EP0485259A1 - Procédé et dispositif d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter - Google Patents

Procédé et dispositif d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter Download PDF

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EP0485259A1
EP0485259A1 EP91402913A EP91402913A EP0485259A1 EP 0485259 A1 EP0485259 A1 EP 0485259A1 EP 91402913 A EP91402913 A EP 91402913A EP 91402913 A EP91402913 A EP 91402913A EP 0485259 A1 EP0485259 A1 EP 0485259A1
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EP
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reactor
particles
fluid
charge
hydrocarbon
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EP91402913A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0485259B1 (fr
Inventor
Vincent Demoulin
Marc Fersing
Thierry Patureaux
Denis Pontvianne
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Total Marketing Services SA
Original Assignee
Total Raffinage Distribution SA
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/14—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts
    • C10G11/18—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils with preheated moving solid catalysts according to the "fluidised-bed" technique

Definitions

  • Method and device for homogenization inside a tubular hydrocarbon cracking reactor with a bed of fluidized solid particles, of the mixture of these particles and of the hydrocarbon vapors to be treated.
  • the present invention relates to a process and a device for the homogenization, inside a tubular hydrocarbon cracking reactor with a bed of fluidized solid particles, of the mixture of these particles and of the hydrocarbon vapors to be treated.
  • the invention more particularly relates to a process and a device of this type applicable to catalytic cracking in the fluid state of hydrocarbon feeds, in a substantially vertical tubular reactor, operating in an ascending or descending fluidized bed.
  • the most commonly used process at present is the so-called fluid catalytic cracking process (in English, Fluid Catalytic Cracking, or FCC process).
  • FCC process Fluid Catalytic Cracking
  • other fluidized bed conversion methods have been developed, in particular thermal cracking or visbreaking methods.
  • the temperature distribution is not uniform over the entire section of the reaction zone downstream of the charge injectors. It is too hot at the periphery of the reactor, because the density of the grains is too high near the walls, which causes the overcracking of the charge, harms the desired liquid conversion and therefore promotes the production of dry gases. Conversely, when the sprayed charge comes into contact with a flow of insufficiently dense grains of catalyst in the central part of the reactor, the quantity of heat provided by these grains is insufficient to reach the temperature required for the desired reactions to take place, and a coking significant catalyst occurs, the catalyst then becoming inactive.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks by proposing means capable of ensuring a homogeneous distribution of the hot solid particles, in particular catalyst particles, in a cracking reactor for hydrocarbons with a fluidized bed, with upward or downward flow, downstream. of the injection zone in the reactor of the hydrocarbon charge to be treated.
  • the invention also aims to standardize, throughout the reaction zone of such a fluidized bed cracking reactor, the contact between the hot catalyst particles and the hydrocarbon vapors.
  • the invention finally aims to standardize the speed of the fluids and to avoid any back-mixing downstream of the injection zone of the charge of hydrocarbons to be cracked in such a hydrocarbon cracking reactor.
  • the subject of the present invention is a process for homogenization, inside a tubular hydrocarbon cracking reactor with a bed of hot fluidized solid particles, of the mixture of these particles and of the hydrocarbon vapors with process, process in which the tubular reactor, which is arranged substantially vertically, is continuously supplied with a flow of hot solid particles, these particles, in the reactor, are given an upward or downward movement while maintaining them in a dilute fluidized bed, they are brought into contact with these particles at least one charge of hydrocarbons to be cracked, by injecting this charge into the diluted fluidized bed inside the reactor, the gaseous phase is separated, resulting from the contacting of the hydrocarbons with said particles and these particles, recovers the gas phase and the particles thus separated, said particles are optionally treated to reactivate them and they are recycled to the reactor supply, this process being characterized in that immediately downstream of the injection zone, in the reaction zone of the charge to be treated where at least 75% of the charge drops are vaporized, a fluid is injected in the gaseous state
  • the fluid in the gaseous state will be injected into the reactor at a plurality of locations distributed evenly on the internal wall thereof, either annularly or helically.
  • This fluid in the gaseous state may be injected into the reactor in a plane making with the axis of the reactor an angle between 30 and 150 °.
  • the gaseous fluid may also be introduced into the reactor substantially tangentially to the side wall of the reactor.
  • the fluid in the gaseous state may be hydrogen, an inert gas, a light hydrocarbon such as methane, ethane, propane, butane or pentane, a vaporized gasoline, or, preferably, water vapor.
  • a light hydrocarbon such as methane, ethane, propane, butane or pentane
  • a vaporized gasoline or, preferably, water vapor.
  • the flow rate of injected fluid may represent between 0.005% and 1% by weight of the flow rate of solid grains in circulation.
  • the speed of the fluid in the gaseous state, at the outlet of the device for injecting this fluid will generally be between 1 and 100 m / s and preferably between 20 and 50 m / s.
  • the injection pressure of the fluid in the gaseous state will naturally depend on this injection speed and on the reactor operating conditions.
