WO2010018318A1 - Appareil de regeneration de catalyseur et procede de regeneration associe - Google Patents

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Eric Sanchez
Gilles Ferschneider
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    • C10G2300/708—Coking aspect, coke content and composition of deposits

Definitions

  • the present invention relates to the field of catalyst regeneration, and more particularly to a continuous catalyst regeneration device and the regeneration method using this device.
  • Burning is in the prior art often carried out in a radial bed of thin thickness arranged in a ring in which the catalyst flows from top to bottom by gravity at low speed and where the flue gas circulates radially through the bed, often the outside of the bed inwards.
  • a regeneration gas circuit is installed, including various equipment including a recycle compressor and often a dryer.
  • the present invention therefore aims to overcome one or more of the disadvantages of the prior art by providing a regenerator of a new model, and the associated method, to reduce the size of the equipment used for the same amount of regenerated catalyst.
  • the present invention provides a continuous catalyst regeneration device comprising at least one combustion zone formed by at least one annular combustion zone, centered along a longitudinal axis, in which the catalyst circulates, a conduit for combustion. catalyst inlet and a catalyst outlet pipe, a circulation zone of an external oxidizing gas disposed around the annular combustion zone and an internal circulation zone disposed inside the annular combustion zone, in which the burning zone is divided into sectors by hermetic longitudinal plates arranged radially with respect to the longitudinal axis of the regenerator.
  • the sector number is between 3 and 12.
  • each sector is in communication with the next sector by a connecting pipe in which the oxidizing gas circulates.
  • each sector is supplied with oxygen by an oxygen conduit opening into the connecting conduit.
  • the regeneration device comprises a gas supply duct oxidant opening in the annular zone of external circulation of the first sector and a combustion gas evacuation pipe leaving d ⁇ the annular zone of internal circulation of the last sector.
  • the regeneration device comprises a supply duct of the oxidizing gas opening into the annular zone of internal circulation of the first sector and a pipe for discharging the oxidizing gas leaving the annular zone of external circulation of the last sector.
  • the first burning zone comprises a third annular circulation zone disposed inside the annular zone of internal circulation allowing the circulation of the oxidizing gas between the annular zone of internal circulation of the second burning zone of a first sector and the annular zone of external circulation of the first burning zone of a second sector.
  • the regeneration device comprises a secondary oxygen duct opening between the two burning zones and allowing an additional supply of oxygen.
  • the burning zone comprises an upper screen and a lower screen preventing the oxidizing gas from circulating directly from the supply duct to the exhaust duct without passing through the catalyst.
  • the invention also relates to a catalyst regeneration method in which the catalyst descends by gravity in an annular combustion zone divided into sectors, and wherein the oxidizing gas crosses each sector successively, the oxidizing gas being cooled and recharged with oxygen between each sector.
  • the oxidizing gas passes through the annular combustion zone from outside to inside.
  • the catalyst is a catalytic reforming catalyst.
  • the temperature of the first annular combustion zone is between 400 ° C. and 550 ° C. and the temperature of the second annular combustion zone is at a temperature at least 10 ° C. C and at most 40 ° C relative to that of the first annular combustion zone.
  • FIGs 1 and 2 illustrate a catalyst regeneration apparatus or regenerator according to the prior art.
  • the apparatus shown here is cylindrical along a longitudinal axis (A). It consists of an annular combustion zone (3), centered on the longitudinal axis of the regenerator, in which the coke is burned. This annular combustion zone (3) is fed with catalyst via catalyst descent inlet ducts (4).
  • the regenerator also comprises an annular zone of external circulation (11) of the oxidizing gas surrounding the annular combustion zone (3) and an annular zone of internal circulation (15) inside the annular combustion zone (3). It is this set of annular zones of combustion (3) and external circulation (11) and internal (15) which forms the burning zone of the regenerator.
  • the catalyst is fed through inlet ducts (4) and then passes through the annular combustion zone (3) and is evacuated by outlet ducts (4 ') of catalyst descent.
  • the oxidizing mixture forming the oxidizing gas (13) composed of a small proportion of oxygen diluted in a nitrogen / carbon dioxide mixture, arrives in the annular combustion zone (3) via a feed duct (1).
  • An upper screen (5, 5 ') forces the combustion gas (13) which arrives via the supply duct (1) to circulate in the annular circulation zone (11) outside and then to pass through the catalyst which is in the zone annular combustion (3), before going down through the center (15) of the regenerator- located inside the annular combustion zone (3).
  • the oxidizing gas thus circulates radially through the catalyst.
  • the oxidizing gas (13) then passes between the catalyst outlet ducts (4 ') and is discharged through the lower discharge duct (2) of the burning zone.
  • a lower screen (6) prevents the direct communication between the inlet and the outlet of the burning zone, and thus prevents the gas (13) from passing directly from the supply duct (1) to the exhaust duct (2) without passing through the catalyst.
  • the device according to the invention consists of sectors (14). These sectors are formed by hermetic longitudinal plates (10) formed of the same material as the annular zone, arranged radially, that is to say along the spokes of the regenerator.
