Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02352018 2001-07-03
Procédé et dispositif de craquage d'hydrocarbures mettant en
oeuvre deux chambres réactionnelles successives
La présente invention concerne le craquage d'hydrocarbures en
présence de particules caloporteuses, catalytiques ou non, circulant en
phase fluidisée. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de
craquage en lit fluidisé, dans lequel des particules caloporteuses
circulent dans deux chambres réactionnelles successives, dans chacune
desquelles elles sont mises en contact avec une ou plusieurs coupes
d'hydrocarbures à craquer.
L'invention concerne également un dispositif conçu pour la mise
en oeuvre du procédé selon l'invention.
De manière connue en soi, l'industrie pétrolière a recours à des
procédés de conversion des charges lourdes d'hydrocarbures, dans
lesquels des molécules hydrocarbonées à haut poids moléculaire et à
point d'ébullition élevé sont scindées en molécules plus petites, qui
peuvent bouillir dans des domaines de températures plus faibles,
convenant à l'usage recherché.
Pour effectuer ce type de conversion, elle dispose en particulier de
procédés dits de craquage à l'état fluide. Dans ce type de procédés, la
charge d'hydrocarbures, généralement pulvérisée sous forme de fines
gouttelettes, est mise en contact avec des particules caloporteuses à
haute température et qui circulent dans le réacteur sous forme de lit
fluidisé, c'est à dire en suspension plus ou moins dense au sein d'un
fluide gazeux assurant ou assistant leur transport. Au contact des
particules chaudes, il y a vaporisation de la charge, suivie du craquage
des molécules d'hydrocarbures. La réaction de craquage est de type
thermique, lorsque les particules ont uniquement une fonction
caloporteuse. Elle est de type catalytique, lorsque les particules
caloporteuses ont également une fonction catalytique, c'est à dire
présentent des sites actifs favorisant la réaction de craquage, comme
c'est le cas en particulier dans le procédé dit de craquage catalytique à
l'état fluide (communément dénommé procédé FCC, de l'anglais Fluid
Catalytic Cracking ) .
Après que, suite aux réactions de craquage, l'on ait atteint la
gamme de poids moléculaires désirée, avec un abaissement
correspondant des points d'ébullition, les effluents réactionnels sont
séparés des particules. Ces dernières, désactivées en raison du coke qui
CA 02352018 2001-07-03
2
s'est déposé à leur surface, sont généralement strippées afin de
récupérer les hydrocarbures entraînés, puis régénérées par combustion
du coke, et enfin remises en contact avec la charge à craquer.
Les réacteurs utilisés sont le plus souvent des réacteurs verticaux
de type tubulaire, dans lesquels la charge et les particules se déplacent
suivant un flux essentiellement ascendant (le réacteur est alors
dénommé ii riser ) ou suivant un flux essentiellement descendant (le
réacteur est alors dénommé dropper ou downer ).
Une difficulté majeure, dans de tels procédés, consiste à réaliser
un craquage à la fois complet et sélectif de la charge, c'est à dire de
parvenir à craquer l'intégralité de la charge, de manière à en obtenir
une quantité maximale d'hydrocarbures valorisables, tout en
minimisant la quantité de sous-produits indésirables. Cet objectif est
d'autant plus difficile à atteindre que les charges à craquer présentent
des intervalles d'ébullition relativement larges, et sont constituées de
composés très divers qui craquent dans des conditions sensiblement
différentes pour conduire à des produits variés.
C'est pourquoi les procédés actuellement mis en o uvre effectuent
une conversion généralement incomplète de la charge. Dans ces
procédés, le craquage est réalisé dans un seul réacteur, dont les
conditions opératoires, choisies en fonction de la nature moyenne des
hydrocarbures constituant la charge, ne permettent pas de craquer
correctement toute la gamme des hydrocarbures présents de manière à
obtenir sélectivement les produits désirés. Il en résulte des effluents
réactionnels constitués de produits très divers, dont une proportion
importante sont issus d'un craquage insuffisant de la charge et
constituent pour le raffineur des produits indésirables, difficilement
valorisables.
Une première solution consiste à recycler tout ou partie de ces
produits dans le réacteur de craquage, de manière à leur faire subir une
seconde étape de craquage. Toutefois, une telle mesure s'avère non
seulement peu efficace, mais également nuisible, dans la mesure où un
tel recyclage a souvent pour effet d'affecter sensiblement la qualité du
craquage de la charge fraîche.
Une seconde solution consiste à augmenter la sévérité du
craquage, afin de craquer de manière plus poussée la charge injectée et
convertir tous les types d'hydrocarbures présents. Toutefois, une telle
CA 02352018 2001-07-03
3
mesure, si elle permet d'augmenter le taux de conversion de la charge,
favorise en revanche des phénomènes de surcraquage, qui se traduisent
par une diminution de la sélectivité de la conversion : on observe une
production accrue de gaz secs et de coke au détriment des
hydrocarbures intermédiaires recherchés.
Plusieurs solutions ont été proposées dans l'art antérieur, afin de
remédier aux problèmes précités.
Dès 1947, le brevet US N 2,488,713 propose un procédé de
craquage catalytique mettant en ceuvre deux réacteurs successifs, dans
chacun desquels circulent des particules catalytiques. Dans le premier
réacteur, une coupe de recycle lourd (résidu du fractionnement des
effluents du craquage, du type connu sous le nom de slurry ) est
craquée au contact des particules catalytiques en provenance du
régénérateur. Dans le second réacteur, une charge fraîche ainsi qu'une
coupe de recycle intermédiaire du type des distillats sont craquées au
contact des particules en provenance du premier réacteur. A la sortie de
chacun des deux réacteurs, les effluents hydrocarbonés sont séparés
des particules, puis sont combinés et dirigés vers une colonne de
fractionnement classique.
Le premier inconvénient d'un tel procédé est que la charge fraîche
est traitée, dans le second réacteur, en présence de particules qui ont
été déjà largement cokées et désactivées dans le premier réacteur, au
contact de la charge de recycle lourd, particulièrement riche en
composés polyaromatiques réfractaires. Il en résulte, dans le deuxième
réacteur, une mauvaise activité catalytique de ces particules d'où une
qualité médiocre du craquage de la charge fraîche, une conversion à la
fois peu élevée et peu sélective.
Un second inconvénient vient du fait que la coupe de recycle
lourd s'enrichit progressivement en composés lourds les plus
réfractaires, qui, méme recyclés au premier réacteur, ne craquent pas
ou craquent de manière incomplète, et tournent en rond dans l'unité.
Ceci vient aggraver les problèmes décrits ci-dessus de cokéfaction
prématurée des particules au premier réacteur. Une purge prévue sur la
ligne de recyclage ne résout pas le problème de manière satisfaisante.
En effet, le recycle étant constitué du résidu de fractionnement des
effluents combinés des deux réacteurs, la purge non seulement n'extrait
qu'une partie des composés les plus réfractaires que l'on souhaite
CA 02352018 2009-01-08
4
éliminer de l'unité, mais extrait en plus une fraction de composés
directement issus de la charge fraïche, qui n'ont pas été convertis lors
de leur passage dans le second réacteur, mais qui auraient pu être
craqués dans le premier réactèur au contact des particules régénérées.
La mauvaise sélectivité de ce système de purge induit ainsi une perte
supplémentaire de rendement en produits souhaités.
Par ailleurs, le brevet EP N 573316 décrit un procédé de
craquage catalytique dans lequel la réaction se déroule dans deux
réacteurs successifs, le premier réacteur étant à flux descendant
(downer), et le second étant à flux ascendant ( riser). La charge à
craquer est mise au contact des particules régénérées à l'entrée du
réacteur à écoulement descendant, au bas duquel le mélange
charge/particules est transféré dans le réacteur à écoulement
ascendant. La charge circule donc au contact des particules dans deux
is réacteurs successifs, ce qui permet d'augmenter le rendement global en
hydrocarbures craqués. Toutefois, ce procédé n'est absolument pas
sélectif : les hydrocarbures déjà convertis dans le premier réacteur
poursuivent leur craquage dans le second réacteur, d'où un phénomène
de surcraquage générant une production accrue de gaz secs et de coke,
au détriment des coupes intermédiaires recherchées.