  • the injection temperature of this fluid has no significant influence on the temperature profile of the grains downstream of the charge injection zone, due to the low flow rate of fluid injected relative to the catalytic mass of the circulating fluidized bed.
  • the invention also relates to a homogenization device, inside a tubular hydrocarbon cracking reactor with a bed of hot fluidized solid particles, of the mixture of these particles and of the hydrocarbon vapors to be treated, this reactor being disposed substantially vertically and comprising means for continuously supplying a flow of hot solid particles, means for imparting an upward or downward motion to these particles in the reactor while maintaining them in a diluted fluidized bed, means for injection inside the reactor, into the diluted fluidized bed, of at least one charge of hydrocarbons, means for separating the gaseous phase resulting from the contacting of these hydrocarbons with said particles, means of separation and for recovering this gaseous phase and the solid particles, optionally means for treating the particles recovered with a view to the reaction, and m means for recycling these particles to the reactor supply, this device being characterized in that it comprises, immediately downstream of the injection zone of the hydrocarbon charge, in at least one location on the internal face of the side wall of the reactor, a means for injecting a gaseous fluid into the reactor.
  • the means for injecting the fluid in the gaseous state will preferably be placed at a distance of between 0.5 and 6 times the radius of said reactor, downstream and from the charge injectors.
  • the means for injecting the fluid in the gaseous state may comprise a chamber connected to a source of gas under pressure, this chamber opening into the reactor through at least one orifice.
  • a chamber connected to a source of gas under pressure, this chamber opening into the reactor through at least one orifice.
  • several chambers will be provided and will open into the reactor through a plurality of orifices distributed regularly in an annular or helical manner relative to the axis of the reactor, these orifices preferably having the form of slots.
  • the means for injecting the gaseous fluid into the reactor may comprise at least one injector connected to a source of pressurized gas, the axis of this injector being substantially tangent to the side wall internal of the reactor.
  • the reactor will comprise several injectors distributed regularly around its axis and connected to a manifold, itself supplied by the source of gas under pressure. Due to the jets of gaseous fluid introduced tangentially by the injectors, in this embodiment of the invention, the solid particles adjacent to the internal face of the wall of the reactor will be brought, inside the latter, of a helical movement.
  • the regenerated catalyst is introduced at the base of the tubular reactor 1 by a line 2, at a flow rate determined by the opening or closing of a valve 3.
  • the grains of catalyst are then propelled towards the top of the reactor by injection, at the base of the latter, of a gaseous fluid coming from line 5; this injection is made using a fluid distributor or "diffuser" 4.
  • the charge to be cracked is introduced at a higher level by the line 7, using appropriate spraying devices 6, into the flow of catalyst grains.
  • the reactor 1 opens at its top into an enclosure 8 which is concentric here and in which, on the one hand, the separation between gaseous effluents and the grains of the catalyst takes place, thanks to the ballistic separator 9, and, d on the other hand, the stripping of the catalyst grains deactivated.
  • the reaction products are separated from any catalyst in a cyclonic system 10, which is housed in the upper part of the enclosure 8 and at the top of which is provided a line 11 for discharging the reaction effluents to the outside.
  • the grains of deactivated catalyst descend to the base of the enclosure 8, where the diffuser 13 supplies the fluidized bed with stripping gas (generally steam) through a line 12.
  • stripping gas generally steam
  • the regenerator 14 here comprises a single regeneration, where the grains of deactivated catalyst are introduced into the upper part of the fluidized bed 17, while the combustion fumes are discharged through line 18, after passing through a cyclone 19.
  • the catalyst grains are regenerated in a fluidized bed, by combustion of the coke and of the hydrocarbons still present on their surface or in their pores, by means of an injection of air or oxygen, by the diffuser 20, supplied by the line 21.
  • the catalyst grains thus brought to high temperature by the heat of combustion, return to the base of reactor 1 via line 2.
  • This brutal vaporization has the effect of projecting the catalyst grains in the direction of the side wall of the reactor 1, and this results in an irregular distribution of the catalyst grains downstream of the injection zone of the hydrocarbon charge, with a risk of back mixing in the vicinity of the internal face of the wall 25 of the reactor 1.
  • a gas flow is injected into the reactor, immediately downstream of the devices 6 for spraying the hydrocarbon charge, capable of repelling the particles of catalyst in the direction of the axis of the reactor.
  • each of the chambers 26 are housed in the thickness of the wall 25 of the reactor 1.
  • These chambers 26 are connected by conduits 28 to a source of pressurized gas and each of them opens out through two slots 29 inside the reactor 1.
  • the eight slots 29 are distributed in an annular manner regularly around the axis of the reactor 1 .
  • the gas jets injected through the slots 29 are directed perpendicular to the wall 25 towards the interior of the reactor 1 and thus prevent the catalyst particles from accumulating in the vicinity of the wall 25, ensuring better contact between the vapors d hydrocarbons and catalyst particles.
