WO2018015475A1 - Dispositif d'ancrage de coke pour une paroi d'une enceinte d'une unite fcc et cyclone correspondant - Google Patents

Dispositif d'ancrage de coke pour une paroi d'une enceinte d'une unite fcc et cyclone correspondant Download PDF

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WO2018015475A1
WO2018015475A1 PCT/EP2017/068313 EP2017068313W WO2018015475A1 WO 2018015475 A1 WO2018015475 A1 WO 2018015475A1 EP 2017068313 W EP2017068313 W EP 2017068313W WO 2018015475 A1 WO2018015475 A1 WO 2018015475A1
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wall
hollow tube
cyclone
anchoring
coke
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PCT/EP2017/068313
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Romain LESAGE
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Total Raffinage Chimie
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/14—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts
    • C10G11/18—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
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    • B01J8/0055—Separating solid material from the gas/liquid stream using cyclones
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    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
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    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
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    • B01J2219/0218—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of ceramic

Definitions

  • the invention relates to a coke anchoring device for a wall of an enclosure of a fluid catalytic cracking unit (FCC "Fluid Catalytic Cracking").
  • the invention also relates to a mechanical separation cyclone of particles suspended in a gaseous fluid equipped with the coke anchoring devices of the invention, and a fluid catalytic cracking process using such anchoring devices.
  • the cyclones are used to separate the catalyst particles from the circulating gases in the unit. These are devices using centrifugal force to achieve a mechanical separation of particles suspended in a gas.
  • the cyclones comprise an enclosure, generally substantially cylindro-conical, designed to impose a rapid rotation gas introduced into the chamber, for example by bringing the gas tangential to the circumference of the chamber, in the vicinity of the wall. Under the effect of the centrifugal force, the solid particles taken in the vortex move towards the wall, lose their speed by friction and fall in the lower part of the apparatus, before exiting the apex of the cone.
  • the gas follows the wall to the vicinity of the apex, and once cleared of particles, rises to the top to exit through a discharge pipe, which partially projects inside the enclosure.
  • Cyclones used in an FCC unit have metal walls, usually stainless steel, which are usually covered with a coating to protect them mainly from erosion.
  • anchoring devices In order to limit the drop of the coke formed, it is known to have anchoring devices on the outer surface of the gaseous fluid discharge pipes. It is about salient metallic elements (sometimes called “bullnose” or “coke anchor” in English), fixed on the surface of the wall, in particular on the coating which covers it, and on which the formed coke will hang on . These anchoring elements make it possible to limit the drop of the coke, and, in the event of a fall, to limit the size of the pieces of coke unhooked, thus reducing the risks of clogging of the dipleg. Document FR 2 910 342 A1 describes anchoring devices of this type.
  • CN1330428C proposes to double this wall with a porous outer wall and to inject gas through the porous wall to form a film on the outer surface of the wall. Nevertheless, the possible formation of coke can lead to the clogging of certain pores of the porous wall, to the detriment of the formation of the layer of protective gas. In addition, it is not possible to cover the porous outer wall with an erosion protection coating, which is essential in an FCC unit.
  • the invention aims to overcome these disadvantages by providing a coke anchoring device that allows both to reduce the formation of coke and to retain the coke possibly formed.
  • a first object of the invention relates to a coke anchor device for retaining the coke forming on a wall of an enclosure of a fluid catalytic cracking unit, said anchoring device comprising a hollow tube of length predetermined and a coke anchor integral with the outer surface of the hollow tube.
  • the anchoring element is fixed on the outer surface of the hollow tube by a force assembly, by clipping, screwing or welding. It can be removable or not. In particular, particularly in the case of a fastening by screwing, for example by means of a thread formed on the outer surface of the hollow tube, it is possible to fix the anchoring element at a chosen position on the hollow tube . It is also possible to envisage an anchoring element made in one piece with the hollow tube.
  • the anchoring element comprises a fixing part fixed to the hollow tube and at least one retention element forming an acute angle with a longitudinal axis of the hollow tube. This configuration can promote the retention of coke on a wall, particularly when the opening of the angle is directed in a direction opposite to the wall.
  • said at least one retention element is a metal wire.
  • two retention elements defining a V are integral with the fixing portion.
  • Another subject of the invention concerns a cyclone for mechanical separation of particles suspended in a gaseous fluid, in particular intended for a fluid catalytic cracking unit, said cyclone comprising the following elements:
  • a separation chamber in particular shaped to separate the particles from the gaseous fluid
  • a second conduit intended for the evacuation of the gaseous fluid, located in the upper part of the enclosure and whose lower end is located inside the enclosure, a third pipe intended for the evacuation of the particles, located in the lower part of the enclosure,
  • the lower end of the second pipe has a double wall formed of an inner wall and an outer wall defining between them a chamber connected to a gaseous fluid supply pipe, the chamber being in fluid communication with the interior of the enclosure via a multitude of orifices passing through the outer wall.
  • This cyclone comprises a plurality of anchoring devices according to the invention, each associated with an orifice of the outer wall, in which each orifice is extended by a hollow tube of an anchoring device extending inside the the enclosure.
  • the chamber is therefore in fluid communication with the interior of the chamber via the multitude of orifices passing through the outer wall and the hollow tubes of the anchoring devices which extend them.
  • each hollow tube of an anchoring device extends substantially perpendicularly or perpendicularly to the surface of the external wall
  • each hollow tube of an anchoring device is inserted into the orifice which it extends, for example inserted in force
  • the outer wall of the second pipe is covered with a protective coating of predetermined thickness, each hollow tube of an anchoring device projecting from the surface of the outer wall of sufficient length to traverse the thickness; coating and the anchoring element being attached to a portion of the hollow tube located outside the coating.
  • the protective coating may comprise a cellular anchoring structure secured to the outer wall, the cells of which are filled with composite material, each extended orifice of a hollow tube then being located inside. of an alveolus, for example in the center of it.
  • an extended hole of a hollow tube may be provided inside a central cell of each group of seven cells in which six cells share one side with the same central cell.