  • the first sector is defined as the sector in which the regenerator feeds with oxidizing gas (13).
  • the other sectors are named second sector, third sector up to the last sector, respecting the circulation order of the oxidant gas (13) in the regenerator.
  • the sectors illustrated in FIGS. 3 to 8 are of identical sizes, but in certain cases it may be necessary for certain sectors to be of different sizes.
  • the oxidizing gas (13) supplies via the supply duct (1) an annular zone of external circulation (11) of the first sector (14) (visible in FIG. 4), then passes through the catalyst in the annular combustion zone (3).
  • the combustion gas (13) then rises to the top of the burning zone by an internal circulation zone (15), disposed inside the annular combustion zone (3), to be brought into the annular circulation zone.
  • external (11) of a second sector (14 ') (visible on the 4) by a connecting conduit (7).
  • the oxygen necessary for the burning of the coke in the second sector (14 ') is fed through an oxygen conduit (8) into the connecting pipe (7).
  • This connecting pipe (7) which allows the oxidizing gas (13) to circulate from one sector (14) to the other (14 ').
  • the oxygen used is diluted beforehand with a cold gas, which also allows the gas to cool at the entrance of the second sector (14 "), and the gas then circulates in all sectors (14) of the burning zone in the same way. to the last sector (14 ") and is then evacuated through the exhaust duct (2).
  • the combustion gas (13) circulates, for each sector, from outside to inside the cylinder forming the regenerator.
  • the oxidizing gas (13) used is composed of a small proportion of oxygen diluted in a nitrogen / carbon dioxide mixture.
  • the amount of oxygen is between 0.2 and 0.8% (close to 0.5%).
  • the system operates at a pressure of between 2 and 10 bar, preferably between 4 and 7 effective bars.
  • An alternative (not shown) of this device is to circulate the oxidant gas (13) from the inside to the outside of the regenerator.
  • the supply duct (1) opens into the annular zone of internal circulation (15) and the connecting duct (7) then connects the annular zone of external circulation (11) of a first sector (14) with the annular zone of internal circulation (15) of the next sector (14 ').
  • the oxidant gas exits via the pipe (2), is successively cooled in the heat exchanger (34) by exchange with the inlet gas, and then passes through a pipe (341) in the air cooler (36), and is mixed with the liquid from a line (380) of the pump (38) before entering through the line (360) into the separator balloon (37).
  • This balloon also serves to neutralize the flue gas which contains chlorine, by means of an injection of soda (not shown).
  • the condensed water mixed with sodium hydroxide is withdrawn via the pipe (370) and used for washing and neutralize the condensation zones to avoid corrosion. The rest of the water is purged (line not shown).
  • regenerator illustrated in FIGS. 4 and 6 is used, ie an 8-sector regenerator and 2 burn zones.
  • the amount of oxidizing gas used with the device according to the invention corresponds to 30% of the amount of oxidizing gas used with a device according to the invention.
  • the energy balance also corresponds to 30% of the consumption of a device of the prior art.

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de régénération de catalyseur en continu comprenant au moins une zone de brûlage formée par au moins une zone annulaire de combustion (3), centrée le long d'un axe (A) longitudinal, dans laquelle circule le catalyseur, un conduit d'entrée du catalyseur (4) et un conduit de sortie du catalyseur (41), une zone de circulation d'un gaz comburant externe (11) disposée autour de la zone annulaire de combustion (3) et une zone de circulation interne (15) disposée à l'intérieur de la zone annulaire de combustion (3), dans lequel la zone de brûlage est divisée en secteurs (14) par des plaques longitudinales (10) hermétiques disposées radialement par rapport à l'axe (A) longitudinal du régénérateur. L'invention concerne également le procédé mettant en oevre ce dispositif.

Description

APPAREIL DE RÉGÉNÉRATION DE CATALYSEUR ET PROCÉDÉ DE RÉGÉNÉRATION ASSOCIÉ
La présente invention concerne le domaine de la régénération de catalyseur, et plus particulièrement un dispositif de régénération de catalyseur en continu et le procédé de régénération mettant en oeuvre ce dispositif.
Il est déjà connu de régénérer en continu des catalyseurs dans des procédés catalytiques où le catalyseur subit un cokage rapide provoquant sa désactivation. C'est par exemple le cas du réformage catalytique à forte sévérité, à température d'entrée dans les réacteurs élevée (500-5200C), pression basse (3-6 bars) et taux de recyclage d'hydrogène faible (1,5-2,5). Dans ce cas, le catalyseur est extrait en continu des réacteurs, purgé de l'hydrogène qu'il contient et envoyé vers un régénérateur où le coke est brûlé de manière contrôlée pour rétablir l'activité du catalyseur. Il est alors important d'éviter de trop chauffer le catalyseur pendant cette opération de régénération pour ne pas détériorer ses performances catalytiques, ce qui oblige à brûler le coke avec de l'oxygène fortement dilué par des gaz inertes (azote et gaz carbonique par exemple). Il est également connu et habituel de recycler les gaz de combustion appauvris en oxygène pour servir de diluant, en injectant une petite quantité d'air de manière à ce que la teneur en oxygène soit suffisamment faible. Il arrive aussi que la combustion soit faite en deux étapes, une étape à température faible pour brûler la plus grande partie du coke à une certaine température, et une deuxième étape pour finir le brûlage à température plus élevée, avec une augmentation de température faible du fait de la faible quantité de coke résiduel. On peut citer notamment le brevet FR 2 651 154 qui décrit un dispositif de régénération avec deux zones de brûlages successives permettant une meilleure combustion du coke et donc une meilleure régénération du catalyseur.
