WO2018215364A1 - Nouveau garnissage pour ameliorer le contact entre une phase gaz et une phase solide disperse circulant a contre-courant - Google Patents

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WO2018215364A1
WO2018215364A1 PCT/EP2018/063187 EP2018063187W WO2018215364A1 WO 2018215364 A1 WO2018215364 A1 WO 2018215364A1 EP 2018063187 W EP2018063187 W EP 2018063187W WO 2018215364 A1 WO2018215364 A1 WO 2018215364A1
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packing
blades
beta
strips
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PCT/EP2018/063187
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Benjamin AMBLARD
Rim BRAHEM
Ann Cloupet
Thierry Gauthier
Ludovic Raynal
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IFP Energies Nouvelles
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    • B01J19/32—Packing elements in the form of grids or built-up elements for forming a unit or module inside the apparatus for mass or heat transfer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
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    • 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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    • B01J2219/332—Details relating to the flow of the phases
    • B01J2219/3325—Counter-current flow

Definitions

  • FIG. 1 represents a schematic view of an FCC unit according to the so-called R2R technology, that is to say one riser and two regenerators in series. This technology is particularly suitable for cracking heavy loads.
  • the “riser” designates the upflow fluidized tubular reactor within which the cracking reactions take place.
  • the catalyst from the riser contains hydrocarbons adsorbed on its surface and these hydrocarbons are desorbed in a fluidized chamber called "stripper" before the catalyst is sent into the regeneration zone.
  • the vocabulary is well fixed in the context of the FCC, we will retain the Anglo-Saxon name of "stripper" in the rest of the text.
  • the catalyst is regenerated, that is to say freed of the coke deposited on its surface, in two regeneration stages, each in a fluidized bed, and connected to each other by a transport line of the so-called "lift" catalyst.
  • the regenerated catalyst from the second stage of the regenerator is introduced at the base of the riser, rises along the riser causing cracking reactions and certain parasitic reactions resulting in the production of coke settling on the surface of said catalyst.
  • the coked catalyst is separated from the gaseous cracking effluents in a separation device located in the upper part of the riser, a device usually completed by one or two stages of cyclones, and is then introduced into a stripping zone which is intended to release the maximum of adsorbed hydrocarbons on the surface of the catalyst, so as to leave only a coked catalyst with the minimum possible adsorbed hydrocarbons, which is then sent to the regeneration section.
  • the stripping is carried out using a stripping fluid, usually water vapor. Inside the stripper, therefore, the flow is generally countercurrent between a descending phase (catalyst + gas) and the ascending fluidization gas.
  • a lining or other equivalent technology disposed inside the stripper is intended to promote contact between the catalyst and the stripping fluid and to ensure good homogeneity. Examples of packing commonly used in R2R technology FCC units are shown in Figure 2.
  • the invention is particularly applicable to the stripper of catalytic cracking units, in particular the so-called R2R technology, which is particularly well suited to cracking heavy loads.
  • the invention applies to all catalytic conversion technologies in fluidized beds, for which a stripping unit is necessary: FCC with a single regenerator (lighter loads) or with different selectivity orientations, cracked naphtha NCC (Naphtha Catalytic Cracking), further conversion DCC (Deep Catalytic Cracking), conversion of methanol to olefins (MTO) or gasoline (MTG), and also the conversion of biomass into a fluidized bed by thermal cracking in the presence of a solid heat transfer fluid or a catalyst.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a catalytic cracking unit according to the R2R technology, which makes it possible to locate the stripper disposed at the upper end of the riser and partially surrounding it, as well as the typical positioning of the packing contained in the stripper.
  • FIG. 3 is a view from above of the stripper thus showing its section and the two types of movement of the rotation and radial catalyst, that gives the invention.
  • FIG. 4 shows a packing element (17) according to the invention in which the double network is shown, a first network consisting of type 1 zones intended to cause the rotational movement and a second network. consisting of type 2 zones for causing the radial movement of the catalyst.
  • FIG. 5 shows a radial sector-shaped packing wafer (16) disposed in the annular portion of the stripper, the complete lining being obtained by the multiplication of adjacent radial sectors.
  • FIG. 6, shows a complete filling of the section of the stripper by slices (16) corresponding to radial sectors.
  • FIG. 7a shows in a profile view a set of strips (21) with the distance f which separates them along the x axis and the angle alpha of inclination of the band network with respect to the horizontal.
  • FIG. 7b is a perspective view of the network of strips (21) which makes it possible to visualize the two dimensions e: width of the strips and g space between the strips along the y axis.
  • FIG. 8a is a schematic view of the blades (22) constituting the second network. Two blades (22) are shown making an angle + beta and - beta with respect to the horizontal.
  • FIG. 8b is a view of the second network of blades (22) which forms discontinuous vertical series.
  • FIG. 9 is an overview of the two networks showing in the frontal plane the blades (21) interposed with the strips (22).
  • FIG. 10a corresponds to a variant of the present invention in which the blades (22), according to the invention, form continuous and folded series by alternating the angles beta and -beta with respect to the horizontal .
  • FIG. 10b also shows two sub-variants depending on whether the series of strips (21) are arranged in parallel or in phase opposition.
  • Figure 11 shows a complete packing element with the two networks, the network of strips (22) forming parallel series.
  • FIG. 11 b shows a complete packing element with the two networks, the band network (22) forming series in opposition of phase.
  • FIG. 12a shows, in lateral section, a plurality of packing slices (16) of a height h installed in the annular zone around the riser (1). Each wafer 16 may be offset relative to the other by an angle phi with respect to the axis of the riser.
  • Figure 12b according to the invention shows a top view in section with a non-filled lining sector to force the evacuation of the catalyst to the discharge pipe (23).
