FR3075070A1 - Reacteur a lit bouillonnant compartimente et procede d’hydroconversion de charges petrolieres lourdes - Google Patents

Reacteur a lit bouillonnant compartimente et procede d’hydroconversion de charges petrolieres lourdes Download PDF

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Abstract

L'invention a ainsi pour objet un réacteur d'hydroconversion d'une charge liquide d'hydrocarbures comprenant : - une enveloppe de réacteur (1), - une pluralité de zones d'hydroconversion d'activité catalytique différentes (Cn) délimitées par des parois internes horizontales (6) s'étendant sur la totalité du diamètre intérieur de ladite enveloppe du réacteur, chaque zone d'hydroconversion comprenant un lit bouillonnant de catalyseur, - un dispositif de soutirage et d'injection de catalyseur d'une zone d'hydroconversion à une autre, constitué d'une boite de distribution du catalyseur (10) reliée à au moins deux zones d'hydroconversion par des cannes (7) comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d'hydroconversion par les cannes (7), les parois internes horizontales (6) empêchant le transfert de catalyseur d'une zone à une autre du réacteur, mais permettant le passage des fluides. L'invention a également pour objet, selon un autre aspect, un procédé d'hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures mettant en œuvre un tel réacteur.

Description

La présente invention concerne le domaine de l'hydroconversion de charges lourdes carbonées (par exemple un résidu pétrolier, des dérivés issus de la biomasse, du charbon) en produits plus légers, valorisables comme carburants ou matières premières pour la pétrochimie. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un réacteur et un procédé de conversion catalytique d'hydrocarbures, en particulier un procédé et un appareil d'hydroconversion catalytique de charges pétrolières lourdes mettant en œuvre des lits bouillonnants.
Les procédés d'hydroconversion de charges lourdes d'hydrocarbures en lit bouillonnant utilisant un catalyseur sont bien connus de l’homme du métier. Dans ces procédés, le lit de catalyseur se trouve sous une forme dispersée et/ou expansée, la dispersion ou l'expansion étant provoquée par la circulation de bas en haut, de la charge liquide d'hydrocarbure et de l'hydrogène ou du gaz contenant l'hydrogène. On parle de lit bouillonnant ou lit fluidisé. À titre d’exemples de tels procédés, on peut citer le procédé H-Oil, licencié par la société Axens, décrit par exemple dans les brevets US 4,521,295 ou US 4,495,060 ou US 4,457,831, ou la technologie LC-Fining licenciée par Chevron-Lummus-Global, largement décrite dans la littérature.
Les catalyseurs de conversion d'hydrocarbures mis en œuvre dans ces procédés se désactivent principalement par dépôt de métaux, comme le sulfure de vanadium et le sulfure de nickel, et par dépôt de coke. Ainsi, dans les procédés d’hydroconversion de charges lourdes d'hydrocarbures en lit bouillonnant, le catalyseur doit être périodiquement soutiré du réacteur et remplacé. En fonction de la charge traitée, les réacteurs à lit bouillonnant classiques fonctionnent avec des taux de renouvellement de catalyseur (Crr) allant de 0,01 à 8 % en poids de la masse totale de catalyseur contenue dans le réacteur (sur la base de la masse du catalyseur frais). Quand le procédé d’hydroconversion contient plusieurs réacteurs en série, les taux de renouvellement de catalyseur peuvent être différents dans les différents réacteurs.
Le renouvellement de catalyseur permet de compenser la perte d’activité due principalement au dépôt de métaux et de coke sur le catalyseur. Dans les procédés d'hydrotraitement de charges lourdes d'hydrocarbures en lit bouillonnant, le catalyseur est donc périodiquement soutiré du réacteur et remplacé. Toutefois, le catalyseur soutiré est constitué d’un mélange de catalyseur très fortement désactivé, de catalyseur moyennement désactivé et de catalyseur presque neuf, de sorte que l’utilisation du catalyseur dans les réacteurs d’hydrotraitement sur lit bouillonnants n’est pas optimisée. Plus précisément, le renouvellement périodique d’une partie du catalyseur contenu dans le réacteur conduit à une population avec une distribution d’âge dont l’allure dépend du taux de renouvellement du catalyseur (Crr). La figure 1 montre la distribution des âges des grains de catalyseur dans le réacteur à lit bouillonnant pour un taux de remplacement journalier du catalyseur de 2,5 % par rapport au poids total de catalyseur dans le réacteur, ce qui correspond à un temps de séjour moyen du catalyseur dans le réacteur de 40 jours. Ainsi, l’âge moyen du catalyseur dans cette configuration est également de 40 jours, mais la distribution des âges est très large, plus de 36 % en poids du catalyseur ayant un âge supérieur à 40 jours et plus de 13 % en poids du catalyseur ayant un âge supérieur à deux fois l’âge moyen, soit 80 jours.
Le triage des particules de catalyseur en fonction de leur degré de désactivation est une opération difficile à réaliser. Afin de répondre à cette problématique, il a été proposé, dans l’art antérieur, d’utiliser une série de lits bouillonnants étagés. Le catalyseur frais est introduit à l'étage supérieur du réacteur, préférablement après une sulfuration préalable, tandis que les étages situés au-dessous contiennent un catalyseur d'autant plus désactivé qu'il se trouve à un étage plus bas. Périodiquement, on laisse le catalyseur d'un étage n descendre à l'étage n - 1 immédiatement inférieur, tandis que le catalyseur moins usé de l'étage supérieur η + 1 passe à l'étage n, et ceci pour l'ensemble des étages. Le catalyseur du dernier étage, en bas du réacteur, est déchargé tandis que du catalyseur frais, de préférence préalablement sulfuré, est introduit au premier étage en haut du réacteur. Cela permet d'améliorer le taux d'utilisation d'un catalyseur avant décharge du réacteur. En outre, le fractionnement du réacteur en une série de lits catalytiques, améliore l'efficacité du réacteur. Le problème principal rencontré dans ce type de réacteur, concerne le transfert du catalyseur d'un étage à l'étage suivant situé en dessous. On a d'abord proposé de laisser descendre le catalyseur progressivement à travers tous les étages, mais ceci présente l'inconvénient majeur de mélanger, à chaque étage, du catalyseur relativement plus actif de l'étage n avec du catalyseur relativement moins actif de l'étage n - 1, d'où une utilisation relativement mauvaise du catalyseur.
Le brevet FR2460990 a par exemple proposé d’optimiser le transfert du catalyseur entre les différents étages d’un réacteur à lit bouillonnant compartimenté par des grilles horizontales.
