FR3104468A1 - Device and process for gas-solid separation of catalytic cracking in a fluidized bed with vertical pre-stripping outer wall. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de séparation et de stripage d’un mélange gazeux et de particules solides comprenant une pluralité de chambres de séparation (12) et une pluralité de chambres de préstripage (13) réparties de manière alternée autour d’un réacteur central (14), les chambres de séparation (12) et de préstripage (13) communiquant avec une chambre de stripage (23) disposée en dessous desdites chambres de séparation (12) et de préstripage (13), dans lequel chaque chambre de préstripage (13) comprend : une ouverture d’entrée inférieure (24) de gaz de stripage adaptée pour communiquer avec la chambre de stripage (23), une ouverture de sortie supérieure (29) du mélange gazeux et du gaz de stripage adaptée pour communiquer avec un second étage de séparation, et une paroi périphérique (27), dans lequel la partie haute de la paroi périphérique (27) est sensiblement verticale. Figure 4 à publierThe present invention relates to a device for separating and stripping a gas mixture and solid particles comprising a plurality of separation chambers (12) and a plurality of pre-stripping chambers (13) distributed alternately around a central reactor. (14), the separation (12) and pre-stripping (13) chambers communicating with a stripping chamber (23) disposed below said separation (12) and pre-stripping (13) chambers, in which each pre-stripping chamber ( 13) comprises: a lower inlet opening (24) for stripping gas adapted to communicate with the stripping chamber (23), an upper outlet opening (29) for the gas mixture and the stripping gas adapted to communicate with a second separation stage, and a peripheral wall (27), in which the upper part of the peripheral wall (27) is substantially vertical. Figure 4 to publish
Description
L'invention concerne le domaine du raffinage et de la pétrochimie et des procédés et dispositifs de transformation chimique de produits pétroliers, notamment d’un brut pétrolier par craquage catalytique en lit fluidisé («fluid catalytic cracking» ou FCC selon la terminologie anglo-saxonne).The invention relates to the field of refining and petrochemistry and processes and devices for the chemical transformation of petroleum products, in particular crude oil by catalytic cracking in a fluidized bed ("fluid catalytic cracking" or FCC according to the Anglo-Saxon terminology ).
Une unité FCC est classiquement utilisée dans le raffinage pour convertir une charge lourde, caractérisée par une température de début d’ébullition proche de 340°C, souvent supérieure à 380°C, en produits plus légers pouvant être utilisés comme carburants, notamment en essence, premier produit d’une unité FCC, caractérisé par des températures de début d’ébullition proche de l’ambiant et par des températures de fin d’ébullition de 160°C voire 220°C selon que l’on parle d’essence légère ou pas.An FCC unit is conventionally used in refining to convert a heavy feed, characterized by a temperature at the start of boiling close to 340°C, often above 380°C, into lighter products that can be used as fuels, in particular gasoline. , the first product of an FCC unit, characterized by temperatures at the start of boiling close to ambient and by temperatures at the end of boiling of 160°C or even 220°C depending on whether we are talking about light gasoline or not.
La figure 1 présente un schéma d'unité FCC de référence. Une charge 1 pulvérisée sous forme de fines gouttes est introduite au fond d'un réacteur à lit entrainé gaz-solide ascendant 2 («riser» selon la terminologie anglo-saxonne; nommé ci-après réacteur central) où elle est mélangée à une source de catalyseur solide 3 provenant d'un régénérateur 4. En tête de réacteur central 2, le mélange gaz/solide est séparé dans une enceinte de séparation 5 comprenant notamment un séparateur interne 6. En sortie du séparateur interne 6, un gaz est dirigé vers un second étage de séparation (cyclone 7) afin d’éliminer les fines particules solides présentes dans le gaz. Des particules solides (i.e., catalyseur coké) issues du séparateur interne 6 sont également distribuées vers une chambre de stripage 8, dans laquelle les particules solides sont mises en contact à contre-courant avec un gaz de stripage afin de libérer les potentiels hydrocarbures restés adsorbés à la surface du catalyseur coké. Le gaz de stripage et les hydrocarbures désorbés rejoignent le gaz précédemment séparé tandis que le catalyseur coké est soutiré en continu en pied de la chambre de stripage 8. Le catalyseur coké est ensuite dirigé vers la base du régénérateur 4 où la combustion exothermique du coke régénère et chauffe le catalyseur. Enfin, le catalyseur régénéré et chauffé est réinjecté en fond de réacteur central 2 afin d’entretenir les réactions de craquage catalytique.Figure 1 shows a reference FCC unit diagram. A charge 1 sprayed in the form of fine drops is introduced at the bottom of an ascending gas-solid entrained bed reactor 2 ("riser" according to the Anglo-Saxon terminology; hereinafter referred to as central reactor) where it is mixed with a source of solid catalyst 3 coming from a regenerator 4. At the head of the central reactor 2, the gas/solid mixture is separated in a separation chamber 5 comprising in particular an internal separator 6. At the outlet of the internal separator 6, a gas is directed towards a second stage of separation (cyclone 7) in order to eliminate the fine solid particles present in the gas. Solid particles (i.e., coked catalyst) from the internal separator 6 are also distributed to a stripping chamber 8, in which the solid particles are brought into countercurrent contact with a stripping gas in order to release the potential hydrocarbons that have remained adsorbed on the surface of the coked catalyst. The stripping gas and the desorbed hydrocarbons join the previously separated gas while the coked catalyst is withdrawn continuously at the bottom of the stripping chamber 8. The coked catalyst is then directed towards the base of the regenerator 4 where the exothermic combustion of the coke regenerates and heats the catalyst. Finally, the regenerated and heated catalyst is reinjected into the bottom of central reactor 2 in order to maintain the catalytic cracking reactions.
