WO2020126873A1 - Conversion d'un brut petrolier en lit fluidise comportant des zones a differents temps de contact - Google Patents

Conversion d'un brut petrolier en lit fluidise comportant des zones a differents temps de contact Download PDF

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WO2020126873A1
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Ann Cloupet
Ludovic Raynal
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Definitions

  • the invention relates to the field of refining and petrochemicals and of processes and devices for the chemical transformation of petroleum products, in particular petroleum crude oil ("crude oil” according to English terminology) by catalytic cracking in a fluidized bed (“fluid catalytic cracking "or FCC according to English terminology).
  • FCC is a process conventionally used in refining to convert a heavy feed, characterized by a boiling point temperature close to 340 ° C, often above 380 ° C, into lighter products which can be used as fuels, in particular in gasoline, first FCC product, characterized by temperatures at the start of boiling close to the ambient and by temperatures at the end of boiling of 160 ° C or even 220 ° C depending on whether we are talking about light gasoline or not .
  • the area of operation of the process has expanded in its expenses, with in particular mixtures of heavy products and lighter products (recycled cuts from other processes), but also in its products with in particular the production of propylene (olefin of cut C3) for use in petrochemicals, the other light olefins (ethylene in C2) and butenes (olefins in C4) not generally being used as products for petrochemicals (generally cut C2 is not recovered and cut C4 is oriented towards transformation into petrol via the alkylation processes or MTBE for example).
  • the FCC charge (s) were subjected to physical and / or chemical treatments upstream of the process (distillation separations, pretreatment in a catalytic unit to remove nitrogen, metals ).
  • US 2014/0357912 A1 describes an FCC unit with a rising gas-solid cocurrent fluidized bed reactor (“riser” according to English terminology) separated into three temperature zones into which various hydrocarbon feedstocks are injected, in order to '' increase the proportion of light olefins.
  • said hydrocarbon charges are recycles of cuts produced by the FCC, and all of them are injected into the riser, the contact times are different but remain short.
  • US 3,639,228 describes a staged injection of regenerated catalyst at different elevations into the riser, in order to increase the selectivity in gasoline (charge injected at the bottom of the riser).
  • US 2018/0079973 A1 describes an FCC unit comprising two reactors and a regenerator using two catalysts, a first catalyst which is finer and less dense than the second catalyst, to improve the production of light olefins.
  • a first object of the present invention is to provide FCC units making it possible on the one hand to treat a hydrocarbon fraction with a large range of boiling temperature and on the other hand to maximize the production of light olefins with a logic of increasing the synergy between refining and petrochemicals by reorienting the refining processes and their products towards petrochemicals.
  • a catalytic cracking device in a fluidized bed of a hydrocarbon feed comprising: a dense fluidized bed reactor adapted to crack at least partially a first hydrocarbon feedstock in the presence of a catalyst to produce a first effluent, and at least partially supplying catalyst to a transported fluidized bed reactor; and the transported fluidized bed reactor adapted to crack at least partially at least one second hydrocarbon feedstock in the presence of the catalyst to produce a second effluent,
  • the second hydrocarbon charge being a heavier charge than the first hydrocarbon charge.
  • the abovementioned object as well as other advantages, are obtained by a process for catalytic cracking in a fluidized bed of a hydrocarbon feedstock, comprising: cracking at least partially a first hydrocarbon feedstock in a bed reactor dense fluidized in the presence of a catalyst to produce a first effluent;
  • the second hydrocarbon charge being a heavier charge than the first hydrocarbon charge.
  • the dense fluidized bed reactor is directly connected to the transported fluidized bed reactor to supply directly the transported fluidized bed reactor with catalyst.
  • the dense fluidized bed reactor is a bubbling or turbulent fluidized bed reactor.
  • the transported fluidized bed reactor is an ascending or descending gas-solid co-current fluidized bed reactor.
  • the fluidized bed reactor transported is an ascending gas-solid co-current fluidized bed reactor.
  • the dense fluidized bed reactor is connected to an intermediate charge inlet of the transported fluidized bed reactor.
  • the dense fluidized bed reactor comprises at least two compartments for treating the first hydrocarbon charge in the form of at least a first lighter charge and a first less light charge, and in which: either a first compartment is supplied by a first catalyst and a second compartment supplied by a second catalyst; either a first compartment is supplied with the catalyst coming directly from a regenerator and a second compartment is supplied with catalyst by circulation between the first compartment and the second compartment.
  • the operating conditions of the dense fluidized bed reactor are as follows:
  • - temperature between 500 and 800 ° C and preferably less than 750 ° C;
  • the operating conditions of the transported fluidized bed reactor are as follows:
  • - temperature between 500 and 700 ° C and preferably less than 650 ° C;
  • FIG. 1 describes a diagram of an FCC device according to one or more embodiments of the present invention in which the dense fluidized bed reactor is connected to the bottom of a riser.
  • FIG. 2 describes a diagram of an FCC device according to one or more embodiments of the present invention in which the dense fluidized bed reactor is connected to an intermediate charge inlet of a riser.
  • FIG. 3A describes a diagram of an FCC device according to FIG. 2 in which the dense fluidized bed reactor is compartmentalized.
  • Figure 3B describes a top view of the FCC device according to Figure 3A.
  • FIG. 4 describes a diagram of an FCC device according to one or more embodiments of the present invention in which the dense fluidized bed reactor is composed of at least two compartments.
  • FIG. 5 describes a diagram of an FCC device according to one or more embodiments of the present invention in which the transported fluidized bed reactor is a gas-solid descending co-current fluidized bed reactor. Description of the embodiments
  • the invention relates to the field of FCC methods and devices for at least partially converting petroleum crude oil (e.g. after a first fractionation) into an FCC type unit, with the aim of optimizing the production of light olefins.
  • the conversion process and device according to the invention can be defined as a series of steps or reactors / cracking sections intended to convert cuts or all cuts of petroleum crude oil.
  • light loads eg naphta
  • heavy loads eg VGO
  • FCC reactor eg riser
  • This implementation which notably comprises successively treating, in the direction followed by the catalyst (solid particles), first the lighter charge in a reactor whose technology offers a long contact time (eg dense fluidized bed), then the heavier charge in a reactor whose technology offers a short contact time (eg entrained bed) is also relevant because it takes advantage of the fact that the cracking of a light fraction is not very coking while the cracking of 'a heavy cut is very coking.
  • the catalyst is still active due to its low coke level; it remains operative to crack the heavier fraction, which produces more coke.
  • the catalyst no longer plays its catalytic role; the coked catalyst can then be separated from the effluents so that they do not continue to crack under the thermal effect leading to an overproduction of dry gas (also called “dry gas” according to English terminology; light gas fraction at low value ).
  • dry gas also called “dry gas” according to English terminology; light gas fraction at low value
  • the present invention may be defined as a device for catalytic cracking in a fluidized bed of a hydrocarbon feedstock, comprising a dense fluidized bed reactor suitable for cracking a light feedstock in the presence of a catalyst; and a fluidized bed reactor transported connected to the dense fluidized bed reactor and adapted to crack a heavy load in the presence of the catalyst fed by the dense fluidized bed reactor.
  • the transported fluidized bed reactor is directly connected to the dense fluidized bed reactor.
  • an outlet from the dense fluidized bed reactor can lead directly to an inlet of the transported fluidized bed reactor.
  • the term “dense fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed operating in bubbling regime or in turbulent regime.
  • the dense fluidized bed reactor is chosen from a bubbling fluidized bed reactor and a turbulent fluidized bed reactor (e.g. contact time greater than 1 second such as several seconds).
  • the term “bubbling fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed whose gas speed is between the minimum fluidization speed and the speed of transition to the turbulent regime. These speeds depend on the properties of the solid catalyst (density, size, shape of the grains, etc.).
  • the volume fraction of solid is between a value close to 0.4 and the maximum volume fraction of solid corresponding to a fixed, non-fluidized bed, generally close to 0.5.
  • turbulent fluidized bed means a gas-solid fluidized bed whose gas speed is between the speed of transition to the turbulent regime and the speed of transport.
  • the volume fraction of solid is between a value close to 0.25 and a value close to 0.4.
  • the term “transported fluidized bed” means a gas-solid fluidized bed whose gas speed is greater than the transport speed.
  • the volume fraction of solid is less than a value close to 0.25.
  • the term “transport speed” corresponds to the speed with which essentially all the solid is entrained by the gas.
  • the transport speed is known to the skilled person.
