<Desc/Clms Page number 1>
" Proosdé et appareil pour la mise en contact de matières solides et de gaz ".
La présente invention concerne un procédé et un appa- reil pour la mise en contact d'une matière solide sous forme finement divisée avec des produits gazeux et elle concerne plus particulièrement un procédé et un appareil dans lequel une matière solide sous forme finement divisée est mélangée à, un fluide gazeux et le mélange résultant est envoyé è tra-. vers .une zone de traitement,
L'invention trouve son application dans les opérations industrielles de différents types dans lesquelles des mati- res solides finement divisées sont mélangées à un courant de gaz et de vapeur d'une manière continue en vue de provoquer des changements physiques ou chimiques dans les gas ou les matières solides ou dans les deux.
Des exemples d'opérations dans lesquelles les matières solides sont soumises à l'action de gaz et dans lesquelles des phases de l'invention p'euvent être appliquées sont : la, carbonisation à basse température de charbon, la produc- tion de gaz à l'eau à partir de charbon, la distillation du bois, de schiste huileux ou de charbon, le traitement de minerais tel que la réduction et le'grillage de divers mine- rais métalliques, le séchage de matieres solides, etc...
Des exemples d'opérations non-catalytiques dans lesquel- les les gaz sont soumis à l'action de solides et dans lesquels certaines phases de l'invention trouvent leur application sont :
L'oxydation de gaz par différents oxydes solides, la sé- paration et la purification de gaz des absorbants solides tels que le carbone activé et les gels d'oxyde comme dans le condi- tionnement de l'air, et la, récupération de vapeurs hors de gas 'comme dans la récupération de solvants de gaz dans les établissements de nettoyage à sec et de peinture,la réupé- ration des constituants de gazoline du gaznaturel, ou du gas de raffinerie aya.nt subi le cracking,, etc.,
la séparation de gaz ou de vapeurs par absorption sélective comprenant l'enlè- vement sélectif d'hydrocarbures à point d'ébullition élevé d'hydrocarbures à bas point d'ébullition.
Une troisième classe de procédé dans laquelle l'invention
<Desc/Clms Page number 2>
trouve son application est celle dans laquelle des matières finement divisées agissent comme catalyseur pour provoquer des réactions de gaz. On peut mentionner comme exemples différentes
EMI2.1
réactions organiques impliquant une oxvdation,une réduction,un chlorae, une-hydratation, une déshydratation, etc. et plus
EMI2.2
particulièrement différentes r4aations d'hydrocarbures dans lesquelles des catalyseurs solides ou des agents de traitement
EMI2.3
peuvent être employés, comme dans le crakin, l'hydropnation, 19 déshydrogénation, la polymérisation, l'alkylation, le désal- kylqtion, llisom.4risp.,tion, l'aromatisation, la désulfuration, la synthèse d'hydrocarbures partir de l'oxyde de carbone, et d'hydrocène, etc..
L'invention dans ses phases plus particu- lières est dirigée spécialement vers les procédas dans lesquels la matière solide après avoir passé à travers la zone de traitement, est séparée du courant de gaz et de vapeur et est renvoyée à la zone de traitement. Elle s'applique en par-
EMI2.4
ticulier à des opérations dans lesquelles il est désirable (1) de réactiver ou de régénérer le s poudres du catalyseur avant
EMI2.5
de renvoyer celles-ci k la one de traitement, comme dans la conversion catalytique-d'huiles hydrocarburées ou de vapeur ou (3) d'ajouter ou d'extraire rapidement la chaleur de la zone de traitement dans laquelle s'effectuent des réactions fortement exothermiques ou endothermiques.
La présente invention a pour but général la fourniture d'un procédé et d'un appareil pour mettre en contact des ma- -tières solides avec des gaz, comportant un mélange de matiè- res solides finement divisées dans un courant gazeux et le transport du mélange résultant à, travers une zone de traite- ment d'une manière continue,l'appareil étant plus simple et plus économique-à construire et à. faire fonctionner et le- procède n'étant pas sujet aux difficultés de fonctionnement rencontrées jusqu'à présent dans les opérations de ce genre.
D'autres buts et avantages plus particuliers de l'inven- tion résulteront de la description plus détaillée qui suit.
L'invention dans son ensemble comprend une opération complète unitaire impliquant un traitement de r éaction et de régénération de la matière pulvérisée dans un circuit fermé et embrasse également certaines combinaisons et sous-combinaisons d'opérations et d'éléments, comme on l'a spécifié aux reven-
EMI2.6
dications..
L'invention sera décrite à titre.d'exemple avec référence particulière au cracking catalytique d'huiles de pétrole,au- quel il a été trouvé particulièrement applicable, mais il est bien entendu, d'après l'exposé qui précède, que l'invention dans son sens le plus large a une application plus générale.
Pour la compréhension de l'invention on se reportera maintenant aux dessins annexés dans lesquels :
La fig.l est une vue schématique en élévation:d'une par- tie de l'appareil suivant la présente invention,
La fig. 1A est un prolongement de la fig.l, montrant le restant de l'appareil.
EMI2.7
Sur la figel du dessin le chiffre de référence 10 désigne une conduite de charge par-laquelle l'huile devant subir le cracking est introduite dans le système. Cette huile peut être un condensat propre tel que l'huile à gaz ou une matière résiduelle telle qu'un résidu amélioré ou réduit.
