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"Procédé et appareillage de régénération de matière de contact."
La présente invention concerne un procédé'et un appa- reillage perfectionnés pour la régénération ou le chauffée d'une matière de contact en particules sur laquelle s'est déposée une substance contaminante oharbonneuse. Elle concerne en particulier la régénération d'une matière de contact solide au cours de pro- cédés tels. que les procédés de traitement à lit mobile, dans les- quels des hydrocarbures subissent un cracking ou un reforming, ainsi qu'au cours de divers autres procédés de, traitement connexes,
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Une grande proportion de l'essence utilisée aujourd'hui est obtenue par des procédés de cracking ou de reforming.
Un pro- cédé industriellement intéressant consiste à faire tomber une masse compacte d'une matière de contact en-grains à travers une .'zone de réaction ou de traitement, dans laquelle cette masse en- tre en contact, en continu avec un hydrocarbure approprié, conve- nablement préparé pour le traitement. -Les hydrocarbures traver- sent la couche de contact et subissent ainsi le cracking ou le reforming. Une substance contaminante charbonneuse se dépose à la surface de la matière de contact au cours de la réaction, et la matière contaminée est retirée en continu par la partie infé- rieure de.la zone réactionnelle.
On fait alors passer cette ma- tière hors de service, de haut en bas, dans une zone de régénéra- tion ou four, dans laquelle elle entre en contact .avec de l'air en quantité suffisante pour brûler le dépôt superficiel'.. Ce traite- ment rend la matière à nouveau utilisable et,à cet effet, la ma- tière régénérée est soutirée à la partie inférieure de la zone de régénération pour être renvoyée au soramet de la zone réaction- nelle.
-
Diverses argiles naturelles ou traitées telles que la bauxite, la montmorillonite, la.terre à foulon, ont été employées jusqu'ici'comme catalyseurs dans les traitements mentionnés-'ci- dessus, ainsi que des produits synthétiques commedles gels co-pré- cipités de silice-et d'alumine ou de silice et d'oxyde chronique.
On donne habituellement au catalyseur une forme générale régu- lière, par exemple on le met en pastilles,en dragées ou en bou- lettes. Ses dimensions sont soigneusement contrôlées dans ces opé- rations à\ lit mobile, afin d'avoir des espaces vides de régularité convenable entre lesparticules de la masse de contact constituant le lit. Des dimensions convenables correspondent approximativement au passage aux tamis de 4 à 10 mailles Tyler, bien que pour diver- ses applications on puisse utiliser des produits passant aux tamis
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de 3 à 60 mailles Tyler environ.
Au cours de la régénération du catalyseur épuisé,il faut empêcher que sa température dopasse une'valeur maxima critique pour qu'il ne soit pas abimé. Il a été reconnu' que, si cette température critique.?était dépassée, le catalyseur perdait son activité. La température critique varie 'pour'les différents types de catalyseurs. Pour une argile natu- rolle, par exemple, elle peut être limitée à 650 environ, alors que pour un produit synthétique comme un catalyeur silice-alumine elle peut s'élever à 760 pour de longues durées et à 790-800 pour une courte période. Si la combustion n'est pas uniforme dans le four, il peut se produire des surchauffes locales qui consti- tuent une ..limite pour l'ensemble du four.
La capacité de combus- tion du four se trouve par exemple limitée à une valeur inférieu- re à celle qui porterait le catalyseur, dans une partie quelconque du four, à une température supérieure à la température limite.
Les fours industriels récents pour procédés de transfor- mation avec lit mobile. utilisent une canalisation d'introduction de gaz débouchant à un niveau inférieur' à celui de la surface du lit, en des point.s, uniformément répartis à travers le four. On prévoit un grand nombre de canalisations pour que le gaz intro- duit soit bien réparti à travers l'ensemble du lit. Toutefois, on a constaté que'l'écartement de ces conduits dans la couche du ca- talyseur était extrêmement critique lorsque le gaz circulait à sa sortie dans le même sens que le catalyseur qui tombe-, On a trouvé que les différences de températures en différents points de la couche des fours à lit mobile actuellement utilisés pouvaient s'élever à 90 à la partie inférieure de la couche.
Cela entraîne une sérieuse diminution de la capacité de combustion de ces fours, du fait que l'on doit limiter la combustion pour que le cataly- saur le plus chaud ne .-dépasse pas le niveau de température qui lui est préjudiciable. Cet inconvénient a également pour conséquence une régénération non homogène du catalyseur, le catalyseur passant
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à travers, les parties du lit lus plus clH.ud'-,s étant ljntière,fJ.cmt rCdl1ar5 alors que c0lui c;.ui passe 1.:\.:ilS les parties les moins chaudes ne 11 c..st cu' inco¯:ylèt -zent. 1.1.-.en résulte un catsiyseur d'activité irr,ulière, ce qui .n' est évidé%ment pas souhaitable.