  • the transport speed can be determined as a function of the properties of the gas (eg viscosity and density), the properties of the particles (eg size and density) and the size of the fluidized bed (eg diameter and height).
  • the transported fluidized bed reactor is chosen from a gas-solid upward gas-solid co-current fluidized bed reactor and a gas-solid downgoing gas-solid co-current fluidized bed reactor (eg contact time less than 1 second such as around ten ms).
  • the transported fluidized bed reactor is a rising gas-solid co-current (riser) fluidized bed reactor.
  • FIG. 1 describes a diagram of an FCC device according to one or more embodiments of the present invention comprising:
  • a dense fluidized bed reactor 1 suitable for: being fed by and at least partially cracking a first load 2, e.g. light cut (of a crude oil); and produce a first effluent (e.g. gaseous) in the presence of a catalyst 3 (e.g. fresh or regenerated).
  • a first load 2 e.g. light cut (of a crude oil)
  • a first effluent e.g. gaseous
  • a catalyst 3 e.g. fresh or regenerated
  • a riser 4 connected to an outlet of the dense fluidized bed reactor 1 and adapted to: be at least partially supplied, and preferably directly supplied, with catalyst (e.g. partially spent catalyst) by the dense fluidized bed reactor 1; be fed by and at least partially crack at least one second charge 10, e.g. heavy cut (from a crude oil) in the presence of catalyst 3 (partially worn); and produce a second effluent (e.g. gaseous);
  • catalyst e.g. partially spent catalyst
  • a stripper 5 connected (eg directly) to the outlet of the riser 4 and suitable for: being supplied by the second effluent as well as a stripping gas (not shown), the stripping gas being preferably devoid of hydrocarbons and preferably comprising water vapor coming, against the catalyst; desorbing hydrocarbons adsorbed on said portion of the catalyst; send the gaseous products, via a first conduit 6, for example to a fractionation column (not shown); and send, via a
  • the regenerator 8 suitable for: burning the coke formed contained in the pore volume of the catalyst; and send, via a third conduit 9, the portion of regenerated catalyst to the dense fluidized bed reactor 1.
  • the dense fluidized bed reactor 1 is suitable for: sending the catalyst to the riser 4; and send the first effluent to the fractionation column for example via at least a fourth dedicated conduit 16.
  • the device may include a transport member (not shown) suitable for injecting a gas into the riser 4 and ensuring the transport of the catalyst.
  • the dense fluidized bed reactor 1 may comprise a gas-solid separation device (not shown) known to those skilled in the art. According to one or more embodiments, the separation of the gaseous effluents and of the catalyst particles in the dense fluidized bed reactor 1 is improved by one or more stages of cyclones.
  • the cyclones include return legs recycling the catalyst into the fluidized bed. It is understood that part of the catalyst can be entrained with the first effluent to the fractionation column and that part of the first effluent can be entrained with the catalyst in the riser 4. According to one or more embodiments, at least 95% by weight, preferably at least 98% by weight, very preferably at least 99% by weight, of the catalyst coming from the dense fluidized bed reactor 1 is sent to the riser 4, and / or at least 80% by weight, preferably at least 90% weight, very preferably at least 95% by weight, of the first effluent is sent to the fractionation column.
  • the dense fluidized bed reactor 1 is adapted to send the catalyst and at least part of the first effluent to the riser 4.
  • the device comprises a loss-of-action member feed (not shown) disposed between the dense fluidized bed reactor 1 and the fractionation column to modify the distribution of the cracked gas towards the riser and / or towards the fractionation column.
  • At least 95% by weight, preferably at least 98% by weight, very preferably at least 99% by weight, of the catalyst originating from the dense fluidized bed reactor 1 is sent to the riser 4, and / or to the at least 50% by weight, preferably at least 75% by weight, very preferably at least 90% by weight of the first effluent is sent to the riser 4 with the catalyst from the dense fluidized bed reactor.
  • the dense fluidized bed reactor 1 opens into the riser 4 via a diameter restriction arranged (at the interface) between the dense fluidized bed reactor 1 and the riser 4.
  • the angle ⁇ formed by the diameter restriction between the dense fluidized bed reactor 1 and the riser 4 is between 90 ° and 165 °, preferably between 90 ° and 150 °.
  • the riser can also be off-center with respect to the central axis of the dense fluidized bed reactor 1.
  • the riser 4 is adapted to be directly fed by and at least partially crack at least one third load 11, eg cut intermediate (of petroleum crude) and / or one or more fractions of products from the FCC corresponding to liquid fractions, corresponding for example to the cut 20-80 ° C, 20-220 ° C and up to 20-350 ° C (depending on whether you want to maximize the production of olefins or aromatics).
  • at least one third load 11 eg cut intermediate (of petroleum crude) and / or one or more fractions of products from the FCC corresponding to liquid fractions, corresponding for example to the cut 20-80 ° C, 20-220 ° C and up to 20-350 ° C (depending on whether you want to maximize the production of olefins or aromatics).
  • the terms “light cut”, “couple lighter / lighter than”, “intermediate cut”, “heavy cut” and “lighter cut than” mean a hydrocarbon fraction whose final boiling point is higher / lower than another hydrocarbon fraction.
  • the term "light cut” means a cut whose initial boiling point is between 20 and 50 ° C and a final boiling point between 70 to 350 ° C, preferably between 70 and 250 ° C, most preferably between 70 to 220 ° C.
  • intermediate cut means a cut whose initial boiling point is between 80 and 220 ° C and a final boiling point between 160 and 350 ° C, preferably between 220 and 350 ° C, such as between 220 and 300 ° C or between 300 and 350 ° C.
  • the term "heavy cut” means a cut whose initial boiling point is between 80 ° C and 350 ° C and more generally between 150 ° C and 350 ° C or even between 220 and 350 ° C and a final boiling point greater than 300 ° C, preferably greater than 350 ° C, such as greater than 500 ° C.
  • the heavy cut corresponds to a cut whose final boiling point is between 350 and 565 ° C (e.g. conventional FCC charge such as a VGO).
  • the order of entry of the charges entering directly into the riser 4 is fixed by so that a lighter load enters upstream of a heavier load.
  • the catalyst contains less coke and is therefore more active in treating a charge which is more difficult to crack.
  • FIG. 2 describes a diagram of an FCC device according to one or more embodiments of the present invention in which:
  • the regenerator 8 is adapted to send, via a fifth conduit 12, a second portion of regenerated catalyst to the riser 4 (e.g. catalyst inlet at the bottom of riser 4); the supply of the third load 11 leads to the lower load input of the riser 4; and
  • the outlet of the dense fluidized bed reactor 1 leads to an intermediate charge inlet of the riser 4 located above the lower charge inlet.
  • the third charge 11 has the longest contact time in the riser 4 and the second charge 10 has the shortest contact time in the riser 4.
  • said first effluent has an intermediate contact time in riser 4.
  • the dense fluidized bed reactor 1 is compartmentalized so that said dense fluidized bed reactor 1 can process the first charge 2 in the form of several light loads (2A, 2B and 2C, each of said light loads entering (eg through a dedicated entrance) into a dedicated compartment 14A, 14B, 14C.
  • the number of compartments is between 2 and 10, preferably between 2 and 6.
  • the solid arrows represent the path of the catalyst (solid) in a dense fluidized bed reactor 1
  • the hatched arrows represent the path of the charges and effluents (gas) in said reactor.
  • the lightest load 2A (light loads) has the longest contact time in the dense fluidized bed reactor 1 and the least light load 2C (light loads) has the time shortest contact in the dense fluidized bed reactor 1.
  • the most slight 2A enters a first compartment 14A; at least one intermediate load 2B enters at least one intermediate compartment (denoted second compartment 14B in FIGS. 3A and 3B); and the least light load 2C enters a last compartment 14C, the first compartment 14A being the largest compartment (eg in volume and / or height) and the last compartment 14C being the smallest compartment.
  • the size of the compartments can be chosen to favor a decreasing contact time as the load becomes heavier.
  • the fluidized bed reactor 1 is cylindrical and the compartments 14A, 14B, 14C form radial sectors of said reactor.
  • the radial sectors are identical and the compartments 14A, 14B, 14C differ in that the first compartment 14A comprises a height of catalyst greater than that of the second compartment 14B and so on until the last compartment 14C comprising the lowest catalyst height.
  • the radial sectors are different and the angle b of the radial sector of the first compartment 14A is larger than that of the second compartment 14B and so on until the last compartment 14C whose angle of the sector radial is the smallest.