Le brevet FR2767715 décrit une première enceinte de séparation d’une unité FCC développée par IFP Energies nouvelles. En référence à la figure 2, le séparateur interne de l’enceinte de séparation comprend une enveloppe 111 contenant des chambres de séparation 112 et des chambres de préstripage 113, reparties axialement autour d’une extrémité haute d’un réacteur central 114, les chambres de séparation 112 et les chambres de préstripage 113 étant disposées de manière alternée autour du réacteur central 114. Chaque chambre de séparation 112 comporte en sa partie supérieure une ouverture d’entrée supérieure 115 communiquant avec le réacteur central 114 et disposée entre une paroi supérieure 116 et une paroi inférieure 117 de la chambre de séparation 112. La paroi supérieure 116 et la paroi inférieure 117 étant sensiblement horizontales à leur jonction avec le réacteur central 114, celles-ci s'incurvent ensuite vers le bas pour devenir une paroi externe 118 et une paroi interne 119 sensiblement verticales, respectivement, la courbure délimitant une zone d’enroulement ou de centrifugation pour la mise en rotation dans un plan vertical du mélange réactionnel gaz-particules. Chaque chambre de séparation 112 comporte en outre deux parois latérales verticales 120 qui forment aussi les parois des chambres de préstripage 113. Au moins une des parois latérales verticales 120 de chaque chambre de séparation 112 comporte une ouverture latérale de sortie 121 en dessous de l’ouverture d’entrée supérieure 115 pour envoyer du gaz et des particules solides non-séparées dans la chambre de préstripage 113 adjacente. Chaque chambre de séparation 112 comporte en outre une ouverture de sortie axiale inférieure 122 des particules solides vers une chambre de stripage 123 («stripper» selon la terminologie anglo-saxonne) disposée en-dessous du séparateur interne et comprenant au moins une arrivée de gaz de stripage. De même, chaque chambre de préstripage 113 comprend en sa partie inférieure une ouverture d’entrée inférieure 124 laissant entrer le gaz de stripage ascendant. Enfin, le séparateur interne comprend en outre un conduit d’évacuation supérieur 125 du gaz connecté à la chambres de préstripage 113 via une ouverture de sortie supérieure et raccordé à un étage de cyclones (non montré) disposé au-dessus du séparateur interne, la chambre de stripage 123 communiquant principalement avec l’étage de cyclones via les chambres de préstripage 113 et le conduit d’évacuation supérieur 125.Patent FR2767715 describes a first separation enclosure for an FCC unit developed by IFP Energies nouvelles. With reference to FIG. 2, the internal separator of the separation enclosure comprises an envelope 111 containing separation chambers 112 and prestriping chambers 113, distributed axially around an upper end of a central reactor 114, the chambers separation chamber 112 and the prestriping chambers 113 being arranged alternately around the central reactor 114. Each separation chamber 112 comprises in its upper part an upper inlet opening 115 communicating with the central reactor 114 and disposed between an upper wall 116 and a lower wall 117 of the separation chamber 112. The upper wall 116 and the lower wall 117 being substantially horizontal at their junction with the central reactor 114, these then curve downwards to become an outer wall 118 and an inner wall 119 substantially vertical, respectively, the curvature delimiting a winding or centrifugation zone for the rotation in a vertical plane of the gas-particle reaction mixture. Each separation chamber 112 further comprises two vertical side walls 120 which also form the walls of the prestriping chambers 113. At least one of the vertical side walls 120 of each separation chamber 112 comprises a side outlet opening 121 below the upper inlet opening 115 to send gas and unseparated solid particles into the adjacent prestriping chamber 113. Each separation chamber 112 further comprises a lower axial outlet opening 122 of the solid particles towards a stripping chamber 123 ("stripper" according to the English terminology) arranged below the internal separator and comprising at least one gas inlet of stripping. Similarly, each prestripping chamber 113 comprises in its lower part a lower inlet opening 124 letting in the ascending stripping gas. Finally, the internal separator further comprises an upper gas evacuation duct 125 connected to the prestriping chamber 113 via an upper outlet opening and connected to a stage of cyclones (not shown) arranged above the internal separator, the stripping chamber 123 communicating mainly with the cyclone stage via the prestriping chambers 113 and the upper evacuation conduit 125.
Le brevet FR2894842 et la demande US20180216012 décrivent d’autres enceintes de séparation d’une unité FCC, dans lesquelles les parois externes des chambres de préstripage comprennent des portions évasées complétées par des portions coniques.Patent FR2894842 and application US20180216012 describe other separation enclosures of an FCC unit, in which the outer walls of the prestriping chambers include flared portions supplemented by conical portions.
Un premier objet de la présente description est de diminuer les réactions secondaires non souhaitées dans les unités FCC, et de contribuer ainsi à augmenter l’efficacité des séparateurs gaz/solide des unités FCC. Ces réactions secondaires sont généralement le résultat d’un temps de séjour trop long de la phase gaz dans le réacteur ou dans l’enceinte de séparation, qui entraine un sur-craquage de la charge ou des hydrocarbures formés et une diminution des rendements des produits désirés. A cette fin, un dispositif et un procédé de séparation et de stripage capable de diminuer le temps de séjour des mélanges gazeux dans l’enceinte de séparation, est décrit ci-après.A first object of the present description is to reduce unwanted side reactions in FCC units, and thus contribute to increasing the efficiency of the gas/solid separators of FCC units. These secondary reactions are generally the result of too long a residence time of the gas phase in the reactor or in the separation enclosure, which leads to over-cracking of the charge or of the hydrocarbons formed and a reduction in the yields of the products. desired. To this end, a separation and stripping device and process capable of reducing the residence time of the gas mixtures in the separation chamber is described below.
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un dispositif de séparation et de stripage d’un mélange gazeux et de particules solides comprenant: une pluralité de chambres de séparation et une pluralité de chambres de préstripage réparties de manière alternée autour d’un réacteur central, dans lequel chaque chambre de séparation comprend: une paroi externe, une ouverture d’entrée supérieure du mélange gazeux et des particules solides adaptée pour communiquer avec le réacteur central, une ouverture de sortie axiale inférieure des particules solides adaptée pour communiquer avec une chambre de stripage disposée en dessous de la chambre de séparation, et deux parois latérales sensiblement verticales qui sont aussi les parois latérales des chambres de préstripage, au moins une des parois latérales de chaque chambre de séparation comportant une ouverture latérale de sortie du mélange gazeux, communiquant avec une chambre de préstripage adjacente; dans lequel chaque chambre de préstripage comprend: une ouverture d’entrée inférieure de gaz de stripage adaptée pour communiquer avec la chambre de stripage, une ouverture de sortie supérieure du mélange gazeux et du gaz de stripage adaptée pour communiquer avec un second étage de séparation, et une paroi périphérique, dans lequel la partie haute de la paroi périphérique est sensiblement verticale.According to a first aspect, the present invention relates to a device for separating and stripping a gaseous mixture and solid particles comprising: a plurality of separation chambers and a plurality of prestripping chambers distributed alternately around a central reactor , in which each separation chamber comprises: an outer wall, an upper inlet opening for the gaseous mixture and solid particles adapted to communicate with the central reactor, a lower axial outlet opening for the solid particles adapted to communicate with a stripping arranged below the separation chamber, and two substantially vertical side walls which are also the side walls of the prestriping chambers, at least one of the side walls of each separation chamber comprising a side opening for the outlet of the gaseous mixture, communicating with an adjacent prestriping chamber; wherein each prestripping chamber comprises: a lower stripping gas inlet opening adapted to communicate with the stripping chamber, an upper outlet opening for the gaseous mixture and the stripping gas adapted to communicate with a second separation stage, and a peripheral wall, in which the upper part of the peripheral wall is substantially vertical.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rayon de la paroi périphérique est inférieur au rayon de la paroi externe de la chambre de séparation.According to one or more embodiments, the radius of the peripheral wall is smaller than the radius of the outer wall of the separation chamber.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la paroi périphérique présente un angle compris entre 0 et 15° par rapport à l’axe central du réacteur central.According to one or more embodiments, the peripheral wall has an angle of between 0 and 15° relative to the central axis of the central reactor.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon de la paroi périphérique sur le rayon de la paroi externe de la chambre de séparation est inférieur à 0,9.According to one or more embodiments, the ratio of the radius of the peripheral wall to the radius of the outer wall of the separation chamber is less than 0.9.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon de la paroi périphérique sur le rayon de la paroi externe de la chambre de séparation est inférieur à 0,8.According to one or more embodiments, the ratio of the radius of the peripheral wall to the radius of the outer wall of the separation chamber is less than 0.8.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon de la paroi périphérique sur le rayon de la paroi externe du réacteur central est supérieur à 1,2.According to one or more embodiments, the ratio of the radius of the peripheral wall to the radius of the outer wall of the central reactor is greater than 1.2.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon de la paroi périphérique sur le rayon de la paroi externe du réacteur central est supérieur à 1,4.According to one or more embodiments, the ratio of the radius of the peripheral wall to the radius of the outer wall of the central reactor is greater than 1.4.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon de la paroi périphérique sur le rayon de l’ouverture latérale de sortie est compris entre 1,0 et 1,6.According to one or more embodiments, the ratio of the radius of the peripheral wall to the radius of the exit side opening is between 1.0 and 1.6.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon de la paroi périphérique sur le rayon de l’ouverture latérale de sortie est compris entre 1,0 et 1,4.According to one or more embodiments, the ratio of the radius of the peripheral wall to the radius of the exit side opening is between 1.0 and 1.4.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque chambre de préstripage comprend un déflecteur oblique descendant vers l’intérieur disposé sur l’extrémité basse de la paroi périphérique.According to one or more embodiments, each prestriping chamber comprises an oblique deflector descending inwards disposed on the lower end of the peripheral wall.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle γ entre le déflecteur et l’axe central du réacteur central est compris entre 0° et 30°.According to one or more embodiments, the angle γ between the deflector and the central axis of the central reactor is between 0° and 30°.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle γ entre le déflecteur et l’axe central du réacteur central est compris entre 10° et 20°.According to one or more embodiments, the angle γ between the deflector and the central axis of the central reactor is between 10° and 20°.
Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne une enceinte de séparation d’une unité de craquage catalytique en lit fluidisé comprenant le dispositif de séparation et de stripage selon le premier aspect.According to a second aspect, the present invention relates to a separation chamber of a fluidized bed catalytic cracking unit comprising the separation and stripping device according to the first aspect.
Selon un troisième aspect, la présente invention concerne une unité de craquage catalytique en lit fluidisé comprenant le dispositif de séparation et de stripage selon le premier aspect ou l’enceinte de séparation selon le deuxième aspect.According to a third aspect, the present invention relates to a fluidized bed catalytic cracking unit comprising the separation and stripping device according to the first aspect or the separation enclosure according to the second aspect.
Selon un quatrième aspect, la présente invention concerne un procédé de séparation et de stripage d’un mélange gazeux et de particules solides utilisant le dispositif de séparation et de stripage selon le premier aspect, l’enceinte de séparation selon le deuxième aspect, ou l’unité de craquage catalytique en lit fluidisé selon le troisième aspect, ledit procédé comprenant de transporter le gaz de stripage ascendant dans la chambre de préstripage avec un écoulement essentiellement piston de l’ouverture d’entrée inférieure à l’ouverture de sortie supérieure. Avantageusement, la paroi périphérique dont la partie haute est sensiblement verticale permet au gaz de stripage ascendant de présenter un écoulement essentiellement piston.According to a fourth aspect, the present invention relates to a process for separating and stripping a gaseous mixture and solid particles using the separation and stripping device according to the first aspect, the separation enclosure according to the second aspect, or the A fluidized bed catalytic cracking unit according to the third aspect, said process comprising conveying stripping gas ascending into the prestriping chamber with a substantially plug flow from the lower inlet opening to the upper outlet opening. Advantageously, the peripheral wall, the upper part of which is substantially vertical, allows the ascending stripping gas to present an essentially piston flow.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention des aspects précités, apparaîtront à la lecture de la description ci-après et d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.Other characteristics and advantages of the invention of the aforementioned aspects will appear on reading the description below and non-limiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below.
Liste des figuresList of Figures
Les flèches en pointillé des figures représentent l’écoulement fluidique.Dotted arrows in the figures represent fluid flow.
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
Des modes de réalisation du dispositif selon le premier aspect vont maintenant être décrits en détail. Dans la description détaillée suivante, de nombreux détails spécifiques sont exposés afin de fournir une compréhension plus approfondie du dispositif. Cependant, il apparaîtra à l’homme du métier que le dispositif peut être mis en œuvre sans ces détails spécifiques. Dans d’autres cas, des caractéristiques bien connues n’ont pas été décrites en détail pour éviter de compliquer inutilement la description.Embodiments of the device according to the first aspect will now be described in detail. In the following detailed description, many specific details are exposed in order to provide a more in-depth understanding of the device. However, it will be apparent to those skilled in the art that the device can be implemented without these specific details. In other cases, well-known features have not been described in detail to avoid unnecessarily complicating the description.
Dans ce qui suit, le terme «comprendre» est synonyme de (signifie la même chose que) «inclure» et «contenir», et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non récités. Il est entendu que le terme «comprendre» inclut le terme exclusif et fermé «consister».In what follows, the term "understand" is synonymous with (means the same as) "include" and "contain", and is inclusive or open-ended and does not exclude other unrecited items. It is understood that the term "include" includes the exclusive and closed term "consist".
Le dispositif de séparation et de stripage d’un mélange gazeux et de particules solides selon la présente invention est applicable aux unités de séparation gaz/solide, et plus particulièrement aux enceintes de séparation des unités FCC.The device for separating and stripping a gaseous mixture and solid particles according to the present invention is applicable to gas/solid separation units, and more particularly to separation chambers of FCC units.
En référence aux figures 3, 4, 5 et 6, le dispositif de séparation et de stripage selon la présente invention comprend une pluralité de chambres de séparation 12 et une pluralité de chambres de préstripage 13 réparties de manière alternée autour (e.g. de l’extrémité haute) d’un réacteur central 14, de forme (e.g. tubulaire) sensiblement verticale et allongée, fermé par une section supérieure, et dans lequel circulent le mélange gazeux et les particules solides à séparer.Referring to Figures 3, 4, 5 and 6, the separation and stripping device according to the present invention comprises a plurality of separation chambers 12 and a plurality of prestriping chambers 13 distributed alternately around (e.g. the end high) of a central reactor 14, of substantially vertical and elongated shape (e.g. tubular), closed by an upper section, and in which the gaseous mixture and the solid particles to be separated circulate.