Dans ce document, les mailles des grilles horizontales ont un diamètre inférieur à celui des particules de catalyseur pour permettre le passage du fluide (charge et hydrogène) d’un compartiment à un autre dans le sens ascendant. Les grilles horizontales comportent des zones ouvertes au-dessous desquelles sont placées des boîtes de distribution de fluide qui permettent de contrôler le passage du catalyseur d’un compartiment supérieur à un compartiment inférieur. Toutefois, dans ce type d’installation, il est nécessaire d’interrompre le flux ascendant de liquides pour permettre au catalyseur de descendre d’un étage n à un étage n-1. La conversion des hydrocarbures doit donc être périodiquement interrompue pour permettre ce transfert de catalyseur. Ce système est donc complexe et pénalisant pour la production. Il est également difficile avec ce type d’installation d’avoir une distribution homogène du catalyseur après son passage d’un compartiment à l’autre. En outre, il n’est pas possible de contrôler la quantité de catalyseur transférée d’un étage à un autre du réacteur : c’est la totalité du catalyseur présent à un étage qui est transférée à l’étage inférieur du réacteur, et c’est par conséquent une quantité importante de catalyseur usagé qui est soutirée en fond de réacteur, qui peut dès lors toujours contenir une proportion non négligeable de catalyseur encore actif.
Il demeure un besoin de réduire encore la consommation de catalyseur par un soutirage plus sélectif du catalyseur le plus usé d’une part, et de maximiser le temps de séjour du catalyseur le plus actif dans le réacteur.
La présente invention propose une solution à cette problématique au moyen d’un réacteur et d’un procédé permettant de soutirer uniquement l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, à partir du compartiment ayant la plus faible activité catalytique moyenne, et de limiter par conséquent au maximum la perte de catalyseur le plus actif.
Il est en effet du mérite de la demanderesse d’avoir mis en évidence qu’en subdivisant le réacteur à lit bouillonnant en plusieurs compartiments de manière à créer des zones dans le réacteur ayant différentes activités catalytiques moyennes, et en soutirant uniquement l’équivalent d’appoint en catalyseur à partir du compartiment ayant la plus faible activité catalytique moyenne, il était possible d’optimiser Eutilisation du catalyseur et ainsi, de réduire le taux de remplacement du catalyseur, ou d’augmenter les performances du réacteur.
L’invention a ainsi pour objet, selon un premier aspect, un réacteur d’hydroconversion d'une charge liquide d'hydrocarbures comprenant :
- une enveloppe de réacteur (1),
- une pluralité de zones d’hydroconversion d’activités catalytiques différentes (Cn) délimitées par des parois internes horizontales (6) s'étendant sur la totalité du diamètre intérieur de ladite enveloppe du réacteur, chaque zone d’hydroconversion comprenant un lit bouillonnant de catalyseur,
- un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur d’une zone d’hydroconversion à une autre, constitué d’une boite de distribution du catalyseur (10) reliée aux différentes zones d’hydroconversion par des cannes (7) comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (7), les parois internes horizontales (6) empêchant le transfert de catalyseur d’une zone à une autre du réacteur, mais permettant le passage des fluides.
L’invention a également pour objet, selon un autre aspect, un procédé d’hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures au moyen d'hydrogène consistant à faire passer la charge liquide d'hydrocarbures et un courant d'hydrogène ou d'un gaz contenant de l'hydrogène de bas en haut à travers d’au moins un réacteur d’hydroconversion tel que décrit précédemment, dans lequel l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, est soutiré d’une zone d’hydroconversion et est injecté dans une autre zone d’hydroconversion ayant une activité catalytique plus faible.
Le réacteur et le procédé selon l’invention peuvent également permettre d’augmenter l’activité catalytique moyenne dans le réacteur compartimenté en maintenant la consommation de catalyseur équivalente à un réacteur à lit bouillonnant classique, ne comprenant pas de pluralité de zones d’hydroconversion d’activités catalytiques différentes. On peut par exemple augmenter le niveau de l’activité catalytique, telles que l’activité hydrogénante, craquante ou désulfurante, et donc le niveau des transformations des charges traitées en augmentant légèrement la température ou la vitesse volumique horaire (WH), à iso taux de renouvellement du catalyseur (Crr). En outre, une activité catalytique améliorée permet de réduire la formation de sédiments dans le réacteur, et donc soit d’améliorer son opérabilité, soit d’augmenter la sévérité du procédé.
L’introduction du principe de compartimentation du réacteur décrit ci-dessus conduit en effet à modifier la distribution âge du catalyseur. La figure 2 donne, pour un Crr de 2,5%, les distributions d’âge dans un réacteur quand ce réacteur est divisé en 4 compartiments. Dans le réacteur, le temps de séjour moyen du catalyseur reste égal à 40 jours. Cependant, comme le soutirage de catalyseur enlève du catalyseur plus âgé, l’âge moyen du catalyseur n’est plus que de 25 jours. De plus, la distribution des âges est également beaucoup moins large, moins de 20 % en poids du catalyseur ayant un âge supérieur à 40 jours et moins de 2 % en poids du catalyseur ayant un âge supérieur à deux fois l’âge moyen, soit 80 jours. De ce fait, cette distribution des âges du catalyseur conduit à un catalyseur plus actif par rapport à un catalyseur mis en œuvre dans un réacteur à un seul compartiment. La figure 3 compare les distributions des âges de la population de catalyseur dans un réacteur à lit bouillonnant noncompartimenté et dans un réacteur à lit bouillonnant compartimenté en 2, 3 et 4 zones avec soutirage et appoint globaux de catalyseur frais de 2,5 % par rapport au poids total du catalyseur dans le réacteur.
Description des figures
La figure 1 représente la distribution des âges de la population de catalyseur dans un réacteur à lit bouillonnant avec un soutirage et appoint journalier de catalyseur frais de 2,5 % par rapport à l’inventaire initial de catalyseur frais.
La figure 2 représente la distribution des âges de la population de catalyseur dans un réacteur à lit bouillonnant compartimenté en 4 zones avec soutirage et appoint globaux de catalyseur de frais de 2,5 % par rapport à l’inventaire initial de catalyseur frais.
La figure 3 représente une comparaison des distributions des âges de la population de catalyseur dans un réacteur à lit bouillonnant non-compartimenté et dans un réacteur à lit bouillonnant compartimenté en 2, 3 et 4 zones avec soutirage et appoint globaux de catalyseur frais de 2,5 % par rapport à l’inventaire initial de catalyseur frais.