  • the angle b of the first compartment 14A is at least 20 °, preferably at least 30 ° (eg 40 °), larger than that of the second compartment 14B and so on between the second compartment and the third compartment, up to the last compartment 14C.
  • the fresh and / or regenerated catalyst 3 enters the first compartment 14A (e.g. by a dedicated inlet 9).
  • the catalyst of a compartment 14A and 14B other than the last compartment 14C is sent to a downstream compartment (eg by overflow above a wall 15 disposed between two adjacent compartments) and the catalyst of the last compartment 14C is sent to the riser 4, for example via a lower window 13 (outlet located at the bottom of the last compartment) or any other means allowing the catalyst of the last compartment to pass inside the riser 4.
  • the first compartment 14A and the last compartment 14C are separated by a wall 15 adapted to prevent the catalyst 3 from flowing directly from the first compartment 14A to the last compartment 14C.
  • the first effluent e.g. all of the effluents from compartments 14A, 14B and 14C
  • the fractionation column not shown
  • At least one intermediate compartment and / or the last compartment are supplied with fresh or regenerated catalyst.
  • the dense fluidized bed reactor 1 can be adapted to send a fresh or regenerated catalyst to the second compartment 14B and / or the last compartment 14C.
  • FIG. 4 describes a diagram of an FCC device according to one or more embodiments of the present invention in which the dense fluidized bed reactor 1 is composed of at least two compartments 17A and 17B for treating the first charge 2 under the forms at least two light loads (2A and 2B), a first compartment 17A supplied by a first catalyst 3A, via the sixth conduit 18, and a second compartment 17B supplied by a second catalyst 3B (different from the first catalyst), via the seventh conduit 19.
  • the compartments 17A and 17B are of identical or different sizes.
  • the lightest charge 2A (light charges) is introduced into the largest compartment 17A and the charge the less light 2B (light loads) is introduced into the smaller compartment 17B - thus, the contact time of the lightest load 2A is greater than the contact time of the least light load 2B.
  • the size of the compartments 17A and 17B can be adapted to favor a decreasing contact time as the load becomes heavier.
  • the number of compartments is between 2 and 10, preferably between 2 and 6.
  • the first catalyst 3A is less dense (i.e., lighter) and / or narrower in particle size (i.e., smaller) than the second catalyst 3B.
  • the lightest load 2A (light loads) is introduced into compartment 17A comprising the first catalyst 3A and the least light load 2B (light loads) is introduced into compartment 17B comprising second catalyst 3B.
  • the dense fluidized bed reactor 1 can lead, for example via the diameter restriction, into the riser 4.
  • the riser 4 is also adapted to be supplied with at least one second charge 10 (heavier than light loads 2A and 2B).
  • At least part of the first catalyst 3A and the second catalyst 3B is transported in the riser 4, then in the stripper 5 where the hydrocarbons adsorbed on the catalysts or entrained with the catalyst are stripped (eg the hydrocarbons desorbed or expelled from the interstitial space).
  • the desorbed catalysts enter the regenerator 8 where the coke formed on the various catalysts is burned.
  • an eighth conduit 20 also called “lift” according to English terminology; ascending gas-solid co-current transport regime, with no reaction other than that of burning coke
  • the two regenerated catalysts are transported in a solid separator / solid 21, where the second catalyst 3B, denser and / or wider in particle size, is separated by elutriation from the first catalyst 3A, which is lighter and finer.
  • the first catalyst 3A and the second catalyst 3B are sent via the sixth and seventh conduits 18 and 19 to the compartments 17A and 17B of the dense fluidized bed reactor 1, respectively.
  • the device further comprises a gas / solid separation system 22 (e.g. cyclone) for separating gases 23 coming from the solid / solid separator 21 from the second catalyst 3B.
  • a gas / solid separation system 22 e.g. cyclone
  • the fluidized bed reactor is transported a fluidized bed reactor in co-current gas-solid descending (downer) having the advantage of avoiding the cracked gases a 1 st time to be a cracked 2 nd time, and allowing to be more selective towards products of interest and to form less dry gas.
  • the integration of a descending gas-solid cocurrent fluidized bed reactor can be achieved by modifying the dense fluidized bed reactor 1 as shown in FIGS. 3A and 3B so that it is suitable for connect (directly) a downer instead of the riser 4.
  • the device comprises:
  • the dense fluidized bed reactor 1 adapted to crack the first charge 2 in the presence of the catalyst 3 and produce the first effluent 25, which is distributed via an upper opening 26 of the dense fluidized bed reactor 1 (eg opening surmounted by a breeze jet), for example to the fractionation column (not shown); and
  • a downer 24 adapted to crack the second charge 10 in the presence of the catalyst 3 (e.g. partially worn) and produce the second effluent.
  • the catalyst 3 is sent into the downer 24 by overflow, for example via the upper opening 26 of the dense fluidized bed reactor 1.
  • the dense fluidized bed reactor 1 is fluidized by a fluidization gas distributor common to all of the compartments (not shown), for example a single crown which serves each compartment, either by a member fluidization individual to each compartment (not shown), it can commonly be a crown or a "sparger" according to English terminology. Any system for distributing the fluidizing gas in the form of branches is called a sparger.
  • the fluidizing gas is a mixture comprising the vaporized charge.
  • the operating conditions of the dense fluidized bed reactor 1 are as follows:
  • the dense fluidized bed reactor 1 is adapted to send into the stripper 5 a solid flow of between 10 and 200 kg / m 2 / s. According to one or more embodiments, the dense fluidized bed reactor 1 is adapted to send into the stripper 5 a solid flow of between 30 and 150 kg / m 2 / s.
  • the operating conditions of the riser 4 are as follows:
  • a mass ratio of the catalyst to the C / O charge between 3 and 50.
  • the operating conditions of the descending gas-solid cocurrent fluidized bed reactor are as follows:
  • a mass ratio of the catalyst to the C / O charge between 5 and 50.
  • the "light cut” is a mixture of the light cut from petroleum crude (eg after a first fractionation) and a part (or all) of the gasoline cut from the fractionation column .
  • the “intermediate cut” is a mixture of the intermediate cut obtained from petroleum crude oil (eg after a first fractionation) and part (or all) of the gasoline cut resulting from the fractionation column. .
  • the “heavy cut” is a mixture of the heavy cut resulting from petroleum crude (eg after a first fractionation) and a part (or all) of the light diesel cut (“Light Cycle Oil ”Or LCO according to English terminology) from the fractionation column.
  • the catalyst is a solid catalyst (eg density, size and shape of the grains chosen for use in a fluidized bed).
  • the densities, sizes and shapes of catalysts for fluidized beds are known to those skilled in the art, and will not be described further.
  • the catalyst is an FCC type catalyst, containing for example what is commonly called a matrix made of clay, silica or silica alumina, binder and zeolite, for example from 15 to 50% by weight of zeolite relative to the weight of the catalyst, preferably a Y zeolite and / or a ZSM-5 zeolite.
  • the catalyst comprises a ZSM-5 zeolite.
  • the grain density of the catalyst is between 1000 and 2000 kg / m 3 .
  • the grain density of the catalyst is between 1250 and 1750 kg / m 3 .
  • the term “understand” is synonymous with (means the same as) “include” and “contain”, and is inclusive or open and does not exclude other elements not recited. It is understood that the term “understand” includes the exclusive and closed term “consist”. Furthermore, in the present description, the terms “approximately”, “substantially””substantially”,”essentially”,”only” and “approximately close ”are synonymous with (mean the same as) lower and / or higher margin of 10%, preferably 5%, very preferably 1%, of the given value. For example, an effluent comprising essentially or only compounds A corresponds to an effluent comprising at least 90%, preferably at least 95%, very preferably at least 99%, of compounds A.
  • Example 1 conversion of a light charge as a function of the contact time
  • the catalyst comprises a commercial additive containing 40% ZSM-5.
  • the reaction temperature is adapted to have a conversion identical to that which one would have in a riser at 540 ° C.
  • Table 3 shows the conversion (in% load weight) as a function of the contact time, obtained in riser (for the shortest contact time) and in dense fluidized bed (LF).
  • table 4 shows the yield structure in light olefins as a function of contact time, obtained in riser (for the shortest contact time) and in dense fluidized bed ( LF).
  • the contact time can be adapted.
  • a contact time close to 2075 ms makes it possible to obtain mainly propylene, but it may be interesting to continue to increase it, for example to 4080 ms, in a logic of maximum olefins.
  • Example 3 optimal contact time depending on the loads Table 5 below shows that for two different loads, the contact time set to obtain similar light olefin yields is higher for the lightest load (1454 ms for the load of density 0.6905; 2652 ms for the density load 0.67305).
