseur en phase fluidisée et dont sont récupérés des coupes pétrolières fractionnées par séparation balistique des particules et de ces coupes pétrolières fractionnées. A cette première enceinte est classiquement associé un régénérateur des particules de catalyseur, sur lesquelles se dépose du coke dans l'enceinte de craquage. Dans ce régénérateur, les particules de catalyseur sont régénérées par combustion du coke et sont ensuite recyclées vers l'alimentation de l'enceinte de craquage.
Des installations de ce type sont décrites dans les documents de brevet FR 2 625 509, FR 2 753 453 et FR 2 81 1 327. II est classique de réaliser la combustion du coke dans le régénérateur au moyen d'air injecté à la base du régénérateur et le gaz de combustion constitué en partie de dioxyde de carbone, résultant de la réaction de l'oxygène de l'air et du carbone constituant le coke, est évacué en partie haute du régénérateur. Le dioxyde de carbone est un gaz à effet de serre devant faire l'objet d'une limitation d'émissions, ce qui amène à effectuer une capture totale ou partielle de ce dioxyde.
Il est possible de réaliser cette capture de dioxyde de carbone dans un réacteur par un lavage avec un solvant, par exemple de la monoéthanolamine, qui solubilise de façon sélective le dioxyde de carbone. Le solvant est ensuite régénéré par extraction du dioxyde de carbone grâce à un chauffage par injection de vapeur d'eau dans un autre réacteur puis le solvant régénéré est renvoyé dans le réacteur de lavage. Cependant, cette solution oblige à traiter l'azote, qui est également évacué avec le dioxyde de carbone en partie haute du régénérateur de catalyseur, ce qui oblige à dimensionner l'installation de capture du dioxyde de carbone en proportion avec la quantité d'azote présente. De plus, la régénération thermique entraîne l'inconvénient de nécessiter de grandes quantités de vapeur. Cette solution est donc très consommatrice d'énergie. II peut en conséquence être envisagé de remplacer le diluant d'azote par du dioxyde de carbone recyclé et d'effectuer la combustion avec un oxydant O2/CO2. Cependant, l'oxygène est produit à partir de l'air grâce à une unité de séparation d'air par un système cryogénique qui consomme beaucoup d'énergie. II est également connu de réaliser une combustion de gaz avec récupération intégrée de dioxyde de carbone en utilisant un oxyde métallique servant de vecteur support d'oxygène. Cet oxyde circule entre deux réacteurs dans lesquels il est soit oxydé dans un réacteur à lit fluidisé circulant par une mise en contact avec de l'air, soit réduit par la mise en contact avec le combustible gazeux. Ce procédé présente l'avantage de ne pas nécessiter d'unité de séparation de l'air puisque l'oxyde constitue le support d'oxygène.
Ces procédés de capture du dioxyde de carbone présentent l'inconvénient de renchérir jusqu'à deux fois le coût d'investissement et elles nécessitent des surfaces au sol importantes.
Il a donc été envisagé comme décrit dans le document de brevet FR 2 850 156 de réaliser une installation de combustion de matières solides carbonées comprenant un réacteur de réduction d'oxydes, un premier cyclone, un échangeur de récupération sur les fumées, un réacteur d'oxydation d'oxydes, un deuxième cyclone, un échangeur de contrôle de température des oxydes en circulation dans lesquels circule un oxyde qui est réduit puis oxydé dans chacun des deux réacteurs. Selon cet art antérieur, la matière combustible solide est broyée avant l'entrée dans le réacteur de réduction d'oxydes. Les oxydes sont réduits par mise en contact tout d'abord avec le combustible qui réagit avec l'oxygène libéré par l'oxyde puis oxydé par mise en contact avec l'air qui régénère l'oxyde. La taille réduite des particules de combustible solide permet une combustion plus complète et plus rapide et permet de produite presque 100% de cendres volantes.