Poursuivant ses recherches dans le domaine du craquage en lit
fluidisé, la Demanderesse s'est intéressée à ces procédés dans lesquels
on utilise deux réacteurs de craquage, afin d'améliorer le taux et la
sélectivité de la conversion par rapport aux procédés traditionnels
mettant en ceuvre un seul réacteur. Ce faisant, elle a mis au point un
procédé permettant de remédier aux inconvénients des systèmes de l'art
antérieur.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de craquage
en lit fluidisé d'une charge hydrocarbonée dans lequel des particules
caloporteuses, éventuellement catalytiques, circulent dans deux
chambres réactionnelles successives dans chacune desquelles elles
sont mises en contact avec au moins une coupe d'hydrocarbures, et les
effluents réactionnels issus de chacune desdites chambres sont dirigés
vers une même unité de fractionnement.
Ce procédé se caractérise en ce que les effluents de chacune des
chambres réactionnelles sont fractionnés en partie séparément dans
une méme colonne de fractionnement partiellement cloisonnée, et en ce
CA 02352018 2001-07-03
qu'au moins une coupe issue du fractionnement séparé des effluents
d'une des deux chambres réactionnelles est, en tout ou partie,
réinjectée dans l'autre chambre.
Dans le présent exposé, on désigne par chambre réactionnelle
5 toute enceinte pourvue de moyens d'introduction de particules
caloporteuses (catalytiques ou non), de moyens d'injection d'une ou
plusieurs coupes d'hydrocarbures à craquer, d'une zone réactionnelle
de craquage et de moyens de séparation des effluents de craquage et
des particules. Ce terme inclut en particulier tout type de réacteur de
craquage thermique ou catalytique en lit fluidisé, quel que soit son
mode de fonctionnement (ascendant ou descendant).
Selon l'invention, des hydrocarbures sont craqués dans une
première chambre réactionnelle, au contact de particules pleinement
actives en provenance du régénérateur. A la sortie de cette première
chambre, les effluents sont séparés des particules, et ces dernières
poursuivent leur parcours dans une seconde chambre réactionnelle
dans laquelle leur activité résiduelle est utilisée pour craquer une
quantité additionnelle d'hydrocarbures.
Considérant la charge à craquer, celle-ci subit une première étape
de craquage classique dans l'une de ces deux chambres réactionnelles.
Les effluents correspondants sont ensuite fractionnés dans la même
colonne de fractionnement que les effluents issus de l'autre chambre,
mais en partie de manière séparée. On récupère alors, du
fractionnement séparé des effluents issus de la première étape de
craquage, une ou plusieurs coupes comprenant des produits
indésirables. Ces coupes sont ensuite, en tout ou partie, réinjectées
dans l'autre chambre réactionnelle. Elles y subissent une seconde étape
de craquage indépendante de la première, et dont les conditions
opératoires peuvent être ajustées en fonction de la nature de ces
hydrocarbures réinjectés et du type de produits que l'on souhaite en
obtenir.
Un tel schéma de procédé est possible grâce à la colonne de
fractionnement spécifique intervenant dans l'invention. Cette colonne
est en effet partiellement cloisonnée, ce qui permet de fractionner les
effluents issus de chacun des deux réacteurs en partie séparément,
c'est à dire sans qu'il y ait de contact entre eux. Bien entendu, la partie
des effluents des deux réacteurs ainsi fractionnés de manière séparée
CA 02352018 2001-07-03
6
correspond à la partie contenant des coupes riches en produits
indésirables, auxquels le raffineur souhaite faire subir une seconde
étape de craquage. L'autre partie desdits effluents est combinée dans la
zone non cloisonnée de la colonne, dans laquelle les effluents sont
fractionnés en commun.
Par rapport aux systèmes traditionnels à un seul réacteur, le
procédé selon l'invention permet une conversion à la fois plus poussée
et plus sélective de la charge à craquer. Elle permet en effet au raffineur
de réinjecter des produits peu valorisables obtenus lors d'une première
étape de craquage classique, de manière à faire subir à ces produits une
seconde étape de craquage. Le fait que le recyclage desdits produits se
fasse dans un réacteur différent présente l'avantage, d'une part, de
pouvoir réaliser ce second craquage dans des conditions appropriées et,
d'autre part, d'éviter d'affecter la qualité de la première étape de
craquage de la charge.
Par rapport aux systèmes à deux réacteurs proposés dans l'art
antérieur, le procédé selon l'invention permet de soumettre les
hydrocarbures constituant la charge à des circuits de craquage
distincts, parfaitement adaptés aux natures diverses des ces
hydrocarbures, de manière à en obtenir une quantité maximale de
produits valorisables. En effet, la charge à craquer subit une première
conversion, à la suite de laquelle les produits indésirables obtenus sont
fractionnés séparément des effluents de l'autre réacteur, dans un
compartiment de la zone cloisonnée de la colonne de fractionnement.
Ces produits sont alors réinjectés dans un réacteur distinct, dans lequel
ils subissent une seconde étape de caquage, dans des conditions
spécifiquement appropriées à leur nature.
Les effluents résultant de ce second craquage sont alors
fractionnés dans la même colonne que les effluents du premier
craquage, et le système de fractionnement cloisonné de cette colonne
permet d'éviter que les composés indésirables résiduels, non convertis
après passage dans les deux réacteurs (en particulier des composés
particulièrement réfractaires au craquage), ne soient recyclés une
seconde fois et tournent en rond dans l'unité. En effet, de tels
composés sont récupérés, dans la colonne de fractionnement, dans le
compartiment de fractionnement cloisonné des effluents issus de la
seconde étape de craquage. Ces composés sont ainsi récupérés
CA 02352018 2001-07-03
LL 7
séparément des effluents issus de la première étape de craquage, et ils
peuvent par exemple ètre éliminés de l'unité. Ce système permet de ne
réinjecter dans l'une des chambres réactionnelles que des
hydrocarbures issus exclusivement de l'autre chambre. L'on évite ainsi
tout phénomène d'enrichissement des coupes recyclées en composés
réfractaires, ce qui dégraderait progressivement la qualité du craquage
desdites coupes, tout en provoquant une cokéfaction excessive des
particules circulant dans l'unité.
Ainsi, le procédé selon l'invention permet de valoriser au mieux
des produits indésirables issus d'une première étape de craquage
classique, afin de produire une quantité additionnelle de produits à
plus grande valeur ajoutée. Pour une méme charge de départ, il offre au
raffineur la possibilité de réaliser un craquage à la fois plus complet et
plus sélectif en faveur du type de produits qu'il souhaite obtenir. La
is rentabilité de l'unité s'en trouve sensiblement améliorée.
Par ailleurs, la Demanderesse a mis au point un dispositif
permettant une mise en oruvre efficace du procédé selon l'invention.
La présente invention a donc également pour objet un dispositif
de craquage en lit fluidisé d'une charge hydrocarbonée, mettant en
oruvre deux chambres réactionnelles reliées entre elles par un moyen de
transfert des particules caloporteuses, une colonne de fractionnement
et des conduites d'amenée des effluents hydrocarbonés issus de
chacune des deux chambres à ladite colonne de fractionnement.
Ce dispositif se caractérise en ce que :
- ladite colonne de fractionnement comporte dans sa partie
interne au moins deux zones distinctes : une première zone de
fractionnement cloisonné constituée de deux compartiments,
communiquant chacun avec une seconde zone de fractionnement
commun ;
- les conduites d'amenée des effluents issus de la première et de
la deuxième chambre réactionnelle débouchent respectivement dans le
premier et le deuxième compartiment de ladite zone de fractionnement
cloisonné ;
des moyens sont prévus pour le recyclage et l'injection dans l'une
des chambres réactionnelles d'au moins une coupe soutirée du
compartiment de fractionnement cloisonné des effluents de l'autre
chambre réactionnelle.
CA 02352018 2001-07-03
Un premier avantage du dispositif selon l'invention est lié au fait
que les effluents hydrocarbonés issus des deux chambres réactionnelles
sont traités en partie séparément, mais dans une seule et même
colonne de fractionnement. Ce système permet d'éviter de recourir à
deux colonnes distinctes, donc d'avoir une unité compacte et de limiter
les investissements.
Un second avantage de ce dispositif est lié au fait qu'il permet une
mise en oeuvre optimale du procédé selon l'invention. En effet, ladite
zone de fractionnement cloisonné est avantageusement dimensionnée
en fonction des plages d'ébullition des produits indésirables auxquels le
raffineur souhaite faire subir une seconde étape de craquage. La zone
de fractionnement. commun sert en revanche au fractionnement de
produits pour lesquels le raffineur ne souhaite pas différencier ceux
issus de chacune des deux chambres réactionnelles, par exemple parce
que ce sont des produits directement valorisables, qu'il ne souhaite pas
recraquer.