  • the invention also relates to a catalytic cracking reactor comprising at least one cyclone according to the invention.
  • the invention relates to a fluid catalytic cracking process comprising a reactor according to the invention, comprising:
  • the gaseous fluid is not capable of reacting under the reaction conditions.
  • This is for example steam or other fluid.
  • Figures 1a, 1b and 1c respectively show a top view and two side views at 90 ° to each other of an anchoring device according to one embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a cyclone
  • Figure 3 is a sectional view of a double wall of the discharge pipe of the cyclone gas shown in Figure 2 according to one embodiment
  • Figure 4 is a sectional view of a double wall of the gas discharge pipe of the cyclone shown in Figure 2 according to another embodiment
  • Figure 5 is a front view, laid flat, of the outer wall of the double wall of the exhaust pipe covered with a coating;
  • Figure 6 is a detail view of Figure 5.
  • the terms “upper” and “lower” refer to a vertical direction, corresponding to the direction of gravity, in a use position of the cyclone. In this position of use, the longitudinal axis of the cyclone is substantially vertical.
  • substantially horizontal, longitudinal or vertical means a direction / plane forming an angle of not more than ⁇ 20 °, or not more than 10 ° or not more than 5 °, with a direction / a horizontal, longitudinal plane or vertical.
  • substantially parallel, perpendicular or at right angle is meant a direction / an angle deviating by not more than ⁇ 20 °, or not more than 10 ° or not more than 5 ° from a parallel, perpendicular or from a right angle.
  • This anchoring device 10 comprises a hollow tube 101 of predetermined length and a coke anchoring element 102 integral with the outer surface 101a of the hollow tube 101.
  • an anchoring element 102 to a hollow tube 101 of an anchoring device 10 can be obtained by clipping, screwing or welding, or by a force assembly.
  • the outer surface 101a of each hollow tube 101 may for example have a thread on which can be threaded a nut 104, as shown in Figures lb and 1c.
  • the nut 104 is integral with the anchoring element 102 to which it can be fixed by welding. It is understood that the anchoring element 102 can then be threaded with its nut 104 on the hollow tube 101 and positioned at the desired position.
  • the invention is not limited to a particular mode of attachment, provided that the anchoring element 102 can be rigidly attached to the hollow tube without interfering with a flow of fluid inside the hollow tube 101. that the anchoring element 102 is itself threaded to cooperate with a thread made on the outer surface 101a of the hollow tube. A snap fit or clipping of the anchor 102 is also conceivable. Finally, the anchoring element 102 and the hollow tube 101 could also be made in one piece.
  • the anchoring element 102 has a fixing portion 102a attached to the hollow tube 101 and at least one retention element forming an acute angle with a longitudinal axis 105 of the hollow tube 101.
  • the fixing portion 102a extends in a first plane (perpendicular to the longitudinal axis 105 of the hollow tube 101), the retention elements 102b, 102c extend in a plane perpendicular to the previously defined plane as visible figures la and le.
  • the retention elements 102b, 102c are symmetrical with respect to the axis 105 and define a V shape with an angle of the order of 60 ° ( Figure lb).
  • the fixing portion 102a here marries a portion of the periphery of the hollow tube 101 (Fig. La), but it could also surround it entirely.
  • the anchoring element 102 previously described consists of a wire. It is therefore very simple to achieve.
  • the invention is however not limited to this type of anchoring element 102 and other forms of retention elements could be used, for example in the form of tabs, ... One or more elements of retention could also be expected.
  • FIG. 2 schematically shows a cyclone 20 located within a reactor 50 (shown schematically and not to scale).
  • Cyclone 20 comprises:
  • a separation chamber 201 a separation chamber 201, a first input conduit 202 opening into the enclosure 201,
  • a second gas outlet pipe 203 located in the upper part of the enclosure 201 and
  • a third particle outlet duct 204 located in the lower part of the enclosure 201.
  • the separation chamber 201 is shaped to separate the particles from the gaseous fluid. It is often cylindrical or sometimes cylindro-conical. In the example shown, the separation chamber 201 comprises a cylindrical upper part 201a and a conical lower part 201b.
  • This conical lower portion 201b is connected to the outlet pipe of particles 204, which is in the form of a tube extending in the axis of symmetry X (or longitudinal axis) of separation chamber 201.
  • This tube is often called “dipleg” or “leg”.
  • the inlet pipe 202 receiving the gas / particle mixture is formed of a tube arranged to induce a circular motion to the incoming mixture.
  • the inlet pipe 202 may be tangential with respect to the separation chamber 201.
  • a dust pot 205 may be disposed between the conical lower portion 201b of the separation chamber 201 and the outlet pipe of the particles 204.
  • the example described refers to a cyclone arranged vertically.
  • the invention is however not limited to such an arrangement, nor to this cyclone structure.
  • the lower end 203a of the second pipe 203 projects inside the separation chamber 201.
  • This lower end 203a has a double wall 30 formed of an inner wall
  • this double wall 30 is now detailed with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the chamber 303 is in fluid communication with the interior of the enclosure 201 via a multitude of orifices 305 passing through the outer wall 302 and each extended by a hollow tube 101 of an anchoring device 10, this hollow tube 101 extending inside the enclosure 201.
  • An anchoring element 102 of the anchoring device 10 is also fastened to each hollow tube 101 on the side of the enclosure 201. It is noted that each hollow tube 101 projects from the surface 306 of the outer wall 302 of a predetermined length, sufficient to allow the fixing of this anchoring element 102.
  • the orifices 305 and the hollow tubes 101 have axes of symmetry together. These axes are also perpendicular to the surface 306 of the outer wall 302.
  • the hollow tubes 101 are inserted inside the orifice 305 which they extend, for example by force. They can be attached to the outer wall 302 by welding or any other suitable means.
  • the invention is however not limited to this embodiment and the hollow tubes 101 could be fixed to the surface 306 of the outer wall 302 around the periphery of the orifice 305.