Ce type d'installation de combustion de matières solides carbonées fonctionnant à la pression atmosphérique avec capture intégrée du dioxyde de carbone, ne nécessite pas de séparation préalable de l'air. De par sa simplicité et sa compacité, ce système permet de réduire les coûts de captation du dioxyde de carbone tout en assurant la production de vapeur destinée à la génération d'électricité.
L'invention propose une intégration d'un système de ce type à la capture du dioxyde de carbone émis dans une installation de conversion d'hydrocarbures tel que précisé plus haut. Grâce à l'invention, le dioxyde de carbone est capturé, tout en assurant la production de vapeur destinée à la production d'énergie, et ceci à un coût et un encombrement optimal.
Pour ce faire, l'invention propose une installation de conversion d'hydrocarbures pétroliers comportant une enceinte de craquage catalytique en présence de particules de catalyseur en phase fluidisé et un régénérateur desdites particules de catalyseur par combustion du coke déposées sur celles-ci, ledit catalyseur circulant entre ladite enceinte de craquage et ledit régénérateur, ledit régénérateur étant un réacteur intégré dans une installation de combustion pour la production de vapeur comprenant une capture du dioxyde de carbone, caractérisée en ce que ledit régénérateur est un réacteur de réduction d'un support d'oxygène, alimenté en combustible solide comprenant lesdites particules pourvues de coke et équipé d'un cyclone de séparation des solides et d'échangeurs, ce réacteur de réduction dudit support d'oxygène étant associé à un réacteur d'oxydation dudit support d'oxygène et équipé d'un cyclone de séparation des solides et d'échangeurs, ledit support d'oxygène circulant entre ces deux réacteurs et en ce que ledit support d'oxygène est constitué de particules d'oxydes métalliques de diamètre moyen différent de celui desdites particules de catalyseur.
Ainsi est réalisée l'intégration d'une boucle de circulation des particules de catalyseur, assurant la conversion des hydrocarbures pétroliers, et d'une boucle de circulation d'un support d'oxygène, assurant une combustion productrice d'énergie et capturant le dioxyde de carbone.
Par un choix judicieux du matériau catalytique de craquage, ledit support d'oxygène peut être constitué desdites particules de catalyseur.
Dans un cas plus général, ledit support d'oxygène est constitué de particules d'oxydes métalliques de diamètre moyen différent de celui desdites particules de catalyseur.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit réacteur de réduction est un lit fluidisé circulant fluidisé par de la vapeur d'eau et/ou du dioxyde de carbone recyclé et/ou du dioxyde de soufre. Avantageusement, l'installation comporte en sortie du cyclone du réacteur de réduction un siphon séparant lesdites particules d'oxydes métalliques dirigées vers le réacteur d'oxydation et lesdites particules de catalyseur dirigées vers l'enceinte de craquage.
Il peut être disposé, entre ladite sortie du cyclone du réacteur de réduction et ladite enceinte de craquage, un trieur granulométrique réinjectant les particules d'oxydes métalliques dans le réacteur de réduction et les particules de catalyseur dans l'enceinte de craquage.
Dans ce cas, de préférence, ledit trieur granulométrique est constitué d'un lit fluidisé circulant équipé d'un cyclone de séparation. De préférence, lesdites particules de catalyseur sont réinjectées dans ladite enceinte de craquage au moyen d'une conduite ascendante d'une hauteur déterminée dont la perte de charge compense la différence de pression entre ladite enceinte et ledit trieur granulométrique. Ainsi est équilibrée la différence de pression entre la boucle de circulation des particules de catalyseur et la boucle de circulation des particules d'oxydes métalliques . Le rapport entre le diamètre moyen des particules d'oxydes métalliques et celui des particules de catalyseur est avantageusement supérieur à deux.
Lesdits oxydes métalliques peuvent comporter de l'oxyde de fer. Lesdites particules de catalyseur peuvent comprendre de l'oxyde de nickel.