Les deux chambres réactionnelles intervenant dans l'invention
sont désignées dans le présent exposé par première et deuxième
chambre réactionnelle, étant entendu que cet ordre est adopté par
référence au sens de circulation des particules caloporteuses à partir du
régénérateur. Dans chacune de ces deux chambres, l'injection des
hydrocarbures peut se faire à co-courant et/ou à contre-courant du flux
des particules caloporteuses.
Ces deux chambres réactionnelles peuvent notamment être
constituées de tout type de réacteurs à écoulement descendant
(downer), ou ascendant (riser). Bien que les deux chambres puissent
tout-à-fait être identiques, le procédé selon l'invention est d'autant plus
avantageux lorsque lesdites chambres sont différentes. Ceci permet en
particulier de faire régner dans ces deux chambres des conditions
opératoires différentes, adaptées au type d'hydrocarbures injectés dans
chacune.
En particulier, selon une variante préférée du procédé selon
l'invention, le temps de séjour des hydrocarbures injectés dans la
première chambre réactionnelle est inférieur au temps de séjour des
hydrocarbures injectés dans la deuxième chambre réactionnelle. En
effet, le craquage dans la première chambre réactionnelle se fait en
présence de particules provenant directement du régénérateur, donc à
CA 02352018 2001-07-03
9
température particulièrement élevée et à activité maximale. De fait, il
s'est avéré préférable d'éviter un contact prolongé entre ces particules et
les hydrocarbures, de manière, d'une part, à éviter le surcraquage,
d'autre part, à limiter la quantité de coke déposée sur les particules, qui
s préservent ainsi une partie de leur chaleur et de leur activité pour le
craquage des hydrocarbures injectés dans la seconde chambre
réactionnelle.
Dans la deuxième chambre réactionnelle, en revanche, le
craquage se fait dans les conditions plus douces, puisque les particules
se sont en partie refroidies, voire désactivées, lors de leur passage dans
la première chambre réactionnelle. Dès lors, il s'est avéré avantageux
d'y prolonger le contact entre les particules et les hydrocarbures, de
manière à permettre un craquage suffisamment complet de ceux-ci.
Avantageusement, le temps de séjour des hydrocarbures injectés
dans la première chambre réactionnelle est compris entre 0,05 et
5 secondes, de préférence entre 0,1 et 1 secondes. Quant au temps de
séjour des hydrocarbures injectés dans la deuxième chambre
réactionnelle, il est avantageusement compris entre 0,1 et 10 secondes,
de préférence entre 0,4 et 5 secondes.
Selon un mode de réalisation préféré, l'écoulement de la charge et
du catalyseur dans la première chambre réactionnelle se fait suivant
une direction essentiellement descendante. Ladite chambre
réactionnelle peut alors être constituée d'un réacteur sensiblement
vertical à écoulement descendant du type connu sous le nom de
"downer", tel que décrit par exemple dans la demande internationale de
brevet WO 98/12279. En effet, ce type de réacteur permet un temps de
contact particulièrement bref entre les hydrocarbures et le lit fluidisé de
particules.
Selon un mode de réalisation également préféré, l'écoulement de
la charge et du catalyseur dans la deuxième chambre réactionnelle se
fait suivant une direction essentiellement ascendante. Ladite chambre
réactionnelle peut alors être constituée d'un réacteur sensiblement
vertical à écoulement ascendant, du type connu sous le nom de "riser".
En effet ce type de réacteur permet d'accéder à des temps de contact
plus longs entre les hydrocarbures et le lit fluidisé de particules.
La présente invention présente de nombreux modes de mise en
oeuvre, parmi lesquels le raffineur saura choisir celle qui est la plus
CA 02352018 2001-07-03
adaptée aux types de produits qu'il souhaite obtenir, compte tenu du
type de charges à craquer dont il dispose.
Un premier mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux
consiste à cloisonner le fractionnement de la partie lourde des effluents
5 issus des deux réacteurs. Ainsi, les effluents les plus lourds issus de
chacune des deux chambres réactionnelles sont fractionnés
séparément, tandis que les effluents les plus légers sont combinés.
Cette configuration permet de faire subir une seconde étape de
craquage à des produits lourds issus d'une première étape de craquage
10 de la charge. De manière avantageuse, ladite coupe issue du
fractionnement séparé des effluents de l'une des chambres
réactionnelles et qui est, en tout ou partie, réinjectée dans l'autre
chambre, comprend du slurry et/ou un distillat lourd du type des HCO.
Dans le domaine du raffinage pétrolier, on désigne usuellement
par HCO (de l'anglais "heavy cycle oil") une coupe lourde dont l'intervalle
d'ébullition peut s'étendre d'un point initial généralement compris entre
320 et 400 C jusqu'à un point final généralement compris entre 450 et
480 C. C'est un produit peu valorisable, riche en soufre et en composés
aromatiques, qui est généralement utilisé comme diluant des fuels
lourds.
Quant au produit dénommé communément slurry , il est
constitué du résidu de fractionnement des effluents du craquage. C'est
un produit très lourd, très visqueux, dont le point de coupe initial est
généralement compris entre 450 et 480 C. Ce résidu est d'autant plus
difficile à valoriser qu'il est particulièrement riche en composés
polyaromatiques, et qu'il comprend une proportion appréciable de fines,
c'est-à-dire de poussière provenant de l'érosion des particules
caloporteuses circulant dans l'unité.
Il est donc particulièrement judicieux de faire subir une seconde
étape de craquage à des produits lourds du type des HCO et slurry,
d'autant plus que cela permet de produire plus de produits
intermédiaires valorisables tels que les gazoles, les essences, les GPL.
Par ailleurs, pour ces modes de mise en oeuvre dans
lesquels on recycle des coupes de type lourds, il s'est avéré préférable
d'injecter de telles coupes dans la seconde chambre réactionnelle. On
évite ainsi les risques de cokéfaction prématurée des particules
caloporteuses dans la première chambre réactionnelle. On peut alors
CA 02352018 2001-07-03
= . 11
avantageusement injecter tout ou partie de la charge fraiche dans la
première chambre réactionnelle. Ainsi, selon une configuration
particulièrement avantageuse, au moins une coupe issue du
fractionnement séparé des effluents les plus lourds de la première
chambre réactionnelle est, en tout ou partie, réinjectée dans la seconde
chambre réactionnelle.
Un second mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux
consiste à cloisonner le fractionnement de la partie légère des effluents
issus des deux réacteurs. Ainsi, les effluents les plus légers issus de
chacune des deux chambres réactionnelles sont fractionnés séparément
tandis que les effluents les plus lourds sont combinés.
Cette configuration permet de faire subir une seconde étape de
craquage à des produits légers issus d'une première étape de craquage
de la charge. De manière avantageuse, ladite coupe issue du
fractionnement séparé des effluents de l'une des chambres
réactionnelles et qui est, en tout ou partie, réinjectée dans l'autre
chambre, comprend de l'essence. De manière usuelle, on désigne par
essence des coupes dont l'intervalle d'ébullition peut s'étendre d'un point
initial généralement supérieur ou égal à 20 C jusqu'à un point final
généralement compris entre 140 et 220 C. Il peut être particulièrement
avantageux pour le raffineur de faire subir une seconde étape de
craquage à ce type de produits, dans la mesure où cela augmente la
production en oléfines légères telles que par exemple des propènes et
des butènes, qui sont des produits très recherchés, en particulier pour
des utilisations en pétrochimie.
Pour ces modes de mise en oeuvre dans lesquels on recycle des
coupes de type légères, il peut être préférable d'injecter ces coupes
recyclées dans la première chambre réactionnelle. En effet, le craquage
d'essences en oléfines légères nécessitant des températures
particulièrement élevées, il s'est avéré plus efficace de réaliser une telle
conversion en présence de particules issues directement du
régénérateur. La charge fraiche peut alors être injectée, en tout ou
partie, dans la deuxième chambre réactionnelle. Ainsi, selon une
configuration particulièrement avantageuse, au moins une coupe issue
du fractionnement séparé des effluents les plus légers de la deuxième
chambre réactionnelle est, en tout ou partie, réinjectée dans la première
chambre réactionnelle.
CA 02352018 2001-07-03
12
Selon la présente invention, au moins une coupe issue du
fractionnement séparé des effluents de l'une des chambres
réactionnelles est, en tout ou en partie, réinjectée dans l'autre chambre.
