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La présente invention se rapporter à des opérations effectuées suivant un cycle de réactions alternativement de fabrication effective et de régénération, exécutées en pré- sence d'un catalyseur; ellese rapporte particulièrement à de telles opérations pour des systèmes et procédés destinés à la conversion catalytique des.hydrocarbures. Plus partiou-
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lièrement, l'invention a trait à des opérations de déshydrogé- nation appliquées à des hydrocarbures, par exemple dans la préparation du butadiène à l'usage de caoutchouc,synthétique et/ou de butylène pour la fabrication d'alkylat.
Bien que l'invention ne se limite pas à de telles opérations, elle sera illustrée ci-après en tant que procédé et appareillage appli- cables à ce genre d'opérations.
On connaît différente types de systèmes et de procé- dés dans ce domaine en vue de la conversion catalytique des hydrocarbures, entré autres ceux destinés particulièrement à la conversion du butène ou butadiène en un ou plusieurs stades. Un procédé ou système de ce genre ayant été appliqué avec succès à l'échelon industriel est par exemple celui qui est décrit dans le brevet britannique n 598.650 ; dans ce procédé une fraction mixte en C4, riche en butane, est soumise à une déshydrogénation sur un catalyseur constitué d'oxyde chromique supporté sur de l'alumine activée, en présence de particules d'une matière absorbant la chaleur.
Le système décrit dans ce brevet britannique utiliee une batterie d'ap- pareils de conversion fonctionnant suivant un cycle adiabati- que conçu pour main'tenir un équilibre entre l'apport de chaleur de la réaction de régénération et les besoins calorifiques endothermiques de la réaction de conversion d'hydrocarbures constituant la fabrication effective.
Un aspect important de la présente invention comprend des perfectionnements apportés au cycle opératoire, utilisant .un cycle à cinq réacteurs pour obtenir une plus grande sou- plesse de fonctionnement jointe à une haute sélectivité dans la fabrication des produits de conversion désirés, à des rende- ments supérieurs et à une durée de service plus longue du cata- lyseur, principalement du fait de périodes réduites de fabri- cation effective entre des régénérations du catalyseur. L'opé- ration améliorée prévoit de plus un laps de temps adéquat
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pour l'exécution d'une purge souhaitable du catalyseur et des récipients de réaction ; permet en outre l'emploi d'une forme plus simple de répartition des temps du cycle.
Un autre objet important de la présente- invention compor- te des améliorations dans le contrôle de la nature de la matière chargée dans de telles opérations, particulièrement en ce qui a trait aux matières de recyclage provenant des effluents de la réaction.
Un autre objet important de la présente invention com- prend la modification de la conception des récipients de réac- tion en vue d'obtenir une distribution plus uniforme des fluides de réaction, comme par exemple l'air et les vapeurs d'hydro= carbures introduits dans un tel récipient, la réduction des vitesses nuisibles des gaz en écoulement transversal sur le lit de catalyseur, une purge plus efficace et un chargement et dé-' chargement de catalyseur plus aisés qu'auparavant.
Un autre avantage important des particularités nouvelles de la présente invention a trait à la meilleure utilisation de la chaleur contenue dans les fluides en circulation dans le système, en vue d'une économie globale dans les frais opéra- toires et autres frais.
D'autres particularités nouvelles et originales ressortiront de la description qui suit.
On montre une forme de réalisation concrète représentati- ve de l'invention dans les dessins d'accompagnement dans lesquels
La figure 1 est une vue schématique ou flow chart d'une installation catalytique de déshydrogénation du butane.
La figure 2 est une vue schématique partielle montrant une disposition de vannes pour le fonctionnement d'une batterie d'appareils de conversion suivant une séquence réglée.
La figure 3 est un schéma montrant un cycle typique de fonctionnement dans la mise en oeuvre de l'invention.
La figure 4 est une vue en coupe d'un des appareils de conversion représentés dans la figure 2.
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La figure 5 est une coupe fragmentaire de la surface cona tituée par une plaque perforée au sommet de la voûte réfractaire dans 1'. appareil de convers-ion,.
La figure 6''est un diagramme schématique partiel mon-. trant une disposition pour l'opération de régénération de bat- teries multiples d'appareils de conversion.
La figure ? est un diagramme schématique partiel mon- trait une disposition en vue de l'opération de régénération pour la recirculation des gaz de régénération dans une batte- rie unique d'appareils de conversion.
L'opération dans son ensemble, appliquée à la fabrica- tion de butadiène, est illustrée d'une manière génerale par le flow chart de la figure 1. Comme on peut s'en rendre compte par cette figure, une charge fraîche d'hydrocarbure admise par la conduite 1 et comprenant essentiellement du butane normal est alimentée conjointement avec des hydrocarbures de recyclage provenant de la conduite 2 dans un appareil d'échange thermique conventionnel ou réchauffeur 3 dans lequel la charge est portée à la température de réaction désirée.
La charge chauffée passe ensuite à travers un ou plusieurs d'une série aie réacteurs dans une batterie de ces derniers, comme décrit ci-après, cons- tituant un système de déshydrogénation désigné par 4 ; de réaction chaud provenant de ce système passe par exemple au moyen d'une conduite 5 dans un système dont le but est de le refroidir bruquement.
Dans le système représenté, le refroidissement brusque est effectué enenvoyant l'hydrocarbure déshydrogéné dans une tour de pré-refroidissement 6 suivie d'une tour de refroidisse- ment 7. ainsi, dans la tour de pré-refroidissement 6, l'effluent du réacteur est mis au contact d'une pluie fine d'huile de refroidissement plus froide admise par la conduite 8 et pulvé- risée sur les hydrocarbures passant concurremment. On peut utiliser toute forme d'huile de refroidissement pour autant
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qu'elle soit stable à la chaleur, par¯exemple une huile combus- tible catalytique légère.
L'huile de refroidissement adsorbe certains hydrocarbures polymérisés provenant de l'effluent du réacteur ; parconséquent un courant d'échappement est reje- té comme combustible et remplacé par de l'huile fraîche. L'huile refroidie et le produit refroidi provenant de la tour 6 sont admis par la conduite 9 dans un côté du fond de la tour de re- froidissement 7, cette sec.tion du fond étant divisée par une séparation 10 en vue de former des chambres séparées 11 et 12.
Le produit liquide dé la chambre 11 est pompé à travée un re- froidisseur 13 et est renvoyé au sommet de la tour de refroidis- sement 7 pour passer sur des plaques déflectrites dans cette tour en contre-courant par rapport aux vapeurs qui montent à , travers celle-ci. L'huile de refroidissement descendante fina- lement entre en contact avec une plaque non perforée¯14 dans la tour 7 au-dessus de la séparation 10, le liquide retombant en cascade par-dessus le bord de la plaque 14 dans la chambre 12.
A partir de cette chambre 12, l'huile de refroidissement rela- tivenient froide est éliminée au moyen de la conduite 8 qui ren- voie cette huile au sommet de la tour de pré-refroidissement 6.
A l'aide de l'agencement particulier ainsireprésenté et décrit, on peut obtenir une utilisation plus efficace de la capacité calorifique du produit de réaction en réalisant des économies importantes dans l'opération. Par exemple, l'huile retirée de la chambre 11 peut être à 137,7 C environ, tandis que l'huile déchargée de la chambre 12 peut être à une température considé- reblement plus basse que dans la chambre 11, de l'ordre de 55,5 C en moins, et avoir par exemple une valeur d'environ 76,6 C.