  • FIG. 13 shows the distribution of an FCC catalyst after its passage through a packing element according to the invention. It serves to illustrate the example.
  • the packing according to the present invention is intended to equip units in which a gas phase and a dispersed solid phase are brought into contact in order to desorb chemical constituents deposited on the surface of the dispersed solid phase.
  • a typical case is that of the stripper found in the catalytic cracking units which makes it possible to release the adsorbed hydrocarbons on the surface of the catalyst particles before sending it into the regeneration zone.
  • the bands belonging to the second plane are precisely in the intervals left free by the bands of the foreground. This results in a staggered structure which forces the ascending gas to progress along a tortuous path and the catalyst to slide in principle along the different bands. Overall gas flow is made in two sets of parallel paths with meeting points, specifically tangency, which are supposed to create a disturbance, but it is not really organized.
  • WO 2015/095 540 discloses a packing structure using three strips located in different planes. This results in a packing structure that is similar to that described in document US Pat. No. 6,224,833 in which the strips of the same plane may have different orientations along the median axis belonging to said plane. Nevertheless, each band remains flat and this document does not describe a truly three-dimensional structure.
  • the object of the present invention is to describe a packing structure which is really three-dimensional, that is to say which does not have a privileged direction, or a privileged plane, while having an organization that is not at random. .
  • the purpose of such a lining is to improve the contact between the gas phase and the dispersed solid phase in such a way that there is no preferred direction for the flow of this mixture considered in each volume element. flow or, in other words, to make phase-to-phase contact as anisotropic as possible.
  • a better contact between the coked catalyst and the stripping gas makes it possible, at iso overall performance, to reduce the stripping gas flow rate or the size of the stripper.
  • a more homogeneous mixture makes it possible to improve the stripping, thus reducing the Acoke between the riser and the regenerator.
  • Acoke being the percentage by weight of coke and of hydrocarbons adsorbed on the catalyst, conventionally it is between 0.6 and 1% for a unit with a single regenerator and between 1 and 1.5% for a unit with two regenerators.
  • the present invention can be defined as a packing intended to favor the contact between a gas phase and a dispersed solid phase, the two phases circulating globally in countercurrent, the gas phase being generally ascending, and the solid phase descending.
  • the improvement in the contact between the gas phase and the dispersed solid phase results from the induction by the packing structure of a movement of the solid with two components, a first component of rotation and a second component known as radial because it is effected. in a direction corresponding to a radius of the enclosure containing the lining.
  • the packing according to the present invention can be defined as a double-network packing allowing a homogeneous contact between a gas phase and a dispersed solid phase evolving globally against the current in a substantially vertical direction.
  • Said packing consists of a double alternating network in the sense that each network can be associated with a plane, the planes of the network 2 are interposed between the planes of the network 1.
  • the network 1 said network of blades (21), consists of a set of inclined blades (21), parallel to each other, of width e, the distances between two successive blades being denoted f along the axis x and g along the y-axis, and having an angle of inclination alpha to the horizontal between 10 and 80 ° and preferably between 40 and 70 °.
  • the pla ns of this network are the different planes containing the blades (21) ° and by simplification, these planes being parallel to each other, we speak of plan of the network 1.
  • said band network (22) consists of a set of bands (22) which belong to two distinct planes defined by their angle beta with respect to the horizontal.
  • the angles of beta and -beta orientations of the bands being alternated when traversing the second network in the direction x perpendicular to the plane (y, z).
  • the beta angle of inclination relative to the horizontal is between 10 and 80 ° and preferably between 40 and 70 °
  • the double-array packing according to the invention makes it possible to completely occupy the annular space between the enclosure of the stripper (4) and the central riser (1) by means of packing elements in the form of radial sectors, the number radial sectors (16) being generally between 4 and 20.
  • the double-array packing according to the invention therefore uses an array of strips (22) interspersed between the array of blades (21) in which the beta angle of the strips (22) of the second array with respect to the horizontal is between 10 and 80 ° and preferably between 40 and 70 °.
  • the strips (22) of the second array form parallel series, each series being formed of a discontinuous sequence of blades (22).
  • the strips (22) of the second array always form parallel series, but each series is continuous and folded, the angle between two successive bands being alternately + gamma and -gamma, with gamma between 100 ° and 170 °.
  • the dimensions e, g, f, and k are between 1 and 40 cm, and preferably between 5 cm and 30 cm. In a particular case these dimensions can be equal to each other.
  • a particularly interesting application of the double-array packing according to the present invention is to use it as a means of improving the contact between the rising gas phase and the descending solid emulsion phase, in the stripper of fluidized catalytic cracking units (FCC). ).
  • FCC fluidized catalytic cracking units
  • the fluidization speed being between 1 cm / s and 80 cm / s, preferably between 10 cm / s and 60 cm / s and,
  • the solid flow being between 5 and 300 kg / m 2 .s, preferably between 30 and 180 kg / m 2 .s, -
  • the average residence time of the catalyst is between 10 s and 180 s, and preferably between 20 s and 60 s.
  • Another application of the double-array packing according to the present invention is to use it in the stripper of a catalytic cracking unit of heavy hydrocarbon cuts (R2R), or in a catalytic cracking unit of light cuts (NCC) or still in a unit of advanced catalytic cracking of hydrocarbon cuts (DCC).
  • R2R catalytic cracking unit of heavy hydrocarbon cuts
  • NCC catalytic cracking unit of light cuts
  • DCC advanced catalytic cracking of hydrocarbon cuts
  • the packing structure proposed in this patent makes it possible to give the descending catalyst in the stripper a rotary movement around the riser.
  • the aim is to improve the distribution and ensure good homogeneity of the so-called "used" catalyst in the stripper, and thus to lengthen its average residence time and thus improve the stripping performance.
