WO2025141018A1 - Unité de craquage catalytique fluidisé comportant un électrolyseur - Google Patents

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catalyst
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reactor
cracking unit
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Antoine DION
Romuald COUPAN
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Schlumberger Canada Ltd
Genvia
Services Petroliers Schlumberger SA
Schlumberger Technology BV
Schlumberger Technology Corp
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    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/081—Supplying products to non-electrochemical reactors that are combined with the electrochemical cell, e.g. Sabatier reactor

Definitions

  • the present invention relates in particular to a fluidized catalytic cracking unit for the production of refined hydrocarbon products, the unit comprising at least one catalyst regenerator.
  • Fluidized catalytic cracking is a widely used process in the refining industry.
  • FIG. 1 There schematically illustrates a known fluidized catalytic cracking unit. It comprises a reactor 1 in which the cracking of heavy fractions from the separation of crude oil 2 takes place thanks to the presence of a catalyst 3 injected into the reactor, and coming from a catalyst regenerator 4.
  • the products 5 from the catalytic cracking reaction, at the outlet of reactor 1, are separated from each other in a separation unit 6 and are recovered: they include in particular gas 51, kerosene 52, gasoline 53 etc.
  • Catalyst 3 becomes covered with coke in reactor 1 after cracking the crude oil. It becomes largely unusable in this state: it will be called spent catalyst 7.
  • the spent catalyst 7 is reinjected into the regenerator 4.
  • the oxygen from the air 8 introduced into the regenerator 4 allows the coke to be burned and catalyst 3 to be reformed, which can be used again for cracking the crude oil. It is then reinjected into the reactor 1.
  • a gas flow 9 is discharged at the outlet of the regenerator 4: it includes in particular carbon oxides (mostly carbon dioxide, CO2), nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), water, oxygen, etc.
  • carbon oxides mostly carbon dioxide, CO2
  • NOx nitrogen oxides
  • SOx sulfur oxides
  • Such a cracking unit has several disadvantages: –in particular, it leads to a heat loss, due to the use of air 8 which requires heating the nitrogen contained in the air. The heat loss is also due to the high temperatures at the gases leaving the regenerator zone 4.
  • the invention aims to limit energy consumption at a time when it is necessary to reduce carbon emissions and pollution in general.
  • reactor 1 and regenerator 4 require a lot of heat to enable the cracking reaction and catalyst regeneration respectively.
  • steam is injected into it so that the temperature at the reactor inlet approaches that required to enable the reaction.
  • a first objective of the invention is to recover the energy produced in the cracking unit to reuse it in order to limit the energy input required for its operation.
  • a second objective of the invention is to use oxygen-enriched air in the regenerator, to limit the formation of NOx and thus simplify the post-treatment of fumes.
  • the invention also seeks to avoid the presence of nitrogenous products which are not desirable in the products that one seeks to produce or use.
  • the invention relates to a fluidized catalytic cracking unit comprising: - a reactor, capable of allowing the petroleum fraction cracking reaction in the presence of a catalyst, - at least one catalyst regenerator designed to supply the reactor with catalyst and to be supplied by the reactor with spent catalyst.
  • the fluidized catalytic cracking unit is remarkable in that it comprises a solid oxide electrolyser capable of producing dioxygen and dihydrogen from a first stream comprising in particular water vapour, the solid oxide electrolyser comprising a first outlet for discharging dioxygen and a second outlet for discharging dihydrogen, said first outlet being connected to the catalyst regenerator by means of a supply line to said regenerator, to supply an inlet to said regenerator with dioxygen.
  • the unit comprises a treatment facility for a gas stream discharged at the outlet of said regenerator, said gas stream comprising the residual gases from the regeneration of said catalyst, said treatment facility comprising an installation outlet for discharging a treated gas stream, said installation outlet being connected to said supply line to said regenerator to mix at least a portion of said treated gas stream with the dioxygen produced by said electrolyser before its introduction into said regenerator.
  • the use of the solid oxide electrolyser makes it possible, on the one hand, to supply the quantity of oxygen introduced into the regenerator while producing dihydrogen which can be recovered and stored for other domestic or industrial uses. Furthermore, the user of the gas flow treated at the outlet of the regenerator makes it possible to dilute the quantity of oxygen introduced into the regenerator, which limits the production of heat possibly lost produced by the regenerator and to homogenise the combustion. Finally, the unit according to the invention avoids the presence of nitrogen compounds in the fumes of the regenerator and in the products of the reactor.
  • said heat recovery unit comprises a second discharge pipe for a third flow of water vapor which is connected to the inlet of said electrolyser to supply it. This ensures an additional heat supply at the inlet of the electrolyser.
  • said treatment installation comprises a filter for retaining solid particles or dust resulting from the catalyst regeneration reaction, or possibly from the degradation of the catalyst, and in that said treatment installation produces a gas flow comprising carbon dioxide, constituting said gas flow mixed with oxygen before entering said regenerator. This allows production of treated gas, at the outlet of the regenerator, which does not contain nitrogenous products.