Or, la do-,iLr.deresse a trouvé que ces différences de température régnant dans le four pouvaient être dans une large
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mesure éliHiinées si les points de distribution du gaz dans le lit de catalyseur étaient distants de noins de w5 cll environ et, d'une façon Générale}de 12 à 25 cm environ. L'air doit donc être introduit en des points régulièrement répartis à travers le lit, chaque point se trouvant à une distance de 12 à 25 des points d'arrivée d'air voisins. Au moins une partie importante du lit doit se trouver située au-dessous des points d'arrivée d'air; cela permet à la température de s'uniformiser sensiblement dans le lit au-dessous des arrivées d'air si l'on respecte l'écarte- ment prescrit pour ces arrivées.
La présente invention a pour objet un procédé et un
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appareillage perfectionnée pour lek6gén'ération .de- produits de contact contaminés, la régénération obtenue étant uniforme.
Elle centre autres, pour but l'élimination des surchauf-
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fes locales du catalyseur dans un lit de ce catalyseur -sou7..s à une régénération dans un four, et permet d'atteindre une capa- cité de régénération maxima.
-Elle concerne également des modifications apportes aux fours actuels pour procédés de conversion avec lit mobile,
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en vue de pc. retire d'accroître la capacité de combustion de ces fours, et d'obtenir une efficacité maxima de combustion du car- bone déposé sur un catalyseur contaminé, dans une zone de régéné-
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ration dunes laquelle l'air de combustion est introduit dcns un lit cornet et topant de cat;alymtlr épuisé, au-dessous de la surface du lit, un. zone de combustion .¯'-a nt si tu 303 un niveau
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inférieur à celui de l'introduction d'air.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif ,\;'fera bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée, les particularités qui res- sortent tant du dessin que¯-du texte faisant, bien entendu, part 'de ladite invention.
La figure 1 est une vue schématique en élévation d'un appareillage complet pour conversion d'hydrocarbures.
La figure 2 est une élévation verticale avec coupe partielle d'une partie d'un four à lit mobile.
La figure 3 est une élévation avec coupe partielle ver- ticale d'un four à courant de gaz divisé, semblable à celui que l'on utilise dans les procédés industriels à lit mobile.
La figure 4 est un graphique indiquant la répartition du carbone à la partie inférieure d'un four TCC (traitement ther- mique catalytique) à courant divisé.
La figure 5 est un graphique de températurestypes en direction verticale, à la partie inférieure d'un four TCC à cou- rant réparti.
La figure 6 est un graphique de températures types en direction latérale, à la partie inférieure d'un four TOC à courant réparti, les comparaisons étant faites à une vitesse de combustion du carbone constante.
La figure 7 est un graphique de températures types en direction latérale, à la partie inférieure d'un four TCC à cou- rant réparti, 'les comparaisons étant effectuées à température de pointe constante.
La figure 8 montre en coupeverticale un distributeur d'.air pour four TCC à courant réparti.
La figure 9 représente une vue .en plan du distributeur de la figure 8.
La figure 10 est une coupe verticale d'un tuyau d'arrivée d'air, montrant la forme du niveau du catalyseur au-dessous de ce tuyau.
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La figure 11 est une coupe verticale d'un autre distribu
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teur dtair'pour four TOC à courant réparti.
La figure 12 est une vue en,,plan du distributeur de la figure 11.
La figure 13 est une vue'en plan du déflecteur utilisé . dans le distributeur -de la figure -il-,
La figure 14 montre la j'orme du niveau du catalyseur
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au-dessous du distributeur de la .,ure 11, sans le déflecteur représenté figure 13.
La figure 15 montre l'effet du déflecteur 13 sur le ni- veau du catalyseur au-dessous du distributeur.
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.... Les courbes de la 'figure 16t il1ustrent > 'J'effet de l'éca7o tement des introduction.s c r air sur la oapaoltâldm combustion du carbone et les températures de pointe.
Les courbes de Ça :figure l'7' i]lus%refVOE'influence de l'espacement des arriv(-" gldlair sur les écarts température et sur la quantité résiduelle de carbone, à la partie inférieure de la zone de combustion du four, En serepérant maintenant à la figure 1, on voit que le-catalyseur-de contact en grains tombe par gravité sous forme d'une masse sensiblement compaote par la conduite d'alimentation 10 dans la chambre de réaction 11, généralement maintenue à une
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surpression d'environ 0,7 a 1 kg/cm2, la conduite de chute lo étant utilisée pour permettre à ce catalyseur de pénétrer dans la chambre 11 malgré la pression,.
On fait arriver par la canalisa-
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tion 12 dans le pot. 13, . à l'extrémité inférieure de la conduite
10, un gaz inerte armant jointe par exemple de la vapeur ou un gaz de combustio, en quantité suffisante pour obturer cette con-
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duite 'et empêcher ainsi les profits réagissants de s'échapper.
La masse de contact tombe dans hambre 11, et on introduit au sommet de cette masse, par la canalisation 14, les hydrocarbures .sous un état -approprié au traitement','Ces hydrocarbures traversent la couche de haut en bas en empruntant les espaces vides; on les élimine sous forme de produit converti, . la base de la chambre
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réactione par la canalisation bzz et on les envoie a un autre
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. appareil de traitement non représenta. La température de la masse
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de catalyseur d,,-ns la chambre <te a. sscLion.muv.'rG d'environ bzz1 à 5400 pour une réaction de cracking; on la maintient ù neu- tres valeurs pour d'autres réactions de' transformation.