L'huile introduite dans le système par la conduite 10 traverse d'abord un échangeur de chaleur 11 dans lequel 1''huile
EMI2.8
passe en relation d'échange de chaleur avec des gaz de régéné- ration-épuisés, comme on le décrira ci-après. L'huile venant de
<Desc/Clms Page number 3>
l'échangeur.de chaleur 11 passe par la conduite 12 dans un second échangeur de -chaleur 13 où elle est chauffée davantage parl'échange de chaleur avec de la matière catalytique pulvé- risée retirée de la zone de régénération décrite plus loin, L' huile qui a passé à travers l'échangeur de chaleur 13 est transférée par les conduites 14 et 15 vers un serpentin de vaporisation 16', situé dans un four 17,
où'elle est chauffée rapidement à une température suffisante pour vaporiser au moins une partie notable de l'huile. Si on le désire, de la vapeur ou un autre gaz de dégagement peut être introduit dans l'huile par la conduite 18 avant ou pendant son passade dans le serpentin de vaporisation 16, pour faciliter la vaporisa- tion de l'huile.
Les produits venant du serpentin de vaporisation 16 peu- vent passer par la conduite de transfert 19 vers un séparateur 21 pour séparer les vapeurs du résidu non vaporisé. La vapeur ou un autre agent de dégagement supplémentaire peut être.in- troduit dans le séparateur 21 par la conduite 22. Le résidu non vaporisé séparé dans le séparateur 21 peut être enlevé de celui-ci par la conduite 23. Les vapeurs libérées dans le sé- parateur 21 sortent par le haut par la conduite 24.
Dans les cas dans lesquels l'huile à traiter est un con- densat propre, le séparateur 21 peut être supprimé ou l'huile venant du serpentin de vaporisation 16 peut contourner le sé- parateur 21 par la conduite 25.
Les vapeurs libérées dans le séparateur 21 constituent la matière de charge pour l'huile de cracking catalytique. Ces vapeurs peuvent passer par les conduits 24 et 25 vers un con- duit 27 dans lesquels les vapeurs se mélangent en une matière catalytique pulvérisée introduite dans le conduit d'une ma- nière décrite plus loin, La dispersion,résultant de vapeurs d'huile et de matière pulvérisée passe par le conduit 27 vers un récipient de cracking 89 ( voir figlA).
Dans certains cas il est désirable de chauffer davantage les vapeurs d'huile venant du séparateur 21. En pareils cas, les vapeurs de la conduite 24 peuvent être envoyées à travers un serpentin de surchauffeur 31 ou un autre dispositif de chauffage pour recevoir la chaleur désirée..
La quantité de catalyseur introduite dans les vapeurs d' huile se rendant dans la chambre de réaction 29 peut varier dans des limites étendues dépendant d'un certain nombre de facteurs tels que les caractéristiques de l'huile à soumettre au caracking,l'activité du catalyseur et le degré de conversion désiré, Eh général la quantité de catalyseur ainsi introduite peut être entre les limites de 0,5 20 parties du catalyseur par partie d'huile,en poids*
Le fond de la chambre de réaction peut être pourvu d'une plaque perforée 32 à, travers laquelle la dispersion,passe.La fonction de cette plaque est de répartir uniformément la dis- persion dans toute la section transversale du récipient de cracking.
Le récipient de cracking est fait sous des dimensions telles que la conversion désirée est ..obtenue à des vitesses relativement faibles telles que de 0,5 à IO pieds par seconde.
A cause des vitesses relativement faibles auxquelles les gaz s'écoulent à travers le circuit, la poudre tend à se déposer hors du gaz. Il en présulte qu'il y a un glissement considéra,- ble entre les particules solides et les vapeurs, de sorte qu'on obtient un mélange continu du gas et des matières soli- des. En outre la densité de la suspension ou de la dispersion
<Desc/Clms Page number 4>
'dans la zone. de réaction sera beaucoup plus grande que la densité du courant passant vers la zone de réaction ou que les porprotions relatives de catalyseur et des vapeurs d'huile introduites dans la zone.
La densité du mélange doit être au moins deux fois aussi grande que celle du courant passant vers la zone: En d'autres termes,la vitesse des gaz passant à tra- vers l'orane de réaction est de préférence réglée, pour ce qui concerne la dimension et la densité des particules du catalyseur, de façon que le temps de séjour des particules de catalyseur dans la zone de cracking en pareil cas est notable- ment plus rand que le temps de séjour des vapeurs d'huile.
Par exemple, alors que le temps de séjour des vapeurs d'huile peut être de l'ordre de 5 à 50 secondes, le temps de séjour des particules solides dans la zone de cracking peut être de l'ordre de 10 secondes à l'heure ou plus.Il en résulte qu'on peut employer un récipient de réaction plus petit et plus compact pour une unité de cracking de-capacité donnée et que la quantité de catalyseur pulvérisé en circulation peut éga- lement être réduite.
La vitesse des vapeurs d'huile traversant la zone de cracking est toutefois de préférence suffisante pour empêcher un dépôt complet de la poudre de sorte que les vapeurs prove- nant du cracking peuvent être utilisées pour enlever la ma- tière pulvérisée de la zone de cracking.