  • the treatment plant further comprises a water recovery device and a sulfur oxide recovery device. This ensures more precise filtering of the gases discharged from the regenerator.
  • said treatment installation comprises an evacuation pipe which is connected to the inlet of said electrolyser: this embodiment allows co-electrolysis and ensures an additional heat supply for the electrolyser.

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Abstract

L'invention se rapporte à une unité de craquage catalytique fluidisé comprenant un réacteur (1), au moins un régénérateur (4) de catalyseur conçu pour alimenter le réacteur en catalyseur (3) et pour être alimenté par le réacteur en catalyseur usé (7), un électrolyseur à oxyde solide (100) apte à produire du dioxygène (11) et du dihydrogène (12) à partir d'un flux comportant notamment de la vapeur d'eau (V1), l'électrolyseur à oxyde solide comportant une première sortie d'évacuation du dioxygène et une seconde sortie d'évacuation du dihydrogène, ladite première sortie étant reliée au régénérateur de catalyseur au moyen d'une conduite d'alimentation dudit régénérateur, pour alimenter une entrée (41) dudit régénérateur en dioxygène. L'unité comprend une installation (110) de traitement d'un flux gazeux (9) évacué en sortie dudit régénérateur, ladite installation comportant une sortie d'installation pour l'évacuation d'un flux gazeux traité (90), ladite sortie d'installation étant reliée à ladite conduite d'alimentation dudit régénérateur.

Description

UNITE DE CRAQUAGE CATALYTIQUE FLUIDISE COMPORTANT UN ELECTROLYSEUR
La présente invention se rapporte notamment à une unité de craquage catalytique fluidisé pour la production de produits d’hydrocarbures raffinés, l’unité comportant au moins un régénérateur de catalyseur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Le craquage catalytique fluidisé est un procédé largement utilisé dans l'industrie du raffinage.
La illustre, de façon schématique, une unité de craquage catalytique fluidisé connue. Elle comporte un réacteur 1 dans lequel se produit le craquage de fractions lourdes issues de la séparation du pétrole brut 2 grâce à la présence d’un catalyseur 3 injecté dans le réacteur, et provenant d’un régénérateur 4 de catalyseur.
Les produits 5 issus de la réaction de craquage catalytique, en sortie de réacteur 1, sont séparés les uns des autres dans une unité de séparation 6 et sont récupérés: ils comportent notamment du gaz 51, du kérosène 52, des essences 53 etc.
Le catalyseur 3 se couvre de coke dans le réacteur 1 après avoir permis le craquage du pétrole brut. Il devient en grande partie inutilisable dans cet état : il sera appelé catalyseur usé 7.
Le catalyseur usé 7 est réinjecté dans le régénérateur 4. L’oxygène de l’air 8 introduit dans le régénérateur 4 permet de bruler le coke et de reformer du catalyseur 3 pouvant de nouveau servir au craquage du pétrole brut. Il est alors réinjecté dans le réacteur 1.
Un flux gazeux 9 est évacué en sortie du régénérateur 4 : il comprend notamment des oxydes de carbones (dont majoritairement du dioxyde de carbone, CO2), des oxydes d’azotes (NOx), des oxydes de soufre (SOx), de l’eau, de l’oxygène etc.
Une telle unité de craquage présente plusieurs inconvénients : –en particulier, elle conduit à une perte de chaleur, due à l'utilisation d'air 8 qui nécessite de chauffer l'azote contenu dans l’air. La perte de chaleur est également due aux hautes températures au niveau des gaz en sortie de zone du régénérateur 4.
L’invention a pour objectif de limiter la consommation d’énergie à l’heure où il convient de réduire les émissions de carbone et la pollution en général.
Par ailleurs, le réacteur 1 et le régénérateur 4 nécessitent beaucoup de chaleur pour permettre respectivement la réaction de craquage et la régénération du catalyseur. Afin de limiter la consommation d’énergie du réacteur 1, de la vapeur d’eau y est injectée pour que la température en entrée du réacteur se rapproche de celle nécessaire à atteindre pour permettre la réaction.
Un premier objectif de l’invention est de récupérer l’énergie produite dans l’unité de craquage pour la réutiliser afin de limiter l’apport d’énergie nécessaire à son fonctionnement.
Un second objectif de l’invention est d’utiliser un air enrichi en oxygène dans le régénérateur, pour limiter formation de NOx et ainsi simplifier les post traitement des fumées. L’invention cherche également à éviter la présence de produits azotés qui ne sont pas désirables dans les produits que l’on cherche à produire ou utiliser.
A cet effet, l’invention concerne une unité de craquage catalytique fluidisé comprenant :
- un réacteur, apte à permettre la réaction de craquage de coupe pétrolière en présence d’un catalyseur,
- au moins un régénérateur de catalyseur conçu pour alimenter le réacteur en catalyseur et pour être alimenté par le réacteur en catalyseur usé.