Les gaz effluents sont éliminés comme produits de tête du sommet de la tour de refroidissement 7. par l'intermédiaire de la. con- duite 15 et, avec ou sans refroidissement supplémentaire, ils passent à travers un système de compression 16 dans lequel ils sont soumis à un système à plusieurs étapes de compresseurs
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(trois ou quatre étages ) pour porter le gaz jusqu'à environ 10,5 -11,9 kg/cm2 au manomètre. Dans le système de compression 16, un refroidissement intermédiaire (non représenté) des gaz entre les étages est prévu en vu de maintenir en toute sûreté la température en-dessous d'environ 115,5 C, évitant ainsi la destruction du butadiène et la formatio d'un polymère indési- rable.
Les vapeurs comprimées passent alors à un séparateur ou récipient éliminateur 17 et de là par la conduite 18 à un adsorbeur 19. Le liquide formé dans le récipient 17 peut être éliminé par exemple au moyen de la conduite 20. On peut ren- voyer le produit liquide en un point approprié dans le système comme ceci sera mis en évidence par la suite.
Dans l'absorbeur 19, les vapeurs admises par la conduite 18 sont mises en contact avec une huile d'absorption, par exem- ple du naphte, pour effectuer une récupération d'environ 95% ou plus du butane dans la charge. Le gaz résiduaire sortant de l'absorbeur 19 est envoyé comme combustible comme indiqué en 20' L'huile riche venant de l'absorbeur est déchargée par la con- duite 21 dans un appareil de rectification ou tour d'extraction 22 dans laquelle la matière absorbée est séparée par fraction- nement de l'huile d'absorption. Ainsi, on récupère une fraction de tête consistant pratiquement totalement en des hydrocarbures en C3 et C4 éliminés par la conduite 25, et une huile pauvre déchargée par la conduite 24 et recyclée au moyen de la conduite 25 au sommet de l'absorbeur 19.
Des dispositions sont prises pour permettre l'addition de naphte frais à la conduite 25 et la décharge d'une partie de l'huile en circulation suivant la nécessité, respectivement en 26 et en 27.
Le produit de tête éliminé de l'extracteur par la condui' te 23 passe à travers un condenseur 28, le produit condensé étant envoyé au moyen de la conduite 30 à un appareil de frac- tionnement 31. Une partie du condensat de 28 passe au moyen de @
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la conduite 32 au sommet de l'extracteur 22 pour servir de reflux. Tout produit non condensépeut 'âtre recyclé en arriéra pour la recompression dans l'un des derniers étages du système désigné par 16. Le liquide provenant du récipient éliminateur de compresseur 17 est déchargé par la conduite 20 et peut être renvoyé au système en l'ajoutant aux vapeurs dans la c.onduite 18 ou à l'huile riche dans la conduite 21 ou au produit de tête dans la conduite 23.
Du fait que le point d'ébullition de l'isobutane est environ plus bas que celui du butane normal, il n'est pas difficile d'obtenir des qualités techniques de butane normal contenant moins de 6 % environ d'isobutane. Cependant, les pro- cédés industriels ne permettent pas aisément la préparation de butane contenant moins de quelques parties par milliard d'isobutane. La fabrication du butadiène à partir da butane nor- mal technique comporte nécessairement les problèmes posés par la présence de traces d'isobutane dans la charge alimentée.
Durant de nombreuses années de fabrication de butadiène, les composés iso en C étaient supposés ne pas jouer un rôle impor- tant. Dans le développement de la présente invention, on a fait les découvertes surprenantes qui sont que les composés iso en C4 favorisent spécialement la formation de coke, que la présence de composés iso en C4 dans le courant de réaction (particuliè- rement des concentrations supérieures à environ 3%) diminue la production de butadiène à cause de l'effet de dilution, à cause de la formation de coke et à cause d'autres facteurs, en outre que le catalyseur de déshydrogénation à l'oxyde de chrome sur alumine agit comme catalyseur d'isomérisation,
si bien qu'un recyclage exhaustif des butènes pourrait conduire à une concen- tration d'environ 5% d'hydrocarbures iso en C4 dans le courant des réactifs en supposant que la charge de butane alimentée soit absolument exempte d'hydrocarbures iso en C4, ou d'environ 30 % d'hydrocarbures iso en C4 si la charge de butane alimentée
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est contaminée avec environ 4% d'isobutane, et que les tenta- tives en vue d'éliminer les hydrocarbures iso en C4 soit du courant de recyclage butane-butènes, soit des produits, com- portent le même genre de limitations de-frais, d'ou la né- cessité de l'emploi d'une charge de butane d'alimentation con- tenant plus d'une partie par milliard d'isobutane, mais moins de 5 %d'isobutane.
Conformément à une forme de réalisation de l'invention on élimine une qualité technique de butène-1 comme sous- produit de la réaction de déshydrogénation et l'on ne recycle seulement que le butane et le butène-2 pour la production de butadiène, Pratiquement tous les hydrocarbres iso en C4 dans l'effluent en C4 provenant de la zone catalytique sont élimi- nés comme contaminants mineurs dans le butène-1, empêchant ainsi toute accumulation importante des composés iso en C4 dans le courant de réaction.
Il importe peu que la charge d'alimentation en butane contienne peu ou beaucoup (par exem- ple 4%) d'hydrocarbures iso en C4 dans le procédé de la pré- sente invention, étant donné que la 'quantité présente dans la charge d'alimentation (plus toute quantité'provenant de phénomènes d'isomérisation) est substantiellement égale à la quantité présente dans le butène-1 éliminé. L'isobutane et l'isobutène dans l'effluent en C4 en provenance de la zone catalytique sont entraînés pratiquement complètement à l'état de contaminants dans le courant de butène-1 éliminé comme sous-produit.
Les caractéristiques de solubilité et de volati- lité de l'isobutane et de l'isobutène ressemblent tellement à celles du butène-1 comparativement aux caractéristiques du cis butène-2, du trans-butène-2 et/ou de butane normal qu'il est possible de réaliser une séparation efficace des hydrocarbures iso en C 4 à partir du courant de recyclage.
Bien que le butène-1 offre de l'intérêt comme consti- tuant de charge pour la fabrication du butadiène et qu'il ne
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puisse être vendu à un prix pouvant concurrencer celui du butadiène, particulièrement lorsqu'il est contaminé ne seraties que par de petites traces de composés iso en C4, il est néces saire de sacrifier (par exemple en le vandant à un prix rela- tivement bas) la majeure partie du butène-1 de cette réaction.
Ce qui est surprenant, c'est que l'amélioration dans les rende- ments en butadiène résultant de l'enlèvement des composés iso en C4 à partir du courant de recyclage est suffisante pour rendre attrayante commercialement la vente des qualités techni- ques de butène-1 comme sous-produit en se plaçant au point de vue économique global. En outre, cette élimination de l'iso- butane et de l'isobutène à l'état de contaminants mineurs dans les qualités techniques de butène-1 est plus profitable dans des conditions industrielles données que d'autres dispositions prises en vue de l'élimination complète des composés iso en C4, à partir du courant de recyclage de butène-2 et de butane.
Dans la mesure où le butène-1 est utilisé pour fabriquer de l'essence d'alkylat, la présence d'isobutène et/ou d'isobutane comme contaminants dans le butène-1 ne constitue pas un handicap sérieux.
On dispose de nombreux procédés pour traiter l'effluent en C4 issu de la zone catalytique pour récupérer le butadiène comme courant de produit principal, pour récupérer le butène-1 (contaminé avec pratiquement la totalité de l'isobutène et de l'isobutane existant dans l'effluent en C4 issu de la zone catalytique) comme courant de sous-produit, et pour séparer un courant de recyclage,substantiellement exempt d'isobutène et d'isobutane, ce courant de recyclage contenant une portion substantielle du butane normal, du cis-butène-2 et trans-butène- 2 qui existent dans l'effluenten C4 en provenance de la zone catalytique. La présente invention ne se rapporte pas au procédé pour séparer l'effluent en C4 de la zone catalytique en ces trois courants précités.