La figure 4 illustre un réacteur à lit bouillonnant selon l’invention, avec 4 zones d’hydroconversion d’activité catalytique différentes.
Description détaillée
Le réacteur d’hydroconversion mis en œuvre dans le cadre de la présente invention est décrit plus en détails en se référant à la figure 4.
Le réacteur comprend une enveloppe de réacteur (1), ayant de préférence une paroi cylindrique.
Il comprend une pluralité de zones d’hydroconversion d’activités catalytiques différentes (Cl, C2, C3, C4). En particulier, le réacteur comprend au moins deux zones d’hydroconversion d’activités catalytiques différentes, de préférence au moins trois zones, et plus préférentiellement quatre zones ou plus.
Selon un mode particulier de réalisation, la zone d’hydroconversion présentant l’activité catalytique la plus élevée se situe au niveau le plus haut dans le réacteur, tandis que les zones situées en dessous présentent une activité d’autant plus faible qu’elles se trouvent à un niveau plus bas dans le réacteur.
Selon un autre mode particulier de réalisation, la zone d’hydroconversion présentant l’activité catalytique la plus faible se situe au niveau le plus haut dans le réacteur, tandis que les zones situées en dessous présentent une activité d’autant plus forte qu’elles se trouvent à un niveau plus bas dans le réacteur.
La distribution de l’activité du catalyseur dans les différentes zones d’hydroconversion du réacteur est déterminée par les injections et soutirages de catalyseur effectués selon l’invention.
Selon un mode préféré de réalisation, les zones d’hydroconversion présentent toutes substantiellement le même volume.
Les différentes zones sont délimitées par des parois internes horizontales (6) s'étendant sur la totalité du diamètre intérieur de l’enveloppe du réacteur. Ces parois internes horizontales empêchent le passage du catalyseur d’une zone à une autre du réacteur, mais permettent le passage des fluides, en particulier de la charge liquide d'hydrocarbures et du courant d'hydrogène ou d'un gaz contenant de l'hydrogène.
Les parois internes horizontales (6) sont ainsi de préférence perforées, et peuvent par exemple être constituées d’une grille. Ce type de parois est similaire aux plateaux de distribution de charge usuellement mis en œuvre dans les réacteurs à lit bouillonnant.
La compartimentation horizontale des zones d’hydroconversion mises en œuvre dans le réacteur selon la présente demande permet une distribution radiale particulièrement homogène en limitant, voire en évitant, les chemins préférentiels.
Chaque zone d’hydroconversion comprend un lit bouillonnant de catalyseur. Selon un mode préféré de réalisation, les différentes zones d’hydroconversion comprennent un même catalyseur d’activité différente selon le niveau de désactivation.
Le catalyseur d'hydroconversion utilisé dans le procédé d'hydroconversion selon l'invention contient de préférence un ou plusieurs éléments des groupes 4 à 12 du tableau périodique des éléments, qui peuvent être déposés sur un support ou non supportés. On peut avantageusement utiliser un catalyseur comprenant un support, de préférence amorphe, tels que de la silice, de l'alumine, de la silice-alumine, du dioxyde de titane ou des combinaisons de ces structures, et de manière très préférée de l'alumine, et au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le nickel et le cobalt et de préférence le nickel, ledit élément du groupe VIII étant de préférence utilisé en association avec au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène et de préférence, le métal du groupe VIB est le molybdène.
Avantageusement selon l'invention, le catalyseur d'hydroconversion mis en œuvre dans les différentes zones catalytiques est un catalyseur comprenant un support alumine et au moins un métal du groupe VIII choisi parmi le nickel et le cobalt, de préférence le nickel, ledit élément du groupe VIII étant utilisé en association avec au moins un métal du groupe VIB choisi parmi le molybdène et le tungstène, de préférence, le métal du groupe VIB est le molybdène. De préférence, le catalyseur d'hydroconversion comprend le nickel en tant qu'élément du groupe VIII et le molybdène en tant qu'élément du groupe VIB.
La teneur en nickel est avantageusement comprise entre 0,5 à 10 % exprimée en poids d'oxyde de nickel (NiO) et de préférence entre 1 à 6 % poids, et la teneur en molybdène est avantageusement comprise entre 1 et 30 % exprimée en poids de trioxyde de molybdène (ΜοΟβ) et de préférence entre 4 et 20 % poids.
Ce catalyseur est avantageusement utilisé sous forme d'extrudés ou de billes, dont la taille est de préférence comprise entre 0,5 et 4 mm. Ainsi, le catalyseur est mis en œuvre en lit expansé, dit lit bouillonnant. On peut également faire référence à l’expression catalyseur expansé pour désigner un tel catalyseur mis en œuvre en lit expansé.
En plus de ce type de catalyseur, un autre type de catalyseur dit slurry selon la terminologie anglo-saxonne ou dénommé comme catalyseur entraîné ou encore catalyseur dispersé peut être utilisé dans le procédé selon l'invention, en mélange avec le catalyseur expansé. Ledit catalyseur slurry présente une granulométrie et une densité adaptées à son entraînement. Par exemple, le catalyseur slurry a une taille inférieure à 500 μπι. On entend par entraînement du catalyseur dispersé, sa mise en circulation dans les zones catalytiques par les flux liquides, ledit catalyseur dispersé circulant avec la charge dans lesdites zones catalytiques, et étant soit entraîné en dehors du réacteur par le liquide, soit soutiré desdites zones au moyen d’un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur décrit ci-dessous.
Le réacteur d’hydroconversion selon l’invention comprend en outre un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur d’une zone d’hydroconversion à une autre.
Le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur est constitué d’une boite de distribution du catalyseur (10) reliée à au moins deux zones d’hydroconversion par des cannes (7) permettant l’extraction de catalyseur d’une zone catalytique vers la boite de distribution, et la décharge de catalyseur de la boite de distribution vers l’une des zones catalytiques.
Selon un mode de préféré réalisation, la boite de distribution du catalyseur (10) est reliée aux différentes zones d’hydroconversion présentes dans le réacteur.
Ces cannes (7) comprennent des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur par les cannes (7), entre les différentes zones d’hydroconversion. Ces moyens de contrôle comportent de préférence des vannes (8). Ils peuvent également comprendre d’autres éléments tels que des pompes, des bacs de stockage, etc.
De préférence, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (7) comportent des vannes (8), chaque canne (7) comportant une vanne (8).