La suspension de vapeurs d'huile et de catalyseur qui a traversé le récipient de cracking est enlevée de celui-ci par la conduite 32 comportant une tuyère de Venturi 33 et est envoyée dans un premier séparateur cyclone 34 dans lequel la plus grande partie de la poudre est enlevée des vapeurs d'hui- le. Le catalyseur séparé dans le premier séparateur cyclone
34 est évacué dans le fond 35, qui est de préférence de dimen- sions suffisantes pour fournir une réserve suffisante pour durer de 5 à 15 minutes. Le catalyseur se décharge de la tré- mie 35 par une vanne appropriée 36 dans un courant de gaz de dégagement tel que de la vapeur d'eau passant par la conduite
37 vers un séparateur cyclone 38 formant la section supérieure d'une seconde trémie à catalyseur 39.
La vapeur d'eau séparée dans le séparateur 38 est enlevée de celui-ci par la conduite
41 et est envoyée au moyen d'un injecteur de vapeur 42 : l' entrée du séparateur cyclone 34, par la conduite 43.
La réintroduction du catalyseur dans un courant de vapeur d'eau dans la conduite 37 sert principalement à enlever les constituants d'huile volatile qui peuvent être retenus dans le catalyseur après la séparation. Au lieu de vapeur d'eau, on peut employer d'autres gaz inertes tels que l'azote, l'acide carbonique, des gaz de combustion complète, etc,.
Les vapeurs séparées dans le premier séparateur cyclone
34 et dont on a enlevé la plus grande partie de la matière pulvérisée, passent par une conduite 44 vers un second sépara- teur cyclone 45 dans lequel les vapeurs sont soumises à une nouvelle purification. Le second séparateur cyclone 45 peut etre construit avantageusement dans la section supérieure de la trémie à catalyseur 39. Le catalyseur séparé dans le second séparateur cyclone 45 peut alors tomber directement dans la trémie à catalyseur 39, Les vapeurs de cracking venant du second réparateur cyclone 45 sont envoyées par'la conduite 46 à un troisième séparateur cyclone 47 dans lequel on obtient un nouvel enlèvement de matière pulvérisée des produits du crac- king.
Le catalyseur séparé dans le troisième séparateur cyclo- ne 47 s'évacue par laconduite 48 dont l'extrémité se termine @
<Desc/Clms Page number 5>
1 dans la partie inférieure .de'la trémie à catalyseur 39 en un point situé en-dessous du niveau du catalyseur maintenu dans celle-ci. Les vapeurs de cracking sont enlevées du troisième séparateur cyclone 47 par la conduite 49 et envoyées vers un système approprié de fractionnement ou de rectification (non représenté) pour la séparation des produits désirés de com- bustible pour moteur des constituants ayant subi insuffisam- ment le cracking et des constituants normalement gazeux. Le système de fractionnement ou de rectification peut être de n'importe quelle forme usuelle et poux plus de simplicité on ne l'a pas représenté au dessin.
Bien qu'on ait représenté un groupe de trois séparateurs cyclones fonctionnant en série pour séparer le catalyseur pulvérisé des vapeurs,'il doit être bien entendu que d'au- tres dispositifs équivalents pour effectuer la séparation de matières solides de gaz peuvent être employés si on le désire,
Dans les cas où le catalyseur n'est pas complètement enle- vé des vapeurs d'huile avant le passage de celles-ci dans la tour de fractionnement, une fraction étroite du condensat ini- tial formé dans la tour de fractionnement, contenant le cata- lyseur résiduel,peut être séparée du restant au moyen d'un plateau d'expulsion ou d'un organe analogue et remise en cir- culation par la conduite 51 vers l'admission du premier sépa- rateur cyclone 34.
Le catalyseur recueilli dans la trémie 39 s'évacue dans un tuyau vertical 52 de hauteur suffisante pour envoyer le catalyseur dans un courant de gaz de régénération sous'une pression au moins suffisante pour surmonter la chute de pres- sion à travers le circuit de régénération.
Une des phases *importantes de la présente invention est l'emploi d'une colonne de catalyseur d'une hauteur suffisante pour produire une pression de base qui introduit le catalyseur dans le courant de gaz de réénération.
On a trouvé que dans les conditions convenablement ré- celées on peut faire-en sorte que la matière pulvérisée s'écou- le comme un fluide et se conforme à de nombreuses lois physi- ques d'un fluide, En vue de faire en sorte que la matière s' écoule comme un fluide, des mesures sont habituellement né- cessaires pour empêcher la, matière pulvérisée de s'agglomérer dans le tuyau 53.,Ceci peut être réalisé facilement par l'in- troduction d'une petite, quantité d'un gaz de fluidification en un ou plusieurs points espacés sur la longueur du tuyau vertical, par des conduites 55,56 et 57.
Le gaz de fluidification introduit par les conduites 55,
56 et 57est de préférence un. gaz inerte tel que de la vapeur d'eau,de l'acide carbonique, des gaz de combustion épuisés, de l'azote,etc..