  • water vapor can be used as gas at a temperature of the order of 350 ° C. and an effective pressure of approximately 18 bars.
  • the reactor 31 comprises two systems for fluidizing the particles of regenerated catalyst recycled into the reactor by line 32.
  • a first diffuser 34 supplied by line 35, injects at the base of the reactor 31 , below the connection of line 32 to the reactor, a sufficient quantity of fluid to maintain dense fluidization ensuring homogenization of the grains in this zone.
  • a second diffuser 43 supplied by line 44 and disposed downstream of the connection of line 2 to the reactor, then makes it possible to inject the quantity of fluid necessary to create dilute fluidization conditions, with a constant flow of grains, which rise then in the reactor at an axial speed greater than 1.5 m / s and, preferably, between 2 and 10 m / s.
  • a system for injecting a gaseous fluid in the area immediately downstream of the devices 36 for spraying the hydrocarbon charge, there is provided a system for injecting a gaseous fluid, tangential to the wall of the reactor, at four points arranged symmetrically. in a plane perpendicular to the axis of the reactor.
  • Each of the injection tubes 46 is connected to a distributor 45 of the fluid, supplied by the line 47.
  • the tangential injections practiced simultaneously at several points of the reactor therefore allow the fluidized phase located in the vicinity of the reactor wall to be rotated. 3, with a rotational speed directly proportional to the quantity of fluid injected.
  • the gaseous fluid will preferably be of the same type as that used for the fluidization of the catalyst grains.
  • the angle between the injectors and the plane perpendicular to the axis of symmetry of the reactor will preferably be small, so as to minimize the amount of fluid to be injected to obtain the desired rotation.
  • these injectors must respect as much as possible the symmetry of revolution of the reactor, in order to obtain good homogeneity of the fluidized bed.
  • FIG. 6 finally illustrates the use of a homogenization device in accordance with the invention in a tubular reactor with dilute downward flow of catalyst particles.
  • the regenerated catalyst particles are introduced into the upper part of the reactor 51 via line 52 and flow there by gravity.
  • a valve 53 is provided to control the flow of catalyst.
  • a diffuser 55 supplied with gas by the line 54 first keeps the gas particles in a dense fluidized bed upstream of the valve 53. Downstream of this valve, the catalyst is maintained in the diluted fluidized phase by injection of a second gas in the reactor through the diffuser 58 supplied by the line 57.
  • the charge to be cracked is then introduced into the reactor 55 by sprayers 56 directed in the direction of the flow of the grains in the reactor and inclined relative to the axis thereof thereof by an angle of, for example, between 30 and 60 °.
  • a homogenization device Immediately downstream of these sprayers 56 is provided a homogenization device according to the invention of the same type as that of FIG. 5, that is to say comprising injectors 66, arranged tangentially to the reactor 51 and connected to a distributor 65, itself supplied with pressurized gas by a line 67.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire (1) de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides chaudes fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter. Selon l'invention, immédiatement en aval de la zone d'injection, dans la zone de réaction de la charge à traiter où au moins 75 % des gouttes de charge sont vaporisées, on injecte un fluide à l'état gazeux dans ledit réacteur (1), en au moins un emplacement de la face interne de sa paroi latérale. <IMAGE>

Description

  • Procédé et dispositif d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter.
  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter. L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif de ce type applicables au craquage catalytique à l'état fluide de charges d'hydrocarbures, dans un réacteur tubulaire sensiblement vertical, fonctionnant en lit fluidisé ascendant ou descendant.
  • On sait que l'industrie pétrolière utilise de façon usuelle des procédés de conversion d'hydrocarbures et, en particulier, de craquage, dans lesquels des molécules d'hydrocarbures à haut poids moléculaire et à point d'ébullition élevé sont scindées en molécules plus petites, à point d'ébullition plus faible, convenant à l'usage recherché.
  • Beaucoup de ces procédés utilisent des techniques de conversion en lit fluidisé, dans lesquelles des particules solides (catalytiques on non), qui apportent en particulier la chaleur nécessaire à la réaction de conversion, sont mises en contact pendant des temps très courts avec des hydrocarbures.
  • Le procédé le plus couramment employé à l'heure actuelle est le procédé dit de craquage catalytique à l'état fluide (en anglais, Fluid Catalytic Cracking, ou encore procédé FCC). Toutefois, d'autres procédés de conversion en lit fluidisé ont été développés, en particulier des procédés de craquage thermique ou de viscoréduction.
  • Pour des raisons de simplification, on se limitera, dans la description qui va suivre, à la présentation de l'invention dans le cadre du procédé de craquage catalytique, étant entendu que cette invention est également applicable à la plupart des procédés de conversion d'hydrocarbures en lit fluidisé, dans lesquels la charge à craquer est mise en contact à l'état de vapeur avec des particules solides, catalytiques ou non.