Le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur peut également comprendre une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur (11) et une ligne de sortie du catalyseur (12) permettant l’ajout de catalyseur et l’extraction du catalyseur usé.
Le catalyseur est de préférence véhiculé lors de l’injection et de l’extraction par le dispositif de soutirage et d’injection avec un fluide vecteur. Le fluide vecteur lors du soutirage est le liquide présent dans le réacteur. Lors de l’injection, le fluide vecteur peut être le même fluide ou un distillât sous vide (VGO), un distillât sous vide lourd (HVGO), un distillât atmosphérique (AGO), ou toute autre charge liquide hydrocarbonée.
Le catalyseur usé peut ensuite être envoyé dans une zone de régénération dans laquelle on élimine le carbone et le soufre qu'il renferme. Il est également possible d'envoyer le catalyseur usé soutiré du réacteur dans une zone de réjuvénation dans laquelle on élimine la majeure partie des métaux déposés, avant d'envoyer le catalyseur usé et réjuvéné dans une zone de régénération dans laquelle on élimine le carbone et le soufre qu'il renferme.
Le catalyseur régénéré ou réjuvéné peut ensuite être réintroduit dans le réacteur selon l’invention, éventuellement en association avec du catalyseur frais, par ligne d’entrée de catalyseur (11).
Le réacteur selon l’invention peut également comprendre une chambre d’injection de la charge (14), dans laquelle la charge liquide d'hydrocarbures et de l’hydrogène sont introduits par un conduit d’alimentation (3) situé au fond du réacteur (1). L’hydrogène peut être introduit sous forme d’un courant d'hydrogène pur ou d'un gaz contenant de l'hydrogène.
Le plateau de distribution de charge (6) situé au-dessus de la chambre d’injection (14) permet de répartir la charge de manière homogène sur toute la section du réacteur.
La charge traitée dans le procédé selon l'invention est une charge liquide d'hydrocarbures, comme par exemple un pétrole brut. Il s’agit de préférence une charge lourde d’hydrocarbures (appelée résidu). Avantageusement, cette charge est une charge comprenant des fractions d'hydrocarbures produites dans la raffinerie. Les charges selon l'invention incluent des charges contenant des fractions d'hydrocarbures dont au moins 50 % poids ont une température d'ébullition supérieure à 300°C, des résidus atmosphériques et/ou des résidus sous vide, des résidus atmosphériques et/ou sous vide issus de l'hydrotraitement, de l'hydrocraquage et/ou de l'hydroconversion, des distillais sous vide issus du fractionnement primaire, dit straight run selon la terminologie anglo-saxonne, ou raffinés, des coupes provenant d'une unité de craquage comme le FCC, l’hydrocraquage, le cokage ou la viscoréduction, des coupes aromatiques extraites d'une unité de production de lubrifiants, des huiles désasphaltées issues d'une unité de désasphaltage, des asphaltes issus d'une unité de désasphaltage ou des charges d'hydrocarbures similaires, ou une combinaison de ces charges fraîches et/ou des effluents raffinés. Ladite charge peut également contenir une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de charbon (un résidu atmosphérique et/ou un résidu sous vide issu par exemple du procédé H-Coal™), un distillât sous vide issu de la liquéfaction directe de charbon, comme par exemple le procédé H-Coal™, des résidus de pyrolyse du charbon ou d'huiles de schiste, ou encore une fraction résiduelle issue de la liquéfaction directe de la biomasse lignocellulosique seule ou en mélange avec du charbon et/ou une fraction pétrolière fraîche et/ou raffinée. De préférence, la charge traitée dans le cadre de la présente invention est constituée de fractions d'hydrocarbures issues d'un pétrole brut ou de la distillation atmosphérique d'un pétrole brut ou de la distillation sous vide d'un pétrole brut, lesdites charges contenant au moins 50% poids d'une fraction ayant une température d'ébullition initiale d'au moins 300°C, de préférence d'au moins 350°C et de manière préférée d'au moins 375°C et de manière plus préférée des résidus sous vide ayant une température d'ébullition d'au moins 450°C, de préférence d'au moins 500°C et de manière préférée d'au moins 540°C.
Généralement les charges traitées dans le procédé selon l'invention peuvent contenir des impuretés, comme des métaux, du soufre, de l'azote, du carbone de Conradson et des composés insolubles à l'heptane, également appelés asphaltènes C7. Ces charges sont en effet généralement riches en impuretés avec des teneurs en métaux supérieures à 20 ppm, de préférence supérieures à 100 ppm. La teneur en soufre est supérieure à 0,1 % poids, préférentiellement supérieure à 1 % poids, et de préférence supérieure à 2% poids. Le taux d'asphaltènes C7 s'élève au minimum à 0,1 % poids et est de préférence supérieur à 3% poids. Les asphaltènes C7 sont des composés connus pour inhiber la conversion de coupes résiduelles, à la fois par leur aptitude à former des résidus hydrocarbonés lourds, communément appelés coke, et par leur tendance à produire des sédiments qui limitent fortement l'opérabilité des unités d'hydrotraitement et d'hydroconversion. La teneur en carbone Conradson est supérieure à 0,5% poids, et de préférence d'au moins 5% poids. La teneur en carbone Conradson est définie par la norme ASTM D 482 et représente pour l'homme du métier une évaluation bien connue de la quantité de résidus de carbone produit après une pyrolyse sous des conditions standards de température et de pression.
La charge liquide d'hydrocarbures et l’hydrogène sont introduits dans le réacteur (1) par la ligne (3). Le réacteur peut en outre comprendre une ligne de recyclage (2) interne ou externe reliée à une pompe d’ébullition (4) pouvant être interne ou externe au réacteur, qui assure un débit d’alimentation d’une coupe recyclée dans le réacteur (1) par le conduit (15). La pompe (4) est reliée au conduit (15) de réinjection de la charge an bas du réacteur. Si le recyclage est interne au réacteur, le conduit (15) se situe à l’intérieur du réacteur, si le recyclage est externe, le conduit (15) se situe à l’extérieur du réacteur, comme illustré à la figure 4.
Le débit total de différentes alimentations est suffisant pour maintenir le lit catalytique en ébullition. Dans la configuration avec une pompe d’ébullition, la pompe (4) permet notamment le maintien du catalyseur en lit bouillonnant par recyclage continu d'au moins une partie d'une fraction liquide avantageusement soutirée en tête du réacteur et réinjectée en bas du réacteur par le conduit (15).
Lorsqu’un recyclage est opéré, la charge liquide d'hydrocarbures et l’hydrogène introduits par le conduit (3) sont mélangés, dans la chambre d’injection (14), à la charge recyclée introduite par le conduit (15).