  • FIG. 1 is a figure according to the prior art which shows the general architecture of a catalytic cracking unit with two regeneration stages and the location of the stripper surrounding the riser at its upper part and allowing the catalyst to be released. hydrocarbons adsorbed on its surface before being sent to the regenerator.
  • Figure 2 shows typical packings used in the stripper to promote contact between the catalyst and the desorption vapor. These packings have the effect of generally increasing the residence time of the catalyst inside the stripper, but does not claim the induction of any particular movement within the stripper.
  • FIG. 3 schematically shows the movement given to the catalyst around the riser 1 in the stripper 4.
  • This movement has two components: a component of rotation around the riser 1 and a radial component 2, that is to say in the plane (x, y). It is these two components which, by means of the lining described below, will make it possible to increase the efficiency of stripping. It is also necessary to add to these two components the vertical component along the z axis which makes the catalyst generally have a downward movement along the stripper.
  • FIG. 4 shows the principle of a packing element (17) subject of this patent. This element is divided into a series of alternating zones: zones 1 to give the rotation component around the riser 1.
  • Zones 1 are produced by a network of blades (21 ) and the zones 2 are produced by a network of strips (22) which is interposed between the array of blades (21).
  • the precise definition of the networks of blades (21) and strips (22) is given below.
  • FIG. 5 shows a packing wafer (16), that is to say a radial sector-shaped packing element characterized by the sector angle, the radial distance R2-R1 which corresponds to the difference between the radius the stripper and the radius of the riser, and the height H which does not appear in FIG. 5 since it lies in the axis z perpendicular to the plane (x, y).
  • FIG. 6 given by way of illustrative example, shows 8 adjacent slices (16) forming a complete tiling of the section of the stripper, each slice (16) consisting of the alternation of 6 Type 1 and Type 2 zones taken in order 1, 2, 1, 2, 1, 2 in a radial direction.
  • FIG. 7 schematically shows the array of blades (21).
  • This network consists of a set of inclined blades, parallel to each other, of width e, the distance between two successive blades being denoted g.
  • the angle of inclination alpha of the blades relative to the horizontal is between 10 and 80 ° and preferably between 40 and 70 °.
  • the width of the blades e and distance g (dimensions taken along the y axis) is between 1 and 40 cm, preferably between 5 cm and 30 cm. In a particular case the dimensions e and g may be equal.
  • the other distance f separating a set of parallel blades is between 1 and 40 cm and preferably between 5 and 30 cm.
  • the second network said band network as shown in Figure 8. It consists in interposing in the empty spaces between two successive blades, a set of strips (22) belonging to two separate planes defined by their angle beta relative to the horizontal.
  • plane of the first network is meant the plane (x, z) as defined in FIG. 7. The dimension corresponds to that of the width of the blades.
  • the angles of beta and -beta orientations of the bands are alternated when traversing the second network in the direction x.
  • the beta angle is between 10 and 80 ° and is preferably between 40 and 70 °.
  • the width f of a strip (22) is between 1 and 40 cm, preferably between 5 and 30 cm.
  • FIG. 8 shows the configuration of the strips 22 of the type 2 zones of the packing element 17.
  • one blade out of two is oriented with a beta angle in the plane (yz ), and every other blade is oriented with a - ⁇ angle in the plane (yz).
  • Each band 22 has a width equal to f and can rotate about an axis x passing through the middle of the width f and having an angle beta in the plane (yz).
  • the height between two blades in the plane (yz) is equal to k as shown in Figure 8b.
  • FIG. 9 shows a packing element 17 in its entirety with the association of the blade network (21) and the interlayer network of strips (22).
  • FIG. 10 describes a variant of the packing according to the present invention in which the blades 22 have a length i equal to the length of the element 17.
  • the blades 22 have a length i equal to the length of the element 17.
  • FIG. 10a in the direction of the vector z, one blade out of two is oriented with an angle ⁇ in the plane (yz), and every second blade is oriented with a -beta angle in the plane (yz) so that the succession of the blades is without discontinuity unlike the previous case ( Figure 9).
  • each blade has a width equal to g.
  • the series of blades 22 may be parallel to each other (left figure 10b) or arranged in opposite directions (right figure 10b).
  • Figure 1 1 shows two arrangements of the blades (22) in the context of the variant blades succession 22 continues. Either the different series of blades (22) are arranged in parallel ( Figure 11a) or they are arranged in phase opposition ( Figure 11b).
  • FIG. 12 shows the arrangement of the packing according to the invention in a stripper equipped with a lateral evacuation pipe (23), which is generally the case.
  • the element 16 represents a lining layer and several layers (16) can be stacked one above the other. Each wafer 16 may be offset relative to the other by an angle (phi) with respect to the axis of the riser.
  • Figure 13 shows the particle distribution of an FCC catalyst after passing through a packing element (17) as shown in Figure 9.
  • the dimensions of this packing element are given in Table 1 below.
  • the FCC catalyst particles used have an average diameter of 80 microns and a bulk density of 850 kg / m 3 . Dimensions e, g, k, f 1.5 cm
  • the black circle represents the tip of the funnel through which the catalyst was poured onto the packing according to the invention, this tip being placed 1 cm above the lining.
  • the dashed lines show the location of the lining.
  • FIG. 13 clearly shows the two movements of the catalyst due to the packing with first the movement given by the blades (21) characterized by the average length L1, and the movement given by the blades (22) characterized by the length L2.
  • the average lengths L1 and L2 are respectively 8cm and 9cm.
  • the catalyst was poured through an orifice 2 cm in diameter, so that the packing allows a catalyst spreading multiplied by about 4 compared to the initial injection area.

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Abstract

La présente invention décrit un garnissage à double réseau pour améliorer le contact entre une phase gaz et une phase solide dispersée circulant à contre-courant, en donnant au solide dispersé un mouvement de rotation et un mouvement radial, ledit garnissage étant constitué par l'alternance d'un premier réseau de lames et d'un second réseau de bandes.