  • EXAMPLE 4 Considering a partitioned reactor with the dimensioning indicated in the following table 6, a solid flow of 80 kg / m 2 / s in the stripper, a density of catalyst grain of 1500 kg / m 3 and a gas speed in each 0.8 m / s compartment, the contact times obtained are as follows:

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de craquage catalytique en lit fluidisé d'une charge hydrocarbonée, dans lesquels : une première charge (2) est craquée dans un réacteur à lit fluidisé dense (1) en présence d'un catalyseur (3) pour produire un premier effluent; et au moins une deuxième charge (10) est craquée dans un réacteur à lit fluidisé transporté (4) en présence du catalyseur (3) fourni par le réacteur à lit fluidisé dense (1) pour produire un deuxième effluent, la deuxième charge (10) étant une charge plus lourde que la première charge (2).

Description

CONVERSION D'UN BRUT PETROLIER EN LIT FLUIDISE COMPORTANT DES ZONES A DIFFERENTS TEMPS DE CONTACT
Domaine technique
L'invention concerne le domaine du raffinage et de la pétrochimie et des procédés et dispositifs de transformation chimique de produits pétroliers notamment d’un brut pétrolier (« crude oil » selon la terminologie anglo-saxonne) par craquage catalytique en lit fluidisé (« fluid catalytic cracking » ou FCC selon la terminologie anglo-saxonne).
Technique antérieure
Le FCC est un procédé classiquement utilisé dans le raffinage pour convertir une charge lourde, caractérisée par une température de début d’ébullition proche de 340°C, souvent supérieure à 380°C, en produits plus légers pouvant être utilisés comme carburants, notamment en essence, premier produit du FCC, caractérisé par des températures de début d’ébullition proche de l’ambiant et par des températures de fin d’ébullition de 160°C voire 220°C selon que l’on parle d’essence légère ou pas. Le domaine d’opération du procédé s’est étendu dans ses charges, avec notamment des mélanges de produits lourds et de produits plus légers (coupes recyclées d’autres procédés), mais aussi dans ses produits avec notamment la production de propylène (oléfine de la coupe C3) pour utilisation en pétrochimie, les autres oléfines légères (éthylène en C2) et butènes (oléfines en C4) n’étant généralement pas valorisées comme produits vers la pétrochimie (généralement la coupe C2 n’est pas récupérée et la coupe C4 est orientée vers une transformation en essence via les procédés d’alkylation ou MTBE par exemple). Dans tous ces cas, la ou les charges du FCC ont fait l’objet de traitements physiques et/ou chimiques en amont du procédé (séparations par distillation, prétraitement dans une unité catalytique pour enlever l’azote, les métaux...).
Afin de rendre une unité FCC encore plus flexible, il est intéressant de pouvoir traiter, dans une même unité FCC, plusieurs types de charges ou coupes pétrolières en élargissant la gamme de point d’ébullition de celles-ci et donc, en limitant le nombre d’opérations en amont, et en élargissant la gamme de produits d’intérêts vers les oléfines légères comme l’éthylène, le propylène ou les butènes ou vers les aromatiques contenues dans les fractions liquides. Suivant la coupe à traiter, un temps de contact et une température de réaction optimaux sont à considérer. Des brevets décrivent des unités FCC comprenant plusieurs points d’injection de charges et/ou plusieurs points d’injection du catalyseur régénéré. D’autres brevets décrivent la mise en œuvre de plusieurs réacteurs et/ou l’utilisation de catalyseurs différents.
US 2014/0357912 A1 décrit une unité FCC avec un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz- solide ascendant (« riser » selon la terminologie anglo-saxonne) séparé en trois zones de températures dans lesquelles sont injectées différentes charges hydrocarbonées, afin d’augmenter la proportion des oléfines légères. En revanche, lesdites charges hydrocarbonées sont des recycles de coupes produites par le FCC, et toutes sont injectées dans le riser, les temps de contact sont différents mais restent courts.
US 3,639,228 décrit une injection étagée de catalyseur régénéré à différentes élévations dans le riser, afin d’augmenter la sélectivité en essence (charge injectée en fond de riser).
US 2018/0079973 A1 décrit une unité FCC comprenant deux réacteurs et un régénérateur utilisant deux catalyseurs dont un premier catalyseur est plus fin et moins dense que le second catalyseur, pour améliorer la production d’oléfines légères.
US 9,290,705 B2 décrit un procédé FCC dans lequel un pétrole brut est séparé en une fraction à haut point d'ébullition et une fraction à bas point d'ébullition, et chaque fraction est traitée dans des lits fluidisés à co-courant gaz-solide descendant (« downer » selon la terminologie anglo-saxonne) différents, le catalyseur issu des deux downers étant traité dans un régénérateur commun.
Résumé de l’invention
Dans le contexte précédemment décrit, nous avons observé que les charges plus légères craquent plus difficilement que les charges lourdes. Nous proposons de convertir les charges plus légères avec un temps de contact plus grand avec le catalyseur, optionnellement avec une plus grande quantité de catalyseur ramenée à la quantité de charge à convertir, et/ou dans le cas de l’utilisation de différents catalyseurs, un catalyseur plus actif pour convertir les charges plus légères. Un premier objet de la présente invention est de fournir des unités FCC permettant d’une part de traiter une fraction hydrocarbure à grande gamme de température d’ébullition et d’autre part de maximiser la production d’oléfines légères avec une logique d’augmenter la synergie entre raffinage et pétrochimie en réorientant les procédés du raffinage et leurs produits vers la pétrochimie.
Selon un premier aspect, l’objet précité, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif de craquage catalytique en lit fluidisé d’une charge hydrocarbonée, comprenant : un réacteur à lit fluidisé dense adapté pour craquer au moins partiellement une première charge hydrocarbonée en présence d’un catalyseur pour produire un premier effluent, et alimenter au moins partiellement en catalyseur un réacteur à lit fluidisé transporté ; et le réacteur à lit fluidisé transporté adapté pour craquer au moins partiellement au moins une deuxième charge hydrocarbonée en présence du catalyseur pour produire un deuxième effluent,
la deuxième charge hydrocarbonée étant une charge plus lourde que la première charge hydrocarbonée.
Selon un deuxième aspect, l’objet précité, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé de craquage catalytique en lit fluidisé d’une charge hydrocarbonée, comprenant de : craquer au moins partiellement une première charge hydrocarbonée dans un réacteur à lit fluidisé dense en présence d’un catalyseur pour produire un premier effluent ;
alimenter en catalyseur un réacteur à lit fluidisé transporté au moins partiellement à partir du réacteur à lit fluidisé dense ; et
craquer au moins partiellement au moins une deuxième charge hydrocarbonée dans le réacteur à lit fluidisé transporté en présence du catalyseur pour produire un deuxième effluent,
la deuxième charge hydrocarbonée étant une charge plus lourde que la première charge hydrocarbonée.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense est directement connecté au réacteur à lit fluidisé transporté pour alimenter directement le réacteur à lit fluidisé transporté en catalyseur. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense est un réacteur à lit fluidisé bouillonnant ou turbulent.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé transporté est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant ou descendant.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé transporté est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense est connecté à une entrée de charge intermédiaire du réacteur à lit fluidisé transporté.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur en lit fluidisé dense comprend au moins deux compartiments pour traiter la première charge hydrocarbonée sous la forme d’au moins une première charge plus légère et une première charge moins légère, et dans lequel : soit un premier compartiment est alimenté par un premier catalyseur et un deuxième compartiment alimenté par un deuxième catalyseur ; soit un premier compartiment est alimenté par le catalyseur issu directement d’un régénérateur et un deuxième compartiment est alimenté en catalyseur par circulation entre le premier compartiment et le deuxième compartiment.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions opératoires du réacteur à lit fluidisé dense sont les suivantes :
- vitesse superficielle gaz : entre 0,2 et 2m/s ;
- température : entre 500 et 800°C et de préférence inférieur à 750°C ;
- pression : entre 0,1 et 0,6 MPaa ; et
- temps de contact supérieur à 1 seconde.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions opératoires du réacteur à lit fluidisé transporté sont les suivantes :
- vitesse superficielle gaz : entre 3 et 30 m/s ;
- température : entre 500 et 700°C et de préférence inférieur à 650°C ;
- pression : entre 0,1 et 0,6 MPaa ; - temps de contact inférieur à 1 seconde ; et
- un rapport massique du catalyseur sur la charge C/O : entre 3 et 50.