L'extrémité Inférieure du tuyau vertical 52 est pourvue d'une vanne appropriée 58 pour régler la quantité de cataly- seur débitée par le tuvau. Une vanne a registre habituelle, @ comportant un registre pourvu d'une ouverture qui peut être déplacée pour régler la dimension de l'orifice à travers le- quel la poudre passe,cmnvient bien dans ce but bien que d'au- tres types de vannes puissent être employas* Cette vanne peut être actionnée à la main ou automatiquement, par exemple par le niveau dans la trémie 39*La vanne est représentée au des- sin schématiquement comme étant commandée par un instrument
59 sous 1'action du niveau dans la trémie 39,
Comme précaution de sûreté pour empêcher la possibilité de passade de gaz de régénération vers le haut à travers le
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
tuyau vertical et son mélange aux vapeurs d'huile,une seconde vanne de surets 61 est de préférence prévue. Cette vanne peut être actionnée automatiquement pour se fermer lorsque le ni- veau de la poudre dans la trémie 39 descend au-dessous d'un point déterminé,
ou bien elle peut être établie de façon à se
EMI6.2
fermer automatiquement lors1uBfla rression en-dessous de la vanne 58 est voisine de la pression au-dessus de la vnne 58 ou égale à celle-ci..
EMI6.3
Le catalyseur épuisé séparé du rroduit de -mrsokinel est introduit dans un courant de gaz de régénération qui peut '
EMI6.4
être de l'air ou de l'air dilué au moyen d'un 7 inerte arreo- prié tel que de la vapeur d'eau, de l'acide carbonique, de l' azote, etc., introduit dams le- système par la conduite 65.
Le gaz de régénération est mis au moyen d'un ventilateur ou d'un .
EMI6.5
autre dispositif analogue (non représenté) sous une pression suffisante pour refouler le courant de gaz de régénération et de catalyseur a. travers le circuit de rec6nératiôn.Une ousren- sion du gaz de régénération et de catalyseur a régénérer est formée dans le conduit 66 et envoyée par la conduite 67 dans
EMI6.6
une chambre de régénération 68 ( voir fia*1 qui est de préfé- rence de construction similaire a celle de la chambre de cracking 39. La chambre de régénération 68 est aussi de préfé- rence de dimensions telles que l'écoulement de la suspension travers la chambre est-relativement lent, de sorte qu'il se
EMI6.7
produit un liasement considérable entre la poudre et les gaz.
La vitesse des gaz est toutefois plus grande que la vitesse moyenne de dépôt,de sorte que les gaz peuvent être employés pour transporter le catalyseur à travers le système de régéné- ration. En conséquence,comme dans la chambre de cracking 29, le temps de séjour du catalyseur dans la zone de régénération
EMI6.8
est notablement plus grand que le temps de séjour du <:,1" Z de régénération clins celle-ci.
La suspension de catalyseur r'111vé- risé et de gaz de régénération introduite dans la chambre de régénération 68 est mélangée du catalyseur régénéré refroidi introduit par la conduite 69 comme on le décrira dans la suita
EMI6.9
La quantité de catalyseur régénérà introduite dans la chambre de régénération est réglée en vue de commander la température dans la chambre de régénération pour qu'elle soit au-dessous d'une valeur qui diminuerait de façon permanente l'activité
EMI6.10
du catalyseur. Pendant son passage k travers la chambre de rg-én9rqtion.t le catalyseur est soumis une réaction d'oxydation pour bruler des dénota base de cqrbone formés sur celuici pendant l'opération de cracking.
La suspension de catalyseur ràgànérà et de az, aprés avoir passé dans la chambre de régéné- ration 68 est conduite par le -tuyau 71 vers un premier sépara- teur cyclone 72 dans lequel la plus grande partie du catal.y- seur régénéré est séparée du gaz de régénération.
La'densité de la vapeur passant par la conduite 71 peut être mesurée par la chute de pression . travers un tube de Venturi 73 placé dans cette conduite et cette mesure peut être
EMI6.11
utilisée pour régler l'àcoul-ément travers le réo:énérH.teur 68.
Le catalyseur régénéré séparé dans le premier séparateur cyclone 7P peut se décharger directement dans une trémie à nu- talyseur 74. A cet effet le séparateur cyclone 72 peut être construit dans la partie supérieure de la trémie à, catalyseur, comme on l'a représenté. Le gaz de réénration est enlevé du premier séparateur 72 par la conduite 75 et est envoyé dans un
EMI6.12
second séparateur cyclone 76 dans Isquel on produit un nouvel enlèvement de catalyseur du gaz de régénération. Le catalyseur séparé dans le second séparateur cyclone 76 se décharge par la
<Desc/Clms Page number 7>
conduite 77 ayant son extrémité inférieure noyée au-dessous du niveau du catalyseur ma.intenu dans la trémie à cataly- seur 74.
Les- gaz de régénération,venant du second séparateur cy- clone 76 passent par la conduite 78 dans un troisième sépara- teur cyclone 79 dans lequel on obtient un nouvel enlèvement de catalyseur régénéré du gaz.
Le catalyseur séparé dans le troisième séparateur cyclone 79 se décharge par la conduite 81 dans la trémie à catalyseur 74 en un point situé en-dessous du niveau du catalyseur mainte- nu dans celle-ci. En noyant les extrémités des conduites de décharge 77 et 81 du catalyseur en-dessous du niveau du cata- lyseur dans la trémie 74, on maintient une fermeture empêchant le gaz venant de la trémie de catalyseur de passer dans une direction inverse à travers le second et le troisième cyclones.