L’unité de craquage catalytique fluidisée est remarquable en ce qu’elle comprend un électrolyseur à oxyde solide apte à produire du dioxygène et du dihydrogène à partir d’un premier flux comportant notamment de la vapeur d’eau, l’électrolyseur à oxyde solide comportant une première sortie d’évacuation du dioxygène et une seconde sortie d’évacuation du dihydrogène, ladite première sortie étant reliée au régénérateur de catalyseur au moyen d’une conduite d’alimentation dudit régénérateur, pour alimenter une entrée dudit régénérateur en dioxygène. De plus, l’unité comprend une installation de traitement d’un flux gazeux évacué en sortie dudit régénérateur, ledit flux gazeux comprenant les gaz résiduels de la régénération dudit catalyseur, ladite installation de traitement comportant une sortie d’installation pour l’évacuation d’un flux gazeux traité, ladite sortie d’installation étant reliée à ladite conduite d’alimentation dudit régénérateur pour mélanger au moins une partie dudit flux gazeux traité au dioxygène produit par ledit électrolyseur avant son introduction dans ledit régénérateur.
L’utilisation de l’électrolyseur a oxyde solide permet, d’une part, de fournir la quantité d’oxygène introduite dans le régénérateur tout en produisant du dihydrogène qui peut être récupéré et stocké pour d’autres utilisations domestiques ou industrielles. Par ailleurs l’utilisateur du flux gazeux traité en sortie du régénérateur permet de diluer la quantité d’oxygène introduite dans le régénérateur, ce qui limite la production de chaleur éventuellement perdue produite par le régénérateur et d’homogénéiser la combustion Enfin, l’unité conforme à l’invention évite la présence de composés azotés dans les fumées du régénérateur et dans les produits du réacteur.
Suivant un mode de réalisation avantageux, l’installation de traitement comporte une unité de récupération de chaleur qui produit un second flux de vapeur d’eau, ladite unité de récupération de chaleur comprenant une conduite d’évacuation du second flux de vapeur d’eau qui est reliée à l’une des entrées du réacteur.
En outre, ladite unité de récupération de chaleur comprend une seconde conduite d’évacuation d’un troisième flux de vapeur d’eau qui est reliée à l’entrée dudit électrolyseur pour l’alimenter. Cela assure un supplément d’apport de chaleur en entrée de l’électrolyseur.
De préférence, ladite installation de traitement comporte un filtre de retenue de particules solides ou poussières issus de la réaction de régénération de catalyseur, ou éventuellement de la dégradation du catalyseur, et en ce que ladite installation de traitement produit un flux de gaz comportant du dioxyde de carbone, constituant ledit flux gazeux mélangé au dioxygène avant son entrée dans ledit régénérateur. Cela permet une production de gaz traité, en sortie du régénérateur, qui ne comporte pas de produits azotés.
De préférence encore, l’installation de traitement comporte en outre un dispositif de récupération d’eau et un dispositif de récupération d’oxydes de soufre. Cela assure un filtrage plus précis des gaz évacués du régénérateur.
Avantageusement, ladite d’installation de traitement comprend une conduite d’évacuation qui est reliée à l’entrée dudit électrolyseur : ce mode de réalisation permet une co-électrolyse et assure un apport de chaleur supplémentaire pour l’électrolyseur.
Suivant un mode de réalisation avantageux, l’électrolyseur est positionné dans une chambre étanche de maintien de température.
L’invention concerne également un procédé de mis en œuvre d’une unité de craquage telle que définie ci-dessus, comprenant un réacteur, au moins un régénérateur de catalyseur, une unité de récupération de chaleur, un électrolyseur à oxyde solide et une installation de traitement de flux gazeux. Le procédé conforme à l’invention comporte les étapes suivantes :
- ledit électrolyseur à oxyde solide est alimenté par un premier flux comportant notamment de la vapeur d’eau et génère, d’une part, du dihydrogène qui est récupéré en aval dudit électrolyseur, et d’autre part du dioxygène qui est injecté dans ledit régénérateur, et
- ladite installation de traitement génère un flux de gaz traité qui est mélangé audit dioxygène avant son introduction dans ledit régénérateur.
Le procédé conforme à l’invention peut assurer la mise en œuvre d’une unité de craquage telle que définie ci avant et comportant une unité de récupération de chaleur, le réacteur comprenant plusieurs entrées, l’unité de récupération de chaleur produisant un flux de vapeur d’eau qui peut être injecté à l’une des l’entrées dudit réacteur.
Le procédé peut également être mis en œuvre par une unité conforme à l’invention qui comporte une unité de récupération de chaleur qui produit un autre flux de vapeur d’eau qui est également injecté en entrée dudit électrolyseur à oxyde solide.