Les proportions réinjectées dépendent notamment de la nature (plus ou
moins dense, plus ou moins difficile à craquer,...) des coupes
concernées. Ces proportions doivent également tenir compte des
conditions opératoires régnant dans le réacteur dans lequel de telles
coupes sont réinjectées, de manière à assurer la vaporisation complète
et le craquage des hydrocarbures recyclés. Pour chaque coupe ainsi
recyclée, la proportion réinjectée comprend avantageusement de 10 à
100% du flux de ladite coupe. Plus préférentiellement, cette proportion
est comprise entre 50 et 100 %.
Par ailleurs, chacune des coupes réinjectées peut être,
préalablement à cette réinjection, combinée à d'autres coupes
d'hydrocarbures.
Par exemple, dans le cas du fractionnement séparé des effluents
lourds avec réinjection d'une coupe visqueuse de type slurry , il peut
être particulièrement avantageux de diluer par une coupe plus légère la
fraction réinjectée de ce slurry, de manière à faciliter la réinjection. Le
diluant peut par exemple comprendre de la charge fraiche, en
particulier des charges conventionnelles du type des gazoles ou des
distillats. Le diluant peut par ailleurs comprendre par exemple des
huiles de recyclage légères ("light cycle oils", LCO) ou des huiles lourdes
de recyclage ("heavy cycle oils", HCO).
Enfin, chacune des coupes réinjectées peut, préalablement à cette
réinjection, être soumise à un ou plusieurs traitements intermédiaires.
Avantageusement, un tel traitement intermédiaire inclut un
hydrotraitement, tel que par exemple une hydrogénation, une
hydrodéaromatisation, une hydrod ésulfu ration, une hydrodéazotation.
De tels traitements sont usuellement effectués en présence de
catalyseurs connus de l'Homme du Métier, et qui comportent
généralement, déposés sur un support d'oxyde minéral réfractaire, un
ou plusieurs métaux du Groupe VIII de la Classification Périodique des
Eléments, parfois associés à d'autres métaux tels que ceux du Groupe
VI de la Classification Périodique des Eléments.
Dans la seconde chambre réactionnelle, le craquage des
hydrocarbures est réalisé en présence des particules caloporteuses
CA 02352018 2009-01-08
13
provenant de la première chambre, dans laquelle elles ont été
partiellement cokées, voire désactivées, au contact de la charge injectée
dans cette première chambre. Une variante particulièrement
avantageuse de l'invention consiste à introduire en amont de cette
seconde chambre réactionnelle, en plus des particules issues de la
première chambre réactionnelle, un appoint de particules en
provenance du régénérateur. Cette variante s'avère particulièrement
bénéfique lorsque la chaleur apportée par les particules issues de ladite
première chambre est insuffisante pour vaporiser les hydrocarbures
injectés dans la seconde chambre réactionnelle. L'appoint de particules
régénérées permet alors d'apporter une quantité de chaleur
additionnelle, et de contrôler la température régnant dans ladite
seconde chambre. Par ailleurs, lorsque lesdites particules sont de type
catalytique, ce système présente l'avantage supplémentaire d'introduire
dans la seconde chambre un appoint en sites catalytiques pleinement
actifs, de manière à optimiser les réactions de craquage des
hydrocarbures injectés dans cette seconde chambre.
De préférence, l'appoint de particules est introduit entre la zone
où s'effectue la séparation des particules et des effluents de la première
chambre réactionnelle et la zone où s'effectue l'injection des coupes
d'hydrocarbures dans la deuxième chambre réactionnelle. Ledit appoint
est avantageusement introduit de manière à assurer un mélange
homogène avec les particules issues du premier réacteur. A cet effet, un
système d'homogénéisation des lits fluidisés de particules tel que décrit
dans la demande de brevet EP N 0 960 929 au nom de la
Demanderesse peut s'avérer particulièrement utile.
L'invention met en oeuvre une colonne de fractionnement
spécifique. En effet, celle-ci doit permettre la distillation simultanée des
effluents issus des deux réacteurs, et étre agencée de manière à ce que
le fractionnement de ces deux types d'effluents soit réalisé en partie de
manière séparée, en partie de manière commune.
A cet effet, le volume intérieur de ladite colonne comprend deux
zones :
- une zone de fractionnement cloisonné, dans laquelle les
effluents issus des deux réacteurs sont fractionnés séparément, chacun
dans un compartiment, de manière à éviter tout contact entre eux, et
CA 02352018 2001-07-03
14
- une zone de fractionnement commun, dans laquelle les effluents
issus des deux réacteurs sont mélangés.
Cette ségrégation partielle des effluents issus des deux réacteurs
est réalisée à l'aide d'un cloisonnement disposé à l'intérieur de la
colonne, lequel cloisonnement sépare une partie de ladite colonne en
deux compartiments qui constituent ladite zone de fractionnement
cloisonné.
Cette colonne de fractionnement partiellement cloisonnée peut
être agencée de multiples manières, selon la partie des effluents pour
lesquels on souhaite que le fractionnement se fasse de manière séparée.
Par exemple, si l'on souhaite cloisonner le fractionnement de la
partie lourde des effluents issus de chacun des deux réacteurs, la zone
de fractionnement cloisonné correspond à la partie inférieure de la
colonne de fractionnement. Dans ce cas, différents modes de
cloisonnement peuvent être envisagés pour le dispositif selon la
présente invention.
Selon un premier mode de réalisation, la zone de fractionnement
cloisonné est séparée en deux compartiments grâce à un moyen de
séparation sensiblement vertical, s'étendant à partir du fond de la
colonne de fractionnement sur une partie de la hauteur de celle-ci. Il
peut s'agir par exemple d'une paroi verticale plane. Il peut s'agir
également d'une paroi verticale cylindrique dont l'axe de révolution est
parallèle à l'axe longitudinal de la colonne de fractionnement.
Selon un deuxième mode de réalisation, la zone de
fractionnement cloisonné est séparée en deux compartiments grâce à
un moyen de séparation sensiblement horizontal, par exemple constitué
d'un plateau s'étendant sur une section horizontale de la colonne, et
pourvu d'une ou plusieurs cheminées permettant le passage vers le
haut, vers la zone de fractionnement commun, des effluents légers issus
du compartiment inférieur audit plateau.
De manière analogue, si l'on souhaite cloisonner le
fractionnement de la partie légère des effluents issus de chacun des
deux réacteurs, la zone de fractionnement cloisonné correspond à la
partie supérieure de la colonne de fractionnement. Là encore, différents
modes de cloisonnement peuvent être mis en oeuvre.
Selon un premier mode de réalisation, la zone de fractionnement
cloisonné est séparée en deux compartiments grâce à un moyen de
CA 02352018 2001-07-03
13
séparation sensiblement vertical, s'étendant à partir de la tête de la
colonne de fractionnement sur une partie de la hauteur de celle-ci, tel
que par exemple une paroi verticale plane ou une paroi verticale
cylindrique dont l'axe de révolution est parallèle à l'axe longitudinal de
la colonne de fractionnement.
Selon un deuxième mode de réalisation, la zone de
fractionnement cloisonné est séparée en deux compartiments grâce à
un moyen de séparation sensiblement horizontal, par exemple constitué
d'un plateau s'étendant sur une section horizontale de la colonne, et
pourvu d'une ou plusieurs cheminées permettant le passage vers le bas,
vers la zone de fractionnement commun, des effluents lourds issus du
compartiment supérieur audit plateau.
Les conditions opératoires dans lesquelles fonctionne chacune des
deux chambres réactionnelles peuvent varier. Elles sont de préférence
différentes dans chacune de ces deux chambres, compte tenu des
natures différentes des hydrocarbures qui y sont injectés. D'une
manière générale, ces conditions opératoires incluent une température
de réaction comprise entre 450 et 900 C, et une pression voisine de la
pression atmosphérique. L'Homme de l'Art sait parfaitement optimiser
ces conditions en fonction du type de coupes pétrolières à craquer.
Les charges d'hydrocarbures susceptibles d'ètre craquées dans le
cadre de la présente invention peuvent être extrêmement diverses. Elles
comprennent en particulier, mais non limitativement, les charges
usuelles des procédés de craquage, comme par exemple des distillats
et/ou des gazoles issus de la distillation atmosphérique ou sous vide, des
distillats et/ou des gazoles de viscoréduction, des résidus désasphaltés.