  • Other embodiments could be envisaged, provided that the chamber 303 can be in fluid communication with the interior of the chamber via the orifices 305 and their hollow extension tube 101.
  • the length of the hollow tubes 101 projecting from the surface 306 of the outer wall 302 may be identical for each hollow tube 101 or not.
  • the anchoring elements 102 are preferably fixed on an outer surface 101a of each hollow tube 101, for example as described above with reference to the anchoring device 10.
  • the anchoring device 10 is similar to that described with reference to FIGS.
  • the invention is however not limited to a particular form of anchoring device provided that the latter comprises a hollow tube and a coke anchoring element.
  • the two retention elements 102b, 102c are directed to the enclosure 201 when the fixing portion 102a of the anchoring element is secured to the hollow tube 101.
  • the acute angle formed by each retention element 102b, 102c with the axis 105 of the hollow tube is open in a direction opposite to the outer wall 302.
  • the anchoring element 102 is held tight against the surface 306 of the outer wall 302 by means of a nut 106.
  • the anchoring element 102 is held on the hollow tube 101 by means of two nuts 104, 106, the anchoring element 102 being interposed between these nuts, of which one 104 rests on one surface of the outer wall and the other 106 is screwed onto the other anchor 102.
  • the invention is not limited to a particular mode of attachment provided that the anchoring element 102 can be rigidly attached to the hollow tube 101 without interfering with the fluid communication between the chamber 303 and the enclosure 201. that a fixing with possibility of adjusting the position of the anchoring element 102 relative to the hollow tube 101 allows to use the same anchoring device for various uses for which it may be desirable not to position the anchoring element 102 at the same position relative to the hollow tube 101.
  • each hollow tube 101 projects from the surface 306 of the outer wall 302 of a sufficient length to pass through the thickness of the coating 40 and allow attachment of the anchoring element 102 outside this coating 40.
  • the nut 104 is here in abutment against the surface 404 of the coating.
  • the anchoring element 102 could nevertheless be directly in abutment against the surface 404, as in the example represented in FIG. 3.
  • the protective coating 40 comprises an anchoring structure 401 of cellular type integral with the outer wall 306, the cells of which are filled with composite material 402.
  • the anchoring structure 401 is metallic and welded to the outer wall 302.
  • the composite material is preferably a material resulting from an assembly of at least two immiscible materials having a high adhesion capacity.
  • the composite material is a composite building material such as concrete, particularly concrete suitable for use in a fluid catalytic cracking unit.
  • FIGs 5 and 6 show the wall 302 shown flat for clarity, on which is fixed the anchor structure 401 (the composite material is not present).
  • the honeycomb anchoring structure 401 is of the honeycomb type, each cell 403 being of hexagonal shape and surrounded by six other cells also of hexagonal shape to which it is connected by one side.
  • This type of anchor structure 401 can be purchased under the trade name Hexmesh®.
  • a hollow tube 101 equipped with an anchoring element 102 is located in the central cell 403 of each group of seven cells in which six cells share one side with the same central cell. A regular distribution of the orifices 305 extended by a hollow tube 101 provided with an anchoring element 102 is thus obtained.
  • the anchoring devices 10 are preferably located in the center of the cells 403.
  • the present invention is not limited to a particular distribution and / or positioning of the anchoring devices with respect to an anchoring structure 401, or to a particular form of anchoring structure 401.
  • any type of anchoring structure can be envisaged. It is thus possible to use S-shaped strips, K or other geometric form, extending parallel to the wall, anchored in the wall by a support foot perpendicular to the wall. Such S-shaped or K-shaped strips are also called “S bars” or "K bars” in English and are rather used in isolation. Hexagon anchoring structures are also used in isolation for anchoring on complex geometry surfaces. There are also square honeycomb type structures formed of strips connected in pairs by rods forming axes of rotation (Flexmesh®).
  • a central position of an anchoring device with respect to a cell of a honeycomb structure can facilitate the establishment of the anchoring structure and / or the anchoring device.
  • Regular distribution of the anchoring devices 10 can promote obtaining a regular gas layer over the entire outer surface of the double wall 30 and / or promote the retention of coke possibly formed.
  • the cyclone according to the invention is particularly well suited for use in a fluid catalytic cracking reactor, especially in an upper zone of the reactor in which the catalytic particles are separated from the gaseous effluents.
  • a gaseous fluid is injected via the pipe 304 into the chamber 303 to exit the outer wall 302 via the tubes 101 and to scan the surface 306 of the outer wall or the surface 404 of the coating.
  • a continuous gas sweep makes it possible to limit the clogging of the tubes 101 as well as the formation of coke.
  • the arrangement of the anchoring elements limits the size of the pieces of coke unhooked in order to reduce the risk of clogging of the coke. solid output of the cyclone.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'ancrage de coke (10) destiné à retenir le coke se formant sur une paroi d'une enceinte d'une unité de craquage catalytique fluide. Ce dispositif (10) comprend un tube creux (101) de longueur prédéterminée et un élément d'ancrage de coke (102) solidaire de la surface externe (101b) du tube creux. En particulier, le dispositif d'ancrage est fixé sur une paroi double à protéger (30), formée d'une paroi interne (301) et d'une paroi externe (302) définissant entre elles une chambre (303). Une pluralité de dispositifs d'ancrage (10) associés chacun à un orifice (305) de la paroi externe (302) sont fixés sur celle-ci, chaque orifice (305) étant prolongé par un tube creux (101) d'un dispositif d'ancrage (10). Cette paroi double (30) peut former l'extrémité inférieure d'une conduite d'évacuation des gaz d'un cyclone de séparation mécanique de particules en suspension dans un fluide gazeux, notamment destiné à une unité de craquage catalytique fluide.