La charge du réacteur central 14 est généralement une charge lourde, caractérisée par une température de début d’ébullition proche de 340°C, souvent supérieure à 380°C, telle qu’une coupe lourde, par exemple issue d’une unité de distillation sous vide, telle que du gazole sous vide («vacuum gas oil» ou «VGO» selon la terminologie anglo-saxonne), un résidu sous vide, un gasoil de cokéfaction, un recycle d’une étape d’hydrocraquage, seuls ou en mélange. Au contact du catalyseur solide chaud, la charge pulvérisée se vaporise et des réactions endothermiques de craquage se produisent le long du réacteur central 14 diminuant ainsi la température et produisant des produits valorisables (e.g. du gaz C1-C4; une coupe essence; une coupe gasoil léger (« Light Cycle Oil » ou LCO selon la terminologie anglo-saxonne); une coupe gasoil lourd (« Heavy Cycle Oil » ou HCO selon la terminologie anglo-saxonne); et une huile en forme de boue (« slurry » selon la terminologie anglo-saxonne)) et un résidu solide (coke) adsorbé sur le catalyseur (nommé ci-après particules solides). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions opératoires du réacteur central 14 sont les suivantes: vitesse superficielle gaz: entre 3 et 35 m/s; température: entre 500 et 700°C et de préférence inférieure à 650°C; pression: entre 0,1 et 0,6 MPaa; temps de contact inférieur à 1 seconde; et un rapport massique du catalyseur sur la charge C/O: entre 3 et 50.The load from the central reactor 14 is generally a heavy load, characterized by a boiling onset temperature close to 340° C., often greater than 380° C., such as a heavy cut, for example from a distillation unit under vacuum, such as vacuum gas oil ("vacuum gas oil" or "VGO" according to the Anglo-Saxon terminology), a vacuum residue, a coking gas oil, a recycle from a hydrocracking stage, alone or in blend. In contact with the hot solid catalyst, the pulverized charge vaporizes and endothermic cracking reactions occur along the central reactor 14 thus reducing the temperature and producing recoverable products (eg C 1 -C 4 gas; a gasoline cut; a light diesel cut ("Light Cycle Oil" or LCO according to the English terminology); a heavy diesel cut ("Heavy Cycle Oil" or HCO according to the English terminology); and a slurry oil ("slurry" according to the Anglo-Saxon terminology)) and a solid residue (coke) adsorbed on the catalyst (hereinafter called solid particles). According to one or more embodiments, the operating conditions of the central reactor 14 are as follows: superficial gas velocity: between 3 and 35 m/s; temperature: between 500 and 700°C and preferably below 650°C; pressure: between 0.1 and 0.6 MPaa; contact time less than 1 second; and a mass ratio of the catalyst to the charge C/O: between 3 and 50.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les chambres d'un même type, séparation 12 ou préstripage 13, ont généralement la même dimension, en particulier une section horizontale avec le même angle d'ouverture par rapport à l’axe central Z du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les chambres de séparation 12 et de préstripage 13, ont la même dimension, en particulier une section horizontale avec le même angle d'ouverture par rapport à l’axe central Z du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les chambres de séparation 12 et/ou les chambres de préstripage 13 présentent des sections horizontales avec des angles d'ouverture différents. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, il existe une symétrie axiale des chambres autour de l'axe central Z du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de chambres de séparation 12 varie entre 1 et 8, préférentiellement entre 2 et 4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de chambres de préstripage 13 varie entre 1 et 8, préférentiellement entre 2 et 4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de chambres de séparation 12 et le nombre de chambres de préstripage 13 sont identiques. Les chambres de séparation 12 et le réacteur central 14 forment un premier ensemble solidaire.According to one or more embodiments, the chambers of the same type, separation 12 or prestriping 13, generally have the same dimension, in particular a horizontal section with the same opening angle with respect to the central axis Z of the reactor central 14. According to one or more embodiments, the separation 12 and prestriping 13 chambers have the same dimension, in particular a horizontal section with the same opening angle with respect to the central axis Z of the central reactor 14 According to one or more embodiments, the separation chambers 12 and/or the prestriping chambers 13 have horizontal sections with different opening angles. According to one or more embodiments, there is an axial symmetry of the chambers around the central axis Z of the central reactor 14. According to one or more embodiments, the number of separation chambers 12 varies between 1 and 8, preferentially between 2 and 4. According to one or more embodiments, the number of prestriping chambers 13 varies between 1 and 8, preferably between 2 and 4. According to one or more embodiments, the number of separation chambers 12 and the number of prestriping chambers 13 are identical. The separation chambers 12 and the central reactor 14 form a first integral assembly.
Chaque chambre de séparation 12 comporte en sa partie supérieure une ouverture d’entrée supérieure 15 communiquant avec le réacteur central 14 et disposée entre une paroi supérieure 16 et une paroi inférieure 17 sensiblement (e.g. ± 10°) horizontales à leur jonction avec le réacteur central 14. Le flux gazeux chargé en particules solides issu du réacteur central 14 passe intégralement dans les chambres de séparation 12 par l'intermédiaire des ouvertures d’entrée supérieures 15, car le réacteur central 14 présente une section supérieure fermée située sensiblement au niveau ou au-dessus de la partie supérieure des ouvertures d’entrée supérieures 15, i.e., au niveau ou au-dessus de la paroi supérieure 16 sensiblement horizontale.Each separation chamber 12 comprises in its upper part an upper inlet opening 15 communicating with the central reactor 14 and arranged between an upper wall 16 and a lower wall 17 substantially (e.g. ± 10°) horizontal at their junction with the central reactor 14. The gas stream loaded with solid particles from the central reactor 14 passes entirely into the separation chambers 12 via the upper inlet openings 15, because the central reactor 14 has a closed upper section located substantially at or at -above the top of the upper inlet openings 15, i.e., at or above the substantially horizontal upper wall 16.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque chambre de séparation 12 comprend en outre une zone de centrifugation permettant de séparer les particules solides du mélange gazeux au moyen de la paroi supérieure 16 et de la paroi inférieure 17, celles-ci s'incurvant vers le bas pour devenir une paroi externe 18 et une paroi interne 19 sensiblement (e.g. ± 10°) verticales, respectivement, la courbure délimitant la zone de centrifugation. La zone de centrifugation est définie de manière à permettre la mise en rotation (voir flèches en pointillé de la figure 3) dans un plan sensiblement vertical (i.e. coupe verticale A) du mélange gazeux et des particules solides. Les particules solides ayant un mouvement sensiblement vertical et ascendant en sortie du réacteur central 14 se retrouvent en sortie de ladite zone de centrifugation avec un mouvement sensiblement vertical et descendant.According to one or more embodiments, each separation chamber 12 further comprises a centrifugation zone making it possible to separate the solid particles from the gaseous mixture by means of the upper wall 16 and the lower wall 17, these curving towards the bottom to become an external wall 18 and an internal wall 19 substantially (e.g. ± 10°) vertical, respectively, the curvature delimiting the centrifugation zone. The centrifugation zone is defined so as to allow the rotation (see dotted arrows in FIG. 3) in a substantially vertical plane (i.e. vertical section A) of the gaseous mixture and the solid particles. The solid particles having a substantially vertical and upward movement at the outlet of the central reactor 14 are found at the outlet of said centrifugation zone with a substantially vertical and downward movement.
Chaque chambre de séparation 12 comporte (est délimitée par) une paroi externe 18, une paroi interne confondue avec la paroi externe du réacteur central 14, et deux parois latérales sensiblement (e.g. ± 10°) verticales 20 qui forment aussi les parois latérales sensiblement verticales 20 des chambres de préstripage 13. Au moins une des parois latérales sensiblement verticales 20 de chaque chambre de séparation 12 comporte une ouverture latérale de sortie 21 disposée en dessous de l’ouverture d’entrée supérieure 15 (e.g. (directement) en dessous de la paroi inférieure 17 sensiblement horizontale et entre la paroi interne 19 sensiblement verticale et la paroi externe du réacteur central 14) adaptée notamment pour distribuer le mélange gazeux et éventuellement des particules solides non-séparées vers une chambre de préstripage 13 adjacente. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’ouverture latérale de sortie 21 s'étend verticalement au moins jusqu’au bord inférieur de la paroi interne sensiblement verticale 19 de la chambre de séparation 12, et/ou jusqu'à une cote correspondant sensiblement (e.g. ± 10%) au plus grand diamètre de la paroi externe sensiblement verticales 18 de la chambre de séparation 12. Le bord inférieur de l’ouverture latérale de sortie 21 se situe préférentiellement à un niveau supérieur ou égal au bord inférieur de la paroi interne sensiblement verticale 19.Each separation chamber 12 comprises (is delimited by) an outer wall 18, an inner wall coincident with the outer wall of the central reactor 14, and two substantially (e.g. ± 10°) vertical side walls 20 which also form the substantially vertical side walls 20 of the prestriping chambers 13. At least one of the substantially vertical side walls 20 of each separation chamber 12 comprises a side outlet opening 21 disposed below the upper inlet opening 15 (e.g. (directly) below the lower wall 17 substantially horizontal and between the inner wall 19 substantially vertical and the outer wall of the central reactor 14) adapted in particular to distribute the gaseous mixture and optionally non-separated solid particles to an adjacent prestriping chamber 13. According to one or more embodiments, the lateral outlet opening 21 extends vertically at least up to the lower edge of the substantially vertical internal wall 19 of the separation chamber 12, and/or up to a dimension corresponding substantially (e.g. ± 10%) to the largest diameter of the substantially vertical outer wall 18 of the separation chamber 12. The lower edge of the lateral outlet opening 21 is preferably located at a level greater than or equal to the lower edge of the wall substantially vertical internal 19.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la paroi supérieure sensiblement horizontale 16 de la chambre de séparation 12 s'incurve de préférence jusqu'à un diamètre D1 de la paroi externe 18, puis la paroi externe sensiblement verticale 18 se prolonge de préférence par une portion verticale et/ou conique jusqu’à un diamètre D2 inférieur ou égal au diamètre D1, puis se prolonge éventuellement encore par une portion d’extrémité sensiblement (e.g. ± 10°) verticale appelée jambe de retour. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la longueur de la portion verticale et/ou conique de la paroi externe 18 est supérieure ou égale à la longueur de la paroi interne 19.According to one or more embodiments, the substantially horizontal upper wall 16 of the separation chamber 12 preferably curves up to a diameter D1 of the outer wall 18, then the substantially vertical outer wall 18 is preferably extended by a vertical and/or conical portion up to a diameter D2 less than or equal to diameter D1, then is optionally extended further by a substantially (e.g. ± 10°) vertical end portion called the return leg. According to one or more embodiments, the length of the vertical and/or conical portion of the outer wall 18 is greater than or equal to the length of the inner wall 19.