Des modes de réalisation du procédé et du dispositif référencés ci-dessus ainsi que d’autres caractéristiques et avantages vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et en référence aux dessins suivants.
Liste des figures
La figure 1 décrit un schéma d’un dispositif FCC selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense est connecté au fond d’un riser.
La figure 2 décrit un schéma d’un dispositif FCC selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense est connecté à une entrée de charge intermédiaire d’un riser.
La figure 3A décrit un schéma d’un dispositif FCC selon la figure 2 dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense est compartimenté.
La figure 3B décrit une vue de dessus du dispositif FCC selon la figure 3A.
La figure 4 décrit un schéma d’un dispositif FCC selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense est composé d’au moins deux compartiments.
La figure 5 décrit un schéma d’un dispositif FCC selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention dans lequel le réacteur à lit fluidisé transporté est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant. Description des modes de réalisation
L’invention concerne le domaine des procédés et dispositifs FCC pour convertir au moins en partie un brut pétrolier (e.g. après un premier fractionnement) dans une unité type FCC, avec l’optique d’optimiser la production en oléfines légères.
Le procédé et dispositif de conversion selon l’invention peuvent être définis comme une série d'étapes ou réacteurs/sections de craquage destinés à convertir des coupes ou toutes les coupes d’un brut pétrolier. Sur la base de tests expérimentaux, il s’avère que la conversion des charges légères (e.g. naphta) requiert un temps de contact significativement plus important que pour les charges lourdes (e.g. VGO), ces dernières étant classiquement les charges traitées dans un réacteur FCC (e.g. riser). Nous avons trouvé qu’il était possible de mettre en œuvre un dispositif FCC comprenant une zone de temps de contact élevé et une zone de temps de contact plus bas afin de maximiser la production d’oléfines légères, les différentes coupes étant injectées dans la zone de temps de contact appropriée en fonction du temps de contact requis pour chaque coupe. Il s’agit par exemple d’injecter une coupe plus légère dans la zone de temps de contact le plus élevé, et une coupe plus lourde dans la zone de temps de contact le plus faible. Cette mise en œuvre qui comprend notamment de traiter successivement, dans le sens suivi par le catalyseur (particules solides), d’abord la charge plus légère dans un réacteur dont la technologie offre un grand temps de contact (e.g. lit fluidisé dense), puis la charge plus lourde dans un réacteur dont la technologie offre un temps de contact court (e.g. lit entraîné) s’avère aussi pertinente parce qu’elle tire parti du fait que le craquage d’une fraction légère est peu cokant alors que le craquage d’une coupe lourde est très cokant. Ainsi, à la sortie de la première étape après avoir contribué au craquage de la fraction plus légère, le catalyseur est encore actif du fait de son faible taux de coke ; il reste opérant pour craquer la fraction plus lourde, qui produit plus de coke. Le catalyseur une fois coké ne joue plus son rôle catalytique ; le catalyseur coké peut ensuite être séparé des effluents afin que ceux-ci ne continuent à craquer sous l’effet thermique conduisant à une surproduction de gaz sec (appelé également « dry gas » selon la terminologie anglo-saxonne ; fraction gazeuse légère à faible valeur).
La présente invention peut être définie comme un dispositif de craquage catalytique en lit fluidisé d’une charge hydrocarbonée, comprenant un réacteur à lit fluidisé dense adapté pour craquer une charge légère en présence d’un catalyseur ; et un réacteur à lit fluidisé transporté connecté au réacteur à lit fluidisé dense et adapté pour craquer une charge lourde en présence du catalyseur alimenté par le réacteur à lit fluidisé dense. Préférablement, le réacteur à lit fluidisé transporté est directement connecté au réacteur à lit fluidisé dense. Par exemple, une sortie du réacteur à lit fluidisé dense peut déboucher directement sur une entrée du réacteur à lit fluidisé transporté.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé dense » signifie un lit fluidisé gaz-solide fonctionnant en régime bouillonnant ou en régime turbulent.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense est choisi parmi un réacteur à lit fluidisé bouillonnant et un réacteur à lit fluidisé turbulent (e.g. temps de contact supérieur à 1 seconde tel que plusieurs secondes).
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé bouillonnant » signifie un lit fluidisé gaz-solide dont la vitesse de gaz est comprise entre la vitesse minimum de fluidisation et la vitesse de transition au régime turbulent. Ces vitesses dépendent des propriétés du catalyseur solide (densité, taille, forme des grains...). La fraction volumique de solide est comprise entre une valeur proche de 0,4 et la fraction volumique de solide maximale correspondant à un lit fixe, non fluidisé, généralement proche de 0,5.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé turbulent » signifie un lit fluidisé gaz-solide dont la vitesse de gaz est comprise entre la vitesse de transition au régime turbulent et la vitesse de transport. La fraction volumique de solide est comprise entre une valeur proche de 0,25 et une valeur proche de 0,4.
Dans la présente demande, le terme « lit fluidisé transporté » signifie un lit fluidisé gaz-solide dont la vitesse de gaz est supérieure à la vitesse de transport. La fraction volumique de solide est inférieure à une valeur proche de 0,25.
Dans la présente demande, le terme « vitesse de transport » correspond à la vitesse avec laquelle essentiellement tout le solide est entraîné par le gaz. La vitesse de transport est connue de l’Homme du métier. Par exemple, la vitesse de transport peut être déterminée en fonction des propriétés du gaz (e.g. viscosité et densité), des propriétés des particules (e.g. taille et densité) et de la taille du lit fluidisé (e.g. diamètre et hauteur). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé transporté est choisi parmi un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant et un réacteur à lit fluidisé à co courant gaz-solide descendant (e.g. temps de contact inférieur à 1 seconde tel que de l’ordre de la dizaine de ms). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé transporté est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant (riser).
La figure 1 décrit un schéma d’un dispositif FCC selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention comprenant :
un réacteur à lit fluidisé dense 1 adapté pour : être alimenté par et craquer au moins partiellement une première charge 2, e.g. coupe légère (d’un brut pétrolier) ; et produire un premier effluent (e.g. gazeux) en présence d’un catalyseur 3 (e.g. frais ou régénéré).
un riser 4 connecté à une sortie du réacteur à lit fluidisé dense 1 et adapté pour : être au moins partiellement alimenté, et préférablement directement alimenté, en catalyseur (e.g. catalyseur partiellement usé) par le réacteur à lit fluidisé dense 1 ; être alimenté par et craquer au moins partiellement au moins une deuxième charge 10, e.g. coupe lourde (d’un brut pétrolier) en présence du catalyseur 3 (partiellement usé) ; et produire un deuxième effluent (e.g. gazeux) ;
un strippeur 5 connecté (e.g. directement) à la sortie du riser 4 et adapté pour : être alimenté par le deuxième effluent ainsi qu’un gaz de strippage (non représenté), le gaz de strippage étant préférablement dépourvu d’hydrocarbures et de préférence comprenant de la vapeur d’eau venant, à contre-courant du catalyseur ; désorber des hydrocarbures adsorbés sur ladite portion du catalyseur ; envoyer les produits gazeux, via un premier conduit 6, par exemple vers une colonne de fractionnement (non représentée) ; et envoyer, via un
deuxième conduit 7, la portion de catalyseur ne contenant essentiellement plus
d’hydrocarbures adsorbées ou n’entrainant essentiellement plus d’hydrocarbures dans l’espace interstitiel, celui-ci étant occupé par le gaz de strippage, vers un régénérateur 8 ;
le régénérateur 8 adapté pour : brûler le coke formé contenu dans le volume poreux du catalyseur ; et envoyer, via un troisième conduit 9, la portion de catalyseur régénéré vers le réacteur à lit fluidisé dense 1.