Le gaz de régénération du troisième séparateur cyclone 79 est envois par la conduite 82 vers l'échangeur de chaleur 11, dans lequel il passe en relation d'échange de chaleur avec de l'huile fraîche à soumettre au cracking,comme on l'a décrit précédemment. L'avantage de l'échangeur de chaleur 11 n'est pas seulement de réchauffer l'huile mais aussi de refroidir les de régénération jusque un point où on peut les faire passer vers un préci[ptatsur électrique pour l'enlèvement complet de la matière pulvérisée, Le gaz de régénération peut par exemple être refroidi pendant son passage à travers l'é- changeur de chaleur lld'une température de 1000 à une tempé- rature de 700 avant de passer au précipitateur électrique.
Après avoir passé dans l'échangeur de chaleur 11, ls gas de régénération est transféré par une conduite 83 vers un pré-. cipitateur électrique 84 pour une nouvelle purification du gaz avant l'envoi de celui-ci dans l'armosphère. Ce purifica- teur électrique peut être de n'importe quelle construction usuelle. Le catalyseur précipité dans le précipitateur élec- trique 84 s'évacue par la conduite 85 dans la trémie à cata- lyseur 74,en un point situé en-dessous du niveau de la matière dans celle-ci. Après avoir été sensiblement purifié au moyen des séparateurs cyclones et du précipitateur électrique, le gaz de régénération est évacué du système par la conduite 86.
Ce gaz peut, si on le désire, être envoyé dans une chaudière appropriée à chaleur perdue ou dans un autre système de récu- pération de chaleur pour l'enlèvement de la chaleur avant son départ vers l'atmosphère*
Le catalyseur régénéré recueilli dans la trémie 74 sort continûement dans deux tuyaux verticaux 87 et 88. Le tuyau 88 doit avoir une .hauteur suffisante pour produire à sa partie inférieure une pression suffisante pour introduire le cataly- seur dans le courant de vapeurs d'huile à soumettre au crac- king,lequel à son tour doit être au moins suffisant pour sur- monter la chute de pression à travers l'équipement de cracking.
Le tuyau vertical 87 doit également avoir une hauteur suffisante pour développer à la base une pression adéquate pour renvoyer le catalyseur vers la zone de régénération.
Pour que les tuyaux-verticaux agissent efficacement pour développer la pression, il est important que le catalyseur qui y est maintenu soit dans un état d'écoulement libre. Dans ce but un gaz de fluidification peut et-re introduit en un ou. plusiars endroits espacés dans les tuyaux verticaux 87 et 88 par des conduites 90 à 93 inclusivement et respectivement 94 à 96 inclusivement.
Le catalyseur maintenu dans le tuyau vertical 88 est des-
<Desc/Clms Page number 8>
tiné à'être renvoyé au circuit de crackling. Dans ce but la partie inférieure du tuyau 88 peut être pourvue d'une vanne
97 pour régler l'écoulement du catalyseur dans le courant de vapeurs d'huile du conduit 27.
La vanne 97 peut être réglée à la main mais elle est de préférence commandée pour maintenir le rapport désiré cata- lyseur-huile tel qu'il est mesuré par le tube de Venturi 33.
Comme, on l'a représenté également, une seconde vanne de sûreté 99 peut être placée à la partie inférieure du tuyau vertical 88 pour empêcher la possibilité pour des vapeurs " d'huile venant de la conduite 27 de passer à travers le tuyau 88 et de se mélanger au gaz de régénération. A cet effet la vanne 99 peut être établie de façon . se fermer au- tomatiquement lorsque le niveau dans le tuyau 88 ou la trémie
74 tombe en-dessous d'un point déterminé ou lorsque la diffé- rence de pression entre les côtés opposés de la vanne 97 atteint un minimum spécifié.
-En vue de la représentation,les vannes situées à la partie inférieure du tuyau 88 et des autres tuyaux verticaux ont été représentés sous la forme d'une simple vanne à regis- tre, ce qui constitue la forme préférée. Il peut toutefois être désirable, dans certains cas, de prévoir une vanne qui est capable de provoquer l'agitation de la matière pulvérisée qui la traverse. Une semblable-vanne peut comprendre par exemple une hélice rotative telle qu'un alimenteur en étoile ou bien elle peut être sous la forme d'une vis sans fin ac- tionnée pour alimenter le catalyseur à la vitesse désirée.
Le catalyseur recueilli dans le tuyau vertical 87 est destiné à être renvoyé à la chambre de régénération pour y régler la température.
Dans ce but une partie du catalyseur recueilli dans le tuyau vertical 87 peut être envoyée par la vanne 103 et la conduite 104 vers le réfrigérant 13 où elle passe en échange de chaleur avec de l'huile fraîcheà distiller et à soumettre au cracking et retourne de làvers la zone de régénération
68.Si on le désire, une partié du catalyseur envoyé ,à la zone de régénération peut contourner le réfrigérant 13 au moyen de la vanne 105 et de la conduite 106.Si on le désire,de l'air ou un autre gaz de régénération peut être introduit par la conduite 107 dans le courant de catalyseur régénéré mis en circulation dans le réfrigérant 13 ou par la conduite 108 dans la conduite 106 contournant le réfrigérant,ou dans les deux conduites, pour servir de véhicule au catalyseur envoyé,
En réglant les quantités relatives de catalyseur régé- néré refroidi et le catalyseur régénéré non refroidi renvoyées dans la chambre de régénération par les conduites 104 et
106 respectivement,on peut obtenir un réglage soigné de la température dans la chambre de régénération.