En outre, le procédé conforme à l’invention met en œuvre une unité telle que définie ci avant, dont l’installation de traitement produit un flux gazeux traité sans produit comprenant de l’azote et, conformément au procédé, ledit flux gazeux traité est également injecté dans ledit électrolyseur à oxyde solide pour notamment pour produire du gaz de synthèse (syngaz).
Enfin, suivant une variante avantageuse du procédé conforme à l’invention, mettant en œuvre une unité de craquage dont l’électrolyseur à oxyde solide comporte une chambre de maintien en température, la température, dans la chambre de maintien en température, est comprise entre 650 °C et 850 °C.
LISTE DES FIGURES
D’autres particularités et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés où :
illustre l’Etat de la Technique, comme indiqué ci-avant,
est une représentation schématique d’une unité de craquage conforme à un premier mode de réalisation selon l’invention,
est une représentation schématique d’une unité de craquage conforme à un second mode de réalisation selon l’invention,
est une représentation schématique d’une unité de craquage conforme à un troisième mode de réalisation selon l’invention, et
est une représentation schématique d’une unité de craquage conforme à un quatrième mode de réalisation selon l’invention
Les références ont été gardées d’une figure à l’autre pour définir les mêmes éléments.
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION
Les modes de réalisation qui vont maintenant être décrits ne sont pas limitatifs : on pourra notamment réaliser des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite, isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui vont être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.
La illustre de façon schématique un premier mode de réalisation d’une unité de craquage conforme à l’invention.
On y observe le réacteur 1, dans lequel est réalisé le craquage catalytique de coupes pétrolières 2 au moyen d’un catalyseur 3 : la coupe pétrolière 2 alimente le réacteur 1 et pénètre dans une colonne montante 10 du réacteur 1 où il se mêle à de la vapeur d’eau et au catalyseur 3.
La température interne du réacteur est comprise entre 450 et 550 °C, et la pression est comprise entre 1 et 3 Bars (absolus), pour permettre la réaction de craquage catalytique.
Le catalyseur 3 provient d’une conduite 30 du régénérateur 4 : il pénètre dans la colonne 10 montante du réacteur 1. Dans la colonne montante 10, la coupe pétrolière est vaporisée par la vapeur d'eau dans des injecteurs. Ces injecteurs se situent au niveau de la colonne montante. Puis, ils sont craqués en molécules plus petites au fur et à mesure que le mélange est chauffé et qu’il réagit avec le catalyseur 3, ce qui produit des hydrocarbures plus légers à chaines plus petites qui sont évacués (voir produits 5 issus du craquage, montrés en ).
Le catalyseur usé (référence 7) est ainsi séparé des produits 5 dans le réacteur 1 et il est évacué vers le régénérateur 4 via une conduite 70.
Pour régénérer le catalyseur usé 7, et le retransformer en catalyseur utile 3, il faut brûler le coke présent sur le catalyseur.
Pour ce faire le régénérateur doit disposer d’oxygène et être porté à une température élevée, comprise entre 650 et 800 °C, à une pression comprise entre 1 et 3 Bars (absolus).
Conformément à l’invention, et selon le premier mode de réalisation présentement décrit, l’unité de craquage comporte un électrolyseur à oxyde solide 100 qui produit du dioxygène et du dihydrogène 12 à partir de vapeur d’eau et d’air V1 qui l’alimente.
Le dioxygène 11 est amené jusqu’à l’entrée 41 du régénérateur 4 au moyen d’une conduite 40 d’alimentation, pour y être injecté, et il est utilisé pour régénérer le catalyseur usé 7 en permettant de brûler le coke qui adhère au catalyseur usé.
Le dihydrogène 12 est, quant à lui, récupéré et évacué de l’électrolyseur 100 via une autre conduite 42.
En sortie 43 du régénérateur, un flux de gaz résiduel 9 est récupéré : il comporte essentiellement (mais non exclusivement) du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, des particules diverses, de l’eau, du dioxyde de soufre, du dioxyde d’azote, monoxyde d’azote etc.
Conformément à l’invention l’unité de craquage comporte une installation de traitement 110 qui vise à utiliser le flux de gaz et l’énergie produite par le régénérateur 4 pour contribuer à son fonctionnement, de sorte à réduire la consommation énergétique extérieure nécessaire pour son fonctionnement.
Pour ce faire, et dans un premier temps, l’installation de traitement 110 comporte un dispositif de récupération de chaleur HRU (Heat Recovery Unit) qui utilise la chaleur en sortie 43 du régénérateur et/ou utilise la chaleur émanant directement du régénérateur pour produire un second flux de vapeur d’eau V2 qui est conduit jusqu’à l’entrée du réacteur 1, dans la colonne montante 10, pour être utilisé pour le craquage catalytique.
L’installation de traitement 110 comprend également d’autres dispositifs, tels que des filtres à particules 111, qui retiennent les particules résiduelles dans le flux en sortie du régénérateur, un récupérateur d’eau 112 et un dispositif permettant de récupérer les composés comportant éventuellement du soufre et/ou de l’azote 113.