Au cours due la réaction, une substance carbonée se dépose énéral'tent sur le catalyseur et on élimine ce catalyseur contaminé par la fond de la chambre 11 à l'aide de la conduite 16. On peut introduire un gaz inerte à la partie inférieure de la chambre 11, au-dessous du dispositif de sortie, par le tuyau 17, à une pression suffi-
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sante pour empêcher les produits -roa8issant de se diriger vers le bas avec le catalyseur.
Le gaz arrivant par la conduite 17 peut également servir de gaz d'extraction pour éliminer encore du catalyseur une certaine quantité d'hydrocarbures vaporisés. passer
On peut réduire la pression sur le catalyseur en le faisant/par un pot de détente 18, le gaz étant éliminé par la conduite 19. a
On introduit donc le catalyseur dans le four sensiblement la pression atmosphérique. Il forme une masse qui tombe à travers le four, et l'on fait arriver de l'air dans cette masse à mi- hauteur par la conduite 20.
Dans le four représenté figure 1, ce dont gaz'-se scinde en deux courants/l'un s'élève à traversle cataly- seur qui tombe et'brûle une partie du carbone déposé sur le tata- lyseur, -tandis que.l'autre se. dirige vers le bas avec la masse de catalyseur et brûle une quantité supplémentaire de carbone, '
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On évacue :Le courant supérieur de gaz brûlé 'produit peer 'la combus- tion par le conduit 21, au sommet du four', 'et le courant inférieur par le conduit'23 à la base du four. Il peut être souhaitable, dans
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certains cas,d'intcoduire un t;az obturateur à la Partie inférieure du four par le conduit 33.
On évacue la masse de contact rccnérée par le fond du four et cette masse tombe aa l'état compact ,xT le conduit 24''dans le pot d'échappement S5, puis par le conduit 36 au sommet du réservoir ''' .;'7. On fait arriver un Caz auxiliaire par le conduit bzz ou ..9 ou de pr.5.1,",ronce par los deux à la fois.
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Les particules se mettent en suspension dans le courant ascension- nel de ce gaz et elles s'élèvent par le conduit 30 jusqu'au sépa- rateur 31. On élimine le gaz du séparateur par le conduit 32 et
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on fait, descendre le produit de cont'act S,A.Oar6, par le pot l'échappement 33, jusqu' au soramet de la conduite 10. Le conduit .d'évacuation 34 permet au gaz d'obturation qui s'échappe.vers le
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haut par la conduite 10 de- court-circuiter le séparateur.
La figure est une vue détaillée d'une partie d'un four dans lequel les conduits d'introduction de gaz 40, 41 et
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4S Plogent dans une masse tombante de catalyseur et débouchent au même.niveau en des points uniformément répartis dans l'appa- reil.
Le.catalyseur passant directement au-dessous des arrivée de gaz 40, 41 et 42 est refroidi rapidement par ce gaz, en parti-
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culier ,si sa température est'sensiblement supérieure à celle du gaz, ce qui est généralement-, le cas, Après avoir ¯débouché des conduits dans le lit de atalYÎ3eur,une partie de ce gaz prend une - direction latérale et traverse la masse de catalyseur se trouvant entre les conduits. Ce gaz est d'abord chauffé par le catalyseur situé directement au-dessous des conduits; il atteint donc les points intermédiaires tels que A et B à une.température sensible- ment plus élevée qu'aux points C, D et E juste au-dessous des
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arrivées de gaz.
Le catalyseur se trouvant directement au-&éssous des arrivées de gaz se trouve donc sensiblement plus refroidi que
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celui situé entre les arrivées de az. On avait pensé, que'si l'écai tement entre les points d'arrivée était=, assez faible/par exempt, de 40 a 50 cn.,y la température.du catalyseur s'égaliserait rapide- ment à travers la couche. On a cependant constaté que cela n'était Pas le cas, à moins que l'écartement des points d'arrivée soit inférieur à une valeur maxima critique d'environ 25 cm.
Dans d'importantes installation de traitement thermique catalytique industrielles d'une capacité de'cracking d'environ
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2400 X3 par jour, des fours mono-.zonés à courant de iaz scindé
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travaillent aujourd'hui avec une capacité de combustion de carbone d'environ 3.400 à 3.600 kg à l'heure. La circulation du cataly- seur est généralement de 250 à 350 toiles/heure .environ. On utili- se pour'le cracking un catalyseur silice-alumine en perles dont la limite de tenue à la chaleur est d'anviron 760-790 , cette li- mi'tre déterminant la capacité, de combustion du carbone du'.four.
La quantité de carbone déposée sur le catalyseur''pendant la con- version est en-général une indication du taux de cracking réalisé.