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A titre d'exemple de cette forme de réalisation, on peut mélanger une qualité technique de 1 butane avec un courant de re- cyclage et le pomper sous une pression d'environ 200 mm à tra- vers un lit de catalyseur à l'oxyde de chrome sur alumine gamma préchauffé à une température de 621,1 C, à un débit d'environ 1,5 volumes d'hydrocarbures liquides en,04 par volume de cataly- seur par heure, formant environ 37% en volume (environ 1,9 % en poids) d'hydrogène, des quantités mineures d'une fraction hydrocarbures en C1-C3, des quantités mineures d'une fraction C5+ et une quantité prédominante ;d'hydrocarbures en C4.
On peut séparer l'effluent en C4 venant de la zone catalytique par une combinaison appropriée de phases opératoires comme une extrac - tion par solvant, une distillation extractive, et une distilla- tion, pour produire une quantité prédominante de courant de recyclage, une quantité importante de courant de butadiène et un courant de butène-1 comme sous-produit contenant la majeure partie de l'isobutane et de l'isobutène.
On mentionne ci-après des données numériques se rappor- tant à une unité conçue pour produire environ 20. 000 tonnes annuellement de butadiène de grande pureté conjointement avec 26.125 tonnes environ annuellement d'une qualité technique de butène-1. Il est commode de se rapporter à des débits horaires exprimée en livres (une livre = 0,454 kg); il est entendu que les quantités ont trait à des livres par heure. Ainsi, une telle unité produit 5.249 livres (2.384 kg) de butadiène et 6. 856 livres (3.112 kg) de butène-1 à partir d'un courant de matière mise à réagir de 59.956 livres (27.220 kg).
En-viron 19. 561 livres (8.800 kg) de butane normal sont mélangés à 40. 385 livres (18. 334 kg) par heure d'un produit de recyclage consistant en 26.190 livres (11. 890 kg) de butane, 13. 919 livres (6. 319 kg) de butène-2 et 276 livres (125 kg) de buta- diène. Ce courant de matière mise à réagir passe à travers la zone de déshydrogénation pour produire un mélange comprenant environ 1.141 livres (518 kg) d'hydrogène, 781 livres (354 kg)
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de méthane, 901 livres (409 kg) d'éthane, 901 livres (409 kg) de propane, environ 180 livres (81 kg) de pentane et d'hydro- carbures supérieurs, et environ 1.441 livres (654 lcg) de dépôt charbonneux conjointement avec 53.448 livres (24.265 kg) d'hy- drocaroures en C4 consistant en b.525 livres (2.508 kg)
de butadiène, 26.724 livres (12.132 kg) de butane et 21.199 livres (9.624 kg) d'un mélange de butène--! et de butène-2. Le courant gazeux provenant de la zone de déshydrogénation est traité en vue de récupérer les hydrocarbures en C4. Un courant d'hydro- carbures en C4 au débit horaire d'environ 52.490 livres (23.830 kg) (ce qui représente une récupération d'environ 98%) est envoyé à une tour de distillation à partir du fond de la- quelle on enlève un courant de recyclage consistantsur une base horaire en 26.190 livres (11.890 kg) environ de butane, 13.919 livres (6. 318 kg) de butène-2 et environ 276 livres (125 kg) de butadiène.
Ce qui est particulièrement important, c'est que ce courant de recyclage est substantiellement exempt de traces d'isobutane et/ou d'siobutène. On récupère comme produit de tête à partir de la tour de distillation un courant qui contient par heure environ 5.249 livres (2.384 kg) de butadiène et environ 6.866 livres (3.112 kg) d'un mélange consistant de manière pré- dominante en butène-1, mais contenant substantiellement la to- talité de l'isobutane et de l'isobutène dans la charge amenée à la tour de distillation.
Le courant de produit de tête pro- venant de la tour de distillation peut être soumis à tout pro- cédé approprié d'extraction pour récupérer le butadiène et pour préparer une qualité technique de butène-le En raison de la préparation soignée de la matière de recyclage pour exclure des quantités significatives d'isobutane et d'isobutène, il est possible d'utiliser, par suite de l'effet de dilution de la charge de recyclage, des matières premières contenant des quantités d'isobutane qui autrement ne seraient nullement sa- tisfaisantes pour la fabrication du butadiène.
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On représente dans la figure 2 une forme préférée du système de déshydrogénation 4. Comme on peut le voir, le sys- tème comporte cinq facteurs R, qui fonctionnent suivant un cycle tel que deux sont simultanement en servi-ce pour la déshydrogénation catalytique, deux sont traités pour régénérer le catalyseur qui s'y trouve et un est -dans un ;stade compre- nant une opération comme une vidange, une purge à la vapeur, une réduction à l'hydrogène ou des changements de vannes. Le schéma. dans la fig. 3 montre comment lesréacteurs fonctionnent en un cycle de 22,5 minâtes; il est entendu que la même opération peut être effectuée en une période de cycle un peu plus longue ou nn peu plus courte.
La charge d'hydrocarbure est alimentée à la batterie des réacteurs au moyn d'une conduite 51 raccordée par des agencements appropries de conduites de dérivation et de vannes à chacun des réacteurs R dans la série; les vannes commandées par moteur dans cet agencement sont ouvertes et fermées de manière connue au moment voulu par le fonctionnement d'une mi- nuterie de cycle. Les produits de conversion hydrocarbonés sont éliminés du système par exemple au moyen d'une conduite 52, la quelle est raccordée également de manière appropriée à chacun des réacteurs de la série par un agencement approprié de con- duites de dérivation et de vannes.
L'effluent du réacteur venant de la conduite 52 passe à la conduite 5 (fig.l) et est ensuite soumis à la série de phases opératoires décrites précédemment en vue de la récupération des produits désirés.
Afin de purger les appareils de conversion et le cata- lyseur qui s'y trouve à la fin du cycle de fabrication effec- tive, on admet de la vapeur d'eau dans le système par exemple au moyen d'une conduite 53 raccordée par des conduites appro- priées à vannes à chacun des réacteurs R. Après la purge à la vapeur d'eau (désignée par purge A dans la figure 3), on intro- duit un milieu régénérateur pour enlever le dépôt contaminant
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du catalyseur dans les réacteurs, le milieu étant fourni au réac- teur approprié R à partir d'une conduite d'alimentation 57 rac- cordée au moyen d'agencements appropriés de dérivations et de vannes à chacun des réacteurs.
D'ordinaire on utilise de l'air ou bien de l'air dilué avec du gaz résiduaire comme milieu de régénération, milieu qui est porté à la température et à la pression requises. Bien que dans certains cas la réduction du catalyseur oxydé à la suite de la régénération puisse être effectuée par la charge d'hydrocarbure, on préfère dans le fonc- tionnement du présent système effectuer cette réduction au moyen d'hydrogène. Par conséquent, après mise sous vide du réac- teur à la suite de la régénération au moyen de la conduite 54 et de raccordements appropriés avec vannes, on admet de l'hy- drogène par la conduite 55 et ses raccordements appropriés.
Comme montré, les conduites 53 et 55 sont raccordéesà une entrée unique menant au réacteur; il est donc prévu un système approprié de vannes pour l'admission sélective de vapeur d'eau ou d'hydrogène à cette entrée.
Le gaz résiduaire de la régénération est déchargé par la conduite 56 et ses conduites de dérivation à vannes raccor- dées à chacun des réacteurs. L'évacuation d'air décrite de même que le staue de réduction à l'hydrogène sont compris dans la désignation "purge B" de la fig. 3. Ainsi, comme on le montre dans cette figure, chaque réacteur est en fabrication effec- tive pendant 9 minutes et en régénération pendant 9 minutes, tandis que 4,5 minutes se passent à purger, à changer las vannes etc.