Ainsi, en sortie de l’installation de traitement 110, on obtient un flux gazeux traité 90, riche en oxydes de carbone. Plus exactement, Le gaz est riche en dioxyde de carbone avec éventuellement un peu de monoxyde de carbone. En effet, dans le régénérateur, la combustion totale du coke est recherchée ce qui conduit à introduire plus d'oxygène dans le régénérateur pour éviter d'avoir du monoxyde de carbone et pour éviter de la postcombustion en aval.
Ce flux gazeux traité 90 est réutilisé en étant partiellement introduit dans la conduite d’alimentation 40 du régénérateur, où il se mélange au dioxygène afin de le diluer en quantité, pour éviter une trop grande montée en température du régénérateur 4.
La quantité de dioxygène 11 introduite dans le régénérateur 4 peut ainsi être contrôlée.
Grâce à l’introduction de dioxygène provenant de l’électrolyseur, la présence de NOx est limitée dans le régénérateur puisque l’air ne sert plus de réservoir d’oxygène pour permettre la combustion du coke sur le catalyseur usé. De plus, cette solution assure une limitation de l'azote qui est entrainé par le flux de catalyseur et renvoyé vers le réacteur et donc, vers les produits finaux.
Par ailleurs, si certains produits azotés sont présents initialement, durant la mise en fonctionnement de l’ensemble décrit et représenté sur les figures, ces produits azotés sont retenus par des unités de conversion spécifiques. Ils n’interviennent donc pas de façon négative dans la capture du CO2 produit par le régénérateur.
Il est à noter que le flux de gaz traité 90, en sortie de l’installation de traitement ; peut être partiellement orienté vers un dispositif de récupération annexe 114 pour d’autre usages que celui visant à diluer la quantité d’oxygène introduite dans le régénérateur.
L’avantage d’une telle unité de craquage est de simplifier le traitement du flux gazeux sortant du régénérateur puisqu’il ne comporte pas autant de produits indésirables que lorsque le régénérateur est alimenté avec de l’air ambiant.
Un autre avantage de l’unité de craquage présentement décrite est de permettre la production de dihydrogène (H2), en plus des autres produits 5 issus de la réaction de craquage catalytique, et d’optimiser l’énergie qu’elle produit et qu’elle consomme.
La illustre une variante de réalisation de l’unité de craquage conforme à l’invention.
Comme dans le mode de réalisation montré en , l’unité de craquage comporte un réacteur 1, dans lequel est réalisé le craquage catalytique d’une coupe pétrolière 2 au moyen d’un catalyseur 3 qui provient d’un régénérateur 4 via la conduite 30 : la coupe pétrolière 2 alimente le réacteur 1 et pénètre dans une colonne montante 10 du réacteur 1 où il se mêle à de la vapeur d’eau dans des injecteurs et au catalyseur 3.
Des hydrocarbures plus légers 5 à chaines plus petites sont évacués.
Le catalyseurs usé (référence 7), séparé des produits 5 dans le réacteur 1, est évacué vers le régénérateur 4 via une conduite 70.
L’unité de craquage comporte également un électrolyseur à oxyde solide 100 qui produit du dioxygène 11 et du dihydrogène 12 à partir de vapeur d’eau V1 qui l’alimente.
Le dioxygène 11 alimente le régénérateur 4 : il est utilisé pour régénérer le catalyseur usé 7 en permettant de brûler le coke qui adhère au catalyseur usé.
Le dihydrogène 12 est récupéré et évacué de l’électrolyseur 100.
De cette façon, il n’est pas nécessaire d’introduire de l’air dans le régénérateur et l’azote, compris dans l’air, ne forme pas de composé azoté (monoxyde d’azote ou dioxyde d’azote) NOx qui se retrouveraient à la fois dans les fumées du régénérateur et les produits finaux en sorte de réacteur.
Un flux de gaz résiduel 9 est évacué du régénérateur 4 et conduit vers une installation de traitement 110.
L’installation de traitement 110 comporte un dispositif de récupération de chaleur HRU (Heat Recovery Unit) qui utilise la chaleur en sortie 43 du régénérateur et/ou utilise la chaleur émanant directement du régénérateur pour produire un second flux de vapeur d’eau V2 qui est conduit jusqu’à l’entrée du réacteur 1, dans la colonne montante 10, pour être utilisé pour le craquage catalytique.
Dans le cadre de ce mode de réalisation, le dispositif de récupération de chaleur HRU produit un troisième flux de vapeur d’eau V3 qui est conduit jusqu’à l’électrolyseur 100 : ce troisième flux de vapeur d’eau peut soit permettre de maintenir à température l’électrolyseur qui se trouve dans une chambre qui assure son maintien en température, entre 650 °C et 850 °C. Ce troisième flux peut également être utilisé comme alimentation pour l’électrolyse et la production de dioxygène et de dihydrogène. En variante, ce troisième flux de vapeur peut soit être utilisé dans l'unité pour des fonctions classiques du FCC, soit être utilisé pour l'électrolyse, voire les deux.