Chaque chambre de séparation 12 comporte en outre dans sa partie inférieure, une ouverture de sortie axiale inférieure 22, par exemple pour envoyer les particules solides séparées vers une chambre de stripage 23 (e.g. d’une enceinte de séparation d’une unité FCC) disposée en dessous de la chambre de séparation 12 (et de la chambre de préstripage 13), les particules solides contactant un gaz de stripage (e.g. vapeur d’eau) à contre-courant dans la chambre de stripage. Spécifiquement, l’extrémité inférieure de la paroi externe sensiblement verticale 18, en combinaison avec la paroi externe du réacteur central 14 et les extrémités inférieures des parois latérales verticales 20 délimitent l’ouverture de sortie axiale inférieure 22 et permettent une sortie sensiblement axiale descendante des particules solides contenues dans la chambre de séparation 12. Ainsi, l’ouverture de sortie axiale inférieure 22 est située en dessous de l’ouverture latérale de sortie 21.Each separation chamber 12 further comprises in its lower part, a lower axial outlet opening 22, for example to send the separated solid particles to a stripping chamber 23 (e.g. of a separation enclosure of an FCC unit) arranged below the separation chamber 12 (and the prestriping chamber 13), the solid particles contacting a stripping gas (e.g. steam) in countercurrent in the stripping chamber. Specifically, the lower end of the substantially vertical outer wall 18, in combination with the outer wall of the central reactor 14 and the lower ends of the vertical side walls 20 define the lower axial exit opening 22 and allow a downward substantially axial exit of the solid particles contained in the separation chamber 12. Thus, the lower axial outlet opening 22 is located below the lateral outlet opening 21.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la chambre de stripage 23, comprend des moyens d’uniformisation de l’écoulement des particules solides situés dans la partie supérieure de ladite chambre de stripage 23, permettant notamment de favoriser le contact entre lesdites particules solides et le gaz de stripage. Ces moyens favorisant l'uniformisation de l'écoulement gaz solide peuvent être des plaques inclinées disposées en chicanes, des garnissages («packing» selon la terminologie anglo-saxonne) optionnellement structurés ou d'autres moyens dont une description non limitante peut être trouvée dans les brevets US 2440620, US2472502, US 2481439 ou US 6224833 ou dans des livres tels que "matériel et équipement", tome 4 de l'encyclopédie le raffinage du pétrole, de P. Trambouze édité aux éditions Technip, 1999.According to one or more embodiments, the stripping chamber 23 comprises means for standardizing the flow of solid particles located in the upper part of said stripping chamber 23, making it possible in particular to promote contact between said solid particles and the stripping gas. These means favoring the standardization of the flow of solid gas can be inclined plates arranged in baffles, packings (“packing” according to the English terminology) optionally structured or other means of which a non-limiting description can be found in patents US 2440620, US2472502, US 2481439 or US 6224833 or in books such as "material and equipment", volume 4 of the encyclopedia oil refining, by P. Trambouze published by Technip, 1999.
En référence aux figures 4, 5 et 6, et en comparaison avec le brevet FR2894842 et la demande US20180216012 décrivant des parois externes de chambres de préstripage comprenant des portions évasées 127 (e.g. portions sphériques ou ovoïdes comme illustrées à la figure 7) complétées par des portions droites 128 et/ou coniques 129, les chambres de préstripage 13 selon la présente invention comprennent une paroi périphérique 27 dont la partie haute est (uniquement) sensiblement (e.g. ± 15°, préférablement ± 10°, très préférablement ± 5°) verticale 27 (i.e., parallèle à l’axe central Z). Spécifiquement, remplacer les portions évasées 127 des chambres de préstripage de l’art antérieur par une partie droite, permet de diminuer le temps de séjour de la phase gaz et ainsi de minimiser les réactions secondaires. Avantageusement, le changement vers l’utilisation d’une paroi externe périphérique dont au moins la partie supérieure est de forme seulement verticale (i.e., sans partie évasée) entraine:With reference to figures 4, 5 and 6, and in comparison with patent FR2894842 and application US20180216012 describing external walls of prestriping chambers comprising flared portions 127 (e.g. spherical or ovoid portions as illustrated in figure 7) supplemented by straight 128 and/or conical 129 portions, the prestriping chambers 13 according to the present invention comprise a peripheral wall 27 whose upper part is (only) substantially (e.g. ± 15°, preferably ± 10°, very preferably ± 5°) vertical 27 (i.e., parallel to the central axis Z). Specifically, replacing the flared portions 127 of the prestripping chambers of the prior art with a straight part, makes it possible to reduce the residence time of the gas phase and thus to minimize the side reactions. Advantageously, the change to the use of a peripheral outer wall of which at least the upper part is only vertical in shape (i.e., without a flared part) leads to:
- une diminution du volume de la chambre de strippage,a decrease in the volume of the stripping chamber,
- un gain d’espace dans le réacteur FCC bénéfique pour l’emplacement des nombreux cyclones,space saving in the FCC reactor beneficial for the location of the many cyclones,
- une plus grande facilité de construction, etgreater ease of construction, and
- l’élimination des zones mortes dans la chambre de strippage (confirmée dans l’exemple CFD décrit ci-après).the elimination of dead zones in the stripping chamber (confirmed in the CFD example described below).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la partie haute de la paroi périphérique 27 comprend la partie représentant le tiers haut de la paroi périphérique 27. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la partie haute de la paroi périphérique 27 comprend la partie représentant la moitié haute de la paroi périphérique 27.According to one or more embodiments, the upper part of the peripheral wall 27 comprises the part representing the upper third of the peripheral wall 27. According to one or more embodiments, the upper part of the peripheral wall 27 comprises the part representing the upper half of the peripheral wall 27.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la paroi périphérique 27 est adaptée pour permettre au gaz de stripage ascendant de traverser la chambre de préstripage avec un écoulement essentiellement piston. Un écoulement piston correspond à l’écoulement dans un volume sans dispersion ni déviation, tel que l’écoulement dans un tube, c.-à-d. sans que le gaz ne se disperse ou ne se mélange, il sortira essentiellement du tube quelques instant plus tard de la même façon qu’il est rentré.According to one or more embodiments, the peripheral wall 27 is adapted to allow the rising stripping gas to pass through the prestriping chamber with an essentially piston flow. Plug flow is flow in a volume without dispersion or deviation, such as flow in a tube, i.e. without the gas dispersing or mixing, it will essentially exit the tube moments later the same way it entered.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la partie haute de la paroi périphérique 27 présente un angle compris entre 0° et 15° par rapport à l’axe central Z du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la partie haute de la paroi périphérique 27 présente un angle compris entre 0° et 10° par rapport à l’axe central Z du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la partie haute de la paroi périphérique 27 présente un angle compris entre 0° et 5° par rapport à l’axe central Z du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la paroi périphérique 27 est (entièrement) sensiblement verticale (e.g. ± 15°, préférablement ± 10°, très préférablement ± 5°).According to one or more embodiments, the upper part of the peripheral wall 27 has an angle of between 0° and 15° relative to the central axis Z of the central reactor 14. According to one or more embodiments, the upper part of the peripheral wall 27 has an angle of between 0° and 10° relative to the central axis Z of the central reactor 14. According to one or more embodiments, the upper part of the peripheral wall 27 has an angle of between 0 ° and 5° with respect to the central axis Z of the central reactor 14. According to one or more embodiments, the peripheral wall 27 is (entirely) substantially vertical (e.g. ± 15°, preferably ± 10°, very preferably ± 5 °).