Afin d'assurer des besoins en vapeur ou en électricité, il est possible que ledit combustible solide comporte également des résidus pétroliers, tels que du brais, du bitume ou de l'asphalte, de façon à générer suffisamment de puissance utile.
L'invention est décrite ci-après plus en détail à l'aide d'une figure ne représentant qu'un mode de réalisation préféré de l'invention.
Cette figure représente une installation conforme à l'invention.
Cette installation comporte une installation de conversion d'hydrocarbures pétroliers comportant une enceinte de craquage catalytique
1 en présence de particules de catalyseur en phase fluidisé qui est alimenté par une conduite A1 et un régénérateur 2 des particules de catalyseur par combustion du coke déposées sur celles-ci, le catalyseur circulant entre l'enceinte de craquage 1 et le régénérateur 2. Les particules de catalyseur sont évacuées de l'enceinte de craquage vers le régénérateur par une conduite d'alimentation 1A et réinjectées de ce régénérateur vers l'enceinte de craquage par une conduite de réinjection 2A. Des coupes pétrolières fractionnées sont obtenues en sortie de l'enceinte de craquage par une conduite de sortie 1 B. Dans une telle enceinte de craquage, la température est de l'ordre de 650 °C et la pression de l'ordre de 2 bars.
Selon l'invention, le régénérateur 2 est un réacteur intégré dans une installation de combustion pour la production de vapeur comprenant une capture du dioxyde de carbone.
Ce régénérateur 2 est un réacteur de réduction d'un support d'oxygène, de préférence constitué de particules d'oxydes métalliques de diamètre moyen différent de celui des particules de catalyseur, alimenté en combustible solide comprenant les particules pourvues de coke par la conduite d'alimentation 1A et équipé d'un cyclone de séparation C2 des solides et des échangeurs E2. Le combustible solide alimenté par la conduite A2 peut également comporter des résidus pétroliers.
Ce réacteur de réduction est un foyer à lit fluidisé circulant fluidisé avec de la vapeur d'eau par une conduite d'alimentation 2B et d'une boîte à vent 2C permettant d'introduire la vapeur de fluidisation en partie basse du réacteur de réduction 2. A cette vapeur d'eau est mélangé du dioxyde de carbone ou du dioxyde de soufre recyclé par une conduite complémentaire 2D débouchant dans la même boîte à vent 2C. Dans un tel réacteur de combustion, la température est de l'ordre de 900°C et la pression de l'ordre de la pression atmosphérique.
De façon générale, ce réacteur de réduction 2 est un lit fluidisé circulant fluidisé par de la vapeur d'eau et/ou du dioxyde de carbone recyclé et/ou du dioxyde de soufre. En partie haute du réacteur de réduction 2 est installé le cyclone C2 où les particules solides sont séparées des cendres volantes et des gaz de combustion constituées de dioxyde de carbone, de dioxyde de soufre et de vapeur d'eau.