Le brûlage est dans l'art antérieur souvent effectué dans un lit radial de faible épaisseur disposé en couronne dans lequel le catalyseur circule de haut en bas par gravité à vitesse faible et où le gaz de brûlage circule radialement à travers le lit, souvent de l'extérieur du lit vers l'intérieur. Un circuit de gaz de régénération est installé, comprenant divers équipements dont un compresseur de recyclage et souvent un sécheur.
Un des inconvénients de ces équipements est qu'ils nécessitent l'utilisation d'une grande quantité de gaz de brûlage, et par conséquent une grande quantité d'énergie. Leur utilisation est donc très onéreuse notamment lorsqu'ils sont utilisés pour de fortes capacités.
La présente invention a donc pour objet de palier un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en proposant un régénérateur d'un modèle nouveau, et le procédé associé, permettant de réduire la taille des équipements utilisés pour une même quantité de catalyseur régénérée.
Pour cela, la présente invention propose un dispositif de régénération de catalyseur en continu comprenant au moins une zone de brûlage formée par au moins une zone annulaire de combustion, centrée le long d'un axe longitudinal, dans laquelle circule le catalyseur, un conduit d'entrée du catalyseur et un conduit de sortie du catalyseur, une zone de circulation d'un gaz comburant externe disposée autour de la zone annulaire de combustion et une zone de circulation interne disposée à l'intérieur de la zone annulaire de combustion, dans lequel la zone de brûlage est divisée en secteurs par des plaques longitudinales hermétiques disposées radialement par rapport à l'axe longitudinal du régénérateur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le nombre de secteur est compris entre 3 et 12.
Selon un mode de réalisation de l'invention .chaque secteur est en communication avec le secteur suivant par un conduit de liaison dans lequel circule le gaz comburant.
Dans le dispositif de régénération selon l'invention, chaque secteur est alimenté en oxygène par un conduit à oxygène débouchant dans le conduit de liaison.
Le dispositif de régénération selon l'invention comporte un conduit d'alimentation du gaz comburant débouchant dans la zone annulaire de circulation externe du premier secteur et un conduit d'évacuation du gaz comburant partant dθ Ia zone annulaire de circulation interne du dernier secteur.
Selon une variante de l'invention, le dispositif de régénération comporte un conduit d'alimentation du gaz comburant débouchant dans la zone annulaire de circulation interne du premier secteur et un conduit d'évacuation du gaz comburant partant de la zone annulaire de circulation externe du dernier secteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, les zones de brûlage sont au nombre de deux, la première zone de brûlage étant à une température inférieure à celle de la deuxième zone de brûlage.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la première zone de brûlage comporte une troisième zone annulaire de circulation disposée à l'intérieur de la zone annulaire de circulation interne permettant la circulation du gaz comburant entre la zone annulaire de circulation interne de la deuxième zone de brûlage d'un premier secteur et la zone annulaire de circulation externe de la première zone de brûlage d'un deuxième secteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de régénération comporte un conduit secondaire d'oxygène débouchant entre les deux zones de brûlage et permettant un apport supplémentaire en oxygène.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la zone de brûlage comporte un écran supérieur et un écran inférieur empêchant le gaz comburant de circuler directement du conduit d'alimentation vers le conduit d'évacuation sans traverser le catalyseur.
L'invention concerne également un procédé de régénération de catalyseur dans lequel le catalyseur descend par gravité dans une zone annulaire de combustion divisée en secteurs, et dans lequel le gaz comburant traverse chaque secteur successivement, le gaz comburant étant refroidi et rechargé en oxygène entre chaque secteur.
Dans le procédé selon l'invention, le gaz comburant traverse la zone annulaire de combustion de l'extérieur vers l'intérieur. Selon un mode de réalisation de l'invention, le catalyseur est un catalyseur de reformage catalytique.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le catalyseur traverse deux zones annulaires de combustion disposées l'une au dessus de l'autre et fractionnées en secteurs, Ie catalyseur circulant d'abord dans la première zone annulaire de combustion puis dans la deuxième par des conduits intermédiaires, et dans lequel le gaz comburant circule d'abord à travers la première zone annulaire de combustion du premier secteur, puis après rechargement en oxygène, à travers la deuxième zone annulaire de combustion du premier secteur, puis successivement dans tous les autres secteurs, en étant à chaque fois rechargé en oxygène avant chaque secteur et entre chaque zone annulaire de combustion, et refroidi avant chaque secteur .