En d'autres termes, 40% du temps total du cycle est consa- cré à la production effective des produits hydrocarbures dési- rés et la période de purge de 4,5 minutes suffit amplement pour toutes les opérations requises qui doivent avoir lieu au cours de cette période. En réduisant la période de fabrication effec- tive dans chaque cycle à environ ,-, minutes, la quantité du dépôt charbonneux accumulé est relativement petite et le catalyseur par conséquent est utilisé approximativement à son, activité et
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à sa sélectivité optima, avec pour conséquence l'obtention de hauts rendements désirés en butadiène avec un minimum de sous- produits,
ceci s'accompagnant d'influences désactivantes rela- tivement mineures et le catalyseur ayant ainsi une durée de ser- vice effective relatigement longue. Quoiqu'un, cycle à 7 réacteurs avec le même temps de fabrication effective (9 minutes) donne effective une proportion légèrement supérieure de temps de fabrication/ (42%), une telle opération ne peut se faire qu'avec un certain chevauchement des opérations des vannes et avec moins de sûreté et d'efficacité pour les opérations de la période de purge.
Parmi les avantages que procurent la période courte de fabrication effective et le temps adéquat de purge dans le sys- tème décrit plus haut, on mentionnera le plus faible dép8t de ' coke en poids de catalyseur, conduisant à abaisser les tempé- ratures maxima de régénération, une conversion maximum par passe pour toute installation à capacité de recyclage fixe avec comme conséquence une production maximum du butadiène dé- siré, une variation de température réduite à un minimum dans tout le cycle, une purge plus efficace permettant une récupéra- tion maximum des hydrocarbures produits. Le système décrit per- met en outre une plus grande souplesse dans la répartition du temps, si bien que l'on peut aisément introduire des changements pouvant être désirés lorsque les conditions changent.
On. représente dans la figure 4 une conception préférée de chacun des réacteurs R et de ses raccordements d'admission et de décharge, cette figure montrant des détails structuraux du réacteur et des buselures et conduites associées pour fournir des matières mises à réagir et du catalyseur au récipient réac- teur et pour enlever le catalyseur et les produits gazeux de conversion et de régénération. Dans la figure 4 le réacteur comprend une section cylindrique relativement courte, 61, pourvue de têtes ellipsoïdales supérieure et inférieure, respec- tivements 62 et 63. Les proportions relatives des sections cylin-
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drique et ellipsoïdales sont telles que 1e. réacteur dans son ensemble est proche de l'ellipsoïde vrai.
Il est prévu un dans 64 en maçonnerie réfractaire s'étendant à travers le récipient réacteur dans la portion supérieure de la tête ellipsoïdale inférieure 63, ce dôme étant concave sur le coté inférieur et plat sur le sommet. Le dôme en maçonnerie est de construction ouverte en damier de maière à produire un certain nombre de passades de gaz 65 uniformément distribués qui permettent une communication des gaz entre la zone de réaction 66, comportant la région du récipient au-dessus du dôme, et un plénum ou collecteur de gaz 67, comprenant la région du récipient en- dessous du dôme.
En ce qui concerne le dôme en maçonnerie 64, . on peut employer tout modèle de construction ayant la résistan- ce nécessaire pour supporter le poids du lit et les forces ré- sultant de la chute de pression à travers ce dernier, et qui présente des ouvertures pour l'écoulement gazeux entre la zone de réaction 66 et le plénum 67. Le sommet horizontal plat du dôme porte en surface une couche peu profonde constituée par une plaque perforée 68 comportant des passages qui s'étendent verticalement, par exemple les ouvertures tronconiques évasées 69 peprésentées dans la figure 5.
Une construction cylindrique creuse en plaques ou en briques 71 se dresse axialement à partir de la portion centrale de la surface du dôme en maçonnerie 64. Le cylindre est rempli d'une matière inerte 72 et il est fermé en son extrémité supé- rieure par une couche de surface en plaques ou en briques 73.
La construction 71 constitue un pilier ou déflecteur servant à dévier la matière gazeuse introduite axialement de haut en bas par le sommet du récipient réacteur, comme on le décrira par la suite, produisant ainsi une distribution uniforme de la matière gazeuse radialement vers l'extérieur, en direction des cotés du récipient réacteur,
Un lit annulaire fixe de matière grannulaire, désigné
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dans son ensemble par le nombte 74, repose sur la surface de la plaque perforée 68 située au-dessus du sommet du dôme et sup- portée par ce dernier. La profondeur du lit est telle que son niveau superficiel est légèrement au-dessus de 1'extrémité su- périeure de la portion cylindrique du récipient réacteur et en- dessous de l'extrémité supérieure du palier ou déflecteur 71.
Le déflecteur 71 fait de préférence saillie vers le haut jusque à une distance substantielle au dessus de la surface du lit 74.
Le lit 74 comprend quatre couches séparées et distinctes de particules solides, la couche la plus élevée et les deux couches les plus basses étant relativement peu profondes, tandis que la couche intermédiaire restante est relativement profonde.
La couche la plus basse et la couche la plus haute 75 et 75' comportent des particules de forte taille en une matière solide -inerte, par exemple des billes ou sphères d'alumine ayant envi- ron 12,7 à 19,05 mm de diamètre. La couche76, à proximité de la couche de fond, comprend une matière inerte similaire de dia- mètre plus petit, par exemple d'environ 6,35 à 9,52 mm de dia- mètre. Les couches 75, 75' et 76 de matière inerte ont pour fonction principale de confiner la portion de corps principal du lit 74, portion qui comporte une couche épaisse de matière catalytique, et d'empêcher le catalyseur de pénétrer dans les passages existant dans la plaque perforée 68.
La matière cata- lytique constituant le corps princ ipal du lit 74 a une dimen- sion moyenne de particule substantiellement plus petite que la dimension de particule de'la couche 76 de matière inerte. Elle peut par exemple consister en des pastilles granulaires ayant un diamètre moyen inférieur à 6,35 mm, par exemple d'environ 3,17 à 4,76 mm. Les passages de gaz 65 s'étendant.à travers le dônie 64 en maçonnerie ont une surface d'écoulement relati- vement grande, de manière à ne pas provoquer une chute de pres- sion nuisible dans le courant de matière gazeuse s'écoulant de haut en bas à partir du lit du réacteur dans le plénum 67.
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En vue de produire un écoulement uniforme de la matibre gazeuse à travers la couche constituée par la plaque perfore 68, il est essentiel que les billes de matière inerte constituant la couche de fond 75 du .lit ne soient pas placées dans une mesure im portante de manière à bloquer les passages 69. Bien qu'un blo- cage des passages en quelques emplacements bien répartis puisse être toléré sans produire une interruption importante dans l'u- niformité d'écoulement du gaz à travers le lit, il est évident que pour une opération à efficacité maximum les passages doivent être maintenus libres dans la plus grande mesure possible. Avec des'passages présentant une section transversale circulaire, com- me montré dans la fige 5, une bille reposant directement sur 1'ou- verture bloquera évidemment le passage.
En vue d'empêcher que deux ou plusieurs passages adjacents soient simultanément blo- qués, la distance de centre à'centre entre les ouvertures, di- visée par le diamètre des, billes, ne doit pas pouvoir être expri- mée par un nombre entier. Comme variante de construction remplis- sant efficacement le marne but, les ouvertures 6.ci peuvent être de section transversale rectangulaire par exemple carrées ou oblongues, de manière à ce que les ouvertures ne puissent pas être bloquées.