Les cendres volantes et les gaz de combustion sont amenés aux échangeurs de chaleur E2 générateurs de vapeur pour par exemple la production d'électricité. Les cendres volantes sont séparées des gaz de combustion dans un filtre à manches F2. Les gaz de combustion sont ensuite envoyés dans un circuit de refroidissement et de condensation R2 via un ventilateur V2. Ce circuit permet d'extraire l'eau et le H2SO4 restant du dioxyde de carbone qui est ensuite partiellement réintroduit dans le réacteur 2 par la conduite complémentaire 2D. Les cendres volantes sont quant à elles séparées des particules d'oxyde métallique par un séparateur granulométrique S2 pour être stockées dans un silo, alors que les particules d'oxyde métallique sont dirigées vers un silo 4. Les particules solides en sortie du séparateur C2, constituées de particules d'oxydes métalliques, de particules de catalyseur régénérées et de résidus carbonés, passent par un siphon 5 d'où une première partie est envoyée dans un séparateur granulométrique 6 destiné à la séparation des particules d'oxydes métalliques et des particules de catalyseur et qui sera précisé plus loin. Une seconde partie en sortie du cyclone est dirigée vers un dispositif d'élimination du résidu carboné 7. Ce dispositif d'élimination 7 est fluidisé par de la vapeur d'eau par une conduite d'arrivée 8 en vapeur d'eau, alimentant également la conduite d'alimentation 2B du réacteur de réduction 2. Cette fluidisation permet de séparer les particules fines et légères telles que le résidu carboné des particules d'oxydes métalliques et de les réintroduire dans le réacteur de réduction 2 par une conduite 7A, tandis que les particules plus denses et plus grosses d'oxydes métalliques sont transférées par une conduite 7B vers un second réacteur 3 qui est un réacteur d'oxydation. Un exemple de constitution d'un tel dispositif d'élimination 7 est décrit dans le document de brevet FR 2 850 156. Le réacteur d'oxydation 3 est équipé d'un système de démarrage D3 qui est alimenté en combustible tel que du gaz, d'un système d'introduction des particules d'oxydes métalliques à partir du silo d'oxydes 4 et d'un système de de fluidisation et d'oxydation par une conduite d'alimentation en air 9. Ce système de démarrage D3 permet de réchauffer l'ensemble des réacteurs et des boucles de circulation de solides jusqu'à un seuil de température supérieur à 700°C et de lancer l'ensemble des réactions.
Le réacteur d'oxydation 3 du support d'oxygène, ici constitué de particules d'oxydes métalliques de diamètre moyen différent de celui des particules de catalyseur, est équipé d'un cyclone de séparation des solides C3 et d'échangeurs E3.
Un lit composé d'oxydes métalliques circule dans le réacteur d'oxydation 3 qui est fluidisé par de l'air venant de la conduite d'entrée 9 alimentant un boîte à vent 3C. Dans un tel réacteur d'oxydation, la température est de l'ordre de 1000°C et la pression de l'ordre de la pression atmosphérique.
Les particules d'oxydes métalliques et l'air appauvri, après oxydation dans le réacteur en question 3, passent dans le cyclone de séparation des solides C3 où les particules d'oxydes métalliques sont séparées des gaz constitués essentiellement d'azote, d'oxygène et de cendres volantes.
Ces gaz chauds sont refroidis dans les échangeurs de chaleur E3 générateur de vapeur pour par exemple la production d'électricité. Les particules d'oxyde entraînés sont séparés de l'air par un filtre à manche F3 et réintroduits dans le silo d'oxyde 4, tandis qu'un ventilateur de tirage renvoie l'air dans l'atmosphère par une cheminée 10.
Les particules solides qui ont été extraites sous le cyclone C3 passent par un siphon 1 1 d'où une première partie est transférée dans le bas du réacteur de réduction 2, une deuxième partie est recirculée dans le bas du réacteur d'oxydation 3 et une troisième partie est dirigée vers un lit extérieur 12 où est placé un échangeur de chaleur fluidisé par de l'air alimenté par la conduite d'entrée d'air 9, puis finalement réintroduite dans le réacteur d'oxydation 3. Cet échangeur permet de réguler la température dans le réacteur d'oxydation 3.
Un appoint de particules d'oxydes métalliques dans le réacteur d'oxydation 3 est possible via le silo d'oxyde 4 par la conduite 13. Un appoint de particules d'oxydes peut être justifié pour compenser les pertes par attrition dans les différents réacteurs 2 et 3, afin de disposer de suffisamment d'oxydes pour assurer le transfert des matières et la circulation des solides. Les grosses particules de cendres ou d'agglomérats sont extraites périodiquement par une conduite d'extraction 14 en bas du réacteur d'oxydation vers un silo de récupération.
Comme il a déjà été évoqué, entre la sortie du cyclone C2 du réacteur de réduction et l'enceinte de craquage 1 , est disposé un trieur granulométrique 6 réinjectant les particules d'oxydes métalliques dans le réacteur de réduction 2 et les particules de catalyseur dans l'enceinte de craquage 1.