  • Parmi les paramètres les plus importants qui conditionnent la réaction de craquage, on peut mentionner la rapidité de la mise en contact de la charge à traiter avec les grains de catalyseur chaud et l'homogénéité de répartition de ces grains de catalyseur en lit fluidisé dans toute la zone réactionnelle.
  • Les études effectuées par la Demanderesse, en vue d'améliorer le transfert thermique entre les particules solides en lit fluidisé et la charge à traiter, ont ainsi mis en évidence que les rendements obtenus effectivement dans les unités de craquage les plus performantes utilisées jusqu'à présent demeurent inférieurs à ceux que laissent prévoir les études théoriques, et que cette différence est due en particulier à une mauvaise répartition des grains de catalyseur dans la zone réactionnelle, notamment dans la zone d'injection de la charge à traiter.
  • Dans ses demandes de brevet français N° 2 585 030 et N° 89 14787, la Demanderesse a déjà proposé des moyens visant principalement à remédier, dans le réacteur, aux irrégularités axiales du flux de catalyseur chaud en provenance de la zone de régénération et à assurer une fluidisation améliorée des particules solides de catalyseur en amont de la zone d'injection de la charge d'hydrocarbures.
  • Cependant, même en régularisant le flux de catalyseur de manière à le rendre aussi homogène que possible en amont de l'injection de la charge à traiter, on constate qu'en aval de cette zone, la répartition des particules de catalyseur redevient hétérogène, la densité de distribution de ces particules étant plus élevée au voisinage des parois du réacteur qu'en son centre.
  • Cette tendance naturelle à la ségrégation entre le catalyseur et la phase gazeuse, due à l'interaction entre le catalyseur et la paroi, se trouve amplifiée par la vaporisation brutale de la charge, qui a tendance à projeter le catalyseur vers la paroi du réacteur, où se crée ainsi une zone enrichie en catalyseur. Une partie de ce catalyseur ne progresse donc que lentement ou même tend à se déplacer suivant un mouvement tourbillonnant en sens inverse du mouvement de la charge (effet de rétromélange, dit encore "backmixing" dans la technique), aussi bien dans le cas d'un lit fluidisé ascendant que descendant.
  • Les travaux effectués par la Demanderesse ont montré que les écarts relevés entre les rendements théoriques et ceux réellement observés sont également imputables pour partie à cette mauvaise répartition des grains dans la section réactionnelle après l'injection de la charge. Cette répartition défectueuse est due aux remous causés par les effets conjugués de la vaporisation brutale de la charge et de la vitesse élevée d'injection de celle-ci, ainsi qu'au frottement des grains de catalyseurs sur les parois. Il en résulte le phénomène bien connu de l'homme de l'art sous le nom de rétromélange, qui se traduit également par le fait qu'à la périphérie du réacteur, les grains de catalyseur ne sont pas ou que peu fluidisés. En conséquence, les grains, préférentiellement disposés à la périphérie du réacteur peuvent stagner, voire régresser, le long de la paroi. De ce fait, la répartition de la température n'est pas homogène sur toute la section de la zone de réaction en aval des injecteurs de charge. Elle est trop chaude à la périphérie du réacteur, car la densité des grains est trop élevée près des parois, ce qui provoque le surcraquage de la charge, nuit à la conversion liquide désirée et favorise donc la production de gaz secs. Inversement, lorsque la charge pulvérisée entre en contact avec un flux de grains de catalyseur insuffisamment dense dans la partie centrale du réacteur, la quantité de chaleur apportée par ces grains est insuffisante pour atteindre la température requise pour que les réactions souhaitées aient lieu, et une cokéfaction importante du catalyseur se produit, le catalyseur devenant alors inactif.
  • La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant des moyens aptes à assurer une distribution homogène des particules solides chaudes, notamment des particules de catalyseur, dans un réacteur de craquage d'hydrocarbures à lit fluidisé, à flux ascendant ou descendant, en aval de la zone d'injection dans le réacteur de la charge d'hydrocarbures à traiter.
  • L'invention a également pour but d'uniformiser, dans toute la zone réactionnelle d'un tel réacteur de craquage à lit fluidisé, le contact entre les particules chaudes de catalyseur et les vapeurs d'hydrocarbures.
  • L'invention a enfin pour but d'uniformiser la vitesse des fluides et d'éviter tout rétromélange en aval de la zone d'injection de la charge d'hydrocarbures à craquer dans un tel réacteur de craquage d'hydrocarbures.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides chaudes fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter, procédé dans lequel on alimente en continu le réacteur tubulaire disposé sensiblement verticalement avec un flux de particules solides chaudes, on imprime à ces particules, dans le réacteur, un mouvement ascendant ou descendant en les maintenant en lit fluidisé dilué, on amène en contact avec ces particules au moins une charge d'hydrocarbures à craquer, en injectant cette charge dans le lit fluidisé dilué à l'intérieur du réacteur, on sépare la phase gazeuse résultant de la mise en contact des hydrocarbures avec lesdites particules et ces particules, on récupère la phase gazeuse et les particules ainsi séparées, on traite éventuellement lesdites particules pour les réactiver et on les recycle à l'alimentation du réacteur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'immédiatement en aval de la zone d'injection, dans la zone de réaction de la charge à traiter où au moins 75% des gouttes de charge sont vaporisées, on injecte un fluide à l'état gazeux dans ledit réacteur, en au moins un emplacement de la face interne de sa paroi latérale.