Selon un mode de réalisation de l'invention, la température de la première zone annulaire de combustion est comprise entre 4000C et 5500C et la température de la deuxième zone annulaire de combustion est à une température supérieure d'au moins 100C et d'au plus 40°C par rapport à celle de la première zone annulaire de combustion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées et données à titre d'exemple : la figure 1 représente schématiquement une vue de côté de la zone de brûlage suivant l'art antérieur, la figure 2 représente schématiquement une vue de dessus de la zone de brûlage suivant l'art antérieur, la figure 3 représente schématiquement une vue de côté de la zone de brûlage suivant l'invention, la figure 4 représente schématiquement une vue de dessus de la zone de brûlage suivant l'invention, la figure 5 représente une vue en perspective d'un secteur de l'appareil suivant l'invention, la figure 6 représente schématiquement une vue de côté de la zone de brûlage suivant une variante l'invention, la figure 7 représente schématiquement une vue de dessus de la zone de brûlage suivant une variante de l'invention, la figure 8 représente une vue en perspective d'un secteur de l'appareil suivant une variante de l'invention. la figure 9 représente le schéma des circuits de régénération.
Les figures 1 et 2 illustrent un appareil de régénération ou régénérateur de catalyseur selon l'art antérieur. L'appareil présenté ici est de forme cylindrique le long d'un axe (A) longitudinal. Il est constitué d'une zone annulaire de combustion (3), centrée sur l'axe longitudinal du régénérateur, dans laquelle le coke est brûlé. Cette zone annulaire de combustion (3) est alimentée en catalyseur par des conduits d'entrée (4) de descente de catalyseur. Le régénérateur comprend également une zone annulaire de circulation externe (11) du gaz comburant entourant la zone annulaire de combustion (3) et une zone annulaire de circulation interne (15) à l'intérieur de la zone annulaire de combustion (3). C'est cet ensemble de zones annulaires de combustion (3) et de circulation externe (11 ) et interne (15) qui forme la zone de brûlage du régénérateur. Le catalyseur est amené par des conduits d'entrée (4) puis traverse la zone annulaire de combustion (3) et est évacué par des conduits de sortie (4') de descente de catalyseur. Le mélange comburant formant le gaz comburant (13), composé d'une faible proportion d'oxygène dilué dans un mélange azote/gaz carbonique, arrive dans la zone annulaire de combustion (3) par un conduit d'alimentation (1). Un écran supérieur (5, 5') oblige le gaz comburant (13) qui arrive par le conduit d'alimentation (1) à circuler dans la zone annulaire de circulation (11) extérieure puis à traverser le catalyseur qui se trouve dans la zone annulaire de combustion (3), avant de descendre par le centre (15) du régénérateur- située à l'intérieur de la zone annulaire de combustion (3). Le gaz comburant circule donc radialement à travers le catalyseur. Le gaz comburant (13) passe ensuite entre les conduits de sortie (4') de catalyseur et est évacué par le conduit d'évacuation inférieur (2) de la zone de brûlage. Un écran inférieur (6) empêche la communication directe entre l'entrée et la sortie de la zone de brûlage, et évite ainsi que le gaz (13) ne passe directement du conduit d'alimentation (1) au conduit d'évacuation (2) sans avoir traversé le catalyseur.
Par rapport à ce dispositif de l'art antérieur, si l'on considère la zone annulaire de combustion (3) de catalyseur dans lequel le catalyseur circule et qui est traversé par le gaz comburant (13), le principe de la présente l'invention (illustrée sur les figures 3 à 9) est de fractionner cette zone annulaire de combustion (3) en plusieurs secteurs dans lesquels le gaz comburant (13) circulera successivement, avec une injection de gaz contenant de l'oxygène mélangé à du gaz inerte plus froid à l'entrée de chaque secteur, de manière à avoir à l'entrée de chaque secteur la même température et la même teneur en oxygène.
Comme illustré sur les figures 3 à 8, le dispositif selon l'invention est constitué de secteurs (14). Ces secteurs sont formés par des plaques (10) longitudinales hermétiques, formé du même matériau que la zone annulaire, disposées radialement, c'est-à-dire le long des rayons du régénérateur. Dans le cadre de l'invention, on nomme premier secteur, le secteur dans lequel a lieu l'alimentation du régénérateur en gaz comburant (13). Les autres secteurs sont nommés deuxième secteur, troisième secteur jusqu'au dernier secteur en respectant l'ordre de circulation du gaz comburant (13) dans le régénérateur. Les secteurs illustrés sur les figures 3 à 8 sont de tailles identiques, mais dans certains cas il peut être nécessaire que certains secteurs soient de tailles différentes.