Dans beaucoup de cas, la. quantité de chaleur' qui doit être enlevée du catalyseur pendant la régénération est en excès sur celle requise pour réchauffer l'huile à la tempé- rature désirée.En outre il est désirable au point de vue pratique d'envoyer l'huile au serpentin de vaporisation 16 à une'température uniforme quelle que soit la quantité de cha- leur libérée dans la zone de régénération.
Comme le montre le dessin, une partie de l'huile peut, après avoir passé à travers l'échangeur de chaleur 13, être envoyée par la conduite 111 à une chaudière à chaleur perdue
112 où l'huile peut être refroidie et de la vapeur d'eau' peut être produite. Après avoir passé à. travers la chaudière
<Desc/Clms Page number 9>
112 à chaleur perdue, l'huile peut être renvoyée à l'entrée de l'échanguer de chaleur 13 au moyen d'une pompe 113 et d'une conduite 114.
En reliant-la. quantité d'huile passant à travers la chaudière 112 à chaleur perdue,on peut maintenir une tempé- rature uniforme de l'arrivée vers le serpentin de vaporisa- tion 16 sans affecter la quantité de refroidissement élimi- née dans le réfrigérant à catalyseur 13.,
De la description qui précède, il résulte que toute la, pression nécessaire pour introduire le catalyseur dans le courant de gaz de réaction et de gaz de régénération est obtenue au moyen de colonnes verticales de catalyseur et non par l'emploi de dispositifs mécaniques.
Les exemples qui suivent seront utiles pour la compré- hension de l'invention, mais il est bien entendu que les valeurs et les conditions citées le sont à titre d'exemple et nbn à titre limitatif, @ De la matière brute réduite à traiter,introduite dans le système par la conduite 10, peut être chauffée au préala- ble dans l'échangeur de chaleur 11 d'une température initiale de 400 à 450 F, jusqu'à une température de 4500 à 500 F., et dans le réfrigérant à. catalyseur 13 à une température de
650 à 750 F, habituellement à 700 F, avant de passer au vapo- riseur 16. L'huile pendant son passage dans le serpentin de vaporisation 16 est chauffée à une température de 800 à
900 F, habituellement de 850 F.
L'huile passe alors du ser- pentin de vaporisation 16 au séparateur, où de 60 à 95% pas- sent vers le haut comme vapeurs. Les vapeurs du séparateur passent par un surchauffeur où elles sont chauffées à une température de 8500 à 950 F, de préférence 900 F.
La valeur de la pression appliquée aux vapeurs d'huile doit être suffisante pour surmonter la résistance du cir- cuit de .cracking et du système de fractionnement* Bans un, appareil de cracking de dimension industrielle employant le type de récipient de réaction décrit plus haut, une pres- sion d'une atmosphère est ordinairement suffisante.
Le catalyseur introduit dans le courant de vapeur d' huile peut être n'importe quel catalyseur actif de cracking, tel que de l'argile naturellement active ou activée et par- ticulièrement des argiles traitées par des acides, ou bien ce peut être des gels synthétiques ou d'autres catalyseurs absorptifs de la même composition chimique ou de composition chimique différente, tels que des gels synthétiques silice- alumine, des gels silice-magnésie et des mélanges de ceux-ci.
La quantité de catalyseurs introduite dans les vapeurs d'huile peut aller de 0,1 à 20 parties en poids de catalyseur par partie d'huile. Lorsqu'on emploie des argiles bentoniti- ques traitées par un acide, le rapport peut être de 4 pa.r- ties de catalyseur par partie d'huile. La température du catalyseur introduit dans le courant d'huile est de préféren- ce sensiblement la température finale de régénération qui peut être de l'ordre de 1000 à 1100 F, de sorte que la tem- pérature d'équilibre résultante du catalyseur et des vapeurs d'huile,peut se trouver entre 900 F et 1000 F.
La, hauteur du tuyau vertical 88 d'où le catalyseur est envoyé dans le courant d'huile doit être suffisante pour dé- velopper une charme de pression convenant .pour introduire le cata.lyseur dans le courant de vapeurs d'huile. Dans un cas particulier ou de l'argile activée est employée comme catalyseur et où la colonne est convenablement fluidifiée par
<Desc/Clms Page number 10>
EMI10.1
addition de 0'8.2: de fluidification sur la longueur du tuyau vertical, de 4 à 6 pieds de catalyseur fluidifié sont néces- saires pour chaque livre de pression.
Dans le cas particulier dans lequel les vapeurs d'huile sont sous une.pression d'une atmosphère et où la pression au sommet du tuyau vertical 88 est de l'ordre de 3 livres par pouce carré, la hauteur minima du tuyau vertical sera de l'ordre de 50 pieds et vaut de pré- férence 100 pieds ou plus. En vue d'assurer un réglages conve- nable de l'entrée.du catalyseur dans le courant d'huile, il est nécessaire de maintenir une différence de pression en travers des vannes de réglage de 2 à 5 livres par pouce carré.
La vitesse du courant d'huile traversant la zone de cra- ckin 29 est de préférence inférieure à 8 pieds par seconde et peut par exemple être de l'ordre d'environ 2 pieds par seconde. Lorsque ces basses vitesses sont maintenues, la concentration du catalyseur dans la zone de réaction est no- tablement plus grande que la concentration de catalyseur dans le courant se rendant à la zone de réaction.. Lorsqu'on emploie par exemple la vitesse de vapeurs d'huile de 2 pieds par se- conde, la concentration de catalyseur dans la zone de cracking peut s'élever jusqu'à 10 livres par pied cube d'espace de. réaction. Dans ces circonstances, le temps de séjour du cata- lyseur dans la zone de réaction peut être d'environ 3 minutes, tandis que le temps--de séjour des vapeurs d'huile sera de l' ordre de 10 secondes.