Le réacteur selon l’invention peut comprendre un conduit de sortie (9) de la charge traitée (effluent d’hydroconversion).
Une partie de la charge traitée quitte le réacteur via le conduit (9) tandis que le reste de la charge est renvoyée dans le conduit de recyclage, qui peut être interne (2) ou externe.
Outre le réacteur d’hydroconversion précédemment décrit, l’invention a également pour objet un procédé d’hydroconversion mettant en œuvre ledit réacteur.
En particulier, la présente invention a pour objet un procédé d’hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures au moyen d'hydrogène consistant à faire passer la charge liquide d'hydrocarbures et un courant d'hydrogène ou d'un gaz contenant de l'hydrogène au travers d’au moins un réacteur d’hydroconversion comprenant :
- une enveloppe de réacteur (1),
- une pluralité de zones d’hydroconversion d’activités catalytiques différentes (Cn) délimitées par des parois internes horizontales (6) s'étendant sur la totalité du diamètre intérieur de ladite enveloppe du réacteur, chaque zone d’hydroconversion comprenant un lit bouillonnant de catalyseur,
- un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur d’une zone d’hydroconversion à une autre, constitué d’une boite de distribution du catalyseur (10) reliée à au moins deux zones d’hydroconversion par des cannes (7) comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (7), les parois internes horizontales (6) empêchant le transfert de catalyseur d’une zone à une autre du réacteur, mais permettant le passage des fluides, et dans lequel l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, est soutiré d’une zone d’hydroconversion et est injecté dans une autre zone d’hydroconversion ayant une activité catalytique plus faible.
Le réacteur d’hydroconversion, la charge et le catalyseur mis en œuvre dans le procédé selon l’invention sont tels que décrits précédemment. Selon un mode préféré de réalisation, le procédé selon l’invention met en œuvre plusieurs réacteurs tels que décrits précédemment, en série, de préférence deux réacteurs en série, et de manière plus préférée trois réacteurs en série.
Lorsque le procédé met en œuvre plusieurs réacteurs selon l’invention en série, le taux de remplacement du catalyseur dans chaque réacteur peut être le même. De préférence, le taux de remplacement du catalyseur est plus élevé dans le premier réacteur que dans le deuxième réacteur en raison de la différence de la quantité d’impuretés introduites dans chaque réacteur. Pour la même raison, pour chacun des réacteurs en série, le taux de remplacement du catalyseur est de préférence moins élevé que celui du réacteur précédent et plus élevé que celui du réacteur suivant.
Dans le cadre du procédé selon l’invention, le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur comprend de préférence une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné (11) et une ligne de sortie du catalyseur usé (12).
Dans une zone d’hydroconversion, le remplacement de catalyseur se fait par soutirage d’une partie du catalyseur présent et par injection de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné.
Dans un mode de réalisation, le catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné est d’abord ajouté dans une zone d’hydroconversion avant que le soutirage de catalyseur ait eu lieu.
Dans un mode de réalisation préféré, on soutire d’abord une partie du catalyseur présent dans la zone, typiquement entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, avant d’ajouter du catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné.
Ainsi, le soutirage de l’appoint de catalyseur d’une zone d’hydroconversion et son injection dans une autre zone d’hydroconversion ayant une activité catalytique plus faible, peut comprendre les étapes ci-dessous, les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (7) comportant des vannes (8), et chaque canne (7) comportant une vanne (8) :
i. l’ouverture de la vanne (8.Cn) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (7) présente dans la zone (Cn) de plus faible activité catalytique de manière à permettre la connexion entre la zone (Cn) et la boîte de distribution de catalyseur (10), les autres vannes (8) restant fermées, ii. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone (Cn) vers la boîte de distribution (10), iii. la fermeture de la vanne (8.Cn), iv. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé (12), du catalyseur soutiré,
v. l’ouverture de la vanne (8.Cn+i) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (7) présente dans la zone (Cn+i) d’activité catalytique supérieure à la zone (Cn) de manière à permettre la connexion entre la zone (Cn+i) et la boîte de distribution de catalyseur (10), les autres vannes (8) restant fermées, vi. le soutirage l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone (Cn+i) vers la boîte de distribution (10), vii. la fermeture de la vanne (8.Cn+i) et l’ouverture de la vanne (8.Cn), viii. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution (10) dans la zone (Cn) de plus faible activité catalytique, et la fermeture de la vanne (8. Cn), ix. optionnellement, la répétition des étapes v. à viii. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans chacune des zones d’hydroconversion du réacteur,
x. l’ouverture de la vanne (8.Cn+x) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (7) présente dans la zone (Cn+X) d’activité catalytique la plus élevée, xi. l’injection, dans la zone (Cn+X), de l’équivalent d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur contenu dans la boîte de distribution (10) par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné (11).
Selon un mode particulier de réalisation, on soutire et on injecte la même quantité d’appoint en catalyseur dans chaque zone d’hydroconversion du réacteur.
Selon un mode préféré de réalisation, l’appoint de catalyseur injecté à l’étape xi. est un catalyseur frais.
En se référant plus précisément au mode de réalisation particulier illustré sur la figure 4, dans lequel le réacteur comprend quatre zones catalytiques d’activités différentes, où la zone catalytique présentant l’activité catalytique la plus élevée se situe au niveau le plus haut dans le réacteur, tandis que les zones situées en dessous présentent une activité d’autant plus faible qu’elles se trouvent à un niveau plus bas dans le réacteur, le soutirage et l’appoint de catalyseur se fait selon étapes suivantes :
i. l’ouverture de la vanne (8.C4) pour permettre la connexion entre le compartiment (C4) ayant la plus faible activité catalytique et la boîte de distribution de catalyseur (10). Les autres vannes (8.Cn) restent fermées, ii. le soutirage d’une partie du catalyseur du compartiment (C4) dans la boîte de distribution de catalyseur (10), iii. la fermeture de la vanne (8.C4) pour isoler le compartiment (C4), iv. l’extraction du catalyseur contenu dans la boite (10) vers un bac de stockage du catalyseur usé (non représenté),
v. l’ouverture de la vanne (8.C3) pour permettre la connexion entre le compartiment (C3) et la boîte de distribution de catalyseur (10), vi. le soutirage d’une partie du catalyseur du compartiment C3 dans la boîte (10).
vii. la fermeture de la vanne (8.C3) et l’ouverture de la vanne (8.C4).
viii. l’injection du catalyseur soutiré du compartiment C3, contenu dans la boîte de catalyseur (10), dans le compartiment (C4) et fermeture de la vanne (8.C4).