Lors du fonctionnement du régénérateur, illustré sur les figures 3 à 5, le gaz comburant (13) alimente par le conduit d'alimentation (1) une zone annulaire de circulation externe (11) du premier secteur (14) (visible sur la figure 4), puis traverse le catalyseur qui se trouve dans la zone annulaire de combustion (3). Le gaz comburant (13) remonte ensuite vers le haut de la zone de brûlage par une zone de circulation (15) interne, disposée à l'intérieur de la zone annulaire de combustion (3), pour être amené dans la zone annulaire de circulation externe (11) d'un deuxième secteur (14') (visible sur la figure 4) par un conduit de liaison (7). L'oxygène nécessaire pour le brûlage du coke dans le deuxième secteur (14') est amené par un conduit à oxygène (8) dans le conduit de liaison (7). C'est ce conduit de liaison (7) qui permet au gaz comburant (13) de circuler d'un secteur (14) à l'autre (14'). L'oxygène utilisé est préalablement dilué par un gaz froid, permettant également de refroidir le gaz à l'entrée du deuxième secteur (14"). Le gaz circule ensuite dans tous les secteurs (14) de la zone de brûlage de la même façon jusqu'au dernier secteur (14") et est ensuite évacué par le conduit d'évacuation (2). Dans ce dispositif, le gaz comburant (13) circule donc, pour chaque secteur, de l'extérieur vers l'intérieur du cylindre formant le régénérateur.
Le gaz comburant (13) utilisé est composé d'une faible proportion d'oxygène dilué dans un mélange azote/gaz carbonique. La quantité d'oxygène est comprise entre 0,2 et 0,8 % (proche de 0,5%).
Le système fonctionne à une pression comprise entre 2 et 10 bars, préférentiellement entre 4 et 7 bars effectifs.
La zone annulaire de combustion est à une température comprise entre 400 et 550 op et préférentiellement entre 45O0C et 5200C.
Une variante (non représentée) de ce dispositif consiste à faire circuler le gaz comburant (13) de l'intérieur vers l'extérieur du régénérateur. Pour cela le conduit d'alimentation (1) débouche dans la zone annulaire de circulation interne (15) et le conduit de liaison (7) relie alors la zone annulaire de circulation externe (11) d'un premier secteur (14) avec la zone annulaire de circulation interne (15) du secteur suivant (14').
La zone de brûlage est donc constituée d'au moins deux secteurs (14, 14') distincts l'un de l'autre dans lesquels circule le gaz comburant (13). Chaque secteur permet ainsi de traiter une certaine quantité de catalyseur.
Le dispositif selon l'invention comporte une zone centrale (9) supplémentaire, située au centre du régénérateur, qui est une zone libre destinée à favoriser le montage de l'appareil.
L'avantage de cet arrangement en secteur est de réduire fortement la quantité de gaz comburant. En effet, le gaz (13) circulant d'un secteur (14) à l'autre (14'), le dispositif n'utilise que la quantité nécessaire, de gaz comburant (13), pour un secteur (14). Cela permet une économie sur tous les équipements assurant la circulation, le chauffage, le refroidissement et le séchage de ce gaz.
La figure 4 qui illustre la zone de brûlage de la présente invention divisée en secteurs par des plaques (10) présente une zone de brûlage avec 8 secteurs (14), mais ce nombre n'est nullement limitatif et la zone de brûlage peut comporter de 3 à 12 secteurs (14) comme illustré sur la figure 7, et de manière préférée entre 4 et 8 secteurs.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 6, 7 et 8, le dispositif selon l'invention peut comporter deux zones de brûlage consécutives, disposées l'une au dessus de l'autre, à deux températures différentes. La zone inférieure a une température d'entrée un peu plus élevée que la première zone, de 10°C à 400C de plus. À la sortie de la première zone, ou la combustion a cessé faute d'oxygène, il reste peu de coke. Dans la deuxième zone, pour achever la combustion, on est à une température plus élevée et une quantité d'oxygène plus élevée, il n'y a donc pas de risque de surchauffe car la quantité de coke résiduelle est faible, donc réchauffement (delta T) peu important. On peut ainsi savoir que la combustion est complète, s'il reste de l'oxygène dans le flux de sortie.
Les deux zones sont constituées chacune d'une zone annulaire de circulation externe (11 , 11') et interne (15, 15') du gaz comburant (13) et d'une zone annulaire de combustion (3, 3'). Les zones annulaire de combustion (3, 3') sont reliées par des conduits intermédiaire (4"). Le dispositif est alors formé de secteurs comprenant chacun une portion des deux zones de brûlage. La liaison entre chaque secteur se fait par l'intermédiaire du conduit de liaison (7), dans lequel circule le gaz comburant (13). L'arrivée de l'oxygène se fait par le conduit à oxygène (8). La première zone de brûlage comporte une troisième zone annulaire de circulation (12), disposée à l'intérieur de la deuxième zone annulaire de circulation interne (15) et qui permet la circulation du gaz comburant (13) provenant de la deuxième zone annulaire de circulation (151) de la deuxième zone de brûlage. C'est par l'intermédiaire de cette troisième zone annulaire de circulation (12) que chaque secteur (14) (sauf le dernier) est relié au secteur suivant (14'). Ainsi le conduit de liaison (7) relie la deuxième zone de brûlage d'un secteur à la première zone de brûlage du secteur suivant par la troisième zone annulaire de circulation (12).
La partie supérieure de la première zone de brûlage est fermée par un écran supérieur (5) à travers lequel passent les conduits (4) et (7). La partie inférieure de la première zone annulaire de circulation et la zone annulaire de combustion de la première zone de brûlage sont également fermées par un écran inférieur intermédiaire (51).