Dans ce qui précède, en effet, il est prévu que le support d'oxygène soit constitué de particules d'oxydes métalliques différentes des particules de catalyseur, qui est constitué par exemple d'oxyde de nickel. Cet oxyde métallique comporte de préférence de l'oxyde de fer et peut également comprendre de l'oxyde de manganèse, de cuivre ou de nickel.
Egalement dans le cadre de l'invention, ce support d'oxygène peut être constitué des particules de catalyseur, elles-mêmes. Dans ce cas, le trieur granulométrique 6 n'est pas nécessaire.
Pour effectuer de façon efficace ce tri, lorsque les particules d'oxydes sont différentes des particules de catalyseur, la granulométrie de ces particules est choisie de façon que le rapport entre le diamètre moyen des particules d'oxydes et celui des particules de catalyseur soit supérieur à deux. A titre d'exemple, les particules d'oxydes ont un diamètre moyen de l'ordre 160 microns et les particules de catalyseur un diamètre moyen de l'ordre de 60 microns.
Le trieur granulométrique 6 est constitué d'un lit fluidisé circulant 6A alimenté en vapeur d'eau par la conduite d'entrée 8 et équipé d'un cyclone de séparation 6B dimensionné pour effectuer ce tri. En partie basse du cyclone 6B en question, sont évacués les particules d'oxyde qui sont réinjectées en partie basse du réacteur de réduction 2. En partie haute du cyclone 6B en question, les particules de catalyseur sont renvoyées dans l'enceinte de craquage 1 , au moyen d'une conduite ascendante 6C d'une hauteur déterminée dont la perte de charge compense la différence de pression entre l'enceinte de craquage 1 et le trieur granulométrique 6. Ce transfert est effectué via une trémie 15.
Le cycle des différentes réactions va maintenant être décrit. Dans l'enceinte de craquage 1 sont introduits des hydrocarbures pétroliers et des particules de catalyseur. Des coupes pétrolières fractionnées sont obtenues et les particules de catalyseur chargées de coke et donc de carbone sont évacuées dans le réacteur de réduction 2, avec éventuellement des résidus pétroliers.
Ce réacteur de réduction 2 étant un lit fluidisé circulant, il est obtenu un temps de séjour dans ce réacteur allongé grâce à la circulation interne des solides dans ce réacteur et la recirculation via son cyclone C2. Les matières volatiles se dégagent très rapidement suite à réchauffement du combustible et réagissent avec l'oxygène dégagé par les oxydes métalliques vecteur d'oxygène pour réaliser une combustion partielle qui se poursuit par la combustion du carbone fixe, assurant d'une part l'élimination du coke porté par les particules de catalyseur qui en sont régénérées, et d'autre part la réduction des particules d'oxyde métallique éventuellement complémentaires.
Une partie du lit d'oxydes est extraite à la base du siphon 5 situé sous le cyclone associé à ce réacteur de réduction 2, pour être épuré des résidus carbonés qui n'ont pas été transformés en cendres volantes, grâce au dispositif d'élimination 7 qui constitue une barrière au carbone dans l'ensemble de l'installation, puis réintroduite dans le réacteur d'oxydation 3 afin d'être oxydée par l'oxygène de l'air.
Grâce à cette barrière au carbone, aucun résidu carboné n'est transféré dans le réacteur d'oxydation 3. Ainsi, il n'est pas produit de dioxyde de carbone, ce qui réduirait le rendement de capture du dioxyde de carbone de l'installation.
L'air appauvri en oxygène en sortie du réacteur d'oxydation 3 est refroidi dans l'échangeur de chaleur E3, qui en pratique est constitué d'une pluralité d'échangeurs, puis dépoussiéré dans le filtre à manches F3 et renvoyé à l'atmosphère.