En outre, pour empêcher qu'une bille ou un fragment . de bille puisse entrer et se loger fermement à l'intérieur d'un passade circulaire 69, les passages vont en s'élargissant gra- duellement vers le bas, de manière à ce qu'une particule solide ayant pu être forcée dans un passage n'éprouve aucune difficulté à passer à travers celui-ci puis dans et à travers les passages plus larges 65 du dôme en maçonnerie.
Le récipient réacteur est pourvu en son extrémité supé- rieure d'une buselure d'admission de gaz centrale ou axiale 77, ayant des côtés inclinés en forme d'un venturi, de manière à ce que le courant de matière gazeuse passant de haut en bas à tra- vers la buselure 77 se détende progressivement, avec diminution résultante de la vitesse. Sur des cotés diamétralement opposés de la buselure 77 sont prévues des buselures d'admission de gaz
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en dérivation 78 et 79. Chacune de ces dernières buselures est également en forme de venturi pour produire une réduction de vitesse de la matière gazeuse passant par les buselures d'ad- mission en dérivation dans la buse lare d'admission centrale 77.
Cette dernière est la plus grande des trois buselures d'admis- sion des gaz et sert à l'introduction d'air dans le réacteur.
La buselure latérale 78 est un peu plus petite et est destinée à l'introduction de la charge d'hydrocarbure. La buselure laté- rale 79 est égalemeht plus petite que la buselure 77 et sert alternativement à l'introduction de vapeur d'eau et d'hydrogène.
Une conduite d'alimentation ramifiée 81 est prévue pour l'intro- duction contrôlée et séparée de vapeur d'eau et d'hydrogène dans la buselure 79. Les vannes conventionnelles prévues dans toutes les conduites d'admission et de décharge sont pourvues de moyens de contr6lede conception connue, non représentés, en vue de réaliser la séquence d'écoulement voulue.
La tête ellipsoïdale supérieure 62 est pourvue égale- ment d'une ou plusieurs buselures d'admission 82'pour l'intro- duction de catalyseur dans le réacteur, et d'un trou d'homme 83 pour pouvoir accéder à l'intérieur du réacteur en vue d'une inspection, d'une réparation, etc.
La tête ellipsoïdale inférieure 63 est pourvue d'une série de buselures en vue d'enlever les produits gazeux et autre matière hors du plénum 67, de même que de moyens en vue d'accé- der à l'intérieur du plénum pour l'inspection et la réparation, par exemple le trou d'homme 84 situé au centre. Il existe deux buselures de décharge de gaz 85 et 86, de dimension approximati- vement égale, écartées d'une même distance par rapport à l'axe vertical du réadteur et sur les extrémités opposées d'un diamètre de ce dernier, ces buselures servant respectivement à la déchar- ge du produit de régénération et du produit de conversion gazeux.
A l'extrémité inférieure de la buselure de décharge 85, et de préférence aussi près que possible pratiquement de sa
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vanne de contrôle, il est prévu une buselure de dérivation laté- rale 87, contrôlée également par une vanne, au moyen de lahquele ,on peut faire le vide dans le plénum 67 après décharge des pro- duits de régénération gazeux par la buselure de décharge 85,
Dans une modification de l'invention, on peut prévoir prévoir un second collecteur, au fond du grand plénum 67, qui forme avec la tête inférieure 63 un chenal annulaire confiné .et continu 91. Il est montériune buselure de décharge 92 destinée à décharger la matière gazeuse provenant du second chenal collec- teur 91.
Le second collecteur peut avantageusement être fabri- qué avec le même type de brique ou de plaque que celui qui est employé dans la construction de la séparation 64 et du pilier'71; on peut cependant aussi le fabriquer en un'autre matériau appro- prié, en métal par exemple. La paroi horizontale de ce second collecteur 91 est pourvue d'une rangée circulaire d'ouvertures' 93 s'étendant sur toute la longueur du collecteur circulaire et disposée de manière à produire une communication gazeuse entre le plénum 67 et le chenal établi 91. La matière gazeuse devant être évacuée par la buselure de décharge 92 est enlevée du plénum 67 par les ouvertures 93 disposées circulairement et pénè- tre dans et.à travers le passage en chenal 91 installé.
La chute de pression de l'écoulement gazeux à travers ces ouvertures 93 disposées circulairement en entrant dans le chenal 91 permet de recueillir de manière plus uniforme la matière gazeuse en prove- nance de l'intérieur du réacteur.
@ Si l'on effectue la vidange par la buselure 92, il est possible qu'après la décharge des hydrocarbures par la buselure 86 des hydrocarbures résiduels s'accumulent dans la buselure 85.
Si de tels hydrocarbures résiduels sont éliminés dans la conduite de décharge du produit de régénération, conduite qui normalement contient un mélange gazeux riche en oxygène, il se produira une combustion nuisible des hydrocarbures dans la conduite de décharge associée à la buselure 85. Pour porter remède à une telle situa- tion, on peut évacuer les hydrocarbures résiduels de la buselure
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85 par la buselure latérale 87 immédiatement avant l'élimination des produits de régénération.
Attendu que la conversion particulière d'hydrocarbures peut s'effectuer à des températures relativement élevées, le récipient réacteur et ses diverses buselures d'admission et de décharge peuvent être pourvus de manière connue d'un revêtement protecteur en vue de protéger les surfaces métalliques externes du récipient et des buselures contre les dégâts causés par des températures excessives. On peut utiliser des matériaux de re- vêtement réfractaires conventionnels, par exemple des briques ou des plaques, dans les endroits où l'on peut les fixer de manière conventionnelle aux parois du récipient, et l'on pourra appli- quer de manière connue une matière réfractaire de rejointoyage auxoints et dans les endroits où l'utilisation d'un matériau réfractaire fabriqué est impraticable.
Le réacteur ellipsoïdal de la présente invention possède certains avantages inhérents que l'on ne rencontre pas dans les réacteurs employés auparavant, par exemple dans les réacteurs cylindriques horizontaux.
En ce qui concerne les avantages obtenus en raison de la configuration ellipsoïdale du réacteur' et de la situation axiale de la buselure d'admission de gaz, il est évident que l'agencement symétrique produit des distances uniformes d'écou- lement dans toutes les directions à partir de la région centrale d'introduction des gaz vers l'aire périphérique du lit de cata- lyseur. On effectue ainsi une distribution plus rapide et plus uniforme de la matière gazeuse sur et dans la surface du lit.
Ceci est particulièrement souhaitable lorsqu'on tient compte du peu de profondeur du lit. Considérant la gamme de dimensions spécifiée de la matière catalytique et des billes de matière inerte formant les couches de sommet et de fond du lit, il est évident que la chute de pression à travers un lit présentant les proportions indiquées sera normalement inférieure à 0,454 kg et fort probablement de l'ordre d'environ 0,227 kg.
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En ce qui concerne la question de l'introduction du gas la buselure venturi 77 conjointement avec les buselures venturi latérales 78 et 79 apportent un avantage marqué dans le sens d'une réduction de vitesse du gaz. tant donné que les vitesses du gaz dans les conduites d'alimentation ont tendance à se situer à un niveau de loin en excès par rapport à la vitesse maximum pouvant être tolérée à la surface du lit, cette réduction de vitesse em- pêche une perturbation du catalyseur. Tout déplacement substantiel du catalyseur produirait évidemment une variation considérable d'épaisseur de lit, avec pour conséquence une chute inégale de pression et un écoulement gazeux inégal à travers le lit.
Une opération économique normale nécessite des vitesses d'air et d'hydrocarbure de 90 à 120 m par seconde à travers les vannes commandées par moteur, installées d'une manière générale dans le système d'alimentation de gaz. Dans certains cas les vi- tesses linéaires du gaz peuvent être supérieures à 300 m par seconde.