Description

DISPOSITIF D'ANCRAGE DE COKE POUR UNE PAROI D'UNE ENCEINTE D'UNE UNITE FCC ET CYCLONE CORRESPONDANT
L'invention concerne un dispositif d'ancrage de coke pour une paroi d'une enceinte d'une unité de craquage catalytique fluide (FCC « Fluid Catalytic Cracking » en anglais). L'invention concerne également un cyclone de séparation mécanique de particules en suspension dans un fluide gazeux équipé des dispositifs d'ancrage de coke de l'invention, et un procédé de craquage catalytique fluide utilisant de tels dispositifs d'ancrage.
Dans une unité de craquage catalytique fluide, les cyclones sont utilisés pour séparer les particules de catalyseur des gaz circulants dans l'unité. Il s'agit d'appareils utilisant la force centrifuge pour réaliser une séparation mécanique des particules en suspension dans un gaz. Les cyclones comprennent une enceinte, généralement essentiellement cylindro-conique, conçue pour imposer une rotation rapide au gaz introduit dans l'enceinte, par exemple en faisant entrer le gaz tangentiellement à la circonférence de l'enceinte, au voisinage de la paroi. Sous l'effet de la force centrifuge, les particules solides prises dans le vortex se déplacent vers la paroi, y perdent leur vitesse par frottement et tombent dans la partie inférieure de l'appareil, avant de sortir par l'apex du cône. Le gaz suit la paroi jusqu'au voisinage de l'apex, et une fois débarrassé des particules, remonte à la partie supérieure pour sortir par une conduite d'évacuation, laquelle fait en partie saillie à l'intérieur de l'enceinte.
Les cyclones utilisés dans une unité FCC présentent des parois métalliques, généralement en acier inoxydable, lesquelles sont en général recouvertes d'un revêtement destiné à les protéger principalement de l'érosion.
Dans certaines conditions d'utilisation, par exemple dans les réacteurs FCC, on observe la formation de coke sur la partie de la paroi de la conduite d'évacuation du fluide gazeux située à l'intérieur de l'enceinte, plus précisément sur la surface externe de cette paroi. Lors de cycles thermiques (arrêt/ démarrage d'unité), il arrive régulièrement que le coke se décroche et tombe dans la conduite d'évacuation des particules solides (généralement appelée dipleg). Ceci peut conduire au bouchage du dipleg et donc à des pertes importantes de particules solides, ce qui est particulièrement dommageable lorsque ces particules sont des particules de catalyseur. Il peut alors être nécessaire d'arrêter l'unité pour :
- déboucher les diplegs en retirant le coke et catalyseur qui y sont bloqués,
- retirer le coke qui est accroché sur le tube de sortie gaz des cyclones,
nettoyer une section de fractionnement située en aval du réacteur, vers laquelle des particules de catalyseur ont pu être envoyées.
Afin de limiter la chute du coke formé, il est connu de disposer des dispositifs d'ancrage sur la surface externe des conduites d'évacuation du fluide gazeux. Il s'agit d'éléments métalliques saillants (parfois appelés « bullnose » ou « coke anchor » en anglais), fixés sur la surface de la paroi, notamment sur le revêtement qui la recouvre, et sur lesquels le coke formé va s'accrocher. Ces éléments d'ancrage permettent de limiter la chute du coke, et, en cas de chute, de limiter la taille des morceaux de coke décrochés, réduisant ainsi les risques de bouchage du dipleg. Le document FR 2 910 342 Al décrit des dispositifs d'ancrage de ce type.
Il est également connu de limiter la formation du coke en créant une couche de gaz protectrice sur la surface externe de cette paroi. Ainsi, le document CN1330428C propose de doubler cette paroi avec une paroi externe poreuse et d'injecter du gaz au travers de la paroi poreuse afin de former un film sur la surface externe de la paroi. Néanmoins, la formation éventuelle de coke peut conduire au bouchage de certains pores de la paroi poreuse, au détriment de la formation de la couche de gaz protectrice. De plus, il n'est alors pas possible de recouvrir la paroi externe poreuse d'un revêtement de protection contre l'érosion, ce qui est indispensable dans une unité FCC.
L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif d'ancrage de coke qui permette à la fois de réduire la formation de coke et de retenir le coke éventuellement formé.
A cet effet, un premier objet de l'invention concerne un dispositif d'ancrage de coke destiné à retenir le coke se formant sur une paroi d'une enceinte d'une unité de craquage cataly tique fluide, ledit dispositif d'ancrage comprenant un tube creux de longueur prédéterminée et un élément d'ancrage de coke solidaire de la surface externe du tube creux.
Il est ainsi possible de faire circuler un fluide gazeux au travers du tube creux ce qui peut permettre de former une couche de gaz à la surface d'une paroi, même si celle-ci est recouverte d'un revêtement de protection. En outre, la présence de l'élément d'ancrage assure la rétention du coke éventuellement formé.
Le dispositif d'ancrage selon l'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- l'élément d'ancrage est fixé sur la surface externe du tube creux par un assemblage en force, par clippage, vissage ou soudage. Il peut ainsi être amovible ou non. En particulier, notamment dans le cas d'une fixation par vissage, par exemple au moyen d'un filetage réalisé sur la surface externe du tube creux, il est possible de fixer l'élément d'ancrage à une position choisie sur le tube creux. On peut également envisager un élément d'ancrage réalisé d'une pièce avec le tube creux.
- l'élément d'ancrage comporte une partie de fixation fixée au tube creux et au moins un élément de rétention formant un angle aigu avec un axe longitudinal du tube creux. Cette configuration peut favoriser la rétention du coke sur une paroi, en particulier lorsque l'ouverture de l'angle est dirigée dans une direction opposée à la paroi.
- ledit au moins un élément de rétention est un fil métallique.
De préférence, deux éléments de rétention définissant un V sont solidaires de la partie de fixation.