  • De préférence, le fluide à l'état gazeux sera injecté dans le réacteur en une pluralité d'emplacements répartis de façon régulière sur la paroi interne de celui-ci, soit de façon annulaire, soit de façon hélicoïdale.
  • Ce fluide à l'état gazeux pourra être injecté dans le réacteur dans un plan faisant avec l'axe du réacteur un angle compris entre 30 et 150°. Le fluide gazeux pourra aussi être introduit dans le réacteur de façon sensiblement tangentielle à la paroi latérale du réacteur.
  • L'injection du fluide gazeux immédiatement en aval de la zone d'injection de la charge d'hydrocarbures a pour effet de ramener vers le centre du réacteur les particules que la vaporisation brutale de cette charge avait précédemment repoussées vers la face interne des parois. Il en résulte une répartition beaucoup plus homogène des particules solides chaudes dans la zone réactionnelle du réacteur située en aval de la zone d'injection de la ou des charges d'hydrocarbures, avec pour conséquence une meilleure conversion en produits liquides des hydrocarbures craqués s'accompagnant d'un moindre dépôt de coke sur les particules solides et d'une diminution de la production de gaz secs.
  • Le fluide à l'état gazeux pourra être de l'hydrogène, un gaz inerte, un hydrocarbure léger tel que du méthane, de l'éthane, du propane , du butane ou du pentane, une essence vaporisée, ou encore, de préférence, de la vapeur d'eau.
  • Le débit de fluide injecté pourra représenter entre 0,005% et 1% en poids du débit de grains solides en circulation. La vitesse du fluide à l'état gazeux, à la sortie du dispositif d'injection de ce fluide, sera généralement comprise entre 1 et 100 m/s et de préférence entre 20 et 50 m/s.
  • La pression d'injection du fluide à l'état gazeux dépendra naturellement de cette vitesse d'injection et des conditions de fonctionnement du réacteur.
  • La température d'injection de ce fluide n'a pas d'influence significative sur le profil de température des grains en aval de la zone d'injection de la charge, en raison du faible débit de fluide injecté par rapport à la masse catalytique du lit fluidisé en circulation.
  • L'invention a également pour objet un dispositif d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides chaudes fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter, ce réacteur étant disposé sensiblement verticalement et comprenant des moyens d'alimentation en continu d'un flux de particules solides chaudes, des moyens pour imprimer à ces particules dans le réacteur un mouvement ascendant ou descendant en les maintenant en lit fluidisé, dilué, des moyens d'injection à l'intérieur du réacteur, dans le lit fluidisé dilué, d'au moins une charge d'hydrocarbures, des moyens de séparation de la phase gazeuse résultant de la mise en contact de ces hydrocarbures avec lesdites particules, des moyens de séparation et de récupération de cette phase gazeuse et des particules solides, éventuellement des moyens de traitement des particules récupérées en vue de la réaction, et des moyens de recyclage de ces particules à l'alimentation du réacteur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend, immédiatement en aval de la zone d'injection de la charge d'hydrocarbures, en au moins un emplacement de la face interne de la paroi latérale du réacteur, un moyen d'injection d'un fluide à l'état gazeux dans le réacteur.
  • Dans le dispositif de l'invention, les moyens d'injection du fluide à l'état gazeux seront placés de préférence à une distance comprise entre 0,5 et 6 fois le rayon dudit réacteur, en aval et à partir des injecteurs de charge.
  • Dans une forme de réalisation de l'invention, les moyens d'injection du fluide à l'état gazeux pourront comprendre une chambre connectée à une source de gaz sous pression, cette chambre débouchant dans le réacteur par au moins un orifice. De préférence, plusieurs chambres seront prévues et déboucheront dans le réacteur par une pluralité d'orifices répartis régulièrement de façon annulaire ou hélicoïdale par rapport à l'axe du réacteur, ces orifices ayant de préférence la forme de fentes.
  • Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les moyens d'injection du fluide gazeux dans le réacteur pourront comprendre au moins un injecteur connecté à une source de gaz sous pression, l'axe de cet injecteur étant sensiblement tangent à la paroi latérale interne du réacteur. De préférence, le réacteur comportera plusieurs injecteurs répartis régulièrement autour de son axe et connectés à un collecteur, lui-même alimenté par la source de gaz sous pression. Du fait des jets de fluide gazeux introduits tangentiellement par les injecteurs, dans cette forme de réalisation de l'invention, les particules solides voisines de la face interne de la paroi du réacteur seront amenées, à l'intérieur de celui-ci, d'un mouvement hélicoïdal.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, dans laquelle on se réfèrera aux dessins schématiques annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs. Sur ces dessins :
    • La figure 1 est une vue schématique d'une installation de craquage catalytique d'hydrocarbures, utilisant un flux ascendant dilué de catalyseur et équipée d'une première forme de réalisation du dispositif d'homogénéisation conforme à l'invention ;
    • La figure 2 est une vue de détail de la figure 1 à plus grande échelle ;
    • La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 1 ;
    • La figure 4 est une vue schématique partielle d'un réacteur de craquage catalytique à flux ascendant dilué équipé d'une seconde forme de réalisation du dispositif d'homogénéisation conforme à l'invention ;
    • La figure 5 est une vue en coupe du dispositif d'injection de fluide gazeux utilisé dans le réacteur de la figure 4 ;
    • La figure 6 est une vue schématique partielle d'un réacteur de craquage catalytique à flux descendant dilué, équipé d'une seconde forme de réalisation du dispositif d'homogénéisation conforme à l'invention.
  • On se réfèrera d'abord aux figures 1 à 3.
  • Dans cet ensemble de craquage catalytique à l'état fluide, d'un type connu en soi, le catalyseur régénéré est introduit à la base du réacteur tubulaire 1 par une ligne 2, à un débit déterminé par l'ouverture ou la fermeture d'une vanne 3. Les grains de catalyseur sont alors propulsés vers le haut du réacteur par injection, à la base de ce dernier, d'un fluide gazeux en provenance de la ligne 5; cette injection est faite à l'aide d'un distributeur de fluide ou "diffuseur" 4. La charge à craquer est introduite à un niveau supérieur par la ligne 7, à l'aide de dispositifs 6 de pulvérisation approprié, dans le flux de grains de catalyseur.
  • Le réacteur 1 débouche en son sommet dans une enceinte 8, qui lui est ici concentrique et dans laquelle s'effectuent, d'une part, la séparation entre des effluents gazeux et les grains du catalyseur, grâce au séparateur balistique 9, et, d'autre part, le strippage des grains de catalyseur désactivé. Les produits de réaction sont séparés de tout catalyseur dans un système cyclonique 10, qui est logé dans la partie supérieure de l'enceinte 8 et au sommet duquel est prévue une ligne 11 d'évacuation vers l'extérieur des effluents de la réaction. Les grains de catalyseur désactivé redescendent vers la base de l'enceinte 8, où le diffuseur 13 alimente par une ligne 12 le lit fluidisé en gaz de strippage (généralement de la vapeur d'eau). Les grains de catalyseur désactivé ainsi strippés sont évacués vers un régénérateur 14, par l'intermédiaire d'un conduit 15, sur lequel est prévue une vanne de régulation 16.
  • Le régénérateur 14 comprend ici une seule chambre de régénération, où les grains de catalyseur désactivé sont introduits dans la partie supérieure du lit fluidisé 17, tandis que les fumées de combustion sont évacuées par la ligne 18, après passage dans un cyclone 19.
  • Les grains de catalyseur sont régénérés en lit fluidisé, par combustion du coke et des hydrocarbures encore présents à leur surface ou dans leurs pores, grâce à une injection d'air ou d'oxygène, par le diffuseur 20, alimenté par la ligne 21. Les grains de catalyseur, ainsi portés à haute température par la chaleur de combustion, retournent vers la base du réacteur 1 par la ligne 2.
  • Ainsi qu'il a été indiqué ci-dessus, la charge d'hydrocarbure injectée en 6 et qui a été généralement préchauffée à une température comprise entre 150 et 400 °C se vaporise de façon quasi instantanée au contact des grains de catalyseur, qui, eux, sont à une température comprise entre 600 et 900°C. Cette vaporisation brutale a pour effet de projeter les grains de catalyseur en direction de la paroi latérale du réacteur 1, et il en résulte une distribution irrégulière des grains de catalyseur en aval de la zone d'injection de la charge d'hydrocarbures, avec un risque de rétromélange au voisinage de la face interne de la paroi 25 du réacteur 1.
  • Pour remédier à cet inconvénient, conformément à l'invention, on injecte dans le réacteur, immédiatement en aval des dispositifs 6 de pulvérisation de la charge d'hydrocarbures, un flux gazeux apte à repousser les particules de catalyseur en direction de l'axe du réacteur.
  • A cet effet, dans la présente forme de mise en oeuvre de l'invention, quatre chambres 26, distribuées de façon régulière autour de l'axe du réacteur 1, sont logées dans l'épaisseur de la paroi 25 du réacteur 1. Ces chambres 26 sont connectées par des conduits 28 à une source de gaz sous pression et chacune d'elles débouche par deux fentes 29 à l'intérieur du réacteur 1. Les huit fentes 29 sont distribuées de façon annulaire régulièrement autour de l'axe du réacteur 1.