Par l'utilisation de buselures du type venturi, on peut réduire ces vitesses excessives de gaz à environ 45 m par secon- de, vitesse à laquelle une déviation ou déflection du courant gazeux introduit au moyen d'un dispositif comme le pilier 71 produit une vitesse d'écoulement transversal par dessus la sur- face du lit qui ne dérangera pas le catalyseur ou les autres par- ticules granulaires.
Question de construction, le dame en maçonnerie ou en briquetage 64 et le pilier en maçonnerie 71 constituent une cons- tructioh de valeur offrant des avantages au point de vue opéra- toire et entretien.
Bien que la buselure d'admission de gaz 77 comporte un organe venturi axial principal et deux organes venturi de dériva- tion latéraux 78 et 79, il est entendu que la forme de realisa- tion du réacteur n'est pas limitée à une construction dans laquelle un venturi est prévu dans chacune des conduites latérales d' ali-
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mentation de gaz. Si on le désire, on pourra éliminer les organes venturi 78 et 79 et l'on pourra introduire les hydrocarbures, la vapeur d'eau et l'hydrogène à un niveau plus élevé dans la condui te d'air pour que toute réduction de vitesse soit produite par l'organe venturi unique 77.
La régénération du catalyseur dans l'appareillage comme celui qui est décrit ci-dessus est importante pour opérer avec succès conformément à la présente invention. Comme on l'a déjà signalé précédemment, la régénération comporte des aspects im- portants comprenant la restauration du catalyseur à un niveau d'activité supérieur à celui qu'il possède lorsqu'il est contamif né avec des dépôts hydrocarbonés inhibant le cours et le degré de réaction recherchés. Un autre aspect très important réside dans l'effet thermique de la régénération et dans la nécessité vitale d'un réglage entra certaines limites, chose que l'on va décrire ci-après de manière très détaillée.
Jusqu'à présent on préparait le butadiène en faisant passer du butane sur un catalyseur consistant en une quantité mineure (20% par exemple) d'oxyde de chrome dans une quantité plus grande d'alumine gamma. L'alumine gamma est celle qui pos- sède une grande aire superficielle et qui contient, par mole d'alumine, au moins une trace moins d'1/2 mole d'eau chimiquement combinée. Par un traitement de sévérité appropriée à des tempéra' tures élevées, l'alumine gamma est convertie en alumine alpha.
La sévérité nécessaire des conditions pour occasionner la trans- formation de l'alumine gamma en alumine alpha est moindre du fait de la présence de l'oxyde de chrome. Le catalyseur oxyde de chrome-alumine alpha ne possède qu'une petite fraction de l'ac- tivité catalytique déshydrogénante du catalyseur.oxyde de chrome- alumine gamma.
Par conséquent, le catalyseur de déshydrogénation à l'oxyde de chrome sur alumine devra pour bien faire étre pro- tégé des températures excessives (ou autres conditions sévères) durant la régénération périodique du catalyseur, dans le but d'obtenir une stabilité acceptable du catalyseur;
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Le passage des hydrocarbures chauds en C4 sur- du cates- seur préchauffé d'oxyde de chrome sur alumine provoque la forma- tion de butène et de butadièhe, refroidit le catalyseur, et dépose une très petite quantité de coke'sur le catalyseur. Après une période de fonctionnement, la répartition des températures à travers le lit de catalyseur et le dépôt de coke sont défavora- bles à une nouvelle fabrication de butadiène.
En vue de rétablir une distribution favorable de la température dans le lit de ca- talyseur et d'enlever le coke par combustion, on régénère pério- diquement le catalyseur. Juste avant la régénération, la portion de sortie d'entrée du lit de catalyseur est la plus froide et la portion/du lit par contre contient le plus de coke par conséquent devient la plus chaude du fait de la combustion, ceci rendant difficile l'utilisation de la chaleur de la combustion du coke 'en vue de rétablir le mode de distribution voulu de température. Il était courant de brûler de nombreuses tonnes de carburant par jour pour chauffer l'air employé pour le conditionnement de la distribu- tion de température dans le lit de catalyseur au cours d'une telle régénération du catalyseur.
Cette nécessité de. l'apport de grandes quantités de com- bustible pour effectuer l'opération de régénération dans une installation de déshydrogénation est en contraste marqué avec les procédés de régénération dans une unité de cracking. La régé- nération d'un catalyseur de cracking comporte la combustion d'une quantité relativement grande de coke suffisante pour pro- duire de la chaleur servant à d'autres opérations dans la raf- finerie. Par conséquent, l'enlèvement du coke dans un catalyseur de cracking apporte une contribution comme combustible à la raffinerie contrairement à la consommation de combustible pour la régénération des catalyseurs de déshydrogénation.
Le buta- diène est préparé dans une batterie de réacteurs et la régénéra- tion est effectuée suivant un roulement parmi les divers réac- teurs; le fait qu'un réacteur commence la régénération avant, au même moment ou après l'achèvement de la régénération dans le
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réacteur précédent est fonction du cycle opératoire requis dans une installation donnée. Autrefois, l'effluent en provenance de la zone de régénération passait par un bouilleur à chaleur perdue et de là à la cheminée. Ainsi, le pouvoir calorifique du combustible brûlé pour régénérer et réchauffer le catalyseur était utilisé dans une certaine mesure.
La combustion du coke sur le catalyseur dégageait environ autant de chaleur que la chaleur requise pour maintenir tout le lit de catalyseur à la température de fonction- nement, mais cette chaleur était distribuée si inégalement qu'elle ne présentait que peu de valeur pratique. La nécessité de la con- sommation du combustible auxiliaire pour rétablir une chaleur uni- forme constituait une particularité critiquée des systèmes de régénération de ce genre.
La fabrication de butadiène à partir d'hydrocarbures en C4 ne s'avèrait économique que dans de très grandes unités trai- tant plusieurs millions de pieds cubes (un pied cube = 28,3 litres) de gaz parjour. Les compresseurs convenant pour traiter de grands volumes de gaz pour le système de régénération élèvent la tempé- rature de ce gaz de plus de 55,5 C. Etant donné que le lit de catalyseur fonctionne à une température d'environ 621,1 C, l'ef- fluent de la zone de régénération, si on le comprime sans un refroi< dissement quelconque, pourrait être porté à une température de l'ordre de 871,1 C dans le compresseur. Il faudrait des frais pro- hibitifs pour adapter un compresseur en vue de résister à de telles températures.
Il faudrait egalement une dépense excessive pour le refroidissement de l'effluent de régénération à la tempé- rature des systèmes conventionnels de recirculation 315,5 C par exemple, pour la compression du gaz ainsi refroidi et pour le réchauffage du courant gazeux comprimé à une température de fonc- tionnement telle que 621,1 C.
Ce n'est qu'en faisant fonctionner le compresseur à une température tolérée par les matériaux ordinai. res de construction (de l'acier doux par exemple), et qu'en ré- duisant à un minimum la nécessité d'investissements excessifs dans
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des échangeurs thermiques pour le gaz fourni au compre@@eur qu'il est économique de comprimer 1 l'effluent provenant de =5 zone de régénération de catalyseur de fabrication de butadiene,
Avec la présente invention, l'effluent en provenance d'une zone de régénération est réglé en température et en teneur en oxygène pour permettre son emploi dans une zone de régénération ultérieurement, conservant ainsi la chaleur sensible d'un tel effluent de régénération.