Un autre objet de l'invention concerne un cyclone de séparation mécanique de particules en suspension dans un fluide gazeux, notamment destiné à une unité de craquage catalytique fluide, ledit cyclone comprenant les éléments suivants :
une enceinte de séparation, notamment conformée pour séparer les particules du fluide gazeux,
une première conduite débouchant à l'intérieur de l'enceinte pour l'amenée du fluide gazeux chargé en particules,
- une deuxième conduite destinée à l'évacuation du fluide gazeux, située en partie supérieure de l'enceinte et dont une extrémité inférieure est située à l'intérieur de l'enceinte, une troisième conduite destinée à l'évacuation des particules, située en partie inférieure de l'enceinte,
dans lequel, l'extrémité inférieure de la deuxième conduite présente une paroi double formée d'une paroi interne et d'une paroi externe définissant entre elles une chambre reliée à une conduite d'alimentation en fluide gazeux, la chambre étant en communication de fluide avec l'intérieur de l'enceinte via une multitude d'orifices traversant la paroi externe.
Ce cyclone comporte une pluralité de dispositifs d'ancrage selon l'invention, associés chacun à un orifice de la paroi externe, dans lequel chaque orifice est prolongé par un tube creux d'un dispositif d'ancrage s 'étendant à l'intérieur de l'enceinte.
La chambre est donc en communication de fluide avec l'intérieur de l'enceinte via la multitude d'orifices traversant la paroi externe et les tubes creux des dispositifs d'ancrage qui les prolongent.
Il est ainsi possible à la fois de créer un film de fluide gazeux à la surface de la paroi externe limitant la formation de coke et de fixer aux éléments d'ancrage le coke qui serait quand même formé, réduisant davantage les risques d'arrêt de l'unité à cause de la formation de coke.
Le cyclone selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- chaque tube creux d'un dispositif d'ancrage s'étend sensiblement perpendiculairement ou perpendiculairement à la surface de la paroi externe,
- une extrémité de chaque tube creux d'un dispositif d'ancrage est insérée dans l'orifice qu'il prolonge, par exemple inséré en force,
- la paroi externe de la deuxième conduite est recouverte d'un revêtement de protection d'épaisseur prédéterminée, chaque tube creux d'un dispositif d'ancrage faisant saillie de la surface de la paroi externe d'une longueur suffisante pour traverser l'épaisseur du revêtement et l'élément d'ancrage étant fixé sur une partie du tube creux située en dehors du revêtement. Notamment, le revêtement de protection peut comprendre une structure d'ancrage alvéolaire solidaire de la paroi externe dont les alvéoles sont remplies de matériau composite, chaque orifice prolongé d'un tube creux étant alors situé à l'intérieur d'une alvéole, par exemple au centre de celle-ci. Lorsque les alvéoles sont hexagonales, un orifice prolongé d'un tube creux peut être prévu à l'intérieur d'une alvéole centrale de chaque groupe de sept alvéoles dans lequel six alvéoles partagent un côté avec une même alvéole centrale.
L'invention concerne également un réacteur de craquage catal tique comprenant au moins un cyclone selon l'invention.
Enfin, l'invention concerne un procédé de craquage catalytique fluide comprenant un réacteur selon l'invention, comprenant :
- une étape de traitement dans ledit réacteur d'une charge hydrocarbonée en présence de particules catalytiques à l'état fluidisé afin de former des effluents gazeux,
une étape de séparation des effluents gazeux produits et des particules catalytiques dans au moins un cyclone de séparation mécanique du réacteur au cours de laquelle on alimente la chambre de chaque cyclone avec un fluide gazeux qui est introduit dans l'enceinte du cyclone via les orifices de la paroi externe et les tubes creux des dispositifs d'ancrage.
De préférence, le fluide gazeux n'est pas susceptible de réagir dans les conditions réactionnelles. Il s'agit par exemple de vapeur d'eau ou d'un autre fluide.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :
les figures la, lb et le représentent respectivement une vue de dessus et deux vues de côté à 90° l'une de l'autre d'un dispositif d'ancrage selon un mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 est une représentation schématique d'un cyclone ;
la figure 3 est une vue en coupe d'une paroi double de la conduite d'évacuation des gaz du cyclone représenté figure 2 selon un mode de réalisation ;
la figure 4 est une vue en coupe d'une paroi double de la conduite d'évacuation des gaz du cyclone représenté figure 2 selon un autre mode de réalisation ;
- la figure 5 est une vue de face, mise à plat, de la paroi externe de la paroi double de la conduite d'évacuation recouverte d'un revêtement ; la figure 6 est une vue de détail de la figure 5.
Dans la présente description, les termes « supérieur », « inférieur » font référence à une direction verticale, correspondant à la direction de la pesanteur, dans une position d'utilisation du cyclone. Dans cette position d'utilisation, l'axe longitudinal du cyclone est sensiblement vertical.
Par sensiblement horizontal, longitudinal ou vertical, on entend une direction/un plan formant un angle d'au plus ±20°, voire d'au plus 10° ou d'au plus 5°, avec une direction/un plan horizontal, longitudinal ou vertical.
Par sensiblement parallèle, perpendiculaire ou à angle droit, on entend une direction/un angle s'écartant d'au plus ±20°, voire d'au plus 10° ou d'au plus 5° d'une direction parallèle, perpendiculaire ou d'un angle droit.
Les figures la, lb, le représentent un dispositif d'ancrage de coke
10 selon un mode de réalisation de l'invention. Ce dispositif d'ancrage 10 comprend un tube creux 101 de longueur prédéterminée et un élément d'ancrage de coke 102 solidaire de la surface externe 101a du tube creux 101.
La fixation d'un élément d'ancrage 102 à un tube creux 101 d'un dispositif d'ancrage 10 peut être obtenue par clippage, vissage ou soudage, ou encore par un assemblage en force. Dans le cas d'un vissage, la surface externe 101a de chaque tube creux 101 peut par exemple présenter un filetage sur lequel peut être enfilé un écrou 104, tel que visible sur les figures lb et le. Dans ce mode de réalisation, l'écrou 104 est solidaire de l'élément d'ancrage 102 auquel il peut être fixé par soudage. On comprend que l'élément d'ancrage 102 peut alors être enfilé avec son écrou 104 sur le tube creux 101 et positionné à la position souhaitée. La mise en place d'un autre écrou de l'autre côté de l'élément d'ancrage 102 par rapport à l'écrou 104 permet de fixer rigidement l'élément d'ancrage 102 à la position voulue lorsque l'écrou 104 repose sur une surface, tel qu'il sera décrit en référence aux figures 3 et 4. Il est possible de fixer l'élément d'ancrage 102 au tube creux 101 de la même manière si l'écrou 104 n'est pas solidaire de l'élément d'ancrage 102. A noter que l'écrou 104 (ou une rondelle d'appui ou autre) pourrait également être soudée au tube creux 101 pour retenir l'élément d'ancrage 102, ou encore, le filetage du tube creux pourrait ne pas s'étendre d'une extrémité à l'autre du tube creux.