En référence à la figure 5, selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rayon R27 de la paroi périphérique 27 est inférieur au (plus grand) rayon R18 de la paroi externe 18 de la chambre de séparation 12. Avantageusement, le volume de la chambre de préstripage 13 est diminué ce qui permet une diminution de temps de séjour de la phase gaz, une diminution des problèmes liés au surcraquage et une diminution des réactions secondaires. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 de la paroi périphérique 27 sur le rayon R18 de la paroi externe 18 de la chambre de séparation 12 est inférieur à 0,9. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 de la paroi périphérique 27 sur le rayon R18 de la paroi externe 18 de la chambre de séparation 12 est inférieur à 0,8. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 de la paroi périphérique 27 sur le rayon R18 de la paroi externe 18 de la chambre de séparation 12 est compris entre 0,8 et 0,4.Referring to Figure 5, according to one or more embodiments, the radius R27 of the peripheral wall 27 is less than the (largest) radius R18 of the outer wall 18 of the separation chamber 12. Advantageously, the volume of the prestriping chamber 13 is reduced, which allows a reduction in the residence time of the gas phase, a reduction in the problems associated with overcracking and a reduction in side reactions. According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 of peripheral wall 27 to radius R18 of outer wall 18 of separation chamber 12 is less than 0.9. According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 of peripheral wall 27 to radius R18 of outer wall 18 of separation chamber 12 is less than 0.8. According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 of peripheral wall 27 to radius R18 of outer wall 18 of separation chamber 12 is between 0.8 and 0.4.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 de la paroi périphérique 27 sur le rayon R14 de la paroi externe du réacteur central 14 est supérieur à 1,2. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 sur le rayon R14 est supérieur à 1,4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 sur le rayon R14 est compris entre 1,6 et 2,7.According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 of peripheral wall 27 to radius R14 of the outer wall of central reactor 14 is greater than 1.2. According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 to radius R14 is greater than 1.4. According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 to radius R14 is between 1.6 and 2.7.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 de la paroi périphérique 27 sur le rayon R21 de l’ouverture latérale de sortie 21 est compris entre 1,0 et 1,6. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 sur le rayon R21 est compris entre 1,0 et 1,4. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du rayon R27 sur le rayon R21 est compris entre 1,0 et 1,3.According to one or more embodiments, the ratio of the radius R27 of the peripheral wall 27 to the radius R21 of the lateral outlet opening 21 is between 1.0 and 1.6. According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 to radius R21 is between 1.0 and 1.4. According to one or more embodiments, the ratio of radius R27 to radius R21 is between 1.0 and 1.3.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les parois périphériques 27 sont fixées aux parois latérales sensiblement verticales 20. Chaque chambre de préstripage 13 comporte en outre dans sa partie inférieure, une ouverture d’entrée inférieure 24 adaptée pour laisser entrer le gaz de stripage dans la chambre de préstripage 13. L’ouverture d’entrée inférieure 24 est définie par l’extrémité inférieure de la paroi périphérique 27, les deux parois latérales sensiblement verticales 20, et la paroi externe du réacteur central 14.According to one or more embodiments, the peripheral walls 27 are fixed to the substantially vertical side walls 20. Each prestripping chamber 13 further comprises in its lower part, a lower inlet opening 24 adapted to allow the stripping gas to enter the the prestriping chamber 13. The lower inlet opening 24 is defined by the lower end of the peripheral wall 27, the two substantially vertical side walls 20, and the outer wall of the central reactor 14.
En référence à la figure 6, selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque chambre de préstripage 13 comprend un déflecteur 26 oblique descendant vers l’intérieur (i.e.,vers l’axe Z) disposé sur l’extrémité basse de la paroi périphérique 27. Avantageusement, le déflecteur 26 ainsi disposé en forme de portion de cône permet modifier la section de l’ouverture d’entrée inférieure 24 et de modifier la vitesse d’entrée du gaz de stripage. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle γ entre le déflecteur 26 et l’axe central Z du réacteur central 14 est compris entre 0° et 30°. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle γ entre le déflecteur 26 et l’axe central Z du réacteur central 14 est compris entre 5° et 25°. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle γ entre le déflecteur 26 et l’axe central Z du réacteur central 14 est compris entre 10° et 20° (e.g. 15°).Referring to Figure 6, according to one or more embodiments, each prestriping chamber 13 comprises an oblique deflector 26 descending inwards ( ie, towards the Z axis) arranged on the lower end of the peripheral wall 27 Advantageously, the deflector 26 thus arranged in the shape of a portion of a cone makes it possible to modify the section of the lower inlet opening 24 and to modify the inlet speed of the stripping gas. According to one or more embodiments, the angle γ between the deflector 26 and the central axis Z of the central reactor 14 is between 0° and 30°. According to one or more embodiments, the angle γ between the deflector 26 and the central axis Z of the central reactor 14 is between 5° and 25°. According to one or more embodiments, the angle γ between the deflector 26 and the central axis Z of the central reactor 14 is between 10° and 20° (eg 15°).