Comme dans l’exemple précédent, l’installation de traitement 110 comprend également d’autres dispositifs, tels que des filtres à particules 111, qui retiennent les particules résiduelles dans le flux en sortie du régénérateur, un récupérateur d’eau 112 et un dispositif permettant de récupérer les composés comportant éventuellement des composés comprenant du soufre et/ ou de l’azote 113.
Ainsi, en sortie de l’installation de traitement 110, on obtient un flux gazeux traité 90, comprenant des oxydes de carbone (mais dépourvu de composés comportant de l’azote, comme les exemple précédents).
Ce flux gazeux traité 90 est réutilisé en étant partiellement introduit dans la conduite d’alimentation 40 du régénérateur, où il se mélange au dioxygène 11 afin de le diluer en quantité, pour éviter une trop grande montée en température du régénérateur 4.
L’autre partie du flux de gaz traité 90 est orienté vers un dispositif de récupération annexe 114 pour d’autres usages.
L’avantage d’une telle unité de craquage, comparé à celui de l’unité de craquage présenté en , est que l’on utilise de façon optimale l’énergie produite par le régénérateur pour le fonctionnement de l’électrolyseur et du réacteur.
La illustre encore une variante de réalisation :
Comme pour les exemple précédents, l’unité de craquage comporte un réacteur 1, dans lequel est réalisé le craquage catalytique d’une coupe pétrolière 2 au moyen d’un catalyseur 3.
Le catalyseur 3 provient d’une conduite 30 du régénérateur 4 et pénètre dans la colonne 10 montante du réacteur 1. Dans la colonne montante 10, le pétrole brut (ou partiellement) est vaporisé par la vapeur d'eau dans des injecteurs. Ces injecteurs se situent au niveau de la colonne montante. Puis, ils sont craqués
La coupe pétrolière 2 est vaporisée puis craquée en molécules plus petites, formant des produits plus légers à chaines plus petites 5 qui sont évacués du réacteur 1.
Le catalyseurs usé (référence 7) est évacué vers le régénérateur 4 via une conduite 70.
L’unité de craquage comporte également un électrolyseur à oxyde solide 100 qui produit du dioxygène 11 et du dihydrogène 12 à partir de vapeur d’eau V1. Optionnellement de l’air de balayage est utilisé en entrée de l’électrolyseur 100 est se retrouve avec le dioxygène produit.
Le dioxygène 11 est amené jusqu’à l’entrée 41 du régénérateur 4 au moyen d’une conduite 40 d’alimentation, pour y être injecté, et il est utilisé pour régénérer le catalyseur usé 7 en permettant de brûler le coke qui adhère au catalyseur usé.
Le dihydrogène 12 est, quant à lui, récupéré et évacué de l’électrolyseur 100 via une autre conduite 42.
En sortie 43 du régénérateur, un flux de gaz résiduel 9 est récupéré, comme dans les exemples précédents : il comporte essentiellement (mais non exclusivement) du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, des particules diverses, de l’eau etc.
Par ailleurs, l’unité de craquage peut comporter une installation de traitement 110 qui comprend un dispositif de récupération de chaleur HRU, des filtres à particules 111, un récupérateur d’eau 112 et un dispositif permettant de récupérer les composés comportant du soufre et de l’azote 113.
Comme indiqué ci-dessus, le HRU permet notamment de créer de la vapeur d’eau à partir de la chaleur récupérée en sortie ou émanant du régénérateur et transmet ce flux de vapeur d’eau V2 au réacteur pour la réaction de craquage catalytique.
En sortie de l’installation de traitement 110, on obtient un flux gazeux traité 90, qui comprend des oxides de carbone.
Comme dans les exemples de réalisation précédemment décrits, ce flux gazeux traité 90 est réutilisé en étant partiellement introduit dans la conduite d’alimentation 40 du régénérateur, où il se mélange au dioxygène 11 afin de le diluer en quantité.
Suivant ce mode de réalisation illustré en , au lieu de récupérer dans un dispositif annexe 114 le flux gazeux traité 90 qui n’est pas réinjecté dans la conduite 40, le flux gazeux non mélangé au dioxygène introduit dans le régénérateur est injecté dans l’électrolyseur 100 pour réaliser de la co-électrolyse : en effet, suivant cette variante de réalisation, on utilise le flux traité 90 pour alimenter l’électrolyseur afin de produire du monoxyde de carbone 13 qui est évacué avec le dihydrogène 12 (le mélange de dihydrogène et de monoxyde de carbone formant le syngaz trouvant des utilisations dans le domaine industriel ou domestique) via la conduite 42 en sortie de l’électrolyseur.
Une telle unité de craquage permet de ne pas produire de CO2, de produire du syngaz utile pour des applications annexes et, comme pour les exemples précédents, de permettre le traitement d’un flux gazeux 9, en sortie du régénérateur, qui ne comporte pas de produits azotés.