L'invention n'est pas limitée à un mode de fixation particulier, pourvu que l'élément d'ancrage 102 puisse être fixé rigidement au tube creux sans gêner une circulation de fluide à l'intérieur du tube creux 101. On pourrait ainsi envisager que l'élément d'ancrage 102 soit lui- même fileté afin de coopérer avec un filetage réalisé sur la surface externe 101a du tube creux. Un emboîtement en force ou un clippage de l'élément d'ancrage 102 est également envisageable. Enfin, l'élément d'ancrage 102 et le tube creux 101 pourraient également être réalisés d'une seule pièce.
Dans le mode de réalisation représenté sur les figures la- le, l'élément d'ancrage 102 comporte une partie de fixation 102a fixée au tube creux 101 et au moins un élément de rétention formant un angle aigu avec un axe longitudinal 105 du tube creux 101.
Ici, deux éléments de rétention 102b, 102c sont prévus. Dans l'exemple représenté, la partie de fixation 102a s'étend dans un premier plan (perpendiculaire à l'axe longitudinal 105 du tube creux 101), les éléments de rétention 102b, 102c s'étendent dans un plan perpendiculaire au plan précédemment défini tel que visible figures la et le. Dans ce plan, qui est parallèle à l'axe longitudinal 105 du tube creux 101 , les éléments de rétention 102b, 102c sont symétriques par rapport à l'axe 105 et définissent une forme en V avec un angle de l'ordre de 60° (figure lb). La partie de fixation 102a épouse ici une partie de la périphérie du tube creux 101 (fig. la), mais elle pourrait aussi l'entourer entièrement.
L'élément d'ancrage 102 précédemment décrit est constitué d'un fil métallique. Il est donc très simple à réaliser. L'invention ne se limite cependant pas à ce type d'élément d'ancrage 102 et d'autres formes d'éléments de rétention pourraient être utilisées, par exemple en forme de languettes,... Un seul ou plus de deux éléments de rétention pourraient également être prévus.
La figure 2 représente schématiquement un cyclone 20 situé à l'intérieur d'un réacteur 50 (représentés schématiquement et non à l'échelle). Le cyclone 20 comprend :
une enceinte de séparation 201 , une première conduite d'entrée 202 débouchant dans l'enceinte 201 ,
une deuxième conduite de sortie de gaz 203 située en partie supérieure de l'enceinte 201 et
- une troisième conduite de sortie des particules 204 située en partie inférieure de l'enceinte 201.
L'enceinte de séparation 201 , généralement appelée corps du cyclone, est conformée pour séparer les particules du fluide gazeux. Elle est souvent cylindrique ou parfois cylindro-conique. Dans l'exemple représenté, l'enceinte de séparation 201 comprend une partie supérieure 201a cylindrique et une partie inférieure conique 201b.
L'extrémité inférieure de plus petit diamètre de cette partie inférieure conique 201b est reliée à la conduite sortie de particules 204, qui se présente sous la forme d'un tube s'étendant dans l'axe de symétrie X (ou axe longitudinal) de l'enceinte de séparation 201. Ce tube est souvent appelé « dipleg » ou encore « jambe ».
La conduite d'entrée 202 recevant le mélange gaz/ particules, parfois également appelée ouïe ou pavillon, est formée d'un tube disposé de manière à induire un mouvement circulaire au mélange entrant. Ainsi, la conduite d'entrée 202 peut être tangentielle par rapport à l'enceinte de séparation 201.
Sous l'effet de ce mouvement, les particules présentes dans le gaz entrant dans le cyclone tombent dans la partie inférieure conique 201b de l'enceinte de séparation 201 avant d'être évacuées par la conduite de sortie des particules 204. Le gaz sort quant à lui à l'extrémité supérieure du cyclone via la conduite de sortie de gaz 203, aussi appelée cheminée. Un pot à poussière 205 peut être disposé entre la partie inférieure conique 201b de l'enceinte de séparation 201 et la conduite de sortie des particules 204.
L'exemple décrit se réfère à un cyclone disposé verticalement.
L'invention ne se limite cependant pas à une telle disposition, ni à cette structure de cyclone.
L'extrémité inférieure 203a de la deuxième conduite 203 fait saillie à l'intérieur de l'enceinte de séparation 201. Cette extrémité inférieure 203a présente une paroi double 30 formée d'une paroi interne
301 et d'une paroi externe 302 définissant entre elles une chambre 303 reliée à une conduite 304 d'alimentation en fluide gazeux. Dans l'exemple, ces parois 301 et 302 sont concentriques. La structure de cette paroi double 30 est maintenant détaillée en référence aux figures 3 et 4.
La chambre 303 est en communication de fluide avec l'intérieur de l'enceinte 201 via une multitude d'orifices 305 traversant la paroi externe 302 et prolongés chacun par un tube creux 101 d'un dispositif d'ancrage 10, ce tube creux 101 s 'étendant à l'intérieur de l'enceinte 201.
Un élément d'ancrage 102 du dispositif d'ancrage 10 est en outre fixé sur chaque tube creux 101 du côté de l'enceinte 201. On note que chaque tube creux 101 fait saillie de la surface 306 de la paroi externe 302 d'une longueur prédéterminée, suffisante pour permettre la fixation de cet élément d'ancrage 102.