La vitesse de combustion du four est donc l'un des facteurs limi- tant le taux de cracking pouvant être atteint avec une unité TCC quelconque donnée. La limite de capacité du four à courant répar- ti est déterminée par la limité de tenue thermique du catalyseur.
Avec des distributeurs de gaz espacés de 40 cm, celle limite de température'est atteinte en certains endroits situés au-dessous de distributeurs alors que l'autre partie de la couche se trouve encore à unetempérature sensiblement inférieure .on a constaté que ces différences de température s'élevaient à 90 ou au-delà. Si l'on réduit l'écartement des distributeurs à 18 cm environ, on élimine-en grande,partie ces-écarts de température.
Aucune amélioration n'a été constatée en disposant les arrivées d'air à moins de 16 cm environ les unes des autres, et l'espace- ment préférable'est d'environ.18 cm. Cependant, pour un écartement supérieur à 25 cm approximativement, les différences de températu- re à travers la couche à la partie inférieure' du four,-augmentent rapidement.
EXEMPLE.
On choisit pour les essais une unité TOC d'une capacité de 2.400 m3/jour, à four mono-zone à courant divisé et air ascen- sionnelpour'le transport du catalyseur. On utilise un catalyseur silice-alumine en perles de dimensions correspondant au passage aux tamis de 4 à 10 mailles Tyler, et dont la limite de tenue ther- Inique est d'environ 760 .
Le four possède primitivement 360 dis- tributeurs d'air, tronconiques à leur extrémité inférieure, sembla- bles à ceux représentés figure 3; les arrivées sont espacées ¯¯¯¯¯
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d'environ 40 cm et la vitesse de combustion maxima du carbone du four sans dépasser la limite de tenue thermique du catalyseur, est d'environ 3.600 kg à l'heure, ce qui permet-. de ,traiter appro- ximativement 2.400 m3 par jour dans la chambre de réaction. On modifie les extrémités inférieures tronconiques des distributeurs conformément à la figure 8, en réduisant l'écartement des points ,d'arrivée à 23 cm et en portant leur nombre à 1800.
Pour la même température de pointe on bule un maximum d'environ 4.500 kg de carbone à l'heure, ce qui permet une augmentation d'efficacité du cracking,. fournissant une conversion en hydrocarbures, du domaine d'ébullition de l'essence, supérieure de 5%.
' La figure 3 est une coupe verticale d'un four à courant de'-gaz divisé semblable à celui employé dans l'industrie selon les procédés de cracking à lit mobile; cette figure montre une section transversale schématique du dispositif d'introduction de gaz dans le four. On fait arriver l'air dans le four 50 par le conduit 51, relié à un collecteur 52 situé à la partie supérieure du four. Ce collecteur recouvre sensiblement la totalité-'de la section droite du four. On fait atriver le catalyseur contaminé dans le four par.le conduit 53, et ce catalyseur forme un amas au sommet du ...collecteur au-dessous d'un cône adjacent 54.
Il traverse le collecteur par plusieurs conduits 55 qui dépassent. légèrement la partie inférieure de ce collecteur et forme le sommet d'un lit de catalyseur tombant à travers l'appareil. Un certain nombre de conduits d'arrivée de gaz 56 sont montés dcns la base du collecteur et descendent au. même niveau intermédiaire entre le sommet et le fond de la couche de catalyseur. Ces arri- vées de -gaz sont uniformément réparties dans l'appareil et amènent la totalité du gaz au four. Elles sont munies, à leur extraite inférieure,de déflecteurs coniques 57 destinés à favoriser la pénétration du gaz dans le lit de catalyseur.
La section droite de ces déflecteurs coniques augmente graduellement de haut en bas,
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permettant ainsi d'avoir une surface de catalyseur plus large au- dessous de chaque introduction de gaz. Une'partie du gaz circu- le autour des déflecteurs et s'élève'vers la surface du lit. Les gaz brûlés par combustion de la matière charbonneuse à la surface du catalyseur, dans la partie supérieure de la couche,' s'éva- 'ouent vers le haut autour du collecteur d'arrivée 52, et sort du four 50 par le conduit 58. L'autre partie de l'air arrivant par l'extrémité Inférieure des conduits traverse le,lit de haut en bas, dans le même sens que le catalyseur qui tombe.
Les gaz brû- lés produits par'la combustion avec ce second courant d'air sont éliminés à la partie inférieure du four 50 par un dispositif ' d'évacuation non représenté et.par le conduit 59. On dispose généralement une.série de serpentins de refroidissement juste au-dessus du fond de la couche pour enlever une certaine quantité de calories au catalyseur chaud.
On retire le catalyseur régénéré à la base du four par les conduits 60, et on le renvoie à la chambre de réaction où il sert à nouveau pour la conversion. Le dispositif d'introduction de gaz que.l'on vient de décrire est utilisé dans ces fours industriels de' façon à rendre la plus grande possible la section transversale librè de l'appareil en vue- de la chute du catalyseur, 'le collecteur étant situé au-dessus du sommet de la. couche de catalyseur et seuls les conduits d'ar- rivée de gaz plongeant dans la couche.