Description

NOUVEAU GARNISSAGE POUR AMELIORER LE CONTACT ENTRE UNE PHASE GAZ ET UNE PHASE SOLIDE DISPERSE CIRCULANT A
CONTRE-COURANT
CONTEXTE DE L'INVENTION L'invention consiste en un nouveau type de garnissage destiné à équiper les strippers des unités de craquage catalytique en lit fluidisé (en abrégé FCC). La figure 1 représente une vue schématique d'une unité FCC selon la technologie dite R2R, c'est-à-dire à un riser et deux régénérateurs en série. Cette technologie est particulièrement adaptée au craquage de charges lourdes. Le « riser » désigne le réacteur tubulaire à écoulement fluidisé ascendant à l'intérieur duquel se déroulent les réactions de craquage. Le catalyseur issu du riser contient des hydrocarbures adsorbés à sa surface et ces hydrocarbures sont désorbés dans une enceinte fluidisée appelé « stripeur », avant que le catalyseur soit envoyé dans la zone de régénération. Le vocabulaire étant bien fixé dans le contexte du FCC, nous conserverons l'appellation anglo-saxonne de « stripeur » dans la suite du texte. Le catalyseur est régénéré, c'est-à-dire débarrassé du coke déposé à sa surface, dans deux étages de régénération, chacun en lit fluidisé, et relié entre eux par une ligne de transport du catalyseur dite « lift ».
Le catalyseur régénéré en provenance du second étage du régénérateur est introduit à la base du riser, s'élève le long du riser en provoquant les réactions de craquage et certaines réactions parasites entraînant la production de coke se déposant à la surface dudit catalyseur. Le catalyseur coké est séparé des effluents de craquage gazeux dans un dispositif de séparation situé en partie supérieure du riser, dispositif généralement complété par un ou deux étages de cyclones, puis est introduit dans une zone de stripage qui a pour but de libérer le maximum d'hydrocarbures adsorbés à la surface du catalyseur, de manière à ne laisser qu'un catalyseur coké avec le minimum possible d'hydrocarbures adsorbés, qui est ensuite envoyé à la section de régénération. Le stripage est réalisé en utilisant un fluide de stripage, généralement de la vapeur d'eau. A l'intérieur du stripeur l'écoulement est donc globalement à contre-courant entre une phase d'émulsion (catalyseur + gaz) descendante et le gaz de fluidisation ascendant.
Un garnissage, ou toute autre technologie équivalente disposé à l'intérieur du stripeur a pour but de favoriser le contact entre le catalyseur et le fluide de stripage et d'assurer une bonne homogénéité. Des exemples de garnissage couramment utilisé dans les unités de FCC de technologie R2R sont montrés sur la figure 2.
L'invention s'applique particulièrement au stripeur des unités de craquage catalytique, en particulier à la technologie dite R2R, particulièrement bien adaptée au craquage de charges lourdes. Toutefois, L'invention s'applique à toutes les technologies de conversions catalytiques en lits fluidisés, pour lesquels une unité de stripage est nécessaire : FCC avec un seul régénérateur (charges plus légères) ou avec des orientations de sélectivités différentes, craquage de naphta NCC (Naphtha Catalytic Cracking), conversion plus poussée DCC (Deep Catalytic Cracking), transformation du méthanol en oléfines (MTO) ou essence (MTG), et également la conversion de biomasse en lit fluidisé par craquage thermique en présence d'un solide caloporteur ou d'un catalyseur.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES
La figure 1 , selon l'art antérieur, est une représentation schématique d'une unité de craquage catalytique selon la technologie R2R, qui permet de bien situer le stripeur disposé à l'extrémité supérieure du riser et entourant en partie ce dernier, ainsi que le positionnement typique du garnissage contenu dans le stripeur.
La figure 2, selon l'art antérieur, fournit quelques exemples de garnissage typique utilisé dans des unités de stripage. Dans le cas du FCC, le catalyseur arrive dans le stripper à travers les jambes de retours de séparateurs placés en tête du riser. La figure 3, selon l'invention, est une vue de dessus du stripeur montrant donc sa section et les deux types de mouvement du catalyseur de rotation et radial, que donne l'invention.
La figure 4, selon l'invention, montre un élément de garnissage (17) selon l'invention dans lequel on fait apparaître le double réseau, un premier réseau constitué de zones de type 1 destiné à provoquer le mouvement de rotation et un second réseau constitué de zones de type 2 destiné à provoquer le mouvement radial du catalyseur.
La figure 5, selon l'invention, montre une tranche de garnissage (16), en forme de secteur radial disposé dans la partie annulaire du stripeur, le garnissage complet étant obtenu par la multiplication de secteurs radiaux adjacents.
La figure 6, selon l'invention, montre un remplissage complet de la section du stripeur par des tranches (16) correspondant à des secteurs radiaux. La figure 7a, selon l'invention, montre en vue de profil un ensemble de bandes (21 ) avec la distance f qui les sépare selon l'axe x et l'angle alpha d'inclinaison du réseau de bandes par rapport à l'horizontale.
La figure 7b, selon l'invention, est une vue en perspective du réseau de bandes (21 ) qui permet de visualiser les deux dimensions e : largeur des bandes et g espace entre les bandes selon l'axe y.
La figure 8a, selon l'invention, est une vue schématique des lames (22) constituant le second réseau. Deux lames (22) sont montrées faisant un angle +beta et - beta par rapport à l'horizontale. La figure 8b, selon l'invention, est une vue du second réseau de lames (22) qui forme des séries verticales discontinues.
La figure 9, selon l'invention, est une vue d'ensemble des deux réseaux montrant dans le plan frontal les lames (21 ) intercalées avec les bandes (22).