Les vapeurs ayant subi le cracking et du catalyseur épui- sé passent au premier séparateur cyclone à une température de
EMI10.2
850 à 9500F. La chute de pression depuis le point où le -cata-- lyseur est introduit dans les vapeurs d'huile à travers la chambre de cracking jusqu'au premier'cyclone où le catalyseur est séparé peut être de l'ordre de 5 livres par pouce carré.
En pareil cas,les vapeurs d'huile se rendant à la tour de fractionnement seront sous une pression positive d'environ 10 livres par pouce carré.Il en résulte qu'aucune pression supplémentaire ne doit être appliquée pour réaliser le trai- tement subséquent de-fractionnement et de stabilisation.
La hauteur du tuyau vertical 52 qui introduit le cala- lyseur dans le gaz de régénération doit être suffisante pour produire à la partie inférieure une charge.de pression qui introduit le catalyseur épuisé dans un courant de gaz de régé- nération lequel à son tour doit être sous une pression suffi-
EMI10.3
sante pour transporter le mélange à travers le circuit de ré- génération.
Cette pression peut par exemple être de l'ordre de 12 15 livres par pouce carré, En pareil cas, lorsque la pression sur la trémie 39 est de l'ordre de 10 livres par pou-
EMI10.4
ce carré, la hauteur du tuyau vertîcpl 5? peut être de l'ordre de 30 . 60 pieds pour assurer une différence convenable b. tra-
EMI10.5
vers les vannes de commande, Le catalyseur et le raz de réoeénération se rendant à la chambre de régénération 68 sont méiàn- és' du atlyseur r'jén!oeµ refroidi remis en circulation au moyen du tuyau vertical 87 vers le réfrigérant 13 en proror-
EMI10.6
tions telles que la température d'équilibre du méianfe intro- ' duit dans le répnérateur est de l'ordre de 900 F.
L9 temxéra.- ture est rss-lée toutefois par la quantits de catalyseur remise en circulation travers le réfrigérant et la quantité con-
EMI10.7
tournant le ZA-friz-4rant, pour empêcher la température dans le rénipi-ent de réaction de dépasser un point qui nuirait de fa-- 7nn perresnente l'activité'du catalyseur. Dans le cs diar- iles activées, mentionnées précédemment la température maxima admissible de la zone de régnerai ion meut être 'de l'ordre de
<Desc/Clms Page number 11>
EMI11.1
I0500F.La vitesse du gaz de r2cen,;ra,tion traversant la zone de régénération peut être sensiblement la même que celle des
EMI11.2
vapeurs d'huile traversant la zone de cracking, soit de 1
8 pieds par seconde,.
Dans ces conditions,le temps de séjour du catalyseur dans la zone de régénération peut être de 1 à
5 minutes et le temps de séjour du gaz de régénération dans la zone de régénération peut être de 2 à 60 secondes.
.La suspension du catalyseur régénéré et de gaz de régéné- . ration est séparée dans les séparateurs cyclones et les préci- pitateurs électriques à une température voisine de la tempéra-
EMI11.3
ture obtenue pendant la rée6nération,a-%uî peut être de 1 rordre de 1000 à 1100 F, comme on l'a décrit précédemment,,
La hauteur du tuyau vertical 87 pour amener le catalyseur
EMI11.4
à trevers le refrés-irant 13 dans le courant de catalyseur non régénéré se rendant au régénérateur doit être suffisante pour surmonter la chute de pression b travers le refréo'irant,la. chambre de réén4ration et les conduits de liaison.
Il peut etre utile de mentionner en ce point que la crcu- lation de la poudre du point le plus élevé jusqu'au même point est rendue possible par le fait que la densité du courant dans la branche de retour est plus faible que dans la branche oppo- sée.La différence de pression entre les branches du dessus et du dessous peut être exprimée par la formule DP = dh dans la- quelle d est la densité de la matière et h la distance du som- met -jusqu'au bas. Pour que la poudre circule dans le système,
EMI11.5
dlhldoit être plus grand que dah2¯J si d hi est la densité et la hauteur de la matière dans la branche/de retour. d2 est réduit par l'introduction de gaz de réaction ou de régénéra- tion d'un côté du circuit..
Le même résultat peut être réalisé
EMI11.6
également Bar Inapplication de cbalaur d'un cote pour réduira 1'" TTaeacerKTante ei D2 H2 hé ensife la 'hauteur Ge 'la ma laoraHche
Pour que la matière pulvérisée cherche son propre niveau et se comporte autrement comme un liquide, la matière solide doit être sous une forme finement divisée et chaque particule
EMI11.7
doit de préférence être entourée par une pellionle de zaz.Les dimensions des particules plus petites que 200 mailles sont habituellement préférées.
EMI11.8
Bien que l'invention ait été appliquée au cracking' rataiy- tqu'oe d'huiles hydrocarbur4es,opération dns lallel1e ellg trou- ve son application rarticulire, les mêmes,phases générales de procédure s'appliquent d'autres types de réaction d'hvdrocgr- bures avec ou gans la présence d'un gaz extérieur tel que l'hy droène, bien que les conditions de fqnctionnement Darticuliè-
EMI11.9
res s'àcaoetent habituellement de ce qui vient d'être décrit.