Avec la disposition décrite figure 3, dans laquelle l'intervalle latéral maximum centre les arrivées de gaz est de 40 cm, on a constaté que la température variait beaucoup d'un point à l'autre à la base du four..C'est ce que montrent les cas le 2 et 3 du tableau I ci-après; on y voit également qu'il y a avec cet intervalle une variation impor- tante de la teneur en carbone du catalyseur référé à sa sortie du fond du four, ce qui est évide:muent indésirable.
On a reconnu qu'avec le même four et dans les mêmes conditions, avec un in- tervalle de 23 cm, la répartition de' la température était sensi-
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binent a.nélior3e' h 'la basa du four, ot que les différences de teneur en carbone du catalyseur quittant le four étaient en grande partie supprimées. On voit qu'avec la même quantité d'air
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1,..:. - on brûle davantage de carbone à la base du four, à une températu@ .re de pointe moins élevée : la combustion est meilleure; c'est - ce qu'illustrent les cas 4, 5,et 6 du tableau I.
;' ,: . TABLEAU I Relevé des températures et de la répartition du carbone dans un four type 75 TCC, avec la présente disposition et' avec la disposition modifiée des répartiteurs d'air..
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-------------------------- Conditions opératoires identiques pour'tous les cas : : Circulation de catalyseur : 360 tonnes/heure
Débit d'air de combustion à 2500 : 1130 m3.normaux (min
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Têp6rature du catalyseur à l'entrée.: 470"
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<tb> Cas <SEP> I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI
<tb>
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> distributeurs <SEP> d'air <SEP> 360 <SEP> 360 <SEP> 360 <SEP> .1800 <SEP> 1800 <SEP> 1800
<tb>
<tb> Espacement <SEP> maxi-
<tb>
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mus- en cm z 40 40 40 23 33. 23
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<tb> Carbone <SEP> sur <SEP> le...
<tb> catalyseur, <SEP> %
<tb> en <SEP> poids <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> A <SEP> l'arrivée <SEP> au
<tb>
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four 0,855 1,055 1,255 &..855 1,055,:
1,255
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<tb> Au-dessus <SEP> des
<tb>
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arrivées d'air 0,000 .0,300 0,400 0,000. 0; 200 0,400
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<tb> Capacité <SEP> de <SEP> com-
<tb>
<tb> bustion <SEP> du <SEP> car-
<tb>
<tb> bonne, <SEP> calculée..
<tb>
<tb> k <SEP> heure <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Haut <SEP> 3.100 <SEP> 3.100 <SEP> 3.100 <SEP> 3.100 <SEP> 3.100 <SEP> 3.100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Bas- <SEP> 680 <SEP> 1.300 <SEP> - <SEP> 710 <SEP> 1.330
<tb>
<tb>
<tb> Total <SEP> 3.100 <SEP> 3.780 <SEP> 4.400 <SEP> 3.100 <SEP> 3.810 <SEP> 4.460
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> .du
<tb>
<tb>
<tb> catalyseur. <SEP> C
<tb>
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Au-cer>^-11: des
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<tb> arrivées <SEP> d'air: <SEP> 730 <SEP> 730 <SEP> 730 <SEP> 730 <SEP> 730 <SEP> 730
<tb>
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cas II III zv v vx Au-dessous des arriv6es d'air:
750 730 750 . 750 750 730 mnimum 345 345 u45'... ' 345 ; 3 4'g 345
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<tb> 51 <SEP> cm <SEP> au-dessous
<tb>
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ties, arrivées * 3t* Yiaxîi -auin 7.. 7À5 774 '700 . '726 ' 750 Minimum' 390 390 390 42 Ô 4 8 429
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<tb> 2,10 <SEP> m <SEP> au-dessous;
<tb>
<tb> des <SEP> arrivées <SEP> :
<SEP>
<tb>
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4axiluum 690 755 795" 650 '700 740 linimum 450r 4. 7 463 522 '555 575
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<tb> Au-dessus <SEP> des <SEP> ser-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pentins <SEP> de <SEP> refroi-
<tb>
<tb>
<tb> dissement
<tb>
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?àxiàUny 670 720 , 78 63 680 731 Minimum. 500 535' 540 z 648 702
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<tb> Catalyseur <SEP> régé-
<tb>
<tb> néré <SEP> au-dessus
<tb>
<tb> des <SEP> serpentins;
<tb>
<tb> % <SEP> en <SEP> pds <SEP> de <SEP> car-
<tb>
<tb> bone <SEP> ' <SEP>
<tb>
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Maximum 0,144 030 01035 o102 Minimum tij3 OOl6 0,003 0,017 Moyenne . , 1.2 0,041 - 0,006 0,037
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3± TeiJpérature de pointe.
Note :
Les serpentins de refroidissement sont placés à la par- tie la plus basse de la zone de combustion, et il n'y a dans cette partie hasse qu'une combustion très peu importante:
La figure 4 est un graphique de la répartition du car-- .. bone à la partie inférieure d'un four TOC à courant de gaz divisé fonctionnant dans les condition décrites ci-dessus pour le ta- bleau I (voir ci-a,près). Ce graphique indique la teneur en car-
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bone du catalyseur (, en poids en ordonn6e) à diff6rents niveaux au-dessous des arrivées d'air, vers le fond du four (en mètres en abscisse').