Dans certaines formes de réalisation du réglage,l'effluent de la régénération dans une batterie de récipients de déshydrogénation est employé en tant que partie du gaz envoyé à la zone de régénération dans une seconde batte- rie de récipients de déshydrogénation. Dans une autre forme de réalisation, la conservation de la chaleur est réalisée par le recyclage de l'effluent d'une zone de régénération soit à la même zone de régénération, soit à une zone de 'régénération de la même batterie de récipients de déshydrogénation. En tout cas, une certaine quantité des gaz est éventuellement expédiée à un bouilleur à chaleur perdue et de là à la chemine.
L'écoulement des gaz chauds est réglé de manière à ce que l'effluent d'une zone de régénération est utilisé immédiatement au lieu d'être en- treposé pour l'utilisation plusieurs minutes plus tard dans une opérations ultérieure de régénération. Du fait de la réutilisa- tion de la chaleur de l'effluent provenant de la zone de régéné- ration il faut une quantité plus petite de combustible pour l'opé- ration de régénération comparativement à ce qu'il fallait d'ha- bitude.
Dans la fig. 6 on montre un diagramme schématique d'un système pour conserver la chaleur dans l'effluent provenant de l'opération de régénération. Une certaine quantité d'air d'ali- mentation passe à travers un réchauffeur d'air 111 et est ainsi chauffée à une température appropriée, par exemple de 621,1 C avant passage de l'air dans un lit d'une masse de contact dans une zone de régénération 112. Durant la portion initiale du pas- sage de l'air à travers la masse de contact, il y a combustion de
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tout dép8t réparti dans le catalyseur et/ou la matière inerte, augmentant ainsi légèrement la température du milieu de régéné- ration.
Durant la portion restante de la période de régénération, l'air préchauffé sert de milieu de transfert de chaleur pour é- tablir une distribution voulue de température à travers le lit contenant le catalyseur.
Le gaz effluent de la régénération, en opérant suivant un cycle adiabatique, aura approximativement la température du courant d'admission et, en fonction des conditions exactes de fonctionnement et de la teneur en coke du catalyseur, il sera un peu plus haut ou plus bas que la température d'admission sans s'écarter en général de celle-ci de plus d'environ 5,55 C, ou de * 13,8 C au maximum.
Le courant gazeux quittant la zone de régénération 112 passe par la conduite 113 à une zone de réglage de température 114 dans laquelle le courant gazeux est réglé à une température convenant à l'emploi dans une zone de régénération subséquente.
On peut faire fonctionner une seconde batterie d'appareils de conversion à une température différente pour des raisons telles que des différences d'Age du catalyseur;, le fonctionnement est toutefois plus aisément compris quand il est décrit pour des ins- tallations qui utilisent la même température dans les batteries des réacteurs. On peut exécuter un réglage nécessaire quelconque de température de l'effluent issu de la première batterie en se servant d'un appareillage peu coûteux. Un réchauffeur d'air ou échangeur 114 peut avoir une capacité relativement petite, étant donné qu'il est nécessaire seulement de chauffer le courant gazeux en vue d'augmenter légèrement la température déjà ;levée.
Une soupape thermostatique règle la proportion de l'effluent pro- venant de la zone de régénération 112 qui passe à travers le réchauffeur d'air 114, le restant étant dirigé à travers une con- duite de dérivation 115. Dans les conditions où le gaz est dirigé entièrement par la conduite de dérivation llb à une température plus élevée que la température de l'entrée à la zone de régéné-
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ration, on mélange avec ce courant de gaz chaud une quantité réglée d'air frais fournie par une petite conduite d'air fra e 116 et une soupape thermostatique 117 sensible à la température du gaz chaud dans la conduite de dérivation 115, réglant ainsi la quantité d'air frais mélangée à l'effluent qui provient de la zone de régénération.
De cette manière on prépare une vue de l'introduction dans la conduite 118 un mélange gazeux contenant des propor- tions réglées de gaz d'une ou plusieurs des sources :réchauf- feur d'air 114, conduite de dérivation 115 et conduite d'air frais 116. Ce qui est particulièrement important, c'est que la température du gaz dans la conduite 118 peut être ainsi. réglée pour être substantiellement la même que la température du courant d'air pénétrant dans la zone de régénération 112 ou, si l'autre batterie fonctionne à une température différente, que cette température prédéterminée.
Une seconde zone de régénération 119, par exemple dans une seconde batterie de récipients de réaction fonctionnant en parallèle avec les récipients de réaction de la zone de régéné- ration 112, reçoit le courant gazeux de la conduite 118 et utilise son contenu calorifique de manière similaire à celle sui vant laquelle le contenu calorifique de l'air est utilisé dans la zone de régénération 112.
Compte tenu du fait que le procédé de fabrication de bu- tadiène de la présente invention fonctionne suivant un cycle relativement court, le dépôt charbonneux ne constitue qu'une petite portion du lit de masse de contact dans les récipients de réaction. Ainsi, le dépôt charbonneux est ordinairement inférieur à 1% et il est toujours inférieur à environ 3µ5 en poids de la masse de contact. Des volumes d'air relativement grands sont envoyés à travers la masse de contact, avec comme résultat qu'il n'y a qu'une portion relativement petite de la teneur en oxy- gène de l'air qui soit consommée dans la combustion du dep8t chai bonneux.
Par conséquent, le courant de gaz chaud quittant la zone de régénération 112 contient suffisamment d'oxygène durant
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la majeure partie de la période de régénération pour convenir comie gaz de régénération dans la zone 119. Durant la portion de la période de régénération dans laquelle les plus grandes quanti tés d'anhydride carboniques sont formées, les quantités les plus grandes d'air frais sont introduites dans le mélange gazeux dans la conduite 118 en raison de la température légèrement supérieurl du gaz dans la conduite de dérivation 115.
De cette manière, il est prévu un courant gazeux contenant une quantité adéquate d'oxygène et réglé à la température correcte pour la zone de ré- genération 119, en dépit de l'utilisation d'une quantité minimum seulement de combustible pour le fonctionnement du réchauffeur d'air 114 eu de son équivalent.
Lorsqu'on envoie l'effluent de la zone de régénération d'une batterie à la zone de régénération d'une autre batterie, on peut employer un compresseur pour hautes températures, bien que ce ne soit pas nécessaire. Au lieu de ceci, préalablement au chauffage initial, on peut comprimer l'air à une pression suffisam- ment élevée pour qu'il s'écoule à travers les deux batteries.
Le cycle des phases de traitement se présente d'une telle fa- çon que, malgré que chaque réacteur ne soit régénéré que périodi- quei-.ent, il y ait dans chaque batterie de réacteurs au moins un réacteur subissant une régénération durant toutes les portions de l'opération normale.
Dans la forme de réalisation suivant la fig. 7, dans laquelle des gaz de régénération sont recirculés, on utilise un compresseur conu pour résister à des températures élevées dépas- sant 537,7 C, ce qui permet de fournir de tels gaz en circulation à une température d'environ 537,7 C. Du fait que les gaz mis en circulation ne sont pas refroidis en-dessous de 537,7 C les dif- ficultés d'échange thermique sont considérablement aplanies.
On peut fournir de l'air frais par la conduite 121 à un compresseur 122 pour produire un courant d'air comprimé à travers la conduite 120 et la conduite 124 conduisant à un échangeur thermique 125 dans lequel le mélange n'est refroidi que légèrement, sans des-
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cendre en-dessous de 537,7 C éliminant ainsi les difficultés d'é- change thermique que l'on rencontre dans le refroidissement des gaz à une température basse telle que 148,8 C préalablement à @ l'entrée dans le compresseur de recirculation. Le mélange de gaz chauds ainsi réglé s'écoule vers le compresseur pour hautes températures 126 conçu pour fonctionner à une température par exemple de 593,3 C.