On retrouve le même système de fermeture pour la deuxième zone de brûlage mais de façon inversée. C'est-à-dire que c'est la partie inférieure de la zone de brûlage qui est fermée par une écran inférieur (6) et la partie supérieure de la deuxième zone annulaire de circulation et de la zone annulaire de combustion qui sont fermées par un écran supérieur intermédiaire (61).
Lors du fonctionnement du régénérateur, la première zone annulaire de combustion (3) est à une température plus basse que la deuxième (3') et contient une faible quantité d'oxygène, et la deuxième zone annulaire de combustion (3') est à une température plus élevée et contient une quantité d'oxygène plus importante permettant de terminer Ie brûlage du coke. Dans cette variante, le gaz comburant (13) est introduit dans le premier secteur (14) par le conduit d'alimentation (1 ), passe à travers la première zone annulaire de combustion (3) dans laquelle circule le catalyseur et est amené vers le fond de la première zone de brûlage. Le gaz comburant (13) est ensuite mélangé avec un appoint d'oxygène dilué amené par le conduit secondaire d'oxygène (16) qui débouche entre les deux zones de brûlage, puis est ramené toujours dans le même secteur, dans la première zone annulaire de circulation externe (11) de la deuxième zone de brûlage, passe à travers la zone annulaire de combustion (31) pour achever la combustion du coke, arrive dans la deuxième zone annulaire de circulation interne (15") et est envoyé par la troisième zone annulaire de circulation interne (12) vers le haut de la zone de brûlage où il est envoyé par un conduit (7) vers le secteur suivant. A la sortie du dernier secteur (14"), le gaz est envoyé vers le bas de la deuxième zone de brûlage vers Ie conduit de sortie (2).
Le régénérateur (100) selon l'invention peut être utilisé dans les circuits de régénération illustrés sur la figure 9. Un premier circuit dont la circulation est assurée par le compresseur (33), est le circuit du gaz comburant. Le gaz circulé est essentiellement de l'azote et du gaz carbonique, avec une très faible quantité résiduelle d'oxygène. L'eau produite par la combustion est enlevée par Ie sécheur (39). Le gaz en sortie de compresseur (33) est divisé en deux flux (330, 331). Le premier flux (331) est réchauffé par l'échangeur de chaleur (34) par échange avec le gaz de sortie (2), puis passe par la conduite (340) dans Ie four (35) avant d'être alimenté par le conduit (1) vers la zone de brûlage. Le deuxième flux (330) issu de l'échangeur (33) est envoyé à la température de sortie du compresseur à travers la vanne de contrôle (40) vers un distributeur (400) qui va envoyer dans le conduit (8) de chaque secteur un débit de gaz froid identique. On injecte également dans ce flux un gaz riche en oxygène provenant d'un autre circuit (410).
A la sortie de la zone de brûlage, le gaz comburant sort par le conduit (2), est refroidi successivement dans l'échangeur de chaleur (34) par échange avec le gaz d'entrée, puis passe par une conduite (341) dans l'aéroréfrigérant (36), et est mélangé avec le liquide provenant d'une conduite (380) de la pompe (38) avant d'entrer par la conduite (360) dans le ballon séparateur (37). Ce ballon sert également à neutraliser Ie gaz de brûlage qui contient du chlore, grâce à une injection de soude (non représentée), L'eau de condensation en mélange avec de la soude est soutirée par la conduite (370) et utilisée pour laver et neutraliser les zones de condensation pour éviter la corrosion. Le reste de l'eau est purgé (ligne non représentée).
Le gaz purifié et humide est envoyé par la conduite (391) ensuite au sécheur (39) puis par une conduite (390) au compresseur de recycle (33). Une quantité de gaz purgée par le conduit (32) permet d'éliminer le gaz en excès et de maintenir constante la pression de la boucle de ce premier circuit.