Les étapes de vi. à viii. sont répétées pour soutirer et faire l’appoint en catalyseur des compartiments (C2) et (C3), puis (Cl) et (C2).
À la fin de ce processus de transvasement de catalyseur d’un compartiment à un autre, le compartiment (Cl) se trouve avec un déficit en catalyseur équivalent à la quantité de catalyseur soutirée au départ du compartiment (C4). Pour compenser ce déficit, l’appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné est réalisé au niveau du compartiment (Cl).
Selon un mode préféré de réalisation, l’appoint de catalyseur injecté dans le compartiment (Cl) est un catalyseur frais.
On ne sort pas du cadre de l’invention si la zone d’hydroconversion de laquelle l’appoint de catalyseur est soutiré et la zone d’hydroconversion ayant une activité catalytique plus faible dans laquelle le catalyseur soutiré est injecté ne sont pas des zones adjacentes. Par exemple, dans le cas d’un réacteur comportant quatre zones comme celui représenté à la figure 4, un soutirage peut être réalisé dans la zone C2, et l’injection du catalyseur soutiré de la zone C2 peut être effectuée dans la zone C4. La séquence peut se poursuivre en soutirant de la zone C3 l’appoint de catalyseur, et en injectant cet appoint issu de C3 dans la zone C2, puis en soutirant de la zone Cl l’appoint de catalyseur et en injectant cet appoint issu de Cl dans la zone C3. Tout autre ordre peut être établi. L’ordre des zones adopté dans le processus de transvasement de catalyseur d’une zone à l’autre détermine la distribution de l’activité du catalyseur dans les différentes zones d’hydroconversion.
L’hydroconversion est réalisée dans des conditions bien connues de l’homme du métier. En particulier, le procédé selon l’invention peut être opéré à une pression absolue comprise entre 2 et 35 MPa, de préférence entre 5 et 25 MPa et de manière préférée, entre 6 et 20 MPa, à une température comprise entre 300 et 550°C et de préférence comprise entre 350 et 500°C et d'une manière préférée comprise entre 370 et 450°C, et d'une manière encore préférée comprise entre 390 et 430°C. La vitesse volumique horaire (WH) par rapport au volume de chaque réacteur est comprise entre 0,05 h'1 et 10 h'1, de préférence entre 0,1 h'1 et 5 h'1 et de manière préférée entre 0,15 h'1 et 2 h'1.
La quantité d'hydrogène mélangée à la charge est de préférence comprise entre 50 et 5000 3 3 normaux mètres cube (Nm ) par mètre cube (m ) de charge liquide pris dans des conditions standards de température et pression, de manière préférée entre 100 et 2000 Nm / m et de
3 manière très préférée entre 200 et 1000 Nm /m .
À l’issu du procédé d’hydroconversion selon l’invention, la charge traitée par hydroconversion est récupérée en sortie de réacteur par le conduit (9).
Les exemples suivants illustrent l’invention sans en limiter la portée.
EXEMPLES
Charge
La charge lourde est un résidu sous vide (RSV) provenant d’un brut Oural et dont les principales caractéristiques sont présentées dans le Tableau 1 ci-après.
Tableau 1 : Composition de la charge
Charge RSV Oural
Teneur en 540°C+ %poids 83
Densité 1,00
Viscosité à 100 °C cSt 533
Nickel + Vanadium ppm 233
Soufre %poids 2,98
Azote ppm 4600
Carbone Conradson %poids 16,4
Cette charge lourde RSV est la même charge fraîche pour les différents exemples.
Exemple I : Exemple comparatif.
Dans cet exemple, on illustre l'état de l'art dans un schéma de procédé avec un réacteur à lit bouillonnant qui n’est pas compartimenté. La charge fraîche du tableau 1 est envoyée en totalité et en présence d'hydrogène dans le réacteur d'hydroconversion fonctionnant en lit bouillonnant à courant ascendant de liquide et de gaz. Le réacteur contient un catalyseur 15 d'hydroconversion NiMo/alumine présentant une teneur en NiO de 4 % poids et une teneur en
ΜοΟβ de 10 % poids, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale du catalyseur. Les conditions appliquées dans le réacteur d'hydroconversion sont présentés dans le Tableau 2.
Tableau 2 : Conditions opératoires de l’étape d’hydroconversion dans le cas d’un réacteur non-compartimenté
WH réacteur h’1 0,23
Pression totale MPa 16
Température °C 425
Quantité d’hydrogène Nm3/m3 650
Inventaire total de catalyseur tonnes 158
Taux de renouvellement global de catalyseur %poids 2,5
Remplacement journalier de catalyseur tonnes/jour 3,9
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en carbone Conradson (CCR), en métaux, en azote et en soufre. La conversion de la fraction 540°C+ en 5 sortie de l'étape d’hydroconversion est de 70 %poids. Le Tableau 3 donne les différentes performances en sortie de la section réactionnelle.
Tableau 3 : Performances catalytiques de l’étape d’hydroconversion dans le cas d’un réacteur non-compartimenté
Taux de conversion des métaux (HDM) %pds 92
Taux de conversion du soufre (HDS) %pds 86
Taux de conversion de l’azote (HDN) %pds 42
Taux de conversion du carbone Conradson (HDCCR) %pds 66
Exemple II : Exemple selon l’invention avec économie de catalyseur.
Dans cet exemple, on illustre l’invention dans un schéma de procédé avec un réacteur à lit bouillonnant qui est compartimenté en 4 compartiments. On ajuste le taux de renouvellement de catalyseur de manière à obtenir les mêmes performances catalytiques (taux de conversion des métaux, du soufre, de l’azote et du carbone Conradson) que celles obtenues à l’exemple 1. Les autres conditions opératoires ne sont pas modifiées. La charge fraîche du tableau 1 est envoyée en totalité et en présence d'hydrogène dans le réacteur d'hydroconversion compartimenté fonctionnant en lit bouillonnant à courant ascendant de liquide et de gaz. Le réacteur contient un catalyseur d'hydroconversion NiMo/alumine présentant une teneur en NiO de 4 % poids et une teneur en ΜοΟβ de 10 % poids, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale du catalyseur. Les conditions appliquées dans ce réacteur d'hydroconversion sont présentés dans le Tableau 4.