En référence à la figure 1 , selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense 1 est adapté pour : envoyer le catalyseur vers le riser 4 ; et envoyer le premier effluent vers la colonne de fractionnement par exemple via au moins un quatrième conduit 16 dédié. Par exemple, le dispositif peut comprendre un organe de transport (non représenté) adapté pour injecter un gaz dans le riser 4 et assurer le transport du catalyseur. Par exemple, le réacteur à lit fluidisé dense 1 peut comprendre un dispositif de séparation gaz-solide (non représenté) connu de l’homme du métier. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la séparation des effluents gazeux et des particules de catalyseur dans le réacteur à lit fluidisé dense 1 est améliorée par un ou plusieurs étages de cyclones. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les cyclones comprennent des jambes de retour recyclant le catalyseur dans le lit fluidisé. Il est entendu qu’une partie du catalyseur peut être entraîné avec le premier effluent vers la colonne de fractionnement et qu’une partie du premier effluent peut être entraîné avec le catalyseur dans le riser 4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, au moins 95% poids, préférablement au moins 98% poids, très préférablement au moins 99% poids, du catalyseur issu du réacteur à lit fluidisé dense 1 est envoyé vers le riser 4, et/ou au moins 80% poids, préférablement au moins 90% poids, très préférablement au moins 95% poids, du premier effluent est envoyé vers la colonne de fractionnement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense 1 est adapté pour envoyer le catalyseur et au moins une partie du premier effluent vers le riser 4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend un organe de perte de charge (non représenté) disposé entre le réacteur à lit fluidisé dense 1 et la colonne de fractionnement pour modifier la distribution du gaz craqué vers le riser et/ou vers la colonne de fractionnement. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, au moins 95% poids, préférablement au moins 98% poids, très préférablement au moins 99% poids, du catalyseur issu du réacteur à lit fluidisé dense 1 est envoyé vers le riser 4, et/ou au moins 50% poids, préférablement au moins 75% poids, très préférablement au moins 90% poids du premier effluent est envoyé dans le riser 4 avec le catalyseur issu du réacteur à lit fluidisé dense.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense 1 débouche dans le riser 4 via une restriction de diamètre disposé (à l’interface) entre le réacteur à lit fluidisé dense 1 et le riser 4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle a formé par la restriction de diamètre entre réacteur à lit fluidisé dense 1 et le riser 4 est compris entre 90° et 165°, de préférence entre 90° et 150°. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le riser peut également être décentré par rapport à l’axe central du réacteur à lit fluidisé dense 1.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le riser 4 est adapté pour être directement alimenté par et craquer au moins partiellement au moins une troisième charge 11 , e.g. coupe intermédiaire (d’un brut pétrolier) et/ou une ou des fractions des produits issus du FCC correspondants à des fractions liquides, correspondant par exemple à la coupe 20-80°C, 20- 220°C et jusqu’à 20-350°C (selon que l’on souhaite maximiser la production d’oléfines ou d’aromatiques).
Dans la présente demande, les termes « coupe légère », « couple plus/moins légère que », « coupe intermédiaire », « coupe lourde » et « coupe plus/moins lourde que » signifient une fraction hydrocarbonée dont le point d’ébullition final est plus/moins haut qu’une autre fraction hydrocarbonée.
Dans la présente demande, le terme « coupe légère » signifie une coupe dont le point d’ébullition initial est compris entre 20 et 50°C et un point d’ébullition final compris entre 70 à 350°C, préférablement entre 70 et 250°C, très préférablement entre 70 à 220°C.
Dans la présente demande, le terme « coupe intermédiaire » signifie une coupe dont le point d’ébullition initial est compris entre 80 et 220°C et un point d’ébullition final compris entre 160 et 350°C, préférablement entre 220 et 350 °C, tel qu’entre 220 et 300°C ou entre 300 et 350°C.
Dans la présente demande, le terme « coupe lourde » signifie une coupe dont le point d’ébullition initial est compris entre 80°C et 350°C et plus généralement entre 150°C et 350°C voire entre 220 et 350°C et un point d’ébullition final supérieur à 300°C, préférablement supérieur à 350°C, tel que supérieur à 500°C. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la coupe lourde correspond à une coupe dont le point d’ébullition final est compris entre 350 et 565°C (e.g. charge FCC classique tel qu’un VGO).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’ordre d’entrée des charges entrant directement dans le riser 4 (i.e., les charges autres que les charges (e.g. première charge 2) entrant dans le réacteur à lit fluidisé dense 1) est fixé de sorte qu’une charge plus légère entre en amont d’une charge plus lourde. Ainsi, non seulement le temps de contact est plus élevé pour la charge plus légère par rapport au temps de contact de la charge plus lourde mais également le catalyseur contient moins de coke et est donc plus actif pour traiter une charge plus difficile à craquer. La figure 2 décrit un schéma d’un dispositif FCC selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention dans lequel :
le régénérateur 8 est adapté pour envoyer, via un cinquième conduit 12, une deuxième portion de catalyseur régénéré vers le riser 4 (e.g. entrée de catalyseur en fond de riser 4) ; l’alimentation de la troisième charge 11 débouche sur l’entrée de charge inférieure du riser 4 ; et
la sortie du réacteur à lit fluidisé dense 1 débouche sur une entrée de charge intermédiaire du riser 4 situé au-dessus de l’entrée de charge inférieure.
En référence à la figure 2, la troisième charge 11 a le temps de contact le plus long dans le riser 4 et la deuxième charge 10 a le temps de contact le plus court dans le riser 4. De plus, si au moins une partie du premier effluent est envoyé vers le riser 4, ledit premier effluent a un temps de contact intermédiaire dans le riser 4.
En référence à la figure 3A et à la figure 3B, selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense 1 est compartimenté de sorte que ledit réacteur à lit fluidisé dense 1 puisse traiter la première charge 2 sous la forme de plusieurs charges légères (2A, 2B et 2C, chacune desdites charges légères entrant (e.g. par une entrée dédiée) dans un compartiment 14A, 14B, 14C dédié. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de compartiment est compris entre 2 et 10, préférablement entre 2 et 6. Dans les figures 3A et 3B, les flèches pleines représentent le cheminement du catalyseur (solide) dans réacteur à lit fluidisé dense 1 , et les flèches hachurées représentent le cheminement des charges et effluents (gaz) dans ledit réacteur.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la charge la plus légère 2A (des charges légères) a le temps de contact le plus long dans le réacteur à lit fluidisé dense 1 et la charge la moins légère 2C (des charges légères) a le temps de contact le plus court dans le réacteur à lit fluidisé dense 1. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, par exemple dans le cas de débits équivalents entre la charge la plus légère 2A et les autres charges légères 2B et 2C, la charge la plus légère 2A entre dans un premier compartiment 14A ; au moins une charge intermédiaire 2B entre dans au moins un compartiment intermédiaire (noté deuxième compartiment 14B dans les figures 3A et 3B) ; et la charge la moins légère 2C entre dans un dernier compartiment 14C, le premier compartiment 14A étant le plus grand compartiment (e.g. en volume et/ou en hauteur) et le dernier compartiment 14C étant le plus petit compartiment. Dans le cas de débits respectifs différents entre charges, on peut choisir la taille des compartiments pour favoriser un temps de contact décroissant au fur et à mesure que la charge est de plus en plus lourde.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé 1 est cylindrique et les compartiments 14A, 14B, 14C forment des secteurs radiaux dudit réacteur. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les secteurs radiaux sont identiques et les compartiments 14A, 14B, 14C diffèrent en ce que le premier compartiment 14A comprend une hauteur en catalyseur plus grande que celle du deuxième compartiment 14B et ainsi de suite jusqu’au dernier compartiment 14C comprenant la hauteur en catalyseur la plus basse. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les secteurs radiaux sont différents et l’angle b du secteur radial du premier compartiment 14A est plus grand que celui du deuxième compartiment 14B et ainsi de suite jusqu’au dernier compartiment 14C dont l’angle du secteur radial est le plus petit. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle b du premier compartiment 14A est au moins 20°, préférablement au moins 30° (e.g. 40°), plus grand que celui du deuxième compartiment 14B et ainsi de suite entre le deuxième compartiment et le troisième compartiment, jusqu’au dernier compartiment 14C.
En référence à la figure 3A et à la figure 3B, le catalyseur frais et/ou régénéré 3 entre dans le premier compartiment 14A (e.g. par une entrée dédiée 9). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur d’un compartiment 14A et 14B autre que le dernier compartiment 14C est envoyé dans un compartiment aval (e.g. par débordement au-dessus d’une paroi 15 disposée entre deux compartiments adjacents) et le catalyseur du dernier compartiment 14C est envoyé dans le riser 4, par exemple via une fenêtre inférieure 13 (sortie située en fond du dernier compartiment) ou tout autre moyen permettant de passer le catalyseur du dernier compartiment à l’intérieur du riser 4. Dans cet exemple, le premier compartiment 14A et le dernier compartiment 14C sont séparés par une paroi 15 adaptée pour empêcher le catalyseur 3 de circuler directement du premier compartiment 14A vers le dernier compartiment 14C. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le premier effluent (e.g. l’ensemble des effluents des compartiments 14A, 14B et 14C) est envoyé vers la colonne de fractionnement (non représentée) via l’au moins un quatrième conduit 16.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, au moins un compartiment intermédiaire et/ou le dernier compartiment sont alimentés en catalyseur frais ou régénéré. Par exemple, le réacteur à lit fluidisé dense 1 peut être adapté pour envoyer un appoint en catalyseur frais ou régénéré dans le deuxième compartiment 14B et/ou le dernier compartiment 14C.