Le procédé selon l'invention est, par ailleurs, parfaitement adapté
à la conversion de charges plus lourdes, contenant des fractions
bouillant normalement jusqu'à 700 C et plus, pouvant renfermer des
quantités élevées d'asphaltènes et présenter une teneur en carbone
Conradson allant jusqu'à 4% et au delà. Ainsi, la charge peut
comprendre des distillats lourds, des résidus de distillation
atmosphérique, voire des résidus de distillation sous vide.
Les charges injectées peuvent le cas échéant avoir reçu un
traitement préalable tel que, par exemple, un hydrotraitement en
présence d'un catalyseur approprié, par exemple un catalyseur à base
de cobalt et de molybdène déposés sur un oxyde réfractaire poreux.
CA 02352018 2001-07-03
16
Afin de faciliter son injection, surtout lorsqu'elle est visqueuse, la
charge à craquer peut par ailleurs être diluée par une ou plusieurs
coupes plus légères, qui peuvent inclure des coupes intermédiaires
issues de la zone de fractionnement des effluents de craquage. A cet
effet, les LCO ou HCO cités ci-dessus peuvent constituer d'excellents
diluants.
Dans le cadre de la présente invention, il n'apparaît pas nécessaire
de mentionner le type de particules caloporteuses, catalytiques ou non,
employé, ni les moyens de mise en circulation de telles particules sous
forme de lits fluidisés plus ou moins dilués par des fluides gazeux de
dilution, dans la mesure où ce sont des données bien connues de
l'Homme de l'Art.
Les diverses formes de mise en oeuvre de l'invention mentionnées
ci-dessus vont être décrites ci-après plus en détail, en référence aux
dessins annexés. Ceux-ci visent seulement à illustrer l'invention et n'ont
donc aucun caractère limitatif, le procédé objet de la présente invention
pouvant être mis en oeuvre suivant de très nombreuses variantes.
Sur ces dessins :
La figure 1 est une vue schématique d'un premier mode de mise en
oeuvre du procédé de craquage selon l'invention, dans lequel on cloisonne
le fractionnement de la partie lourde des effluents issus des deux
réacteurs.
Les figures 2 et 3 représentent deux variantes possibles pour la
colonne de fractionnement partiellement cloisonnée intervenant dans le
procédé illustré sur la figure 1.
La figure 4 est une vue schématique d'un second mode de mise en
oeuvre du procédé de craquage selon l'invention, dans lequel on cloisonne
le fractionnement de la partie légère des effluents issus des deux
réacteurs.
La figures 5 représente une variante possible pour la colonne de
fractionnement partiellement cloisonnée intervenant dans le procédé
illustré sur la figure 4.
La figure 1 représente une unité de craquage catalytique
comprenant deux chambres réactionnelles successives, la première à
écoulement descendant et la seconde à écoulement ascendant.
Cette unité comprend une première chambre réactionnelle
constituée d'un réacteur tubulaire 1 à flux descendant, connu sous le
CA 02352018 2001-07-03
17
nom de "downer". Ce réacteur est relié dans sa partie supérieure à une
enceinte 2, à partir de laquelle il est alimenté par un flux de particules de
catalyseur régénérées, avec un débit régulé au moyen d'une vanne 3.
La charge à craquer est acheminée par la ligne 4 et injectée dans le
réacteur 1 au moyen des injecteurs 5. Les particules de catalyseur et les
hydrocarbures s'écoulent alors de haut en bas dans le réacteur 1.
A la base du réacteur 1, le mélange débouche dans l'enceinte 6,
dans la partie supérieure de laquelle un séparateur, non représenté,
sépare les particules de catalyseur des effluents réactionnels, qui sont
ia dirigés vers la zone de fractionnement par la ligne 7. Dans la partie
inférieure de l'enceinte 6, les particules sont strippées, au moyen de
vapeur d'eau amenée par la ligne 8 au diffuseur 9.
Les particules sont ensuite évacuées par le conduit 10 hors de
l'enceinte 6, et transférées à la base de la deuxième chambre
réactionnelle. Cette dernière est constituée d'un réacteur 16 en forme de
colonne, de type connu en soi, dit élévateur de charge, ou riser. Le
réacteur 16 est alimenté à sa base par le conduit 10 en particules de
catalyseur.
En option, on peut prévoir un conduit non représenté pour
l'acheminement d'un appoint de particules régénérées provenant
directement du régénérateur 23 que l'on décrira plus en détail ci-après,
avec un débit régulé de manière à optimiser les conditions de craquage
dans ce deuxième réacteur.
Un gaz élévateur, par exemple de la vapeur d'eau, est introduit
dans la colonne 16 par la ligne 11, au moyen d'un diffuseur 19, tandis
qu'une charge comprenant une proportion substantielle d'une coupe
issue du fractionnement séparé des effluents les plus lourds du premier
réacteur 1, est acheminée au moyen de la ligne 13 et injectée dans le
réacteur 16 au moyen des injecteurs-pulvérisateurs 14. Les particules de
catalyseur et les hydrocarbures s'écoulent alors de bas en haut dans le
réacteur 16.
La colonne 16 débouche à son sommet dans une enceinte 15, qui
lui est par exemple concentrique et dans laquelle s'effectuent la
séparation de la charge craquée et le strippage des particules désactivées
de catalyseur. Les particules sont séparées de la charge traitée au moyen
d'un cyclone 17, qui est logé dans l'enceinte 15, au sommet de laquelle
est prévue une ligne d'évacuation 18 des effluents du deuxième réacteur
CA 02352018 2001-07-03
18
16, lesquels sont acheminés vers la zone de fractionnement. Les
particules désactivées se déplacent par gravité vers la base de l'enceinte
15. Une ligne 20 alimente en fluide de strippage, généralement de la
vapeur d'eau, des injecteurs ou diffuseurs 21 de gaz de fluidisation
disposés régulièrement à la base de l'enceinte 15.
Les particules sont ensuite évacuées à la base de l'enceinte 15 vers
un régénérateur 23, par l'intermédiaire du conduit 22. Dans le
régénérateur 23, le coke déposé sur les particules est brûlé à l'aide d'air
ou d'un autre gaz riche en oxygène, injecté à la base du régénérateur 23
par une ligne 24, qui alimente des injecteurs ou diffuseurs 25
régulièrement espacés. Les particules entraînées par le gaz de
combustion sont séparées par des cyclones 26, et le gaz de combustion
est évacué par une ligne 27, tandis que les particules s'écoulent vers la
base de l'enceinte 23, d'où elles sont recyclées par le conduit 28 vers
l'enceinte 2 d'alimentation du premier réacteur 1.
Les effluents réactionnels issus de chacun des réacteurs 1 et 16
sont acheminés respectivement par les lignes 7 et 18 vers la colonne de
fractionnement 12. Cette dernière est constituée de deux zones : une
zone inférieure 40 de fractionnement cloisonné, et une zone supérieure
41 de fractionnement commun. La zone 40 de fractionnement cloisonné
est divisée en deux compartiments 38 et 39 par un moyen de séparation
37, constitué d'une paroi verticale plane, s'étendant à partir du fond de
la colonne 12 sur une partie de la hauteur de celle-ci.
Conformément à l'invention, les lignes 7 et 18 d'arnenée des
effluents des deux réacteurs débouchent de part et d'autre du moyen de
séparation 37, dans les compartiments respectifs 39 et 38, dans lesquels
les produits lourds correspondants sont fractionnés séparément. Ces
produits correspondent à des résidus de distillation ou slurry , dont le
point de coupe initial est de préférence choisi à une valeur comprise
entre 450 et 480 C.
Les deux compartiments 38 et 39 communiquent avec la zone de
fractionnement commun 41, située dans la partie supérieure de la
colonne 12, et dans laquelle s'effectue le fractionnement des produits
plus légers contenus dans les effluents combinés des deux réacteurs 1 et
16.
Le fractionnement par distillation de ces fractions plus légères est
réalisé de manière classique, afin d'obtenir les produits recherchés. En
CA 02352018 2001-07-03
19
particulier, l'homme de l'Art sait parfaitement choisir les points de
coupes en fonction des produits qu'il souhaite obtenir.
Traditionnellement, cette distillation est réalisée de manière à isoler ;
- les produits gazeux aux conditions normales de température et
de pression (hydrocarbures en Cl à C4), soutirés par la ligne 43 ;
- une coupe d'essences, dont l'intervalle d'ébullition peut aller de
20 C jusque vers 140-220 C, soutirée par la ligne 44 ;
- une coupe de type gazole ou LCO, dont l'intervalle d'ébullition
s'étend généralement de 140-220 C jusque vers 320-400 C, soutirée par
la ligne 45.