Le dispositif de séparation et de stripage comprend en outre un conduit d’évacuation supérieur 25 des effluents gazeux sortant des chambres de préstripage 13, par exemple pour envoyer les effluents gazeux (mélange gazeux et gaz de stripage) vers au moins un second étage de séparation (e.g. un étage de cyclones non montré) d’une enceinte de séparation d’une unité FCC, la chambre de stripage 23 communiquant avec le conduit d’évacuation supérieur 25 via les chambres de préstripage 13. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le conduit d’évacuation supérieur 25 des effluents gazeux en provenance des chambres de préstripage 13 est situé sensiblement le long de l'axe du réacteur central 14, et est connecté d'une part aux dites chambres de préstripage 13 par des ouvertures de sortie supérieures 29, et d’autre part au second étage de séparation, permettant notamment de séparer les particules solides résiduelles contenues dans les effluents gazeux en provenance du conduit d’évacuation supérieur 25.The separation and stripping device further comprises an upper discharge pipe 25 for the gaseous effluents leaving the prestriping chambers 13, for example to send the gaseous effluents (gaseous mixture and stripping gas) to at least one second stage of separation (e.g. a cyclone stage not shown) of a separation enclosure of an FCC unit, the stripping chamber 23 communicating with the upper evacuation conduit 25 via the prestriping chambers 13. According to one or more embodiments, the upper discharge duct 25 for the gaseous effluents coming from the prestriping chambers 13 is located substantially along the axis of the central reactor 14, and is connected on the one hand to said prestriping chambers 13 by upper outlet openings 29, and on the other hand to the second stage of separation, allowing in particular to separate the residual solid particles contained in the gaseous effluents coming from the upper evacuation conduit 25.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les ouvertures de sortie supérieures 29 sont des ouvertures sensiblement perpendiculaires à l’axe central Z du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les ouvertures de sortie supérieures 29 sont disposées (directement) au-dessus de l’extrémité supérieure du réacteur central 14. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’extrémité supérieure des chambres de préstripage 13 est fermée au moyen d’une plaque 30 sensiblement horizontale (e.g. ± 10°, préférablement ± 5°) ou oblique et montante vers l’intérieur (e.g. selon un angle α compris entre 80° et 20°, préférablement compris entre 60 et 40°, tel que 45° par rapport à l’axe central Z).According to one or more embodiments, the upper outlet openings 29 are openings substantially perpendicular to the central axis Z of the central reactor 14. According to one or more embodiments, the upper outlet openings 29 are arranged (directly) at the above the upper end of the central reactor 14. According to one or more embodiments, the upper end of the prestriping chambers 13 is closed by means of a plate 30 that is substantially horizontal (e.g. ±10°, preferably ±5° ) or oblique and rising inwards (e.g. according to an angle α comprised between 80° and 20°, preferably comprised between 60 and 40°, such as 45° with respect to the central axis Z).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque cyclone du second étage de séparation comprend une sortie d’effluents gazeux, et une sortie de particules solides plongeant dans la chambre de stripage 23.According to one or more embodiments, each cyclone of the second separation stage comprises a gaseous effluent outlet, and a solid particle outlet plunging into the stripping chamber 23.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la différence de dilatation thermique entre, d'une part le réacteur central 14 et les chambres de séparation 12 formant le premier ensemble solidaire, et d'autre part les chambres de préstripage 13 formant un second ensemble, est compensée par des interstices séparant les deux ensembles. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la dilatation thermique entre, d'une part le réacteur central 14 et les chambres de séparation 12, et d'autre part les chambres de préstripage 13 est compensée par un joint de dilatation.According to one or more embodiments, the difference in thermal expansion between, on the one hand the central reactor 14 and the separation chambers 12 forming the first integral assembly, and on the other hand the prestriping chambers 13 forming a second assembly, is compensated by interstices separating the two sets. According to one or more embodiments, the thermal expansion between, on the one hand the central reactor 14 and the separation chambers 12, and on the other hand the prestriping chambers 13 is compensated by an expansion joint.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de séparation et de stripage selon la présente invention est pourvu de sorte que la somme des sections des ouvertures latérales de sortie 21 des chambres de séparation 12 ait sensiblement (e.g. ± 10%) la même valeur que la somme des sections des ouvertures d’entrée supérieures 15, et/ou que la somme des sections des ouvertures de sortie supérieures 29 des chambres de préstripage 13 ait sensiblement la même valeur que la somme des sections des ouvertures d’entrée supérieures 15.According to one or more embodiments, the separation and stripping device according to the present invention is provided so that the sum of the sections of the side outlet openings 21 of the separation chambers 12 has substantially (e.g. ± 10%) the same value that the sum of the sections of the upper inlet openings 15, and/or that the sum of the sections of the upper outlet openings 29 of the prestriping chambers 13 has substantially the same value as the sum of the sections of the upper inlet openings 15.
En fonctionnement, selon un ou plusieurs modes de réalisation, le mélange gazeux et les particules solides sortent du réacteur central 14 et entrent dans la chambre de séparation 12, dans laquelle les particules solides sont séparées et sont dirigées vers la chambre de stripage 23 et le mélange gazeux est dirigé vers la chambre de préstripage 13. Dans la chambre de préstripage 13, le mélange gazeux est entrainé vers le second étage de séparation par un gaz de stripage ascendant distribué par la chambre de stripage 23. Le flux gazeux entrant dans le second étage de séparation est séparé de particules solides résiduelles qui sont dirigées vers la chambre de stripage 23 au moyen de jambes de retour. Le flux gazeux est ensuite évacué vers une sortie d'effluents gazeux. Enfin, les particules solides sont strippées de gaz résiduel dans la chambre de stripage 23 et sont évacuées par une sortie de catalyseur strippé vers un régénérateur (non montré).In operation, according to one or more embodiments, the gaseous mixture and the solid particles leave the central reactor 14 and enter the separation chamber 12, in which the solid particles are separated and are directed towards the stripping chamber 23 and the gas mixture is directed to the prestriping chamber 13. In the prestriping chamber 13, the gas mixture is entrained towards the second separation stage by an ascending stripping gas distributed by the stripping chamber 23. The gas flow entering the second separation stage is separated from residual solid particles which are directed to the stripping chamber 23 by means of return legs. The gas stream is then evacuated to a gaseous effluent outlet. Finally, the solid particles are stripped of residual gas in the stripping chamber 23 and are discharged through a stripped catalyst outlet to a regenerator (not shown).
Le dispositif de séparation et de stripage selon l'invention peut fonctionner en respectant les conditions opératoires suivantes:The separation and stripping device according to the invention can operate by observing the following operating conditions:
- vitesse gaz en tête de réacteur central 14 de 5 m/s à 35 m/s, préférentiellement de 10m/s à 25 m/s;gas velocity at the head of central reactor 14 from 5 m/s to 35 m/s, preferably from 10 m/s to 25 m/s;
- vitesse gaz dans les ouvertures d’entrée supérieures 15 de 5 m/s à 35 m/s, préférentiellement de 10 m/s à 25 m/s;gas velocity in the upper inlet openings 15 from 5 m/s to 35 m/s, preferably from 10 m/s to 25 m/s;
- vitesse gaz dans les ouvertures latérales de sortie 21 de 5 m/s à 35 m/s, préférentiellement de 10 m/s à 25 m/s;gas speed in the side outlet openings 21 from 5 m/s to 35 m/s, preferably from 10 m/s to 25 m/s;
- vitesse gaz dans les ouvertures d’entrée inférieures 24 de 0,3 m/s à 5 m/s, préférentiellement de 1 m/s à 4 m/s; etgas velocity in the lower inlet openings 24 from 0.3 m/s to 5 m/s, preferably from 1 m/s to 4 m/s; And
- flux de catalyseur dans l’ouverture de sortie axiale inférieure 22 compris entre 10 et 300 kg/(m2.s), préférentiellement de 50 à 200 kg/(m2.s), avec par exemple des particules solides caractérisées par une masse volumique de grain comprise entre 1000 et 2000 kg/m3, et un diamètre moyen dit de "Sauter" compris entre 40 et 100 microns.flow of catalyst in the lower axial outlet opening 22 of between 10 and 300 kg/(m 2 .s), preferably from 50 to 200 kg/(m 2 .s), with for example solid particles characterized by a mass grain volume of between 1000 and 2000 kg/m 3 , and an average so-called "Sauter" diameter of between 40 and 100 microns.
Le présent exemple CFD confirme que, le passage du gaz de stripage dans la chambre de préstripage avec un écoulement selon la présente l’invention, permet de diminuer le temps de séjour dans la chambre de préstripage.This CFD example confirms that, the passage of the stripping gas in the prestriping chamber with a flow according to the present invention, makes it possible to reduce the residence time in the prestriping chamber.