On comprendra par « syngaz » un gaz de synthèse qui peut être utilisé directement comme carburant gazeux ou bien être transformé en carburant liquide.
Un autre mode de réalisation est illustré en  : il combine les modes de réalisation des figures 3 et 4 et constitue encore une variante de réalisation de l’unité de craquage conforme à l’invention :
L’unité de craquage comporte un réacteur 1, dans lequel est réalisé le craquage catalytique d’une coupe pétrolière 2 au moyen d’un catalyseur 3.
Le catalyseur 3 provient d’une conduite 30 du régénérateur 4 et pénètre dans la colonne 10 montante du réacteur 1, dans laquelle il se mélange à de la vapeur d’eau V2 produite par le HRU de l’installation de traitement, en aval du régénérateur 4.
La coupe pétrolière 2 est vaporisée puis craquée en molécules plus petites, formant des produits plus légers à chaines plus petites 5 qui sont évacués du réacteur 1.
Le catalyseurs usé (référence 7) est évacué vers le régénérateur 4 via une conduite 70.
L’unité de craquage comporte également un électrolyseur à oxyde solide 100 qui produit du dioxygène 11 et du dihydrogène 12 à partir de vapeur d’eau V1 qui l’alimente.
Le dioxygène 11 est amené jusqu’à l’entrée 41 du régénérateur 4 au moyen d’une conduite 40 d’alimentation, pour y être injecté, et il est utilisé pour régénérer le catalyseur usé 7 en permettant de brûler le coke qui adhère au catalyseur usé.
Le dihydrogène 12 est, quant à lui, récupéré et évacué de l’électrolyseur 100 via une autre conduite 42.
En sortie 43 du régénérateur, un flux de gaz résiduel 9 est récupéré : il comporte essentiellement (mais non exclusivement) du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, des particules diverses, de l’eau, du dioxyde de soufre, du dioxyde d’azote, monoxyde d’azote etc.
Par ailleurs, l’unité de craquage peut comporter une installation de traitement 110 qui comprend un dispositif de récupération de chaleur HRU, des filtres à particules 111, un récupérateur d’eau 112 et un dispositif permettant de récupérer les composés comportant du soufre et de l’azote 113.
Comme indiqué ci-dessus, le HRU permet notamment de créer de la vapeur d’eau à partir de la chaleur récupérée en sortie ou émanant du régénérateur et transmet ce flux de vapeur d’eau V2 au réacteur pour la réaction de craquage catalytique.
En sortie de l’installation de traitement 110, on obtient un flux gazeux traité 90, qui comprend des oxydes de carbone.
Le flux gazeux traité 90 est réutilisé en étant partiellement introduit dans la conduite d’alimentation 40 du régénérateur, où il se mélange au dioxygène 11 afin de le diluer en quantité.
Comme pour l’exemple illustré en , le flux 90 est également injecté dans l’électrolyseur 100 pour réaliser de la co-électrolyse, afin de produire du dioxygène 11, du dihydrogène 12 et du monoxyde de carbone 13 (syngaz).
Comme dans l’exemple illustré en , le HRU est également conçu pour produire un troisième flux de vapeur d’eau V3 qui alimente l’électrolyseur 100.
Dans ce dernier mode de réalisation, la chaleur produite par le régénérateur est réutilisée à la fois pour alimenter le réacteur 1 en flux de vapeur d’eau utile pour l’unité de craquage, et pour assurer une partie de la production de dioxygène.
Ce dernier mode de réalisation combine les avantages des unités de craquage illustrées en figures 3 et 4 : la production de syngaz, la non-production de CO2, et l’utilisation de l’énergie produite par le régénérateur pour optimiser le fonctionnement de l’électrolyseur en termes de récupération d’énergie produite par un premier dispositif (régénérateur) et de réutilisation de cette énergie par un autre dispositif (l’électrolyseur).
On comprend de la description qui précède comme l’invention permet d’utiliser une partie des produits ou de l’énergie créée par le régénérateur de catalyseur afin d’optimiser le fonctionnement de l’unité de craquage, sans avoir à apporter d’énergie supplémentaire extérieure à l’unité, ni à utiliser l’air ambiant pour alimenter le régénérateur en oxygène : ainsi, les produits pouvant gêner la régénération, comme le monoxyde d’azote ou le dioxyde d’azote, ne sont pas produits et ainsi ne se retrouvent pas dans les fumées du régénérateur mais aussi pas dans les produits finaux du réacteur . Le fonctionnement du régénérateur est ainsi optimisé.