Par exemple dans l'amendement de zo11ne pour améliorer l'indice d1octane, le catalyseur peut être un véhicule de l'alu- mine ou de la ra,nc,sie, de préférence sous une forme absorptive, contenant des oxydes ou des sulfures dss mtau'x' des trouves III VIII, de préférence des métaux du. croupe VI. La température
EMI11.10
peut aller de z 1400OF , et le temps de contact peut va- ier de ? à 60 secondes,. Les pressions employées peuvent aller de la pression atmosphérique 400 livres par pouce carré.
Pour ce qui concerne la pression, il doit être bien entendu que le système peut fonctionner sous n'importe quelle pression désirée,'vu que les tuyaux verticaux sont employés pour produire une pression suffisante pour surmonter la chute de pression dans le système.,
EMI11.11
Dans le cas 0"ll',,byàro7ène est employa pour le traitement des mesures sont nécessaires pour remettre en circulation l'hy-
EMI11.12
drr-.ne en excès. '
<Desc/Clms Page number 12>
Lorsque des gaz déshydrogénants sont employés, le même cycle de catalyseurs s'entra! est employé que pour l'amendement.
La température peut être un reu plus élevée, de -700'0 1400 F et la pression peut être un peu plus basse et peut aller d'en- dessous de la, pression atmosphérique à, 200 livres par pouce carré. -
Dans l'alkYlation d'olefines avec des paraffines, à chpîne ramifiée, des catalyseurs actifsde cracking peuvent etre em- ployés. Un catalyseur particulièrement approprié est un chlo- rure complexe de sodium et d'aluminium. La température peut être de l'ordre de 500è 3000 livres par pouce carré.
Dans les traitements d'hydrocarbures impliquant une isomé- risation de paraffines àchaîne rectiligne en paraffine @ chaî- ne ramifiée,-le chlorure de sodium et d'aluminium peut âtre em- ployé comme catalyseur ou du chlorure anhydre d'aluminium ou du fluorure de bore supporté sur des vehicules absorbants tels que du charbon de bois activé, des ariles naturelles ou acti- vées, des gels synthétiques, etc,. La température peut être de l'ordre de 200 à 300 F et la pression aller de la pression at- mosphérique à 300n livres par pouce carré. Pour isomériser des oléfines,on peut'employer des argiles activées, de la bauxite, et des alumines activées comme catalyseurs, et la température peut aller de 5750 à 1000 F.
Dans le raffinage catalytique d'hydrocarbures pour.enlever le? constituants formant des gommes, le soufre et les autres impuretés, on peut employer comme catalyseur de l'alumine ac- tivée,des gels d'alumine, des argiles naturellement actives ou activées avec ou sans la présence d'autres oxydes métalliques.
Dans ce procédé, la température est inférieure à, la température active de cracking,par exemple de 400 à 800 F,
Pour des réactions-impliquant l'hydrogénation,des pressions allant au-delà de 300 livres par pouce carré seront employées, .
Les températures supérieures à. 700 F peuvent être employées avec un catalyseur consistant en du nickel finement pulvérisé, du tungstène ou du molyodène ou leurs oxydes et sulfures. D'au- tres catalyseurs hydrogénants connus peuvent également être em- ployés.
Par exemple dans certaines variantes du cracking catalyti- que et dans certaines autres opérations utilisant la présente invention, la quantité de chaleur libérée dans la régénération peut être relativement petite et la amme de température de fonctionnement désirable de l'entrée à la sortie peut être rela- tivement grande, de sorte qu'il est possible de refroidir le courant du catalyseur épuisé fluidifié avant son introduction dans le régénérateur et de supprimer la remise,en circuit de ca- talyseur régénéré, du tuyau vertical contenant le catalyseur régé- néré vers le régénérateur.
Dans certains cas il peut être désirable de chauffer le catalyseur régénéré remis en circulation vers le récipient de réaction au lieu de le refroidir.
Dans certaines opérations également, qui utilisent la pré- sente invention, la quantité de chaleur absorbée dans la phase de traitement peut être relativement grande et la eamme de tem- pératures de fonctionnement désirable de l'entrée à la sortie peut être relativement petite, de sorte qu'il est désirable d'ajouter à l'appareil ci-dessus décrit un équipement non re- présenté pour permettre la remise en circulation du catalyseur du tuyau vertical à catalyseur 'épuisé à travers un dispositif indirect d'échange de chaleur ou un autre moyen' (de mettre de. la chaleur dans le courant ) vers le récipient de réaction.
Bien qu'on ait représenté la phase d'enlèvement du cataly-
<Desc/Clms Page number 13>
seur récupéré dans le cyclone primaire 34, dans beaucoup de ces cette nhase peut être supprimée* ,
Faute d'un. meilleur terme, le terme "fluistatique" a été employé dans les revendications comme synonyme de " hydrostatique Il sauf qu'il n'est pas limité à des liquides Rais s'applique également à des matières solides finement divisées qui,dans l'état fluidifié, se comportent sous maints rapports comme un liquide.
Apres avoir décrit la forme préférée de réalisation de l'invention on doit faire ressortir que l'invention embrasse les autres variantes et modifications qui rentrent dans son cadre.