Les gaz-comprimés ainsi chauffés sont réglés à la. température voulue (d'environ 648,8 C) dans un réchauffeur d'air 127 du fait de la combustion d'une quantité raine ure de cota- bustible injectée depuis la conduite de combustible sous haute pression 128. Le courant effluent 129 provenant du réchauffeur possède la pression, la température, le débit, la teneur en oxy- gène et autres caractéristiques désirées dans la zone de régéné- ration ; on effectue des mesures et des réglages appropriés pour obtenir ce résultat. Les mesures et réglages peuvent être manuels et/ou automatiques et ils peuvent être constants et/ou périodi- ques ; ilssont représentés schématiquement comme étant constants et automatiques.
Un appareil de réglage sensible à la température 131 se 'trouvant dans la conduite 129 peut actionner une vanne 132 dans la conduite de combustible 128, réglant ainsi la quantité de combustible introduite dans le. réchauffeur 127 et maintenant de cette manière le courant dans la conduite 129 à la température désirée. Un dispositif sensible à la concentration d'oxygène 133 se trouvant dans la conduite 129, règle le fonctionnement du com- presseur d'air frais 122 et règle aussi une vanne 134 dans la conduite d'évacuation 135.
Si la concentration d'oxygène dans le courant passant dans la conduite 129 est excessivement basse dans le dispositif sensible à l'oxygène 133, il passera plus de gaz à travers la vanne 134 dans la conduite d'évacuation 135 et il y aura plusd'air frais qui sera comprimé par le compresseur 133 et introduit dans le système de régénération, maintenant ainsi la concentration d'oxygène dans la conduite 129 substantiellement constante et au niveau voulu. Si on le désire, des réglages sup-
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plémentaires peuvent ajuster la quantité de gaz envoyée à la cheminée pour correspondre substantiellement à l'admission d'air.
Avec de tels agencements, la quantité de gaz dans le système de recirculation est maintenue à une valeur substantiellement cons- tante malgré les dispositions prises pour le réglage automatique de plusieurs variables. Ainsi, il est possible de recycler du gaz pour la régénération à des températures de l'ordre de 593,30C dépassant notablement la température des gaz recyclés dans les systèmes de régénération de catalyseur de cracking. Bien qu'un tel recyclage des gaz de régénération comporte un investissement plus grand de capitaux en canalisations et accessoires apparentés, l'économie de combustible ainsi réalisée rend le procédé attrayant spécialement dans les régions où l'on ne dispose pas d'un conbus- tible peu coûteux.
En outre, le stade de déshydrogénation du butane est amélioré, bénéficiant d'une meilleure longévité du catalyseur, d'une meilleure activité du catalyseur et d'une meilleure sélectivité pour le butadiène, parce que'le réglage plus précis de la distribution de la température au cours de la rége- nération du catalyseur à l'oxyde de chrome sur alumine gamma per- met à la portion de déshydrogénation catalytique du cycle de s'approcher plus près de son potentiel théorique.
Dans certaines formes de réalisation de l'invention, les gaz dans la majeure partie du système de régénération sont main- tenus à une pression supérieure à la normale, par exemple d'en- viron 4 atmosphères à l'entrée dans le réacteur.Cette pression supérieure à la normale fournit un poids plus grand de gaz. La capacité calorifique plus grande du poidsplus grand de gaz permet d'établir les distributions voulues de température dans le lit suivant un mode plus satisfaisant.
La pression supérieure à la normale permet, pendant la courte périodé de régénération, de faire passer à travers le lit de catalyseur un poids de gaz chaud ayant une capacité calorifique (masse multipliée par la chaleur spécifique) d'environ 40% de la
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capacité calorifique du lit de catalyseur au lieu d'utilleer simplement un poids 'de gaz chaud ayant une capacité calorifique représentant envirbh 20% de la capacité calorifique du lit ds catalyseur: Une pression supérieure à la normale permet aussi un réglage approprié du cycle opératoire én vue d'une utilisation plus eff icace des lits de catalyseur pour les réactions de déshy- drogénation.
En vue de réduire les frais opératoires du système de régénération sous une pression supérieure à la normale, il est en géneral souhaitable de faire fonctionner une turbine d'expan- sion 136 pour retirer de l'énergie de l'expansion du gaz sous haute pression dans la conduite d'évacuation 135. De même, un- bouilleur à chaleur perdue ou autre échangeur thermique approprié 137 extrait le contenu calorifique economiquement disponible des gaz envoyés à la cheminée.
Le courant gazeux dans la conduite 129 après passage à travers le dispositif sensible à là -température 131 et l'analy- seur d'oxygène 133, et après évacuation des gaz d'échappement vers la cheminée par la conduite 135, passe par la conduite138 à la batterie 139 de réacteur, en servant à la régénération d'un lit de catalyseur par réglage de sa distribution de température et par combustion du coke déposé. L'effluent de la batterie 139 des réacteurs passe par la conduite de recirculation 141 à la conduite 125 ou il est mélangé avec de l'air frais comprimé pour former le mélange dans la conduite 124. La température de ce mélange est d'au moins 537,7 C du fait du fonctionnement avan- tageux de 7.' échangeur thermique 125.
Etant donné que la tempé- rature est supérieure à 537,70C, la quantité de combustible requise par le réchauffeur d'air la? pour régler la température du mélange gazeux de régénération, telle qu'elle ést mesurée par l'appareil de contrôle 121, est efficacement réduite.
Dans tout système comprenant le recyclage de produits de combutstion mélangés à de l'air, la. c oncentration d'oxygène du mélange est inférieure à la concentration de dans l'air.
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Dans certaines formes de réalisation, la concentration d'oxygène du courant se rendant au système de régénération est maintenue à environ 9% afin de brûler la majeure partie du coke durant une fraction initiale de la periode de régénération, et afin de maintenir un rapport uniforme d'environ 8:1 pour le rapport gaz de recyclage- air frais. Dans les formes de réalisations préférées, la quantité d'oxygène dans le volume gazeux total pas- sant par le réacteur est comprise entre environ 2 et environ 4 fois la quantité requise pour la combustion du coke.
Compte tenu des facteurs tels que la période de déshydrogénation, la période de régénération, la pression de régénération et la vi- tesse du gaz, la concentration d'oxygène peut être entre envi-' ron 1% et environ 6% dans certaines formes de réalisation de la présente invention, assurant ainsi environ 2 à 4 fois les besoins théoriques d'oxygène.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 6, com- portant l'utilisation du gaz de régénération dans deux batteries de réacteurs successives eu encore dans la forme de réalisation montrée dans la figure 7, comprenant la recirculation d'une portion majeure de l'effluent en provenance d'une zone de régénération, l'effluent d'une zone de régénération subit un réglage mineur de température et un réglage mineur de teneur en oxygène pour porter le gaz à la température d'admission et à la teneur en oxygène d'admission en vue de l'utilisation pour la régénération ultérieure d'un lit de catalyseur de déshydrogénation de paraffines.
Il est avantageux d'utiliser..un appareillage à lits mul- tiples avec utilisation d'un catalyseur de déshydrogénation régéné- rable et avec fonctionne[,lent suivant un procédé similaire à celui décrit pour la fabrication de butadiène en vue de préparer d'autres hydrocarbures non saturés. On peut déshydrogéner de l'éthylbenzène en styrène. On peut préparer du propène à partir de propane.
Le procédé et l'appareillage, bien qu'étant utilisés le plus avanta- geusement pour la fabrication ce butadiène et de butène-1 offrent
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de l'intérêt pour la préparation dautres produits par déshy-
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àrogénation d''hydrocarbuzes à des températures,, pressions, et conditions opératoires convenant à la réaction specifique de déshydrogénation.