La figure 4 décrit un schéma d’un dispositif FCC selon un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense 1 est composé d’au moins deux compartiments 17A et 17B pour traiter la première charge 2 sous la forme d’au moins deux charges légères (2A et 2B), un premier compartiment 17A alimenté par un premier catalyseur 3A, via le sixième conduit 18, et un deuxième compartiment 17B alimenté par un deuxième catalyseur 3B (différent du premier catalyseur), via le septième conduit 19.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les compartiments 17A et 17B sont de tailles identiques ou différentes. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, par exemple dans le cas de débits équivalents des charges du réacteur à lit fluidisé dense 1 , la charge la plus légère 2A (des charges légères) est introduite dans le compartiment 17A le plus grand et la charge la moins légère 2B (des charges légères) est introduite dans le compartiment 17B le plus petit - ainsi, le temps de contact de la charge la plus légère 2A est supérieur au temps de contact de la charge la moins légère 2B. Dans le cas de débits respectifs différents entre charges, on peut adapter la taille des compartiments 17A et 17B pour favoriser un temps de contact décroissant au fur et à mesure que la charge est de plus en plus lourde. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de compartiment est compris entre 2 et 10, préférablement entre 2 et 6.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le premier catalyseur 3A est moins dense (i.e., plus léger) et/ou moins large en taille de particules (i.e., plus petit) que le deuxième catalyseur 3B. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la charge la plus légère 2A (des charges légères) est introduite dans le compartiment 17A comprenant le premier catalyseur 3A et la charge la moins légère 2B (des charges légères) est introduite dans le compartiment 17B comprenant le deuxième catalyseur 3B.
En référence à la figure 4, le réacteur à lit fluidisé dense 1 peut déboucher, par exemple via la restriction de diamètre, dans le riser 4. Dans cet exemple, le riser 4 est également adapté pour être alimenté en au moins une deuxième charge 10 (plus lourde que les charges légères 2A et 2B). Au moins une partie du premier catalyseur 3A et du deuxième catalyseur 3B est transportée dans le riser 4, puis dans le strippeur 5 où les hydrocarbures adsorbés sur les catalyseurs ou entraînés avec le catalyseur sont strippés (e.g. les hydrocarbures désorbés ou chassés de l’espace interstitiel). Par gravité, les catalyseurs désorbés pénètrent dans le régénérateur 8 où le coke formé sur les différents catalyseurs est brûlé. Via un huitième conduit 20 (appelé également « lift » selon la terminologie anglo-saxonne ; régime de transport co-courant gaz-solide ascendant, sans réaction hors celle de brûlage du coke), les deux catalyseurs régénérés sont transportés dans un séparateur solide/solide 21 , où le deuxième catalyseur 3B, plus dense et/ou plus large en taille de particules, est séparé par élutriation du premier catalyseur 3A, plus léger et plus fin. Le premier catalyseur 3A et le deuxième catalyseur 3B sont envoyés via les sixième et septième conduits 18 et 19 vers les compartiments 17A et 17B du réacteur à lit fluidisé dense 1 , respectivement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, le dispositif comprend en outre un système de séparation gaz/solide 22 (e.g. cyclone) pour séparer des gaz 23 issu du séparateur solide/solide 21 du deuxième catalyseur 3B.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé transporté est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant (downer) présentant l’avantage d’éviter aux gaz craqués une 1ere fois d’être craqués une 2eme fois, et permettant d’être plus sélectif vers des produits d’intérêt et de former moins de gaz sec. Par exemple, l’intégration d’un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant peut être réalisé en modifiant le réacteur à lit fluidisé dense 1 tel que représenté sur les figures 3A et 3B de sorte qu’il soit adapté pour connecter (directement) un downer à la place du riser 4.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, en référence à la figure 5, le dispositif comprend :
- le réacteur à lit fluidisé dense 1 adapté pour craquer la première charge 2 en présence du catalyseur 3 et produire le premier effluent 25, qui est distribué via une ouverture supérieure 26 du réacteur à lit fluidisé dense 1 (e.g. ouverture surmontée d’un brise jet), par exemple vers la colonne de fractionnement (non représentée) ; et
- un downer 24 adapté pour craquer la deuxième charge 10 en présence du catalyseur 3 (e.g. partiellement usé) et produire le deuxième effluent.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur 3 est envoyé dans le downer 24 par débordement, par exemple via l’ouverture supérieure 26 du réacteur à lit fluidisé dense 1. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le réacteur à lit fluidisé dense 1 est fluidisé par un distributeur de gaz de fluidisation commun à l’ensemble des compartiments (non représenté), par exemple une couronne unique qui dessert chaque compartiment, soit par un organe de fluidisation individuel à chaque compartiment (non représenté), celui-ci pouvant être communément une couronne ou un « sparger » selon la terminologie anglo-saxonne. On appelle « sparger » tout système de distribution du gaz de fluidisation se présentant sous la forme de ramifications. Ces organes de fluidisation, couronne ou « sparger » sont bien connus de l’homme du métier, et ne seront pas décrits davantage. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le gaz de fluidisation est un mélange comprenant la charge vaporisée.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, les conditions opératoires du réacteur à lit fluidisé dense 1 sont les suivantes :
vitesse superficielle gaz : entre 0,2 et 2m/s ;
température : entre 500 et 800°C et de préférence inférieur à 750°C ;
pression : entre 0,1 et 0,6 MPaa ; et
temps de contact supérieur à 1 seconde.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, le réacteur à lit fluidisé dense 1 est adapté pour envoyer dans le strippeur 5 un flux solide compris entre 10 et 200 kg/m2/s. Selon un ou plusieurs modes de réalisations, le réacteur à lit fluidisé dense 1 est adapté pour envoyer dans le strippeur 5 un flux solide compris entre 30 et 150 kg/m2/s.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, les conditions opératoires du riser 4 sont les suivantes :
vitesse superficielle gaz : entre 3 et 30 m/s ;
température : entre 500 et 700°C et de préférence inférieur à 650°C ;
pression : entre 0,1 et 0,6 MPaa ;
temps de contact inférieur à 1 seconde ; et
un rapport massique du catalyseur sur la charge C/O : entre 3 et 50.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, les conditions opératoires du réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide descendant sont les suivantes :
vitesse superficielle gaz : entre 1 et 30 m/s ;
température : entre 500 et 800 °C et de préférence inférieur à 750 °C ; pression : entre 0.1 et 0.6 MPaa ;
temps de contact inférieur à 1 seconde ; et
un rapport massique du catalyseur sur la charge C/O : entre 5 et 50.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, la « coupe légère » est un mélange de la coupe légère issue du brut pétrolier (e.g. après un premier fractionnement) et d’une partie (ou totalité) de la coupe essence issue de la colonne de fractionnement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, la « coupe intermédiaire » est un mélange de la coupe intermédiaire issue du brut pétrolier (e.g. après un premier fractionnement) et d’une partie (ou totalité) de la coupe essence issue de la colonne de fractionnement.
Selon un ou plusieurs modes de réalisations, la « coupe lourde » est un mélange de la coupe lourde issue du brut pétrolier (e.g. après un premier fractionnement) et d’une partie (ou totalité) de la coupe gasoil léger (« Light Cycle Oil » ou LCO selon la terminologie anglo- saxonne) issue de la colonne de fractionnement.
Le catalyseur est un catalyseur solide (e.g. densité, taille et forme des grains choisies pour utilisation en lit fluidisé). Les densités, tailles et formes des catalyseurs pour lits fluidisés sont connus de l’homme du métier, et ne seront pas décrits davantage. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur est un catalyseur de type FCC, contenant par exemple ce qui est couramment appelé une matrice faite d’argile, de silice ou de silice alumine, de liant et de zéolithe, par exemple de 15 à 50% poids de zéolite par rapport au poids du catalyseur, préférablement une zéolithe Y et/ou une zéolite ZSM-5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le catalyseur comprend une zéolithe ZSM-5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la densité de grain du catalyseur est comprise entre 1000 et 2000 kg/m3. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la densité de grain du catalyseur est comprise entre 1250 et 1750 kg/m3.