La figure 10a, selon l'invention, correspond à une variante de la présente invention dans laquelle les lames (22), selon l'invention, forment des séries continues et plissées en alternant les angles beta et -beta par rapport à l'horizontale.
La figure 10b montre encore deux sous variantes selon que les séries de bandes (21 ) sont disposées en parallèle ou en opposition de phase.
La figure 1 1 a selon l'invention, montre un élément de packing complet avec les deux réseaux, le réseau de bandes (22) formant des séries parallèles.
La figure 1 1 b selon l'invention, montre un élément de garnissage complet avec les deux réseaux, le réseau de bandes (22) formant des séries en opposition de phase.
La figure 12a selon l'invention, montre en coupe latérale plusieurs tranches de garnissage (16) d'une hauteur h installées dans la zone annulaire autour du riser (1 ). Chaque tranche 16 peut être décalée par rapport à l'autre d'un angle phi par rapport à l'axe du riser. La figure 12b selon l'invention, montre une vue de dessus en coupe avec un secteur non rempli de garnissage pour forcer l'évacuation du catalyseur vers la conduite d'évacuation (23).
La figure 13 montre la répartition d'un catalyseur FCC après son passage au travers d'un élément de packing selon l'invention. Elle sert à illustrer l'exemple.
EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR
De manière générale le garnissage selon la présente invention est destiné à équiper des unités dans lesquelles on met en contact une phase gaz et une phase solide dispersé dans le but de désorber des constituants chimiques déposés à la surface de la phase solide dispersé. Un cas typique est celui du stripeur que l'on rencontre dans les unités de craquage catalytique qui permet de libérer les hydrocarbures adsorbés à la surface des particules de catalyseur avant d'envoyer celui-ci dans la zone de régénération.
Une description assez complète de la technologie de craquage catalytique de type R2R peut se trouver dans le document US 5,716,585. Le garnissage selon la présente invention peut en fait s'appliquer à l'ensemble des technologies de craquage catalytique qui font appel à une section de stripage du catalyseur.
On peut considérer que l'art antérieur le plus proche de l'invention est constitué par le document US 6,224,833 qui décrit un garnissage (appelé « packing » dans la terminologie anglo saxonne) consistant en deux séries de bandes parallèles appartenant à deux plans différents ayant une intersection. Toutes les bandes d'un plan donné sont parallèles entre elles, et deux bandes les plus proches d'un même plan sont séparées d'un espace à peu près de même taille que la largeur d'une bande.
Les bandes appartenant au second plan se situent précisément dans les intervalles laissés libres par les bandes du premier plan. II en résulte une structure en quinconce qui oblige le gaz ascendant à progresser selon un cheminement tortueux et au catalyseur à glisser en principe le long des différentes bandes. Globalement le cheminement du gaz se fait selon deux séries de trajets parallèles avec des points de rencontre, plus précisément de tangence, qui sont supposés créer une perturbation, mais cette dernière n'est pas réellement organisée. Le document WO 2015/095 540 décrit une structure de garnissage utilisant trois bandes situées dans des plans différents. Il en résulte une structure de garnissage qui se rapproche de celle décrite dans le document US 6,224,833 dans laquelle les bandes d'un même plan peuvent présenter des orientations différentes selon l'axe médian appartenant audit plan. Néanmoins, chaque bande reste plane et ce document ne décrit pas une structure réellement tridimensionnelle.
L'objet de la présente invention est de décrire une structure de garnissage qui soit vraiment tridimensionnelle, c'est-à-dire qui ne présente pas de direction privilégiée, ou de plan privilégié, tout en ayant une organisation qui ne soit pas au hasard. L'objectif d'un tel garnissage est d'améliorer le contact entre la phase gaz et la phase solide dispersée de telle manière qu'il n'y ait pas de direction privilégiée pour l'écoulement de ce mélange considéré dans chaque élément de volume de l'écoulement ou, en d'autres termes, de réaliser un contact entre phases aussi anisotrope que possible.
Un meilleur contact entre le catalyseur coké et le gaz de stripage permet, à iso performances globales, de réduire le débit de gaz de stripage ou la taille du stripper. Dans le cas de fonctionnement avec les mêmes dimensions du stripeur et le même débit gaz, un mélange plus homogène permet d'améliorer le stripage, donc de réduire le Acoke entre le riser et le régénérateur. Le Acoke étant le pourcentage en poids de coke et d'hydrocarbures adsorbés sur le catalyseur, classiquement, il se situe entre 0,6 et 1 % pour une unité avec un seul régénérateur et entre 1 et 1 ,5% pour une unité à deux régénérateurs.
Un meilleur stripage permettrait une amélioration entre 5 et 10% de la réduction de Acoke dans le stripeur. La conséquence d'une telle réduction dans le Acoke est l'augmentation du débit de recirculation de solide de 5 à 10% (à iso température dans le riser).
Par ailleurs, un meilleur stripage permet d'augmenter les rendements en produits valorisâmes.
Un autre avantage de l'amélioration du mélange entre émulsion de particules solide et gaz, est l'augmentation de la capacité du stripeur (limite d'engorgement de l'interne plus élevée). Dans le cas où cette capacité est limitante pour l'unité cela constitue également une augmentation de la capacité totale du procédé. DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION
La présente invention peut se définir comme un garnissage destiné à favoriser le contact entre une phase gaz et une phase solide dispersée, les deux phases circulant globalement à contre-courant, la phase gaz étant généralement ascendante, et la phase solide descendante.
L'amélioration du contact entre la phase gaz et la phase solide dispersée provient de l'induction par la structure du garnissage d'un mouvement du solide à deux composantes, une première composante de rotation et une seconde composante dite radiale car elle s'effectue dans une direction correspondante à un rayon de l'enceinte contenant le garnissage.