- une coupe de type distillat ou HCO, dont l'intervalle d'ébullition
s'étend généralement de 320-400 C jusque vers 450-480 C, soutirée par
la ligne 46.
Bien entendu, la zone de fractionnement peut parfaitement
comprendre des colonnes additionnelles classiques non représentées,
couplées à la colonne 12, dans lesquelles peut être effectué une partie du
fractionnement des effluents communs décrit ci-dessus et/ou des
fractionnements ultérieurs.
Dans le procédé représenté ici, seuls les résidus des effluents des
deux réacteurs sont fractionnés séparément. Il est bien entendu tout-à-
fait possible de fractionner de manière séparée d'autres produits lourds
tels qu'en particulier le HCO, voire le LCO, de manière à recycler tout ou
partie de ceux-ci vers le second réacteur 16, seuls ou en mélange avec le
slurry. Pour cela, il suffit d'utiliser un moyen de séparation 37 s'étendant
sur une hauteur plus importante de la colonne 12, de manière à ce que
la zone de fractionnement cloisonné 40 comprenne également la zone de
distillation et de soutirage du HCO (voire du LCO).
Les résidus condensés dans les compartiments 38 et 39 sont
soutirés respectivement par les lignes 42 et 13. La coupe soutirée par la
ligne 13, qui correspond au slurry issu du fractionnement séparé des
effluents de la première chambre réactionnelle 1, est, conformément à
l'invention, recyclée vers la deuxième chambre réactionnelle 16. En
option, la ligne 47 permet de diluer cette fraction de fond par une coupe
moins visqueuse, par exemple tout ou partie de la coupe HCO soutirée
par la ligne 46. En option également, la ligne 48 permet de soutirer une
partie de ladite fraction de fond, de manière à n'en injecter qu'une
proportion donnée dans le réacteur 16.
CA 02352018 2001-07-03
Quant à la coupe soutirée par la ligne 42, elle correspond au
slurry issu du fractionnement séparé des effluents de la deuxième
chambre réactionnelle 16. Cette coupe, qui comprend des composés
particulièrement réfractaires non convertis après craquage successif
5 dans chacun des deux réacteurs, peut être par exemple évacuée de
l'unité.
La figure 2, sur laquelle les organes déjà décrits en relation avec
la figure 1 sont désignés par les mèmes chiffres de référence, représente
une première variante de réalisation de la colonne de fractionnement
10 12, qui fait apparaitre un autre moyen de cloisonner la partie inférieure
40 de ladite colonne.
Sur cette figure, la colonne 12 comprend un moyen de séparation
constitué, comme dans la figure 1, d'un cloisonnement sensiblement
vertical, s'étendant à partir du fond de la colonne 12. Toutefois, cet
15 élément de cloisonnement se compose ici d'une paroi verticale
cylindrique 37' dont l'axe de révolution est parallèle à l'axe longitudinal
de la colonne 12. Cet élément cylindrique est disposé intérieurement et
concentriquement à la paroi de la colonne 12, et il s'étend à partir du
fond de celle-ci sur une hauteur suffisante, partageant ainsi la zone de
20 fractionnement cloisonnée 40 en deux compartiments 39 et 38, dans
lesquels débouchent respectivement la ligne 7 d'acheminement des
effluents de la première chambre réactionnelle 1, et la ligne 18
d'acheminement des effluents de la seconde chambre réactionnelle 16.
Dans cette configuration, les deux compartiments 38 et 39 sont donc
concentriques.
Chaque compartiment 38 et 39 communique directement avec la
zone de fractionnement commun 41 située au-dessus, dans laquelle
s'effectue, de manière classique, le fractionnement des produits plus
légers contenus dans les effluents combinés des deux réacteurs.
Dans la variante présentée sur la figure 2, l'élément de
cloisonnement 37' s'étend sur une hauteur plus importante de la
colonne 12, de manière à couvrir également la zone de distillation des
coupes de type HCO. Par ailleurs, on ne sépare pas le HCO du slurry, si
bien que les résidus, soutirés par les lignes 42 et 13 dans le fond de
chacun des deux compartiments respectifs 38 et 39, sont constitués
d'un mélange de ces deux types de produits.
CA 02352018 2001-07-03
21
Le résidu soutiré par la ligne 13, constitué d'un mélange de HCO
et de slurry issu du fractionnement séparé des effluents lourds de la
première chambre réactionnelle 1, est, conformément à l'invention,
recyclé en tout ou partie vers la deuxième chambre réactionnelle 16.
Bien entendu, les lignes d'alimentation 7 et 18 peuvent tout à fait
être interverties, à condition d'intervertir également les deux lignes 13 et
42 de soutirage des produits correspondants.
La figure 3, sur laquelle les organes déjà décrits en relation avec
la figure 1 sont à nouveau désignés par les mêmes chiffres de référence,
représente une seconde variante de réalisation de la colonne de
fractionnement 12 de cette figure 1, dans laquelle le moyen 37" de
séparation de la zone inférieure 40 de fractionnement cloisonné est de
type horizontal.
Sur cette figure, la zone 40 comprend un cloisonnement interne
constitué d'un plateau horizontal 37", lequel est dimensionné de
manière à. recouvrir la totalité de la section transversale de la colonne
12 et à être en contact étanche avec la paroi verticale interne de celle-ci.
Ce cloisonnement délimite un premier compartiment supérieur
39, dans lequel débouche la ligne 7 d'acheminement des effluents de la
première chambre réactionnelle 1, et un second compartiment inférieur
38, dans lequel débouche la ligne 18 d'acheminement des effluents de
la seconde chambre réactionnelle 16. Dans cette configuration, les deux
compartiments 38 et 39 sont donc disposées l'un au dessus de l'autre.
Chaque compartiment, 38, 39, communique directement avec la
zone de fractionnement commun 41 située au-dessus. En effet, le
plateau 37" est pourvu d'au moins une cheminée 50, qui permet le
passage vers le haut, vers ladite zone de fractionnement commun 41,
des produits vaporisés provenant du compartiment 38 inférieur au
plateau 37". Ainsi, les effluents les plus légers issus de la seconde
chambre réactionnelle 16 remontent-ils via cette cheminée vers la zone
commune 41, où ils sont fractionnés et soutirés par les lignes 43, 44 et
45, en mélange avec les effluents légers issus de la première chambre
réactionnelle 1.
La cheminée 50 est surmontée d'une coiffe 51, par exemple
conique, qui permet d'éviter que des hydrocarbures ne passent du
compartiment supérieur 39 au compartiment inférieur 38. Ce système
CA 02352018 2001-07-03
22
permet donc d'assurer une parfaite ségrégation des effluents lourds
issus des deux réacteurs 1 et 16.
La coupe soutirée par la ligne 13 du compartiment 39 de
fractionnement cloisonné des effluents lourds issus de la première
chambre réactionnelle 1 est, conformément à l'invention, recyclée en
tout ou partie vers la deuxième chambre réactionnelle 16.
Dans cette variante comme dans celle présentée à la figure 2, les
lignes d'alimentation 7 et 18 peuvent être interverties (le fractionnement
séparé des effluents lourds du premier réacteur 1 est alors effectué
dans le compartiment inférieur 38, tandis que le fractionnement séparé
des effluents lourds du second réacteur 16 est effectué dans le
compartiment supérieur 39), à condition d'intervertir également les
deux lignes 13 et 42 de soutirage des produits correspondants.
La figure 4 représente également une unité de craquage catalytique
comprenant, comme celle présentée figure 1, une première chambre
réactionnelle 1 à écoulement descendant et une seconde chambre
réactionnelle 16 à écoulement ascendant. Cette unité comporte de
nombreux éléments communs avec l'unité présentée à la figure 1 et
désignés par les mémes chiffres de référence, de sorte que seuls les
éléments différents seront décrits ci-après.
Le procédé illustré sur cette figure 4 correspond à un mode de
réalisation de l'invention, dans lequel on fractionne séparément les
effluents les plus légers provenant de chacun des deux réacteurs 1 et
16, afin de réinjecter dans l'un d'eux des produits légers issus de
l'autre.
A cet effet, la colonne de fractionnement 12 comprend une zone
supérieure 40 de fractionnement cloisonné des effluents légers, et une
zone inférieure 41 de fractionnement commun des effluents lourds. La
zone 40 de fractionnement cloisonné est divisée en deux compartiments
38 et 39 par un moyen de séparation 37, constitué d'une paroi verticale
plane s'étendant vers le bas à partir de la tète de la colonne 12, sur une
partie de la hauteur de celle-ci.