On voit qu'avec l'espacement plus faible des con- duits d'introduction d'air (lignes plaines), la teneur en carbone dans la partie la plus froide du four (2 couchas supérieures) se
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rapproche sensiblement plus' de celle de la partie la plus chaude
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(2 courbes inférieures) oulavecltespacemeùt plus grand (courbes intermédiaires; partie moyenne du '4u.. -
Pour les graphiques de la figure.4, il y a lieu de con- sidérer les conditions suivantes ? 'Circulation de catalyseur : 363 tonnes/heure
Débit d'air ascendant : 675 m3 normaux environ
Débit d'air descendant ; 453 m3 normaux environ
Température d'entrée d'air : 204,44 C.
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Tgp'rature du catalyseur au-dessus des. cônes d'entrée d'air : 732,2 C.
Pour les'courbes proprement' dites, celles en traits interrompus sont relatives à la conception comprenant 360 cônes espacés de 20,32 cm, tandis que les courbes en traits pleins se rapportent 1 la conception modifiée comprenant 1800 distribu-
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teurs à espacement de 5,33 cm. De méme la figure 5 montre que la . température est plus uniforme avec le faible.espacement; cette figure, représente un graphique des températures en direction verticale à la partie inférieure du four à courant divisé, dans
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. dés¯condi.ions opératoires semblables à ycelles du tableau I, (voir note de conditions de la figure 4).
Les différences de température à l'extrémité inférieure 'des introductions d'ait sont les mêmes
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dans les deux cas, mais on voit ,qu'avec 1'60artQment plus. faible des conduits les différences de température-=. d'un point.. a'l'au- des les différenes tempéràture :, d'un : l'au- tres du four sont en grande partie.éliminées par 1.6*:temps que met le catalyseur à atteindre .le fond du four, ce qui n'est pas ' le cas avec un écartement plus grand. Il est .important de noter qu'avec 1.écartement choisi antérieurement,la température ne sera .- jamais.uniforme au sein de la couche, quel le que soit la profondeur pratiquement utilisée de'celle-ci.
En ordonnée donc, à la figure
EMI14.6
5, on a la profondeur du lit au-dessous des cônes d'admission d'ai,1 et en abscisse 1011'8 la température moyenne en. 0, Les deux cou- due gauche se rapportent à la te¯ngrature sous les .distribu.
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EMI15.1
teurs (2rrtie lu ['lus froid:' du four) , tandis que les deux cour- bers de droite conoernunt la température à mi-ohomin entre les distnibuteurs ( 4 rtie la plus chaude)..Les courbes .en traits in- 1 terroitipus concernent la réalisation de 360 cônos, tandis que les courbes en traits pleins concernent la réalisation modifiée à
1800 distributeurs.
La figure 6 est aussi une comparaison des températures (en ordonnée, C) dans le sens latéral à la partie'inférieure d'un four courant scindé, (en abscisse, distance latérale en cm), pour des conditions de marche analogues à celles décrites plus haut. On voit encore que juste au-dessous des arrivées d'air (les deux couches supérieures), même avec le plus faible inter- valle révélé par l'invention, l'écart de température entre la partie la plus chaude et la partie la plus froide de la couche est exactement la même que dans les conditions antérieures, mais
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que les te.npératures commencent à s'égaliser rapidement peu au- dessous des arrivées d'air. (voir les deux courbes du milieu: milieu de la section inférieure).
On remarque qu'à la base du four la température est très régulière dans l'appareil avec linter- val-le plus faible, alors qu'avec l'intervalle primitif on a des écarts de température considérables (voir les deux courbes du bas : au-dessua des serpentins de refroidissement). Le graphique 6 est établi avec le même taux de combustion de carbone pour cha- que espacement latéral des arrivées d'air, 'Les espacements sont
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donnés à la partie supérieure du graphîque.' La figure 7 représente un graphique semblable à celui de la figure 6, mais le four'fonctionne à .a ïrnrna température de pointal avec le nouvel intervalle, comparé à l'ancien inter- valle.
La figure 7 montre également que dans les conditions de marche indiquées, les écarts de température . la base du four sont en grande partie éliminée avec le nouvel intervalle, alore que ce n'est pas le cas avec l'ancien .intervalle. Cette invention
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révèle le caractère critique de l'espacement des arrivées d'air du four dans -un procédé à couche mobile dans lequel au moins une partie du gaz et le catalyseur circulent, dans lemême sens, et dans lequel on in troduit l'air au-dessous de la surface du lit de catalyseur. En abscisse, on a à nouveau les distances latérales dans le lit, en cm, tandis qu'en ordonnée, on a les températures en C.