Tableau 4 : Conditions opératoires de l’étape d’hydroconversion visant une économie de catalyseur (cas de réacteur compartimenté en 4 compartiments)
WH réacteur h 0,23
Pression totale MPa 16
Température °C 425
Quantité d’hydrogène Nm3/m3 650
Inventaire total de catalyseur tonnes 158
Taux de renouvellement global de catalyseur %poids 1,9
Remplacement journalier de catalyseur tonnes/jour 3,0
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en carbone Conradson (CCR), en métaux, en azote et en soufre. La conversion de la fraction 540°C+ en sortie de l'étape d’hydroconversion est de 70 %poids. Le Tableau 5 donne les différentes performances en sortie de la section réactionnelle. Elles sont identiques à celles de l’exemple I, en dehors du taux de remplacement du catalyseur (et du remplacement journalier de 10 catalyseur) qui est significativement diminué.
Tableau 5 : Performances catalytiques de l’étape d’hydroconversion dans le cas d’un réacteur compartimenté et visant une économie de catalyseur
Taux de conversion des métaux (HDM) %pds 92 =
Taux de conversion du soufre (HDS) %pds 86 =
Taux de conversion de l’azote (HDN) %pds 42 =
Taux de conversion du carbone Conradson (HDCCR) %pds 66 =
Pour maintenir les performances catalytiques obtenues à l’exemple 1 avec un réacteur non compartimenté, le procédé selon l’invention est opéré avec un taux de renouvellement global 15 de catalyseur de 1,9% au lieu de 2,5% à l’exemple 1 (-24% en relatif), ce qui correspond à un gain en consommation de catalyseur de presque 1 tonne par jour. En utilisant significativement moins de catalyseur, on obtient les mêmes performances catalytiques, grâce à la présence des compartiments qui permettent un soutirage sélectif de catalyseur plus âgé.
Exemple III : Configuration avec deux réacteurs en série
Deux réacteurs Ri et R2 identiques à ceux décrits dans les exemples I et II, sont opérés en série dans les mêmes conditions et avec la même charge qu’aux exemples I et II.
Le taux de renouvellement global de catalyseur du réacteur Ri a été fixé à 2,5 %, et celui du réacteur R2 à 1,25 % pour les réacteurs en série selon l’art antérieur, ne comprenant pas de zones d’hydroconversion d’activité catalytique différentes.
Pour obtenir des performances catalytiques analogues, le taux de renouvellement global de catalyseur du réacteur Ri compartimenté selon l’invention en 4 zones a été abaissé à 1,85 %, et celui du réacteur R2 compartimenté en 4 zones à 0,97 %.
Le Tableau 6 présente un exemple indiquant l’économie de catalyseur pouvant être faite suite à la compartimentation de chaque réacteur en quatre zones. Le gain de catalyseur sur les deux réacteurs est donc de 1,5 tonnes/jour.
Tableau 6: Économie de catalyseur par rapport à la configuration classique.
Cas classique Cas avec 4 compartiments
Ri r2 Ri+R2 Ri r2 Ri+R2
Crr (%) 2,5 1,25 - 1,85 0,97 -
Consommation de catalyseur (tonnes/jour) 3,9 2,0 5,9 2,9 1,5 4,4
Gain catalyseur (%) - - - 26 22 24
Gain catalyseur (tonnes/jour) - - - 1,0 0,5 1,5
Exemple IV : Exemple selon l’invention en maintenant le même taux de remplacement de catalyseur pour maximiser l’activité catalytique dans le réacteur
Dans cet exemple, on illustre l’invention dans un schéma de procédé avec un réacteur à lit bouillonnant qui est compartimenté en 4 compartiments. La charge fraîche du tableau 1 est envoyée en totalité et en présence d'hydrogène dans le réacteur d'hydroconversion compartimenté fonctionnant en lit bouillonnant à courant ascendant de liquide et de gaz. Le réacteur contient un catalyseur d'hydroconversion NiMo/alumine présentant une teneur en NiO de 4 % poids et une teneur en ΜοΟβ de 10 % poids, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale du catalyseur. Les conditions appliquées dans ce réacteur d'hydroconversion sont présentés dans le Tableau 7.
Tableau 7 : Conditions opératoires de l’étape d’hydroconversion en maintenant le même taux de remplacement de catalyseur pour maximiser l’activité catalytique dans le réacteur
WH réacteur h’1 0,23
Pression totale MPa 16
Température °C 425
Quantité d’hydrogène Nm3/m3 650
Inventaire total de catalyseur tonnes 158
Taux de renouvellement global de catalyseur %poids 2,5
Remplacement journalier de catalyseur tonnes/jour 3,9
Ces conditions opératoires permettent d'obtenir un effluent liquide à teneur réduite en carbone
Conradson (CCR), en métaux, en azote et en soufre. La conversion de la fraction 540°C+ en sortie de l'étape d’hydroconversion est de 71 %poids. Le Tableau 8 donne les différentes performances en sortie de la section réactionnelle.
Tableau 8 : Performances catalytiques de l’étape d’hydroconversion dans le cas d’un réacteur compartimenté en maintenant le même taux de remplacement de catalyseur 10 pour maximiser l’activité catalytique dans le réacteur
Taux de conversion des métaux (HDM) %pds 93 +1
Taux de conversion du soufre (HDS) %pds 87 +1
Taux de conversion de l’azote (HDN) %pds 45 +3
Taux de conversion du carbone Conradson (HDCCR) %pds 68 +2
Cette deuxième façon de valoriser la compartimentation du réacteur proposée dans la présente invention consiste donc à garder une consommation de catalyseur égale à celle du cas de base (3,9 tonnes par jour) et d’opérer ainsi le réacteur avec un catalyseur moins âgé, donc moins désactivé et ayant alors une activité plus élevée. Il s’agit donc d’améliorer les performances 15 de l’unité en améliorant la qualité des produits ainsi que l’opérabilité de l’unité.
Exemple V : Configuration avec deux réacteurs en série
Deux réacteurs Ri et R2 identiques à ceux décrits dans les exemples I et II, sont opérés en série dans les mêmes conditions et avec la même charge qu’aux exemples I et II.
Dans les deux cas, le taux de renouvellement global de catalyseur du réacteur Ri a été fixé à 5 2,5 %, et celui du réacteur R2 à 1,25 % pour les réacteurs en série selon l’art antérieur, ne comprenant pas de zones d’hydroconversion d’activité catalytique différentes.
Le Tableau 9 présente un exemple indiquant le gain en activité catalytique pouvant être fait suite à la compartimentation de chaque réacteur en quatre compartiments.