  • Les jets de gaz injectés par les fentes 29 sont dirigés perpendiculairement à la paroi 25 vers l'intérieur du réacteur 1 et évitent ainsi aux particules de catalyseur de s'accumuler au voisinage de la paroi 25, en assurant un meilleur contact entre les vapeurs d'hydrocarbures et les particules de catalyseur.
  • On pourra utiliser avantageusement comme gaz de la vapeur d'eau à une température de l'ordre de 350°C et une pression efficace d'environ 18 bars.
  • Dans la forme de réalisation de la figure 4, le réacteur 31 comporte deux systèmes de fluidisation des particules de catalyseur régénéré recyclées dans le réacteur par la ligne 32. Un premier diffuseur 34, alimenté par la ligne 35, injecte à la base du réacteur 31, au-dessous du raccordement de la ligne 32 au réacteur, une quantité suffisante de fluide pour entretenir une fluidisation dense assurant une homogénéisation des grains dans cette zone. Un second diffuseur 43, alimenté par la ligne 44 et disposé en aval du raccordement de la ligne 2 au réacteur, permet ensuite d'injecter la quantité de fluide nécessaire pour créer des conditions de fluidisation diluée, avec un débit constant de grains, qui montent alors dans le réacteur à une vitesse axiale supérieure à 1,5 m/s et, de préférence, comprise entre 2 et 10 m/s.
  • Conformément à l'invention, dans la zone située immédiatement en aval des dispositifs 36 de pulvérisation de la charge d'hydrocarbures, est prévu un système d'injection d'un fluide gazeux, tangentiellement à la paroi du réacteur, en quatre points disposés symétriquement dans un plan perpendiculaire à l'axe du réacteur.
  • Chacun des tubes 46 d'injection est connecté à un distributeur 45 du fluide, alimenté par la ligne 47. Les injections tangentielles pratiquées simultanément en plusieurs points du réacteur permettent donc une mise en rotation de la phase fluidisée située au voisinage de la paroi du réacteur 3, avec une vitesse de rotation directement proportionnelle à la quantité de fluide injectée. Le fluide gazeux sera de préférence du même type que celui utilisé pour la fluidisation des grains de catalyseur.
  • L'angle entre les injecteurs et le plan perpendiculaire à l'axe de symétrie du réacteur, sera de préférence faible, de façon à minimiser la quantité de fluide à injecter pour obtenir la rotation voulue. En outre, ces injecteurs devront respecter autant que possible la symétrie de révolution du réacteur, afin d'obtenir une bonne homogénéité du lit fluidisé.
  • La figure 6 illustre enfin l'utilisation d'un dispositif d'homogénéisation conforme à l'invention dans un réacteur tubulaire à flux descendant dilué de particules de catalyseur.
  • Dans cette forme de réalisation, les particules de catalyseur régénéré sont introduites à la partie supérieure du réacteur 51 par la ligne 52 et s'y écoulent par gravité. Une vanne 53 est prévue pour contrôler le débit de catalyseur. Un diffuseur 55, alimenté en gaz par la ligne 54 maintient d'abord les particules de gaz en lit fluidisé dense en amont de la vanne 53. En aval de cette vanne, le catalyseur est maintenu en phase fluidisée diluée par injection d'un second gaz dans le réacteur par le diffuseur 58 alimenté par la ligne 57.
  • La charge à craquer est ensuite introduite dans le réacteur 55 par des pulvérisateurs 56 dirigés dans le sens du flux des grains dans le réacteur et inclinés par rapport à l'axe de celui-ci d'un angle compris, par exemple, entre 30 et 60°.
  • Immédiatement en aval de ces pulvérisateurs 56 est prévu un dispositif d'homogénéisation conforme à l'invention du même type que celui de la figure 5, c'est-à-dire comprenant des injecteurs 66, disposés tangentiellement au réacteur 51 et comectés à un distributeur 65, lui-même alimenté en gaz sous pression par une ligne 67.
  • L'exemple qui suit vise à illustrer la présente invention et n'a donc aucun caractère limitatif.
    • EXEMPLE
  • Deux essais de craquage catalytique ont été réalisés à partir d'une même charge d'hydrocarbures dans une unité de craquage catalytique du type général de la figure 1 des dessins annexés. L'un des essais (Essai 1) a été réalisé sans utilisation d'un dispositif d'homogénéisation conforme à l'invention. Le second (Essai 2) a été réalisé en utilisant le dispositif représenté sur les figures 3 et 4.
  • La charge traitée est un distillat sous vide, présentant les caractéristiques suivantes :
    • densité (°API) : 21,
    • soufre (% poids) : 1,3,
    • azote basique (ppm en poids) : 730,
    • vanadium (ppm) : 2,
    • nickel (ppm) : 1,
    • carbone Conradson (% en poids) : 1,5
  • Au cours des deux essais, les conditions opératoires ont été celles indiquées dans le Tableau 1 ci-après :
    Figure imgb0001
  • Les résultats des Essais 1 et 2 sont rassemblés dans le Tableau 2 ci-après.