Plus précisément le garnissage selon la présente invention peut être défini comme un garnissage à double réseau permettant de réaliser un contact homogène entre une phase gaz et une phase solide dispersée évoluant globalement à contre-courant selon une direction sensiblement verticale. Ledit garnissage consiste en un double réseau alterné au sens où chaque réseau pouvant être associé à un plan, les plans du réseau 2 s'intercalent entre les plans du réseau 1 .
- Le réseau 1 , dit réseau de lames (21 ), est constitué d'un ensemble de lames inclinées (21 ), parallèles entre elles, de largeur e, les distances entre deux lames successives étant notées f selon l'axe x et g selon l'axe y, et présentant un angle alpha d'inclinaison par rapport à l'horizontale compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°. Les pla ns de ce réseau sont les différents plans contenant les lames (21 )° et par simplificati on, ces plans étant parallèles entre eux, on parle de plan du réseau 1 .
- Le réseau 2, dit réseau de bandes (22) est constitué d'un ensemble de bandes (22) qui appartiennent à deux plans distincts définis par leur angle beta par rapport à l'horizontale.
Les bandes (22) peuvent être considérées comme des lames de longueur réduite, ayant une largeur f et une longueur I définie par la distance g entre lames du premier réseau et l'angle beta par la formule l=g/cos(beta), Les angles d'orientations beta et -beta des bandes étant alternés lorsqu'on parcourt le second réseau selon la direction x perpendiculaire au plan (y,z). L'angle beta d'inclinaison par rapport à l'horizontale est compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°
Le garnissage à double réseau selon l'invention permet d'occuper intégralement l'espace annulaire compris entre l'enceinte du stripeur (4) et le riser central (1 ) au moyen d'éléments de garnissage en forme de secteurs radiaux, le nombre des secteurs radiaux (16) étant généralement compris entre 4 et 20.
Le garnissage à double réseau selon l'invention utilise donc un réseau de bandes (22) s'intercalant entre le réseau de lames (21 ) dans lequel l'angle beta des bandes (22) du second réseau par rapport à l'horizontale est compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°.
Dans la configuration de base du garnissage selon la présente invention, les bandes (22) du second réseau forment des séries parallèles, chaque série étant formée d'une suite discontinue de lames (22).
Dans une variante de la présente invention, les bandes (22) du second réseau forment toujours des séries parallèles, mais chaque série est continue et plissée, l'angle entre deux bandes successives étant alternativement +gamma et -gamma, avec gamma compris entre 100° et 170°.
Dans le garnissage à double réseau selon l'invention, les dimensions e, g, f, et k sont comprises entre 1 et 40 cm, et préférentiellement comprises entre 5 cm et 30 cm. Dans un cas particulier ces dimensions peuvent être égales entre elles.
Une application particulièrement intéressante du garnissage à double réseau selon la présente invention consiste à l'utiliser comme moyen d'améliorer le contact entre la phase gaz ascendante et la phase émulsion solide descendante, dans le stripeur des unités de craquage catalytique en lit fluidisé (FCC). Dans un tel stripeur les conditions opératoires sont généralement les suivantes :
- la vitesse de fluidisation étant comprise entre 1 cm/s et 80 cm/s, préférentiellement comprise entre 10 cm/s et 60 cm/s et,
- le flux solide étant compris entre 5 et 300 kg/m2.s, préférentiellement entre 30 et 180 kg/m2.s, - le temps de séjour moyen du catalyseur étant compris entre 10 s et 180 s, et préférentiellement compris entre 20 s et 60 s.
Une autre application du garnissage à double réseau selon la présente invention consiste à l'utiliser dans le stripeur d'une unité de craquage catalytique de coupes hydrocarbonées lourdes (R2R), ou bien dans une unité de craquage catalytique de coupes légères (NCC)ou encore dans une unité de craquage catalytique poussée de coupes hydrocarbonées (DCC).
Pour la fabrication du garnissage selon la présente invention, il est possible d'utiliser les techniques dites de fabrication additive, par exemple la fusion sélective par laser, le frittage sélectif par laser, ou encore le dépôt fil tendu. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La structure de garnissage proposée dans ce brevet permet de donner au catalyseur descendant dans le stripper un mouvement rotatif autour du riser. Le but est d'améliorer la distribution et d'assurer une bonne homogénéité du catalyseur dit « usagé » dans le stripper, et ainsi d'allonger son temps de séjour moyen et donc d'améliorer les performances de stripage.
Les figures 1 est une figure selon l'art antérieur qui montre l'architecture générale d'une unité de craquage catalytique à deux étages de régénération et l'emplacement du stripeur entourant le riser dans sa partie supérieure et permettant au catalyseur d'être libéré des hydrocarbures adsorbés à sa surface avant d'être envoyé au régénérateur. La figure 2 montre des garnissages typiques utilisés dans le stripeur pour favoriser le contact entre le catalyseur et la vapeur de désorption. Ces garnissages ont pour effet de globalement augmenter le temps de séjour du catalyseur à l'intérieur du stripeur, mais ne revendique l'induction d'aucun mouvement particulier au sein du stripeur.
La figure 3 selon l'invention présente de façon schématique le mouvement donné au catalyseur autour du riser 1 dans le stripper 4.
Ce mouvement présente deux composantes : une composante de rotation autour du riser 1 et une composante radiale 2, c'est-à-dire dans le plan (x,y). Ce sont ces deux composantes qui au moyen du garnissage décrit plus loin vont permettre d'augmenter l'efficacité du stripage. Il faut également ajouter à ces deux composantes la composante verticale selon l'axe z qui fait que le catalyseur a globalement un mouvement descendant le long du stripeur.