Claims (12)

  1. Unité de craquage catalytique fluidisé comprenant :
    - un réacteur (1), apte à permettre la réaction de craquage de coupes pétrolière (2) en présence d’un catalyseur (3),
    - au moins un régénérateur (4) de catalyseur conçu pour alimenter le réacteur (1) en catalyseur (3) et pour être alimenté par le réacteur (1) en catalyseur usé (7),
    caractérisé en ce qu’elle comprend un électrolyseur à oxyde solide (100) apte à produire du dioxygène (11) et du dihydrogène (12) à partir d’un flux comportant notamment de la vapeur d’eau (V1), l’électrolyseur à oxyde solide (100) comportant une première sortie d’évacuation du dioxygène (11) et une seconde sortie d’évacuation du dihydrogène (12), ladite première sortie étant reliée au régénérateur de catalyseur (4) au moyen d’une conduite d’alimentation (40) dudit régénérateur (4), pour alimenter une entrée (41) dudit régénérateur (4) en dioxygène (11),
    et en ce que il comprend une installation (110) de traitement d’un flux gazeux (9) évacué en sortie dudit régénérateur (4), ledit flux gazeux (9) comprenant les gaz résiduels de la régénération dudit catalyseur, ladite installation de traitement (110) comportant une sortie d’installation pour l’évacuation d’un flux gazeux traité (90), ladite sortie d’installation étant reliée à ladite conduite d’alimentation (40) dudit régénérateur (4) pour mélanger au moins une partie dudit flux gazeux traité (90) au dioxygène (11) produit par ledit électrolyseur (100) avant son introduction dans ledit régénérateur (4).
  2. Unité de craquage selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite installation de traitement (110) comporte une unité de récupération de chaleur (HRU) qui produit un second flux de vapeur d’eau (V2), ladite unité de récupération de chaleur (HRU) comprenant une conduite d’évacuation du second flux de vapeur d’eau (V2) qui est reliée à l’une des entrées du réacteur (1).
  3. Unité de craquage selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite unité de récupération de chaleur (HRU) comprend une seconde conduite d’évacuation d’un troisième flux de vapeur d’eau (V3) qui est reliée à l’entrée dudit électrolyseur (100) pour l’alimenter.
  4. Unité de craquage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite installation de traitement (110) comporte un filtre de retenue (111) de particules solides ou poussières issus de la réaction de régénération de catalyseur et/ou de la dégradation du catalyseur, et en ce que ladite installation de traitement (110) produit un flux de gaz comportant du dioxyde de carbone, constituant ledit flux gazeux (90) mélangé au dioxygène (11) avant son entrée dans ledit régénérateur (4).
  5. Unité de craquage selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite installation de traitement (110) comporte en outre un dispositif de récupération d’eau (112) et un dispositif de récupération du dioxyde de soufre (113).
  6. Unité de craquage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite d’installation de traitement (110) comprend une conduite d’évacuation qui est reliée à l’entrée dudit électrolyseur (100).
  7. Unité de craquage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’électrolyseur (100) est positionné dans une chambre étanche de maintien de température.
  8. Procédé de mis en œuvre d’une unité de craquage selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un réacteur (1), au moins un régénérateur de catalyseur (4), une unité de récupération de chaleur, un électrolyseur à oxyde solide (100) et une installation de traitement de flux gazeux (110), ledit procédé comportant les étapes suivantes :
    - ledit électrolyseur à oxyde solide (100) est alimenté par un premier flux de vapeur d’eau (V1) et génère, d’une part, du dihydrogène (12) qui est récupéré en aval dudit électrolyseur (100), et d’autre part du dioxygène (11) qui est injecté dans ledit régénérateur (4), et
    - ladite installation de traitement (110) génère un flux de gaz traité (90) qui est mélangé audit dioxygène (12) avant son introduction dans ledit régénérateur (4).
  9. Procédé selon a revendication 8, assurant la mise en œuvre d’une unité de craquage selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit réacteur comporte plusieurs entrées et en ce que ladite unité de récupération de chaleur (HRU) produit un second flux de vapeur d’eau (V2) injecté à l’une des entrées dudit réacteur (1).
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comporte un troisième flux de vapeur d’eau (V3) est également injecté en entrée dudit électrolyseur à oxyde solide (100).
  11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que ladite installation de traitement (110) produit un flux gazeux traité (90) sans produit comprenant de l’azote et en ce que ledit flux gazeux traité (90) est également injecté dans ledit électrolyseur à oxyde solide (100) pour notamment pour produire un gaz de synthèse.
  12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, mettant en œuvre une unité de craquage selon la revendication 7 dont l’électrolyseur à oxyde solide (100) comporte une chambre de maintien en température, caractérisé en ce que la température, dans la chambre de maintien en température, est comprise entre 650 °C et 850 °C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4542114A (en) * 1982-08-03 1985-09-17 Air Products And Chemicals, Inc. Process for the recovery and recycle of effluent gas from the regeneration of particulate matter with oxygen and carbon dioxide
US20140076213A1 (en) * 2012-09-17 2014-03-20 Phillips 66 Company Process for enabling carbon-capture from existing combustion processes
GB2618982A (en) * 2022-02-24 2023-11-29 Ceres Ip Co Ltd FCC electrolyser system

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