La figure 7 et la figure 8 montrent une coupe verticale de chambres de préstripage, de référence avec une paroi externe périphérique comprenant des portions évasées 127 complétées par une portion droite 128 et une portion conique 129 (cas n°1), et selon l’invention avec une paroi périphérique entièrement verticale 27 (cas n°2: représentant une configuration simplifiée des figures 4 et 5), respectivement.FIG. 7 and FIG. 8 show a vertical section of prestriping chambers, reference with a peripheral outer wall comprising flared portions 127 supplemented by a straight portion 128 and a conical portion 129 (case no. 1), and according to invention with an entirely vertical peripheral wall 27 (case 2: representing a simplified configuration of FIGS. 4 and 5), respectively.
Les simulations numériques sont réalisées en 3D avec le logiciel Ansys Fluent 19.2. La vitesse de gaz en entrée de la chambre de préstripage est fixée à 1,25 m/s (simulation à température ambiante et pression atmosphérique en présence d’air).The numerical simulations are carried out in 3D with the Ansys Fluent 19.2 software. The gas velocity at the inlet of the prestriping chamber is set at 1.25 m/s (simulation at ambient temperature and atmospheric pressure in the presence of air).
Les données géométriques de la simulation et les conditions opératoires/limites sont indiquées ci-dessous.The geometric data of the simulation and the operating/limiting conditions are indicated below.
Chambre de préstripage de référence:Reference prestriping chamber:
- hauteur H1 de l’ouverture de sortie supérieure 130 = 0,346 m,height H1 of the upper exit opening 130 = 0.346 m,
- angle α entre l’ouverture de sortie supérieure 130 et l’extrémité supérieure de la chambres de préstripage 113 = 45°,angle α between the upper outlet opening 130 and the upper end of the prestriping chamber 113 = 45°,
- profondeur P1 de la chambre de préstripage 113 au niveau de l’extrémité haute du réacteur central 114 = 0,195 m,depth P1 of prestriping chamber 113 at the upper end of central reactor 114 = 0.195 m,
- profondeur maximale P2 de la chambre de préstripage 113 = 0,176 m,maximum depth P2 of the prestriping chamber 113 = 0.176 m,
- profondeur P3 de la chambre de préstripage 113 au niveau de l’ouverture d’entrée inférieure 124 = 0,205 m,depth P3 of the prestriping chamber 113 at the level of the lower entry opening 124 = 0.205 m,
- angle β entre l’ouverture d’entrée inférieure 124 et la portion conique 129 = 105°,angle β between the lower inlet opening 124 and the conical portion 129 = 105°,
- hauteur H2 de la portion conique 129 = 0,657 m,height H2 of the conical portion 129 = 0.657 m,
- longueur L de la chambre de préstripage 113 = 1,66 m.length L of the prestriping chamber 113 = 1.66 m.
Chambre de préstripage selon la présente invention:Pre-stripping chamber according to the present invention:
- hauteur H de l’ouverture de sortie supérieure 29 = 0,346 m,height H of the upper exit opening 29 = 0.346 m,
- angle α entre l’ouverture de sortie supérieure 29 et la plaque 30 de la chambres de préstripage 13 = 45°,angle α between the upper outlet opening 29 and the plate 30 of the prestriping chamber 13 = 45°,
- angle β entre l’ouverture d’entrée inférieure 24 et la paroi périphérique verticale 27 = 90°,angle β between the lower inlet opening 24 and the vertical peripheral wall 27 = 90°,
- profondeur P de la chambre de préstripage 13 = 0,195 m,depth P of the prestriping chamber 13 = 0.195 m,
- longueur L de la chambre de préstripage 13 =1,66 m.length L of the prestriping chamber 13 =1.66 m.
Il est à noter que les données géométriques répertoriées dans les exemples correspondent approximativement (e.g. ± 10%) au 1/10 de données géométriques réelles d’une chambre de préstripage.It should be noted that the geometric data listed in the examples corresponds approximately (e.g. ± 10%) to 1/10 of the real geometric data of a prestriping chamber.
Les résultats de la simulation ont démontré que le temps de séjour de la phase gaz dans la chambre de préstripage est de 1,79 secondes pour le cas n°1 de référence, et 1,22 secondes pour le cas n°2 de la présente invention, soit une diminution de 30% du temps de séjour pour le dispositif selon la présente invention. Par ailleurs, l’hydrodynamique de la phase gaz dans le cas n°2 est proche d’un écoulement piston, avec l’élimination d’une zone de recirculation 131 présente dans la chambre de préstripage selon le cas n°1 de référence (voir figure 9).
The results of the simulation showed that the residence time of the gas phase in the prestriping chamber is 1.79 seconds for the case n°1 of reference, and 1.22 seconds for the case n°2 of the present invention, i.e. a 30% reduction in the residence time for the device according to the present invention. Furthermore, the hydrodynamics of the gas phase in case no. 2 is close to plug flow, with the elimination of a recirculation zone 131 present in the prestriping chamber according to case no. 1 of reference ( see figure 9).
Claims (15)
une pluralité de chambres de séparation (12) et une pluralité de chambres de préstripage (13) réparties de manière alternée autour d’un réacteur central (14),
dans lequel chaque chambre de séparation (12) comprend:
- une paroi externe (18);
- une ouverture d’entrée supérieure (15) du mélange gazeux et des particules solides adaptée pour communiquer avec le réacteur central (14);
- une ouverture de sortie axiale inférieure (22) des particules solides adaptée pour communiquer avec une chambre de stripage (23) disposée en dessous de la chambre de séparation (12); et
- deux parois latérales sensiblement verticales (20) qui sont aussi les parois latérales des chambres de préstripage (13), au moins une des parois latérales (20) de chaque chambre de séparation (12) comportant une ouverture latérale de sortie (21) du mélange gazeux, communiquant avec une chambre de préstripage adjacente (13), et
dans lequel chaque chambre de préstripage (13) comprend:
- une ouverture d’entrée inférieure (24) de gaz de stripage adaptée pour communiquer avec la chambre de stripage (23);
- une ouverture de sortie supérieure (29) du mélange gazeux et du gaz de stripage adaptée pour communiquer avec un second étage de séparation; et
- une paroi périphérique (27), dans lequel la partie haute de la paroi périphérique est sensiblement verticale (27).Device for separating and stripping a gaseous mixture and solid particles comprising:
a plurality of separation chambers (12) and a plurality of prestriping chambers (13) distributed alternately around a central reactor (14),
wherein each separation chamber (12) comprises:
- an outer wall (18);
- an upper inlet opening (15) for the gaseous mixture and the solid particles adapted to communicate with the central reactor (14);
- a lower axial outlet opening (22) for the solid particles adapted to communicate with a stripping chamber (23) arranged below the separation chamber (12); And
- two substantially vertical side walls (20) which are also the side walls of the prestriping chambers (13), at least one of the side walls (20) of each separation chamber (12) comprising a side outlet opening (21) of the gas mixture, communicating with an adjacent prestriping chamber (13), and
wherein each prestriping chamber (13) comprises:
- a lower stripping gas inlet opening (24) adapted to communicate with the stripping chamber (23);
- an upper outlet opening (29) for the gaseous mixture and the stripping gas adapted to communicate with a second stage of separation; And
- a peripheral wall (27), in which the upper part of the peripheral wall is substantially vertical (27).
Process for separating and stripping a gaseous mixture and solid particles using the separation and stripping device according to any one of Claims 1 to 12, the separation enclosure according to Claim 13, or the cracking unit A fluidized bed catalytic converter according to claim 14, said method comprising conveying stripping gas ascending into the pre-stripping chamber (13) with substantially plug flow from the lower inlet opening (24) to the upper outlet opening (29).
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