La figure 4 présente le principe d'un élément de garnissage (17) objet de ce brevet. Cet élément est divisé en une série de zones alternées : - les zones 1 pour donner la composante de rotation autour du riser 1 .
- les zones 2 pour donner la composante radiale.
Ce zonage de tout élément de garnissage (17) est essentiel car un élément de garnissage (17) examiné en suivant une direction radiale présente toujours une alternance de zones 1 et de zones 2. Les zones 1 sont produites par un réseau de lames (21 ) et les zones 2 sont produites par un réseau de bandes (22) qui s'intercale entre le réseau de lames (21 ). La définition précise des réseaux de lames (21 ) et de bandes (22) est donnée plus loin.
La figure 5 montre une tranche de garnissage (16), c'est-à-dire un élément de garnissage en forme de secteur radial caractérisé par l'angle du secteur, la distance radiale R2-R1 qui correspond à la différence entre le rayon du stripeur et le rayon du riser, et la hauteur H qui n'apparait pas sur la figure 5 puisqu'elle se situe dans l'axe z perpendiculaire au plan (x,y).
L'ensemble du volume du stripeur est occupé par des tranches (16) qui constituent un pavage complet tel que représenté figure 6. Quand on passe d'une tranche (16) à la tranche voisine , il n'y a pas forcément continuité entre les zones 1 et les zones 2. La figure 6, donnée à titre d'exemple illustratif, montre 8 tranches (16) adjacentes formant un pavage complet de la section du stripeur, chaque tranche (16) étant constituée de l'alternance de 6 zones de type 1 et de type 2 prises dans l'ordre 1 , 2, 1 , 2, 1 , 2 en suivant une direction radiale.
La figure 7 représente de manière schématique le réseau de lames (21 ). Ce réseau est constitué d'un ensemble de lames inclinées, parallèles entre elles, de largeur e, la distance entre deux lames successives étant notée g.
L'angle alpha d'inclinaison des lames par rapport à l'horizontale est compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°. La largeur des lames e, ainsi que distance g (dimensions prises selon l'axe y) est comprise entre 1 et 40 cm, préférentiellement comprise entre 5 cm et 30 cm. Dans un cas particulier les dimensions e et g peuvent être égales.
L'autre distance f séparant un ensemble de lames parallèles (distance prise selon l'axe x) est comprise entre 1 et 40 cm et préférentiellement comprise entre 5 et 30 cm.
A partir de ce premier réseau est construit le second réseau dit réseau de bandes tel que montré sur la figure 8. Il consiste à intercaler dans les espaces vides situés entre deux lames successives, un ensemble de bandes (22) qui appartiennent à deux plans distincts définis par leur angle beta par rapport à l'horizontale. On entend par plan du premier réseau le plan (x,z) tel que défini sur la figure 7. La dimension y correspond à celle de la largeur des lames.
Les bandes (22) ont une largeur f et une longueur I qui est définie par la distance g entre lames du premier réseau et l'angle beta par l=g/cos(beta).
Les angles d'orientations beta et -beta des bandes sont alternés lorsqu'on parcourt le second réseau selon la direction x. L'angle beta est compris entre 10 et 80° et préfér entiellement compris entre 40 et 70°.
La largeur f d'une bande (22) est comprise entre 1 et 40 cm , préférentiellement comprise entre 5 et 30 cm.
La figure 8 présente la configuration des bandes 22 des zones de type 2 de l'élément garnissage 17. Comme montré sur la figure 8a, dans la direction du vecteur x, une lame sur deux est orientée avec un angle beta dans le plan (yz), et une lame sur deux est orientée avec un angle -β dans le plan (yz). Chaque bande 22 a une largeur égale à f et peut tourner autour d'un axe x passant par le milieu de la largeur f et ayant un angle beta dans le plan (yz). La hauteur entre deux lames dans le plan (yz) est égale à k comme montré dans la figure 8b. La figure 9 présente un élément de garnissage 17 en entier avec l'association du réseau de lames (21 ) et du réseau intercalaire de bandes (22). La figure 9 en perspective permet de montrer la hauteur h d'un élément de garnissage et de face c'est-à-dire dans le plan (y,z) on voit en allant de gauche à droite un premier réseau (I) de bandes (21 ), puis un second réseau (II) de bandes (22) et en (III) à nouveau un réseau de lames (21 ) identique au premier.
La figure 10 décrit une variante du garnissage selon la présente invention dans laquelle les lames 22 ont une longueur i égal à la longueur de l'élément 17. Comme montré dans la figure 10a, dans la direction du vecteur z, une lame sur deux est orientée avec un angle β dans le plan (yz), et une lame sur deux est orientée avec un angle -beta dans le plan (yz) de sorte que la succession des lames se fait sans discontinuité contrairement au cas précédent (figure 9).
Dans le plan (yz) chaque lame a une largeur égale à g. Comme montré dans la figure 10b, les séries de lames 22 peuvent être parallèles entre elles (figure gauche 10b) ou arrangées de façon opposées (figure droite 10b).
La figure 1 1 permet de visualiser deux dispositions des lames (22) dans le cadre de la variante à succession de lames 22 continue. Soit les différentes séries de lames (22) sont disposées en parallèle (figure 1 1 a) soit elles sont disposées en opposition de phase (figure 1 1 b).
Enfin la figure 12 permet de visualiser la disposition du garnissage selon l'invention dans un stripeur muni d'une conduite d'évacuation latérale (23), ce qui est généralement le cas. L'élément 16 représente une couche de garnissage et plusieurs couches (16) peuvent être empilées les unes au-dessus des autres. Chaque tranche 16 peut être décalée par rapport à l'autre d'un angle (phi) par rapport à l'axe du riser.