Tableau 9: Exemple illustrant le gain sur l’activité catalytique.
Ri r2
Crr (%) 2,5 1,25
Gain en activité catalytique (%) 19,9 21,4
(*) : Par rapport au cas sans compartiments.

Claims (17)

1. Réacteur d’hydroconversion d'une charge liquide d'hydrocarbures comprenant :
- une enveloppe de réacteur (1),
- une pluralité de zones d’hydroconversion d’activité catalytique différentes (Cn) délimitées par des parois internes horizontales (6) s'étendant sur la totalité du diamètre intérieur de ladite enveloppe du réacteur, chaque zone d’hydroconversion comprenant un lit bouillonnant de catalyseur,
- un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur d’une zone d’hydroconversion à une autre, constitué d’une boite de distribution du catalyseur (10) reliée à au moins deux zones d’hydroconversion par des cannes (7) comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (7), les parois internes horizontales (6) empêchant le transfert de catalyseur d’une zone à une autre du réacteur, mais permettant le passage des fluides.
2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boite de distribution du catalyseur (10) est reliée aux différentes zones d’hydroconversion.
3. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend une chambre d’injection de la charge (14), dans laquelle la charge liquide d'hydrocarbures et de l’hydrogène sont introduits au fond du réacteur (1) par un conduit d’alimentation (3) avec un débit d’alimentation suffisant pour maintenir les lits de catalyseur en ébullition.
4. Réacteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend une ligne de recyclage (2) interne ou externe reliée à une pompe d’ébullition (4) pouvant être interne ou externe au réacteur, qui assure un recyclage de la charge réinjectée en bas du réacteur par un conduit (15).
5. Réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la charge liquide d'hydrocarbures et l’hydrogène introduits par le conduit (3) sont mélangés, dans la chambre d’injection (14), à la charge recyclée introduite par le conduit (15).
6. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un conduit de sortie (9) de la charge traitée.
7. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur comprend une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais, et/ou régénéré et/ou réjuvéné (11) et une ligne de sortie du catalyseur usé (12).
8. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux zones d’hydroconversion d’activités catalytiques différentes, de préférence au moins trois zones, et plus préférentiellement quatre zones ou plus.
9. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’enveloppe du réacteur a une paroi cylindrique.
10. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différentes zones d’hydroconversion comprennent un même catalyseur d’activité différente selon le niveau de désactivation.
11. Réacteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différentes zones d’hydroconversion comprennent en outre un catalyseur dispersé de type slurry.
12. Procédé d’hydroconversion catalytique d'une charge liquide d'hydrocarbures au moyen d'hydrogène consistant à faire passer la charge liquide d'hydrocarbures et un courant d'hydrogène ou d'un gaz contenant de l'hydrogène au travers d’au moins un réacteur d’hydroconversion comprenant :
- une enveloppe de réacteur (1),
- une pluralité de zones d’hydroconversion d’activité catalytique différentes (Cn) délimitées par des parois internes horizontales (6) s'étendant sur la totalité du diamètre intérieur de ladite enveloppe du réacteur, chaque zone d’hydroconversion comprenant un lit bouillonnant de catalyseur,
- un dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur d’une zone d’hydroconversion à une autre, constitué d’une boite de distribution du catalyseur (10) reliée à au moins deux zones d’hydroconversion par des cannes (7) comprenant des moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (7), les parois internes horizontales (6) empêchant le transfert de catalyseur d’une zone à une autre du réacteur, mais permettant le passage des fluides, et dans lequel l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, est soutiré d’une zone d’hydroconversion et est injecté dans une autre zone d’hydroconversion ayant une activité catalytique plus faible.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de soutirage et d’injection de catalyseur comprend une ligne d’entrée et de sortie du catalyseur, ou alternativement, une ligne d’entrée de catalyseur frais, et/ou régénéré et/ou réjuvéné (11) et une ligne de sortie du catalyseur usé (12).
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de contrôle de la circulation du catalyseur entre les différentes zones d’hydroconversion par les cannes (7) comportent des vannes (8), chaque canne (7) comportant une vanne (8), et caractérisé en ce que le soutirage de l’appoint de catalyseur d’une zone d’hydroconversion et son injection dans une autre zone d’hydroconversion ayant une activité catalytique plus faible, comprend les étapes suivantes :
i. l’ouverture de la vanne (8.Cn) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (7) présente dans la zone (Cn) de plus faible activité catalytique de manière à permettre la connexion entre la zone (Cn) et la boîte de distribution de catalyseur (10), les autres vannes (8) restant fermées, ii. le soutirage de l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone (Cn) vers la boîte de distribution (10), iii. la fermeture de la vanne (8.Cn), iv. l’extraction, par la ligne de sortie du catalyseur usé (12), du catalyseur soutiré,
v. l’ouverture de la vanne (8.Cn+i) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (7) présente dans la zone (Cn+i) d’activité catalytique supérieure à la zone (Cn) de manière à permettre la connexion entre la zone (Cn+i) et la boîte de distribution de catalyseur (10), les autres vannes (8) restant fermées, vi. le soutirage l’équivalent d’un appoint en catalyseur, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur, depuis la zone (Cn+i) vers la boîte de distribution (10), vii. la fermeture de la vanne (8.Cn+i) et l’ouverture de la vanne (8.Cn), viii. l’injection de l’appoint de catalyseur contenu dans la boîte de distribution (10) dans la zone (Cn) de plus faible activité catalytique, et la fermeture de la vanne (8. Cn), ix. optionnellement, la répétition des étapes v. à viii. pour réaliser le soutirage et l’appoint de catalyseur dans chacune des zones d’hydroconversion du réacteur,
x. l’ouverture de la vanne (8.Cn+x) contrôlant la circulation du catalyseur au travers de la canne (7) présente dans la zone (Cn+X) d’activité catalytique la plus élevée, xi. l’injection, dans la zone (Cn+X), de l’équivalent d’un appoint en catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné, c’est-à-dire entre 0,01% et 8% du poids total du catalyseur chargé dans le réacteur contenu dans la boîte de distribution (10) par la ligne d’entrée de catalyseur frais et/ou régénéré et/ou réjuvéné (11).
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu’on soutire et on injecte la même quantité d’appoint en catalyseur dans chaque zone d ’ hydroconversion.
16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que l’appoint de catalyseur injecté à l’étape xi. est un catalyseur frais.
17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le réacteur d’hydroconversion est selon l’une quelconque des revendications 2 à 11.
1/3
Crr = 2.5 % poids
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