Dans la présente demande, le terme « comprendre » est synonyme de (signifie la même chose que) « inclure » et « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non récités. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut le terme exclusif et fermé « consister ». En outre, dans la présente description, les termes « environ », « substantiellement » « sensiblement », « essentiellement », « uniquement » et « à peu près » sont synonymes de (signifient la même chose que) marge inférieure et/ou supérieure de 10 %, préférablement de 5 %, très préférablement de 1 %, de la valeur donnée. Par exemple, un effluent comprenant essentiellement ou uniquement des composés A correspond à un effluent comprenant au moins 90%, préférablement au moins 95%, très préférablement au moins 99%, de composés A.
Exemples
Exemple 1 : conversion d’une charge légère en fonction du temps de contact
La conversion d’une charge essence issue de distillation directe (« naphta straight run » selon la terminologie anglo-saxonne) a été réalisée pour différents temps de contact dans un réacteur à lit fluidisé dense (LF) composé de 40 g de catalyseur, ainsi que dans un riser dans lequel le temps de contact est nettement plus faible.
Les propriétés de la charge sont données dans le tableau 1 suivant.
Tableau 1
Figure imgf000018_0001
La PIONA (caractérisation en composés de type n-Paraffine, Iso-paraffine, Oléfine, Naphthène, and Aromatique) de la charge est présentée dans le tableau 2 suivant. Tableau 2
Figure imgf000019_0001
Le catalyseur comprend un additif commercial à 40% de ZSM-5. La température de réaction est adaptée pour avoir une conversion identique à celle que l’on aurait dans un riser à 540°C.
Le tableau 3 ci-dessous montre la conversion (en % poids de charge) en fonction du temps de contact, obtenue en riser (pour le temps de contact le plus faible) et en lit fluidisé dense (LF).
Tableau 3
Figure imgf000019_0002
La conversion de la charge augmente significativement avec le temps de contact. Pour un temps de contact faible, correspondant à celui dans un riser (temps de contact ici de 150 ms), la conversion est à peine la moitié de celle obtenue en lit fluidisé dense (temps de contact de 4 s). Cela montre clairement que pour mieux convertir une charge légère, la mise en œuvre d’un réacteur à lit fluidisé dense est préférable. Exemple 2 : rendement en oléfines légères fonction du temps de contact
Pour la même charge que celle présentée dans l’exemple précédent, le tableau 4 suivant montre la structure de rendement en oléfines légères fonction du temps de contact, obtenue en riser (pour le temps de contact le plus faible) et en lit fluidisé dense (LF). Tableau 4
Figure imgf000020_0001
* : % poids par rapport à la charge
En fonction de la cible produit, le temps de contact peut être adapté. Dans cet exemple, un temps de contact proche de 2075 ms permet d’obtenir principalement du propylène, mais il est peut être intéressant de continuer à l’augmenter, par exemple à 4080 ms, dans une logique maxi oléfines.
Exemple 3 : temps de contact optimal suivant les charges Le tableau 5 suivant montre que pour deux charges différentes, le temps de contact fixé pour obtenir des rendements en oléfines légères similaires est plus élevé pour la charge la plus légère (1454 ms pour la charge de densité 0,6905 ; 2652 ms pour la charge de densité 0,67305).
Tableau 5
Figure imgf000021_0001
EXEMPLE 4 Considérant un réacteur partitionné avec le dimensionnement indiqué dans le tableau 6 suivant, un flux solide de 80 kg/m2/s dans le strippeur, une densité de grain de catalyseur de 1500 kg/m3 et une vitesse de gaz dans chaque compartiment de 0.8 m/s, les temps de contact obtenus sont les suivants :
- Temps de contact dans le compartiment n°1 : 3.0 secondes
- Temps de contact dans le compartiment n°2 : 2.6 secondes
- Temps de contact dans le compartiment n°3 : 2.3 secondes. Tableau 6
Figure imgf000022_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de craquage catalytique en lit fluidisé d’une charge hydrocarbonée, comprenant :
un réacteur à lit fluidisé dense (1) adapté pour craquer au moins partiellement une première charge hydrocarbonée (2) en présence d’un catalyseur (3) pour produire un premier effluent, et alimenter au moins partiellement en catalyseur (3) un réacteur à lit fluidisé transporté (4) ; et
le réacteur à lit fluidisé transporté (4) adapté pour craquer au moins partiellement au moins une deuxième charge hydrocarbonée (10) en présence du catalyseur (3) pour produire un deuxième effluent,
la deuxième charge hydrocarbonée (10) étant une charge plus lourde que la première charge hydrocarbonée (2).
2. Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense (1) est directement connecté au réacteur à lit fluidisé transporté (4) pour alimenter directement le réacteur à lit fluidisé transporté (4) en catalyseur (3).
3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense (1) est un réacteur à lit fluidisé bouillonnant ou turbulent.
4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réacteur à lit fluidisé transporté (4) est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant ou descendant.
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réacteur à lit fluidisé transporté (4) est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant.
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense (1) est connecté à une entrée de charge intermédiaire du réacteur à lit fluidisé transporté (4).
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réacteur en lit fluidisé dense (1) comprend au moins deux compartiments (14A, 14B; 17A, 17B) pour traiter la première charge hydrocarbonée (2) sous la forme d’au moins une première charge plus légère (2A) et une première charge moins légère (2B), et dans lequel : soit un premier compartiment (17A) est alimenté par un premier catalyseur (3A) et un deuxième compartiment (17B) alimenté par un deuxième catalyseur (3B) ; soit un premier compartiment (14A) est alimenté par le catalyseur issu directement d’un régénérateur et un deuxième compartiment (14B) est alimenté en catalyseur par circulation entre le premier compartiment (14A) et le deuxième compartiment (14B).
8. Procédé de craquage catalytique en lit fluidisé d’une charge hydrocarbonée, comprenant de :
craquer au moins partiellement une première charge hydrocarbonée (2) dans un réacteur à lit fluidisé dense (1) en présence d’un catalyseur (3) pour produire un premier effluent ;
alimenter en catalyseur (3) un réacteur à lit fluidisé transporté (4) au moins partiellement à partir du réacteur à lit fluidisé dense (1) ; et
craquer au moins partiellement au moins une deuxième charge hydrocarbonée (10) dans le réacteur à lit fluidisé transporté (4) en présence du catalyseur (3) pour produire un deuxième effluent,
la deuxième charge hydrocarbonée (10) étant une charge plus lourde que la première charge hydrocarbonée (2).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense (1) est directement connecté au réacteur à lit fluidisé transporté (4) pour alimenter directement le réacteur à lit fluidisé transporté (4) en catalyseur (3).
10. Procédé selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel l’effluent du réacteur à lit fluidisé dense (1) est un réacteur à lit fluidisé bouillonnant ou turbulent.
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel le réacteur à lit fluidisé transporté (4) est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant ou descendant.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 11 , dans lequel le réacteur à lit fluidisé transporté (4) est un réacteur à lit fluidisé à co-courant gaz-solide ascendant.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel le réacteur à lit fluidisé dense (1) est connecté à une entrée de charge intermédiaire du réacteur à lit fluidisé transporté (4).
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 13, dans lequel le réacteur en lit fluidisé dense (1) comprend au moins deux compartiments (14A, 14B; 17A, 17B) pour traiter la première charge hydrocarbonée (2) sous la forme d’au moins une première charge plus légère (2A) et une première charge moins légère (2B), et dans lequel : soit un premier compartiment (17A) est alimenté par un premier catalyseur (3A) et un deuxième compartiment (17B) alimenté par un deuxième catalyseur (3B) ; soit un premier compartiment (14A) est alimenté par le catalyseur issu directement d’un régénérateur et un deuxième compartiment (14B) est alimenté en catalyseur par circulation entre le premier compartiment (14A) et le deuxième compartiment (14B).
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 14, dans lequel les conditions opératoires du réacteur à lit fluidisé dense (1) sont les suivantes :
- vitesse superficielle gaz : entre 0,2 et 2m/s ;
- température : entre 500 et 800°C et de préférence inférieur à 750°C ;
- pression : entre 0,1 et 0,6 MPaa ; et
- temps de contact supérieur à 1 seconde, et/ou
les conditions opératoires du réacteur à lit fluidisé transporté (4) sont les suivantes :
- vitesse superficielle gaz : entre 3 et 30 m/s;
- température : entre 500 et 700°C et de préférence inférieur à 650°C ;
- pression : entre 0,1 et 0,6 MPaa ;
- temps de contact inférieur à 1 seconde ; et
- C/O : entre 3 et 50.
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