Les deux couches supérieures se 'réfèrent aux températures en dessous de l'entrée d'air, les deux courbes centrales à la partie moyenne de la section inférieure (courbe en traits pleins:. conception modifiée avec 1908 kg/heure de carbone brûlé ; courbe en traits interrompus : 1300 kg/heure de carbone brûlé), et les deux courbes inférieures se rapportent aux températures au-dessus des serpentins de refroidissement. Les espacements sont donnés au-dessus des graphiques, avec conception modifiée .(5,o& cm) et. ies cônes à 20 cm.
La figure 8 représente un répartiteur de gaz utilisé à l'extrémité inférieure du conduit d'arrivée amenant le gaz dans le lit en des points uniformément répartis au-dessous du réparti- teur et distants d'une longueur inférieure à l'écartement maximum critique. Ces répartiteurs sont conçus pour'réaliser une réparti- tion régulière du gaz en tous l'es points d'entrée dans la couche de catalyseur, .Ils présentent une partie tronconique 65 fixée à l'extrémité inférieure du conduit d'arrivée 56, et cet -élément' tronconique est muni d'une plaque 66, sensiblement horizontale, disposée transversalement à sa base.
Fixés autour de la plaque, une série de conduits 67,dirigés vers le fias,sont disposés de façon à former à peu. près le même anele avec l'horizontale que la paroi latérale de la partie conique. Ces conduits 67 sont courts et ils saillissent comme des doigts dans un anneau; ils com- muniquent librement avec l'intérieur du répartiteur, permettant au Gaz de s'y trouver uniformément réparti.
Au centre de la pla- que 66 se trouve un autre conduit court 68 sansiblement vortical -et communiquant avec l'intérieur du répartiteur 65 par une ouver-
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ture pratiquée dans la plaque 66. Cn a constaté que pour obtenir la meilleure répartition du gaz par tous les conduits courts G7 et 68, il fallait diminuer, la section.droite de l'extrémité su- vertical périeure du conduit / 68, ce que l'on réalise on placant à cette extrémité une plaque à orifice 69. Les dimensions¯de l'orifice .sont telles que l'on ait une répartition uniforme par tous les conduits. On peut concevoir une plaque à orifice séparée logée dans le conduit, ou bien une ouverture dans la plaque 66, ouver- ture de section droite inférieure à celle de l'ouverture du con- duit 68.
Le terme "plaque à orifice" sert à désigner l'un et l'autre type de construction.
, La figure 9 représente le répartiteur que l'on vient de décrire, vu directement par en déssous.
La figure 10 est une section droite de l'un des éléments d'un des répartiteurs décrits obtenu sous forme dun modèle plas- tique, et expérimenté dans un lit de catalyseur sensiblement au ' débit devant traverser l'un de ces éléments lorsqu'on utilise ce type de répartiteur dans un four industriel à lit mobile. La fi- gure 10 montre la forme C du niveau du catalyseur autour'de ce conduit d'introduction de gaz pour un débit.d'air de 650 n m3/ min.., ascendant et 550 n m3/min. descendant.
La figure 11 représente,en coupe verticale,un autre type de répartiteur proposé pour un usage semblable, dans un four à lit mobile. Dans cette conception, un conduit central .-vertical 70 est fixé à l'extrémité inférieure du conduit d'arrivée de gaz.
Il présente des fentes verticales pratiquées- à intervalles régu- liers sur le porteur de sa paroi latérale, fentes qui font com- muniquer l'intérieur du conduit 70 avec des oreilles 71 uniforme.. ment réparties autour' de ce conduit. Ces oreilles sont formées par des parois latérales triangulaires 72, placées de chaque côté des fentes verticales du conduit 70,et une paroi supérieure in- clinée 73 reliée à chaque côté des parois triangulaires. Cette disposition permet de baliser un élément d'introduction de Gaz
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sur le répartiteur dont la section droite augmente graduellement du soumet à la base, des fentes.
Afin d'obtenir une répartition uniforme par ces oreilles ainsi que .:le conduit- central, on dispose- uns plaque à orifice-74 dans le conduit 70 à un niveau intermédiaire entre le sommet et la base.
La figure 12 représente le répartiteur de la figure 11 vu directement par dessous.
La .figure 13 montre le déflecteur ou plaque à orifice 74 promettant de réaliser la répartition régulière du gaz par le répartiteur.
La figure.'14 est une coupe.verticale du répartiteur montrant'la forme @ du niveau -du catalyseur au-dessous du répar- titeur pour un. débit gazeux utilisable industriellement, sans plaque à orifice central 74 ou déflecteur. Sans le déflecteur ou plaque à orifice, on; voit que la catalyseur s'amoncelle sous l'extrémité de sortie de l'une des oreilles, et qu'il s'affaisse sous l'oreille se trouvant à l'oppose du répartiteur.
La figure 1.5 est une coupe verticale du répartiteur muni du déflecteur 74, et montre que le déflecteur égalise le niveau C du catalyseur sous le répartiteur, ce qui indique que l'arrivée d'air est uniforme de tous.Les points à l'extrémité inférieure du répartiteur. Le déflecteur ou plaque 74 rend donc la distribution du gaz homogène de tous les points du répartiteur malgré un Léger défaut d'alignement de celui-ci: Cela est extra- mement important dans les fours à couche mobile afin d'obtenir une température uniforme au sein du catalyseur. Pour ces deux dernières figures',- les débits d'air ascendant et descendant sont respectivement de 679 et 340 n m3/min. environ.