Le deuxième circuit sert en particulier au séchage à haute température du catalyseur dans une autre zone du régénérateur. Le gaz de séchage, qui est composé d'azote et de 5 à 10% d'air, est séché par le sécheur (29) et amené par la conduite (220) au compresseur (23) pour être comprimé. Une partie (231) du gaz comburant est envoyée vers le brûlage du catalyseur par les vannes (41) et (42). La vanne (41) permet d'envoyer l'oxygène nécessaire à la combustion dans le lit supérieur des différents secteurs, la vanne (42) ajuste la quantité d'oxygène pour la combustion dans les lits inférieurs des différents secteurs (alimentation des conduits 16). Il y a un contrôle de débit en proportion d'un autre débit (FFc: flow - flow - controller). On contrôle ainsi la teneur en oxygène en sortie (s'il reste de l'oxygène, c'est que tout le coke a brûlé), en injectant la quantité suffisante d'air dilué, distribuée en proportion fixée entre la couronne supérieure ef la couronne inférieure grâce aux deux vannes de réglage (41) et (42). L'air dilué est ensuite distribué également entre les différents secteurs par un système d'orifices placés à l'entrée de chaque secteur
Le reste du gaz (230) est réchauffé successivement dans l'échangeur de chaleur (24), puis (en passant par la conduite 242) dans le four (25) pour atteindre la température de séchage, puis passe dans le lit de séchage (par la conduite 250). A la sortie (240) du lit de séchage, le gaz est refroidi dans l'échangeur de chaleur (24) et l'aéroréfrigérant (26) relié entre eux par la conduite (241). Le gaz est ensuite mélangé (270) au liquide de lavage (280) pompé par la pompe (28). La pompe (28) est alimentée par la conduite (270) provenant du ballon de lavage (27) dans lequel est amené par la conduite (260) le mélange gaz refroidi-liquide de lavage. Le mélange est amené par la conduite (290) au sécheur (29). Un appoint est amené par la conduite (22) à l'aspiration du compresseur pour compenser. Cet appoint est constitué d'une part d'air instrument qui est en général disponible à environ 5 à 7 bars, est sec et déshuilé, et d'autre part d'azote, de manière à maintenir constante la composition du gaz circulé. Exemple 1 - selon l'art antérieur :
Dans cet exemple on utilise un régénérateur de l'art antérieur avec 2 zones de combustion, inférieure et supérieure.
On considère dans cet exemple une unité de reformage catalytique à forte sévérité et de forte capacité où on doit régénérer chaque jour 40 tonnes de catalyseur usagé chargé de 6% de coke. Il faut donc brûler 2400 kg de coke par jour, soit 100kg par heure de coke et la quantité d'oxygène nécessaire est alors de 370 kg/h.
Le gaz comburant comprend 85% d'azote, 14,5% de gaz carbonique et de l'oxygène dilué à 0,5% pour éviter que les températures ne s'élèvent trop.
Le tableau A suivant illustre les valeurs de débit, température et % O2 mis en jeu dans le dispositif de régénération:
Figure imgf000014_0001
Tableau A: Débits pour un dispositif selon l'art antérieur
Après la purge au séparateur pour maintenir la pression, et séchage, le débit au compresseur est de 45,5 tonnes/h au lieu de 58 tonnes/h pour un régénérateur avec une seule zone de combustion. La consommation du compresseur est environ de 730 kW (aspiration 4,8 bar refoulement 8 bar, efficacité polytropique 82%), et le compresseur d'air va consommer environ 100 kW, soit au total 830 kW Exemple 2 - selon l'invention :
Dans cet exemple, on utilise le régénérateur illustré sur les figures 4 et 6, c'est à dire un régénérateur à 8 secteurs et 2 zones de brûlage.
On considère dans cet exemple une unité de reformage catalytique à forte sévérité (pression réacteur environ 5 bar absolu, température d'entrée 510°C, taux de recycle d'hydrogène 1 ,8) et de forte capacité où on doit régénérer chaque jour 40 tonnes de catalyseur chargé de 6% de coke. Il faut donc brûler 100 kg par heure de coke et la quantité d'oxygène nécessaire pour brûler ce coke est de 370 kg/h.
Le gaz comburant comprend 91 ,5% d'azote, 8% de dioxyde de carbone, et de l'oxygène dilué à 0,5% pour éviter que les températures ne s'élèvent trop. La différence de composition du gaz comburant pour les deux cas, en ce qui concerne la quantité d'azote et de dioxyde de carbone, provient du fait que l'appoint en air ne se fait pas dans les mêmes conditions puisque dans le deuxième cas l'appoint se fait avec de l'air dilué par de l'azote provenant du circuit d'oxychloration. Cependant la teneur en oxygène reste la même dans les deux cas et c'est ce qui nous intéresse d'un point de vue combustion.
Pour simplifier le contrôle des débits, on injecte les mêmes quantités d'appoint en oxygène dans chacun des 8 secteurs par un système d'orifices avec des restriction. Malgré cette simplification, les températures et les compositions sont très proches dans chaque secteur.
Le tableau B suivant illustre les débits, température et %O2 mis enjeu dans la partie inférieure et la partie supérieure de chaque secteur.
Figure imgf000016_0001
Tableau B: Débits pour un dispositif selon l'invention
Après la purge au séparateur (37) pour maintenir la pression, et séchage (39), le débit de gaz comburant au compresseur (33) est de 13,5 tonnes/h (7.03 + 7 x 0.92), la pression d'aspiration est de 4,8 bar, le refoulement de 8 bars, l'efficacité polytropique de 82% et le bilan énergétique est de 225 kW.
Le débit de gaz au compresseur de gaz de séchage (23) débit est de 4,35 tonnes/h, la pression d'aspiration de 4,8 bar, le refoulement de 8 bar, l'efficacité polytropique 82% et la consommation de 74 kW
Au total les deux compresseurs consomment 315 kW ce qui est très inférieur aux 830 kW de l'exemple 1.
Si l'on compare ces résultats avec ceux de l'art antérieur, on s'aperçoit que la quantité de gaz comburant utilisé avec le dispositif selon l'invention correspond à 30% de la quantité de gaz comburant utilisé avec un dispositif selon l'art antérieur. Le bilan énergétique correspond également à 30% de la consommation d'un dispositif de l'art antérieur.