Dans les exemples représentés sur les figures 3 et 4, les orifices 305 et les tubes creux 101 présentent des axes de symétrie confondus. Ces axes sont en outre perpendiculaires à la surface 306 de la paroi externe 302. Dans ces exemples, les tubes creux 101 sont insérés à l'intérieur de l'orifice 305 qu'ils prolongent, par exemple en force. Ils peuvent être fixés à la paroi externe 302 par soudage ou tout autre moyen approprié. L'invention n'est toutefois pas limitée à ce mode de réalisation et les tubes creux 101 pourraient être fixés à la surface 306 de la paroi externe 302 sur le pourtour de l'orifice 305. On pourrait envisager d'autres modes de réalisation, pourvu que la chambre 303 puisse être en communication de fluide avec l'intérieur de l'enceinte via les orifices 305 et leur tube creux de prolongement 101.
La longueur des tubes creux 101 en saillie de la surface 306 de la paroi externe 302 peut être identique pour chaque tube creux 101 ou non.
Afin de faciliter leur mise en place, les éléments d'ancrage 102 sont de préférence fixés sur une surface externe 101a de chaque tube creux 101 , par exemple tel que décrit plus haut en référence au dispositif d'ancrage 10.
Sur les figures 3 et 4, le dispositif d'ancrage 10 est similaire à celui décrit en référence aux figures la- le. L'invention n'est toutefois pas limitée à une forme particulière de dispositif d'ancrage pourvu que ce dernier comporte un tube creux et un élément d'ancrage de coke. On notera que les deux éléments de rétention 102b, 102c sont dirigés vers l'enceinte 201 lorsque la partie de fixation 102a de l'élément d'ancrage est solidarisée au tube creux 101. Autrement dit, l'angle aigu que forme chaque élément de rétention 102b, 102c avec l'axe 105 du tube creux est ouvert dans une direction opposée à la paroi externe 302.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, l'élément d'ancrage 102 est maintenu serré contre la surface 306 de la paroi externe 302 au moyen d'un écrou 106.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, l'élément d'ancrage 102 est maintenu sur le tube creux 101 au moyen de deux écrous 104, 106, l'élément d'ancrage 102 étant interposé entre ces écrous, dont l'un 104 repose sur une surface de la paroi externe et l'autre 106 est vissé de l'autre élément d'ancrage 102.
L'invention n'est pas limitée à un mode de fixation particulier pourvu que l'élément d'ancrage 102 puisse être fixé rigidement au tube creux 101 , sans gêner la communication de fluide entre la chambre 303 et l'enceinte 201. On notera qu'une fixation avec possibilité de réglage de la position de l'élément d'ancrage 102 par rapport au tube creux 101 permet d'utiliser un même dispositif d'ancrage pour diverses utilisations pour lesquelles il peut être souhaitable de ne pas positionner l'élément d'ancrage 102 à la même position par rapport au tube creux 101.
Dans l'exemple représenté sur la figure 4, la surface 306 de la paroi externe 302 est recouverte d'un revêtement 40 d'épaisseur prédéterminée. Ce revêtement 40 permet de protéger la paroi externe 302 de l'érosion. On notera que chaque tube creux 101 fait saillie de la surface 306 de la paroi externe 302 d'une longueur suffisante pour traverser l'épaisseur du revêtement 40 et permettre la fixation de l'élément d'ancrage 102 en dehors de ce revêtement 40. L'écrou 104 est ici en appui contre la surface 404 du revêtement. L'élément d'ancrage 102 pourrait néanmoins être directement en appui contre la surface 404, comme dans l'exemple représenté figure 3.
Dans cet exemple, le revêtement de protection 40 comprend une structure d'ancrage 401 de type alvéolaire solidaire de la paroi externe 306, dont les alvéoles sont remplies de matériau composite 402. La structure d'ancrage 401 est métallique et soudée à la paroi externe 302. Le matériau composite est de préférence un matériau résultant d'un assemblage d'au moins deux matériaux non miscibles possédant une forte capacité d'adhésion. De préférence, le matériau composite est un matériau de construction composite tel qu'un béton, en particulier un béton adapté à une utilisation dans une unité de craquage catalytique fluide.
Les figures 5 et 6 montrent la paroi 302 représentée à plat pour davantage de clarté, sur laquelle est fixée la structure d'ancrage 401 (le matériau composite n'est pas présent). Dans cet exemple, la structure d'ancrage alvéolaire 401 est du type en nid d'abeille, chaque alvéole 403 étant de forme hexagonale et entourée de six autres alvéoles également de forme hexagonale auxquelles elle est reliée par un côté. Ce type de structure d'ancrage 401 peut être acheté sous la dénomination commerciale Hexmesh®.
On notera que dans l'exemple représenté, un tube creux 101 équipé d'un élément d'ancrage 102 est situé dans l'alvéole 403 centrale de chaque groupe de sept alvéoles dans lequel six alvéoles partagent un côté avec une même alvéole centrale. Une répartition régulière des orifices 305 prolongés par un tube creux 101 pourvu d'un élément d'ancrage 102 est ainsi obtenu. Les dispositifs d'ancrage 10 sont de préférence situés au centre des alvéoles 403.
La présente invention n'est pas limitée à une répartition particulière et/ ou à un positionnement particulier des dispositifs d'ancrage par rapport à une structure d'ancrage 401 , ni à une forme particulière de structure d'ancrage 401. En particulier, tout type de structure d'ancrage peut être envisagé. On peut ainsi utiliser des bandes en forme de S, de K ou autre forme géométrique, s'étendant parallèlement à la paroi, ancrées dans la paroi par un pied de support perpendiculaire à la paroi. De telles bandes en forme de S ou de K sont également appelées « S bars » ou « K bars » en anglais et sont plutôt utilisées de manière isolée. Des structures d'ancrage en forme d'hexagone sont également utilisées de manière isolée pour un ancrage sur des surfaces à géométrie complexe. Il existe également des structures de type en nid d'abeille à alvéoles carrées formées de bandes reliées deux à deux par des tiges formant des axes de rotation (Flexmesh®).