Conformément à l'invention, les lignes 7 et 18 d'amenée des
effluents des réacteurs respectifs 1 et 16 débouchent de part et d'autre
du moyen de séparation 37, dans les compartiments respectifs 39 et 38,
dans lesquels les produits légers correspondants sont fractionnés
séparément, de manière à isoler :
CA 02352018 2001-07-03
23
- les produits gazeux aux conditions normales de température et
de pression (hydrocarbures en Cl à C4), soutirés respectivement des
compartiments 38 et 39 par les lignes 43a et 43b ;
- deux coupes de type essences, dont l'intervalle d'ébullition peut
aller de 20 C jusque vers 140-220 C, soutirées respectivement des
compartiments 38 et 39 par les lignes 44a et 44b .
La coupe d'essence soutirée par la ligne 44a, issue du
fractionnement séparé des effluents les plus légers de la deuxième
chambre réactionnelle, est acheminée vers les injecteurs 5, à partir
desquels elle est réinjectée dans la première chambre réactionnelle 1. En
effet, bien que, dans le cadre de l'invention, il soit tout à fait possible de
recycler cette coupe vers la deuxième chambre réactionnelle 16,il s'est
avéré plus efiicace de craquer une telle coupe dans la première chambre
1, au contact des particules de température maximale provenant
directement du régénérateur 23. Dès lors, la charge fraîche peut être en
tout ou partie injectée dans le second réacteur 16. A cet effet, elle est
acheminée aux injecteurs 14 via la ligne 52.
Dans la zone 41 de fractionnement commun de la colonne 12,
s'effectue, de manière classique, le fractionnement des produits plus
lourds contenus dans les effluents combinés des deux réacteurs 1 et 16,
de manière à isoler :
- une coupe de type gazole ou LCO, dont l'intervalle d'ébullition
s'étend généralement de 140-220 C jusque vers 320-400 C, soutirée par
la ligne 45 ;
- une coupe de type distillat ou HCO, dont l'intervalle d'ébullition
s'étend généralement de 320-400 C jusque vers 450-480 C, soutirée par
la ligne 46 ;
- un résidu de distillation ou slurry , dont le point de coupe
initial est généralement choisi à une valeur comprise entre 450 et 480 C,
soutiré par la ligne 53.
La figure 5, où les organes déjà décrits en relation avec la figure 4
sont désignés par les mêmes chiffres de référence, représente une
variante de réalisation de la colonne de fractionnement 12 de cette
figure 4, dans laquelle le moyen 37"de séparation de la zone supérieure
40 de fractionnement cloisonné est de type horizontal.
Sur cette figure 5, la zone 40 comprend un cloisonnement interne
constitué d'un plateau horizontal 37", dimensionné de manière à
CA 02352018 2001-07-03
24
recouvrir la totalité de la section transversale de la colonne 12 et à être
en contact étanche avec la paroi verticale interne de celle.
Ce cloisonnement délimite un premier compartiment supérieur
39, dans lequel débouche la ligne 7 d'acheminement des effluents de la
première chambre réactionnelle 1, et un second compartiment inférieur
38, dans lequel débouche la ligne 18 d'acheminement des effluents de
la seconde chambre réactionnelle 16.
Chaque compartiment 38, 39 communique directement avec la
zone de fractionnement commun 41 située au-dessous. En effet, le
plateau 37" est pourvu d'au moins une cheminé 50, qui permet le
passage vers le bas, vers ladite zone de fractionnement commun 41, des
produits lourds provenant du compartiment 39 supérieur au plateau
37". Ainsi, les effluents les plus lourds issus de la première chambre
réactionnelle 1 descendent-ils via cette cheminé vers la zone commune
41, où ils sont fractionnés et soutirés par les lignes 45, 46 et 53, en
mélange avec les effluents lourds issus de la deuxième chambre
réactionnelle 16.
La cheminé 50 est pourvue d'une zhicane 51, par exemple
conique, qui permet d'éviter que des hydrocarbures ne passent du
compartiment inférieur 38 au compartiment supérieur 39. Ce système
permet donc d'assurer une parfaite ségrégation des effluents légers
issus des deux réacteurs 1 et 16.
La coupe d'essences soutirée par la ligne 44a du compartiment 38
de fractionnement cloisonné des effluents légers issus de la deuxième
chambre réactionnelle 16 est, conformément à l'invention, recyclée en
tout ou partie vers la première chambre réactionnelle 1.
Les exemples ci-après, qui n'ont pas de caractère limitatif, sont
uniquement destinés à illustrer la mise en ceuvre de l'invention et les
avantages de celle-ci.
EXEMPLES
Exemple 1 :
Deux essais de craquage catalytique ont été effectués à partir d'une
charge pétrolière lourde, constituée d'un mélange de 50% en poids de
résidu atmosphérique et de 50% en poids de distillat sous vide,
provenant tous deux de la distillation d'un pétrole brut de type Kirkuk.
Le premier essai a été réalisé dans une unité expérimentale de
craquage catalytique conforme à celle représentée sur la Figure 1, qui
CA 02352018 2001-07-03
comporte deux chambres réactionnelles successives (1 ;16), la première
(1) à écoulement descendant ("downer"), et la seconde (16) à écoulement
ascendant ("riser"). Le catalyseur utilisé est un catalyseur commercial
classique, de type zéolithique. Conformément à l'invention, les effluents
5 de chacune de ces deux chambres réactionnelles sont dirigés vers une
même colonne de fractionnement (12), cloisonnée dans sa partie
inférieure (40) par une paroi verticale plane (37). La charge fraîche est
injectée dans la première chambre réactionnelle (1), tandis que dans la
seconde chambre réactionnelle (16) on recycle une coupe issue du
10 fractionnement séparé des effluents de la première chambre (1).
Par ailleurs, un essai comparatif (essai n 2) a été réalisé dans les
mêmes conditions, mais en remplaçant la colonne de fractionnement
partiellement cloisonnée (12) par une colonne classique, dans laquelle les
effluents de chacune des deux chambres (1 ;16) sont combinés et
15 fractionnés de manière traditionnelle. La charge fraîche est injectée dans
la première chambre réactionnelle (1), tandis que dans la seconde
chambre réactionnelle (16) on recycle une coupe issue du fractionnement
des effluents combinés des deux chambres.
Dans ces deux essais, la coupe recyclée dans la seconde chambre
20 réactionnelle (16) correspond à un distillat lourd ou HCO, d'intervalle
d'ébullition s'étendant de 380 C à 480 C. Dans l'essai 1 conforme à
l'invention, la totalité du HCO provenant du fractionnement cloisonné
des effluents de la première chambre réactionnelle (1) est injectée dans la
deuxième chambre réactionnelle (16). Dans l'essai comparatif 2, le taux
25 de recycle (rapport de la quantité de HCO recyclée dans la deuxième
chambre réactionnelle à la quantité totale de HCO produite dans l'unité)
est de 0,8.
Les conditions opératoires, identiques dans les deux essais, sont les
suivantes
- Température de sortie de la première chambre réactionnelle (1)
540 C
- Température de sortie de la deuxième chambre réactionnelle (16)
515 C
- Rapport C/O dans la première chambre réactionnelle (1) (rapport
massique entre la quantité de catalyseur C et celle O de la charge
injectée dans cette chambre) : 6
- Rapport C/O dans la deuxième chambre réactionnelle (16) 8
CA 02352018 2001-07-03
26
- Température du régénérateur (23) : 690 C
Le tableau qui suit résume les résultats obtenus, en terme de taux
de conversion de la coupe HCO recyclée dans la deuxième chambre
réactionnelle (i.e. quantité de HCO converti / quantité de HCO recyclé), et
de rendement en produits de conversion (i.e. poids de produit obtenu /
poids de HCO converti).