Les particules d'oxyde régénérées quant à elles suite à leur passage dans le réacteur d'oxydation 3 sont renvoyées vers le réacteur de réduction 2 pour entamer un nouveau cycle de transport d'oxygène du réacteur d'oxydation 3 vers le réacteur de réduction 2. La quantité d'oxydes renvoyée dans le réacteur de réduction 2 peut être contrôlée par une vanne de contrôle de débit de solides non représentée.
Une autre partie du lit d'oxydes extraite à la base du siphon 5 situé sous le cyclone associé au réacteur de réduction 2, est dirigé d'une part vers le bas du réacteur de réduction 2 afin de maintenir une circulation de solides dans le réacteur 2, et d'autre part vers le trieur granulométrique 6, qui permet de séparer les particules de catalyseur régénérées qui sont réinjectées dans l'enceinte de craquage 1 et les particules d'oxydes résiduelles qui sont réintroduites au bas du réacteur de réduction.
Comme il été évoqué plus haut, il est possible d'utiliser en tant que catalyseur de craquage, un support d'oxygène qui peut assurer également la boucle de circulation d'oxygène entre les deux réacteurs 2 et 3. L'installation en est simplifiée puisqu'il n'est alors plus nécessaire de réaliser le tri granulométrique effectué par le trieur 6.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de conversion d'hydrocarbures pétroliers comportant une enceinte de craquage catalytique (1 ) en présence de particules de catalyseur en phase fluidisé et un régénérateur desdites particules de catalyseur par combustion du coke déposées sur celles-ci, ledit catalyseur circulant entre ladite enceinte de craquage et ledit régénérateur, ledit régénérateur étant un réacteur (2) intégré dans une installation de combustion pour la production de vapeur comprenant une capture du dioxyde de carbone, caractérisée en ce que ledit régénérateur est un réacteur de réduction (2) d'un support d'oxygène, alimenté en combustible solide comprenant lesdites particules pourvues de coke et équipé d'un cyclone de séparation des solides (C2) et d'échangeurs (E2), ce réacteur de réduction dudit support d'oxygène étant associé à un réacteur d'oxydation (3) dudit support d'oxygène et équipé d'un cyclone de séparation des solides (C3) et d'échangeurs (E3), ledit support d'oxygène circulant entre ces deux réacteurs et en ce que ledit support d'oxygène est constitué de particules d'oxydes métalliques de diamètre moyen différent de celui desdites particules de catalyseur.
2. Installation selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit réacteur de réduction (2) est un lit fluidisé circulant fluidisé par de la vapeur d'eau et/ou du dioxyde de carbone recyclé et/ou du dioxyde de soufre.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte en sortie du cyclone (C2) du réacteur de réduction un siphon séparant lesdites particules d'oxydes métalliques dirigées vers le réacteur d'oxydation (3) et lesdites particules de catalyseur dirigées vers l'enceinte de craquage (1 ).
4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'est disposé, entre ladite sortie du cyclone (C2) du réacteur de réduction et ladite enceinte de craquage (1 ), un trieur granulométrique (6) réinjectant les particules d'oxydes métalliques dans le réacteur de réduction (2) et les particules de catalyseur dans l'enceinte de craquage (1 ).
5. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit trieur granulométrique est constitué d'un lit fluidisé circulant (6A) équipé d'un cyclone de séparation (6B).
6. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdites particules de catalyseur sont réinjectées dans ladite enceinte de craquage (1 ) au moyen d'une conduite ascendante (6C) d'une hauteur déterminée dont la perte de charge compense la différence de pression entre ladite enceinte et ledit trieur granulométrique.
7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le rapport entre le diamètre moyen des particules d'oxydes métalliques et celui des particules de catalyseur est supérieur à deux.
8. Installation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que lesdits oxydes métalliques comportent de l'oxyde de fer.
9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que lesdites particules de catalyseur comprennent de l'oxyde de nickel.
10. Installation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit combustible solide comporte également des résidus pétroliers.
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