Le dispositif de régénération à secteurs selon l'invention permet un gain important aussi bien en terme de quantité de gaz comburant que d'énergie consommée.
Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications jointes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de régénération de catalyseur en continu comprenant au moins une zone de brûlage formée par au moins une zone annulaire de combustion (3), centrée le long d'un axe (A) longitudinal, dans laquelle circule le catalyseur, un conduit d'entrée du catalyseur (4) et un conduit de sortie du catalyseur (4'), une zone de circulation externe (11) d'un gaz comburant (13) disposée autour de la zone annulaire de combustion (3) et une zone de circulation interne (15) disposée à l'intérieur de la zone annulaire de combustion (3), dans lequel la zone de brûlage est divisée en secteurs (14) par des plaques longitudinales (10) hermétiques disposées radialement par rapport à l'axe (A) longitudinal du régénérateur, chaque secteur (14) est en communication avec le secteur suivant, par un conduit de liaison (7) dans lequel circule le gaz comburant (13), et est alimenté en oxygène par un conduit à oxygène (8) débouchant dans le conduit de liaison (7).
2. Dispositif de régénération selon la revendication 1 dans lequel le nombre de secteur (14) est compris entre 3 et 12.
3. Dispositif de régénération selon une des revendications 1 à 2 comportant un conduit d'alimentation (1) du gaz comburant débouchant dans la zone annulaire de circulation externe (11 ) du premier secteur (14) et un conduit d'évacuation (2) du gaz comburant partant de la zone annulaire de circulation interne (15) du dernier secteur (14").
4. Dispositif de régénération selon une des revendications 1 à 3 comportant un conduit d'alimentation (1) du gaz comburant (13) débouchant dans la zone annulaire de circulation interne (15) du premier secteur (14) et un conduit d'évacuation (2) du gaz comburant (13) partant de la zone annulaire de circulation externe (11) du dernier secteur (14").
5. Dispositif de régénération selon une des revendications 1 à 4 dans lequel les zones de brûlage sont au nombre de deux, Ia première zone de brûlage étant à une température inférieure à celle de la deuxième zone de brûlage.
6. Dispositif de régénération selon la revendication 5 dans lequel la première zone de brûlage comporte une troisième zone annulaire de circulation (12) disposée à l'intérieur de la zone annulaire de circulation interne (15) permettant la circulation du gaz (13) comburant entre la zone annulaire de circulation (15') interne de la deuxième zone de brûlage d'un premier secteur et la zone annulaire de circulation externe (11 ) de la première zone de brûlage d'un deuxième secteur (14').
7. Dispositif de régénération selon une des revendications 5 à 6 comportant un conduit secondaire d'oxygène (16) débouchant entre les deux zones de brûlage et permettant un apport supplémentaire en oxygène.
8. Dispositif de régénération selon une des revendications 1 à 7 dans lequel la zone de brûlage comporte un écran supérieur (5, 61) et un écran inférieur (6, 51) empêchant le gaz comburant de circuler directement du conduit d'alimentation (1) vers le conduit d'évacuation (2) sans traverser le catalyseur.
9. Procédé de régénération de catalyseur mettant en œuvre le dispositif selon une des revendications 1 à 8 dans lequel le catalyseur descend par gravité dans une zone annulaire de combustion (3) divisée en secteurs (14), et dans lequel le gaz comburant (13) traverse chaque secteur (14) successivement, le gaz comburant (13) étant refroidi et rechargé en oxygène entre chaque secteur.
10. Procédé de régénération de catalyseur selon la revendication 9 dans lequel le gaz comburant (13) traverse la zone annulaire de combustion (3) de l'extérieur vers l'intérieur.
11. Procédé de régénération de catalyseur selon l'une des revendications 9 à 10 dans lequel le catalyseur est un catalyseur de reformage catalytique
12. Procédé de régénération de catalyseur selon l'une des revendications 9 à 11 dans lequel le catalyseur traverse deux zones annulaires de combustion (3, 3') disposées l'une au dessus de l'autre et fractionnées en secteurs (14), le catalyseur circulant d'abord dans la première zone annulaire de combustion (3) puis dans la deuxième (31) par des conduits intermédiaires (4"), et dans lequel le gaz comburant (13) circule d'abord à travers la première zone annulaire de combustion (3) du premier secteur, puis après rechargement en oxygène, à travers la deuxième zone annulaire de combustion (11') du premier secteur, puis successivement dans tous les autres secteurs, en étant à chaque fois rechargé en oxygène avant chaque secteur et entre chaque zone annulaire de combustion, et refroidi avant chaque secteur .
13. Procédé de régénération de catalyseur selon l'une des revendications 9 à 12 dans lequel la température de la première zone annulaire de combustion (3) est comprise entre 400°C et 550°C et la température de la deuxième zone annulaire de combustion (31) est à une température supérieure d'au moins 10°C et d'au plus 40°C par rapport à celle de la première zone annulaire de combustion.
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