Essai 1 Essai 2
(comparatifl
Rendements:
Taux de conversion (% en poids) 34,6 24,5
Rendement en gaz secs (% en poids) 2,2 1,5
Rendement en GPL (% en poids) 5,8 4,3
Rendement en essence (% en poids) 13,1 10,1
Rendement en LCO (% en poids) 20,0 20,8
Rendement en slurry (% en poids) 45,4 54,7
Rendement en coke (% en poids) 13,5 8,6
Dans le tableau ci-dessus, les produits obtenus sont définis
comme suit:
- gaz secs: hydrocarbures légers à 1 ou 2 atomes de carbone et
hydrogène sulfuré (HzS);
- GPL: hydrocarbures légers à 3 ou 4 atomes de carbone;
- essence: coupe d'hydrocarbures dont l'intervalle d'ébullition s'étend de
C jusqu'à 220 C;
15 - LCO: coupe d'hydrocarbures dont l'intervalle d'ébullition s'étend de
220 C jusqu'à 380 C;
- slurry: résidu de distillation, qui contient des quantités importantes de
poussières de catalyseur et dont l'intervalle d'ébullition s'étend à partir
de 480 C.
20 Les résultats ci-dessus montrent qu'il est beaucoup plus
avantageux de recycler au second réacteur du HCO provenant du
fractionnement cloisonné des effluents du premier réacteur (essai 1),
que de recycler du HCO provenant du fractionnement des effluents
combinés des deux réacteurs (essai 2).
En effet, dans le premier cas, la coupe de HCO recyclée ne
contient que des hydrocarbures issus d'un premier craquage de la
charge fraîche, tandis que dans le second cas elle contient également
CA 02352018 2001-07-03
27
des hydrocarbures issus de la deuxième chambre, non convertis après
passage dans les deux réacteurs successifs, donc particulièrement
réfractaires au craquage, et qui "tournent en rond" dans l'unité. Dans
l'essai 1 réalisé conformément à l'invention, l'élimination de tels
composés gràce au système de fractionnement cloisonné améliore
notablement la qualité du craquage dans la seconde chambre
réactionnelle. On constate en effet que cette conversion est à la fois plus
complète (augmentation de 10 points du taux de conversion), et plus
sélective (forte diminution du rendement en en slurry, qui est un
produit particulièrement indésirable, au profit d'une augmentation des
rendements produits intermédiaires recherchés, tels que les essences et
les GPL).
Exemple 2 :
Dans cet exemple, deux essais (respectivement 3 et 4) ont été
réalisés dans les mémes unités et dans les mémes conditions
opératoires que les essais respectifs 1 et 2 de l'exemple 1, à la différence
près que cette fois la coupe recyclée dans la seconde chambre
réactionnelle (16) est une coupe de type gazole ou LCO (d'intervalle
d'ébullition s'étendant de 220 C à 380 C). Dans l'essai 3 conforme à
l'invention, la totalité du LCO provenant du fractionnement cloisonné des
effluents de la première chambre réactionnelle (1) est injectée dans la
deuxième chambre réactionnelle (16). Dans l'essai comparatif 4, le taux
de recycle (rapport de la quantité de LCO recyclé dans la deuxième
chambre réactionnelle à la quantité totale de LCO produite dans l'unité)
est de 0,8. La charge fraîche utilisée est la mème que dans l'exemple 1.
Pour chacun de ces deux essais, on a déterminé les propriétés de
la coupe de LCO recyclée dans la seconde chambre réactionnelle. Le
tableau ci-dessous illustre les résultats obtenus :
Essai 3 Essai 4
(comparatifl
Propriétés de la coupe de recycle :
Densité (à 15 C) 0,9522 0,9543
Viscosité (à 50 C) 2,76 2,98
Teneur en soufre (% en poids) 2,59 2,71
Teneur en hydrogène moléculaire 10,10 9,79
(% en poids)
CA 02352018 2001-07-03
28
Les résultats ci-dessus illustrent, d'une manière complémentaire
à ceux de l'exemple 1, certains avantages apportés par l'invention.
On constate en effet que, dans l'essai 3 effectué conformément à
l'invention, la coupe de recycle est de qualité nettement supérieure à
celle obtenue dans l'essai comparatif 4. Dans l'essai 3, cette coupe est
moins lourde, moins visqueuse, moins riche en impuretés soufrées ; la
teneur en hydrogène des hydrocarbures qu'elle contient est plus élevée.
Cette coupe est donc moins riche en hydrocarbures lourds, en
particulier en composés polyaromatiques particulièrement réfractaires
au craquage.
Cet exemple illustre donc le fait que, dans le procédé selon
l'invention, les qualités de la coupe de recycle sont supérieures, ce qui
contribue à de meilleurs rendements, une meilleure sélectivité et une
meilleure qualité des produits obtenus lors du craquage de cette coupe
dans la seconde chambre réactionnelle 16.
Exemple 3 =
Dans cet exemple, on utilise une unité expérimentale de craquage
catalytique conforme à celle représentée sur la Figure 4, qui comporte
deux chambres réactionnelles successives (1 ;16), la première (1) à
écoulement descendant ("downer"), et la seconde (16) à écoulement
ascendant ("riser"). Le catalyseur utilisé est un catalyseur commercial
classique, de type zéolithique.
Un premier essai (essai n S) est réalisé conformément à l'invention
les effluents de chacune de ces deux chambres réactionnelles sont
dirigés vers une mème colonne de fractionnement (12), cloisonnée dans
sa partie supérieure (40) par une paroi verticale plane (37). La charge
fraîche est injectée dans la deuxième chainbre réactionnelle (16), tandis
que dans la première chambre réactionnelle (1) on recycle une coupe
issue du fractionnement séparé des effluents de la deuxième chambre
(16).
Par ailleurs, un essai comparatif (essai n 6) a été réalisé dans les
mêmes conditions, mais en remplaçant la colonne de fractionnement
partiellement cloisonnée (12) par une colonne classique, dans laquelle les
effluents de chacune des deux chambres (1 ;16) sont combinés et
fractionnés de manière traditionnelle. La charge fraîche est injectée dans
la deuxième chambre réactionnelle (16), tandis que dans la première
CA 02352018 2001-07-03
29
chambre réactionnelle (1) on recycle une coupe issue du fractionnement
des effluents combinés des deux chambres.
Dans ces deux essais, la coupe recyclée dans la première chambre
réactionnelle (1) est une essence légère (d'intervalle d'ébullition
s'étendant de 20 C à 220 C). Dans l'essai 5 conforme à l'invention, la
totalité de l'essence provenant du fractionnement cloisonné des effluents
de la deuxième chambre réactionnelle (16) est injectée dans la première
chambre réactionnelle (1). Dans l'essai comparatif 6, le taux de recycle
(rapport de la quantité d'essence recyclée dans la première chambre
réactionnelle à la quantité totale d'essence produite dans l'unité) est de
0,8.
La charge fraîche utilisée est la même que dans l'exemple 1, et les
conditions opératoires, identiques dans les deux essais, sont les
suivantes :
- Température de sortie de la première chambre réactionnelle (1)
540 C
- Température de sortie de la deuxième chambre réactionnelle (16)
515 C
- Rapport C/O dans la première chambre réactionnelle (1) : 8
- Rapport C/O dans la deuxième chambre réactionnelle (16) : 6
- Température du régénérateur (23) : 690 C
Pour chacun de ces deux essais, on a déterminé les propriétés de
la coupe d'essence recyclée dans la première chambre réactionnelle (1).
Le tableau ci-dessous illustre les résultats obtenus
Essai 5 Essai 6
(çomparatifl
Propriétés de la coupe de recycle:
Densité (à 15 C) 0,7130 0,7289
Teneur en soufre (% en poids) 0,063 0,078
Teneur en hydrogène moléculaire 14,30 13,77
(% en poids)
Teneur en composés aromatiques 16,0 17,5
(% en poids)
Là encore, on constate que dans l'essai 5 effectué conformément à
l'invention, la coupe de recycle est de qualité nettement supérieure à
celle obtenue dans l'essai comparatif 6. En effet, dans l'essai 5 cette
CA 02352018 2001-07-03
coupe est moins lourde, moins riche en impuretés soufrés ; sa teneur
en hydrogène moléculaire est plus élevée, et sa teneur en hydrocarbures
aromatiques est moindre. Il en résulte, lors du craquage d'une telle
coupe dans la première charnbre réactionnelle (1), non seulement des
5 rendements plus élevés, mais également de meilleures qualités des
produits de craquage.
De manière générale, les exemples ci-dessus illustrent
parfaitement quelques-uns des nombreux avantages apportés par la
présente invention. En particulier, ils montrent que l'invention permet
10 de recycler de manière optimale certaines coupes d'hydrocarbures
issues d'une première étape de craquage de la charge fralche, ce qui
permet d'augmenter de manière substantielle le rendement total de
conversion de cette charge, avec une sélectivité accrue en faveur des
produits spécifiques recherchés.