    Figure imgb0002
  • Ce tableau montre que la conversion est améliorée (plus de 1% en poids), de même la sélectivité de la réaction. On obtient plus d'essence pour moins de gaz secs et de slurry catalytique. En outre, le Tableau 1 montre une baisse sensible de la température du catalyseur en amont de l'injection de charge, traduisant une diminution de la température du régénérateur de 14°C.

Claims (13)

  1. Procédé d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides chaudes fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter, procédé dans lequel on alimente en continu le réacteur tubulaire disposé sensiblement verticalement avec un flux de particules solides chaudes, on imprime à ces particules, dans le réacteur, un mouvement ascendant ou descendant en les maintenant en lit fluidisé dilué, on amène en contact avec ces particules au moins une charge d'hydrocarbures à craquer, en injectant cette charge dans le lit fluidisé dilué à l'intérieur du réacteur, on sépare la phase gazeuse résultant de la mise en contact des hydrocarbures avec lesdites particules et ces particules, on récupère la phase gazeuse et les particules ainsi séparées, on traite éventuellement lesdites particules pour les réactiver et on les recycle à l'alimentation du réacteur, ce procédé étant caractérisé en ce qu'immédiatement en aval de la zone d'injection, dans la zone de réaction de la charge à traiter où au moins 75% des gouttes de charge sont vaporisées, on injecte un fluide à l'état gazeux dans ledit réacteur, en au moins un emplacement de la face interne de sa paroi latérale.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide à l'état gazeux est injecté dans le réacteur en une pluralité d'emplacements répartis de façon régulière sur la paroi interne de celui-ci, de façon annulaire ou hélicoïdale.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide à l'état gazeux est injecté dans le réacteur dans un plan faisant avec l'axe de celui-ci un angle compris en 30 et 150°.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fluide à l'état gazeux est injecté dans le réacteur de façon sensiblement tangentielle à la paroi latérale de celui-ci.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fluide à l'état gazeux est choisi dans le groupe comprenant l'hydrogène, les gaz inertes tels que l'azote, les hydrocarbures légers comprenant de 1 à 5 atomes de carbone, les essences vaporisées et la vapeur d'eau.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fluide à l'état gazeux est injecté dans le réacteur avec un débit représentant entre 0,005 et 1 % du poids du débit de grains solides en circulation.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le fluide à l'état gazeux est injecté dans le réacteur à une vitesse comprise entre 1 et 100 m/s et de préférence comprise entre 20 et 50 m/s.
  8. Dispositif d'homogénéisation, à l'intérieur d'un réacteur tubulaire de craquage d'hydrocarbures à lit de particules solides chaudes fluidisées, du mélange de ces particules et des vapeurs d'hydrocarbures à traiter, ce réacteur (1, 31, 51) étant disposé sensiblement verticalement et comprenant des moyens (2, 32, 52) d'alimentation en continu d'un flux de particules solides chaudes, des moyens (4 ; 35, 43 ; 55, 58) pour imprimer à ces particules dans le réacteur un mouvement ascendant ou descendant en les maintenant en lit fluidisé dilué, des moyens (6, 36, 56) d'injection à l'intérieur du réacteur, dans le lit fluidisé dilué, d'au moins une charge d'hydrocarbures, des moyens (8, 9, 10) de séparation de la phase gazeuse résultant de la mise en contact de ces hydrocarbures avec lesdites particules, des moyens de séparation et de récupération de cette phase gazeuse et des particules solides, éventuellement des moyens (14) de traitement des particules récupérées en vue de la réaction, et des moyens de recyclage de ces particules à l'alimentation du réacteur, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend, immédiatement en aval de la zone d'injection de la charge d'hydrocarbures, en au moins un emplacement de la face interne de la paroi latérale (25) du réacteur, un moyen d'injection (26, 29 ; 46 ; 66) d'un fluide gazeux dans le réacteur.
  9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'injection du fluide à l'état gazeux sont placés à une distance comprise entre 0,5 et 6 fois le rayon dudit réacteur, en aval et à partir des injecteurs de charges.
  10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les moyens d'injection du fluide gazeux comprennent une chambre (26) ménagée dans l'épaisseur de la paroi (25) du réacteur et connectée à une source de gaz sous pression, cette chambre (26) débouchant dans le réacteur (1) par au moins un orifice (29).
  11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de chambres (26) et d'orifices (29) répartis régulièrement par rapport à l'axe du réacteur, de façon annulaire et hélicoïdale (1), ces orifices étant de préférence en forme de fentes.
  12. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens d'injection du fluide gazeux dans le réacteur (31, 51) comprennent au moins un injecteur (46, 66) connecté à une source de gaz sous pression et dont l'axe est sensiblement tangent à la paroi latérale interne du réacteur et perpendiculaire à l'axe de celui-ci.
  13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'injecteurs (46, 56) répartis régulièrement autour de l'axe du réacteur (31, 51) et connectés à un collecteur (45, 65) alimenté par la source de gaz sous pression.
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