L'occupation de la section du stripeur par les couches de garnissage tient compte de la présence de la conduite d'évacuation (23), au moins pour la ou les couches situées au plus près de ladite conduite, en laissant libre le secteur correspondant de manière à canaliser l'écoulement du catalyseur vers la dite conduite (23). EXEMPLE SELON L'INVENTION
La figure 13 présente la répartition des particules d'un catalyseur FCC après la traversée d'un élément de garnissage (17) tel que présenté dans la figure 9. Les dimensions de cet élément de garnissage sont données dans le tableau 1 ci-dessous.
Les particules de catalyseur de FCC utilisées ont un diamètre moyen de 80 microns et une masse volumique apparente de 850 kg/m3. Dimensions e, g, k, f 1,5 cm
Angles alpha, beta 60°
Dimension h 12 cm
Dimensions i, j 20 cm
Tableau 1
Le cercle noir représente l'embout de l'entonnoir par lequel le catalyseur a été déversé sur le garnissage conforme à l'invention, cet embout étant placé 1 cm au-dessus du garnissage. Les traits en pointillés montrent l'emplacement du garnissage.
La figure 13 montre bien les deux mouvements du catalyseur dus au garnissage avec d'abord le mouvement donné par les lames (21 ) caractérisé par la longueur moyenne L1 , et le mouvement donné par les lames (22) caractérisé par la longueur L2.
Les longueurs moyennes L1 et L2 sont respectivement de 8cm et 9cm.
Le catalyseur a été déversé à travers un orifice de 2cm de diamètre, ainsi le garnissage permet un étalement du catalyseur multiplié par environ 4 comparé à la surface d'injection initiale.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Garnissage à double réseau permettant de réaliser un contact homogène entre une phase gaz et une phase solide dispersée évoluant à contre-courant, ledit garnissage consistant en un double réseau alterné au sens où, entre les plans du second réseau, noté 2 s'intercalent entre les plans du premier réseau noté 1 ,
- le réseau 1 , dit réseau de lames (21 ), étant constitué d'un ensemble de lames inclinées (21 ), parallèles entre elles, de largeur e, la distance entre deux lames successives étant notée g et présentant un angle alpha d'inclinaison par rapport à l'horizontale compris entre 10°et 80° et préféren tiellement compris entre 30° et 70° - le réseau 2, dit réseau de bandes (22) étant constitué d'un ensemble de bandes (22) qui appartiennent à deux plans distincts définis par leur angle beta par rapport à l'horizontale,
les bandes (22) considérées comme des lames de longueur réduite, ayant une largeur f et une longueur I définie par la distance g entre lames du premier réseau, et par l'angle beta selon la formule : l=g/cos(beta), les angles d'orientations beta et -beta des bandes étant alternés lorsqu'on parcourt le second réseau selon la direction x perpendiculaire au plan facial des réseaux 1 et 2.
2) Garnissage à double réseau pour le contactage d'une phase gaz et d'une phase solide selon la revendication 1 , dans lequel l'espace annulaire compris entre l'enceinte du stripeur et le riser central est entièrement occupé d'éléments de garnissage de en forme de secteurs radiaux, le nombre des secteurs radiaux étant compris entre 4 et 20.
3) Garnissage à double réseau pour le contactage d'une phase gaz et d'une phase solide selon la revendication 1 , dans lequel l'angle beta des bandes (22) du second réseau est compris entre 10 et 80° et préférentiellement comp ris entre 30° et 70° par rapport à l'horizontale.
4) Garnissage à double réseau pour le contactage d'une phase gaz et d'une phase solide selon la revendication 1 , dans lequel les bandes (22) du second réseau forment une série continue, mais plissée, l'angle entre deux bandes successives (22) étant alternativement +gamma et -gamma, avec l'angle gamma compris entre 100°et 170°. 5) Garnissage à double réseau pour le contactage d'une phase gaz et d'une phase solide selon la revendication 1 , dans lequel les dimensions e, g, f, et k sont comprises entre 1 et 40 cm, et préférentiellement comprises entre 5 cm et 30 cm.
6) Application du garnissage à double réseau selon la revendication 1 , comme moyen d'améliorer le contact entre la phase gaz ascendante et la phase émulsion solide descendante, dans le stripeur d'une unité de craquage catalytique en lit fluidisé (FCC),
- la vitesse de fluidisation étant comprise entre 1 cm/s et 60 cm/s, préférentiellement comprise entre 10 cm/s et 40 cm/s.
- le flux solide étant compris entre 5 et 300 kg/m2.s, préférentiellement entre 30 et 180 kg/m2.s,
- le temps de séjour moyen du catalyseur étant compris entre 10 s et 180 s, et préférentiellement compris entre 20 s et 60 s.
7) Application du garnissage à double réseau selon la revendication 1 , au procédé de craquage catalytique de coupes hydrocarbonées lourdes (R2R), coupes de type résidus atmosphériques ou distillais sous vide, voire résidus sous vide préalablement hydrotraités.
8) Application du garnissage à double réseau selon la revendication 1 , au procédé de craquage catalytique de coupes légères (NCC) opérant aux conditions suivantes :
- la vitesse de fluidisation étant comprise entre 1 cm/s et 100 cm/s, préférentiellement comprise entre 10 cm/s et 80 cm/s.
- le flux solide étant compris entre 1 et 300 kg/m2.s, préférentiellement entre 5 et 180 kg/m2.s,
- le temps de séjour moyen du catalyseur étant compris entre 100 s et 1500 s, et préférentiellement compris entre 500 s et 1000 s. 9) Application du garnissage à double réseau selon la revendication 1 , au procédé de craquage catalytique poussée de coupes hydrocarbonées (DCC).
10) Procédé de fabrication du garnissage selon la revendication 1 , utilisant la technique dite de fabrication additive, par exemple la fusion sélective par laser, le frittage sélectif par laser, ou encore le dépôt fil tendu.
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