Une position centrale d'un dispositif d'ancrage par rapport à une alvéole d'une structure alvéolaire peut faciliter la mise en place de la structure d'ancrage et/ou du dispositif d'ancrage. Une répartition régulière des dispositifs d'ancrage 10 peut favoriser l'obtention d'une couche de gaz régulière sur toute la surface externe de la double paroi 30 et/ ou favoriser la rétention du coke éventuellement formé.
Le cyclone selon l'invention est particulièrement bien adapté à une utilisation dans un réacteur de craquage cataly tique fluide, notamment dans une zone haute du réacteur dans laquelle on sépare les particules catalytiques des effluents gazeux. Dans ce cas, un fluide gazeux est injecté via la conduite 304 dans la chambre 303 afin de sortir de la paroi externe 302 via les tubes 101 et de balayer la surface 306 de la paroi externe ou la surface 404 du revêtement. Un balayage continu de gaz permet de limiter le bouchage des tubes 101 ainsi que la formation de coke. Lorsque du coke se forme néanmoins, il se fixe sur les éléments d'ancrage 102 ou, en cas de chute, l'arrangement des éléments d'ancrage limite la taille des morceaux de coke se décrochant afin de réduire le risque de bouchage de la sortie solide du cyclone.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'ancrage de coke (10) destiné à retenir le coke se formant sur une paroi d'une enceinte d'une unité de craquage catalytique fluide, ledit dispositif d'ancrage (10) comprenant un tube creux (101) de longueur prédéterminée et un élément d'ancrage de coke (102) solidaire de la surface externe (101b) du tube creux.
2. Dispositif d'ancrage (10) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'élément d'ancrage (102) est fixé sur la surface externe du tube creux (101) par un assemblage en force, par clippage, vissage ou soudage ou en ce que l'élément d'ancrage (102) est réalisé d'une pièce avec le tube creux (101).
3. Dispositif d'ancrage (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément d'ancrage (102) comporte une partie de fixation (102a) fixée au tube creux et au moins un élément de rétention (102b, 102c) formant un angle aigu avec un axe longitudinal du tube creux.
4. Dispositif d'ancrage (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit au moins un élément de rétention (102b, 102c) est un fil métallique.
5. Cyclone (20) de séparation mécanique de particules en suspension dans un fluide gazeux, notamment destiné à une unité de craquage catalytique fluide, ledit cyclone comprenant les éléments suivants :
une enceinte de séparation (201),
une première conduite (202) débouchant à l'intérieur de l'enceinte pour l'amenée du fluide gazeux chargé en particules,
une deuxième conduite (203) destinée à l'évacuation du fluide gazeux, située en partie supérieure de l'enceinte et dont une extrémité inférieure est située à l'intérieur de l'enceinte,
une troisième conduite (204) destinée à l'évacuation des particules, située en partie inférieure de l'enceinte, dans lequel, l'extrémité inférieure (203a) de la deuxième conduite présente une paroi double (30) formée d'une paroi interne (301) et d'une paroi externe (302) définissant entre elles une chambre (303) reliée à une conduite (304) d'alimentation en fluide gazeux, la chambre (303) étant en communication de fluide avec l'intérieur de l'enceinte via une multitude d'orifices (305) traversant la paroi externe (302),
caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de dispositifs d'ancrage (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 associés chacun à un orifice (305) de la paroi externe (302), dans lequel chaque orifice (305) est prolongé par un tube creux (101) d'un dispositif d'ancrage s 'étendant à l'intérieur de l'enceinte (201).
6. Cyclone (20) selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque tube creux (101) d'un dispositif d'ancrage (10) s'étend sensiblement perpendiculairement à la surface (306) de la paroi externe.
7. Cyclone (20) selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'une extrémité de chaque tube creux (101) d'un dispositif d'ancrage est insérée dans l'orifice (305) qu'il prolonge.
8. Cyclone (20) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la paroi externe (302) de la deuxième conduite est recouverte d'un revêtement de protection (40) d'épaisseur prédéterminée, chaque tube creux (101) faisant saillie de la surface (306) de la paroi externe d'une longueur suffisante pour traverser l'épaisseur du revêtement (40) et l'élément d'ancrage (102) étant fixé sur une partie du tube creux (101) située en dehors du revêtement (40).
9. Cyclone (20) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le revêtement de protection (40) comprend une structure d'ancrage alvéolaire (401) solidaire de la paroi externe (302) dont les alvéoles (403) sont remplies de matériau composite et en ce que chaque orifice (305) prolongé d'un tube creux (101) est situé à l'intérieur d'une alvéole (403).
10. Cyclone (20) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la structure d'ancrage alvéolaire (401) est du type en nid d'abeille à alvéoles (403) hexagonales et en ce qu'un orifice (305) prolongé d'un tube creux (101) est situé à l'intérieur d'une alvéole (403) centrale de chaque groupe de sept alvéoles dans lequel six alvéoles partagent un côté avec une même alvéole centrale.
1 1. Réacteur (50) de craquage catalytique comprenant au moins un cyclone (20) selon l'une quelconque des revendications 5 à 10.
12. Procédé de craquage catalytique fluide comprenant un réacteur (50) selon la revendication 1 1 :
une étape de traitement dans ledit réacteur d'une charge hydrocarbonée en présence de particules catalytiques à l'état fiuidisé afin de former des effluents gazeux,
une étape de séparation des effluents gazeux produits et des particules catalytiques, dans laquelle on introduit les effluents gazeux produits et les particules catalytiques dans au moins un cyclone (20) de séparation mécanique du réacteur via sa première conduite (202), on récupère les particules solides via sa troisième conduite (204) et les effluents gazeux via sa deuxième conduite (203) et au cours de laquelle on alimente la chambre (203) de chaque cyclone (20) avec un fluide gazeux qui est introduit dans l'enceinte (201) du cyclone via les orifices (305) de la paroi externe (302) de la deuxième conduite (203) et les tubes creux (101) des dispositifs d'ancrage (10).
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