La.. température de pointe d'environ 760 790 , déter- minée pour un catalyseur silice-alumine en perles, peut être différente pour d'autres types de catalyseur,mais l'intervalle entre les distributeurs n'a pas à être modifié selon cette tempé- rature de pointe et l'intervalle de 13 25 cm environ convient
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donc pour lit autres types de catalyseur. Les parties métalliques internes du four sont choisies de façon à résister à la tempéra- ture de pointe du catalyseur, et des températures supérieures à cette'température de pointe provoquement également des détério- rations de ces parties internes.
.Le four utilisé industriellement dans le procède TCC est formé d'un réservoir vertical d'environ 14 mètres de haut mètres et 8,50/de diamètre de section droite. La section droite du ré- servoir est de forme annulaire et on a ainsi une couche de gravite.- tion annulaire d'environ 2,50 mètres' d'épaisseur en direction radiale. La paroi circulaire interne du four a un diamètre de section droite d'environ 3 mètres. On introduit l'air à un ni- veau médian, et cet air traverse la couche de bas en haut et de haut en bas. La partie supérieure de la couche au-dessus des arrivées d'air a une hauteur d'environ 2. mètres et la partie .inférieure au-dessous des arrivées d'air une hauteur d'environ 5 mètres.
Ce four peut brûler environ 4.100 kg/heure de coke déposé sur le catalyseur, à une allure de circulation de ce, der- n nier d'environ 360 tonnes/heure, à un débit d'air de 1.020/m3/ minute et pour une température limite maximà d'environ 790 , avec
360 arrivées d'air du type conique précédemment décrit. En modi- fiant.ce*four de la façon indiquée dans l'invention, on accroît la vitesse de combustion d'environ 10 à 20%, 'pour une température 'de pointe identique, ou plus faible.
L'écartement des distributeurs d'air est influencé dans une certaine mesure par'le rapport de la capacité calorifique du ron catalyseur à celle de l'air. De préférence, ce rapport est d'envi 4,5 à 1, bien qu'il puisse varier de 3/1 à 10/1 environ sans que l'on ait à modifier l'écartement. Un domaine préférenbiel du rap- port;'entré'les capacités calorifiques du catalyseur et de l'air total se situe approximativement entre les valeurs 4/1 et 6/1,-'ce qui correspond sensiblement du rapport entre le passage de cataly- soue et le passage d'air total en kg/kg, la chaleur spécifique à
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la fois pour l'air et pour le catalyseur étant d'environ 0,25 calorie./gramme.
Le Tableau II indique pour les différents, facteurs les ..domaines dans lesquels la présente invention est. particulièrement applicable :
TABLEAU II
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<tb> Variable <SEP> Domaine <SEP> Domaine
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> préférentiel <SEP> ' <SEP> étendu
<tb>
<tb>
<tb> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ecartement <SEP> des <SEP> entrées <SEP> d'air,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> centre <SEP> à <SEP> centre, <SEP> en <SEP> cm.. <SEP> 13-18 <SEP> 13-25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rapport <SEP> entre <SEP> les <SEP> passages <SEP> de <SEP> .
<SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> catalyseur <SEP> et <SEP> d'air <SEP> total, <SEP> kg/kg <SEP> 4-6 <SEP> 3-10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dutée <SEP> de <SEP> séjour <SEP> au-dessous <SEP> des-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> entrées <SEP> d'air, <SEP> en <SEP> minutes <SEP> 15-30 <SEP> 10-60
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> # <SEP> T <SEP> catalyseur/air <SEP> aux <SEP> entrées
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> d'air, <SEP> @ <SEP> <SEP> 205-540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> du <SEP> catalyseur <SEP> à <SEP> l'en-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> trée, <SEP> @ <SEP> 450-500 <SEP> 450-540
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> pointe,, <SEP> <SEP> 730-790 <SEP> 650-800
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> à <SEP> l'entrée <SEP> de <SEP> l'air,
<SEP> 230-500 <SEP> 90-580
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> frais <SEP> sur <SEP> le <SEP> catalyseur <SEP> .-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> aux <SEP> entrées <SEP> d'air,.% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> au-dessus <SEP> .du <SEP> carbone <SEP> résiduel <SEP> 0,3-0,5 <SEP> 0,2-0,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> résiduel <SEP> à <SEP> la <SEP> sortie <SEP> du
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> four, <SEP> ); <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,1-0,3 <SEP> 0,1-1,0
<tb>
La figure-16,représente un graphique de la capacité de combustion de carbone en kg/heure (en ordonnée) en fonction de l'espacement des arrivées d'air en centimètres (en abscisse) pour diverses températures de pointe limites, respectivement en consi- dérant les courbes de haut en bas :
796,11 C, 787,78 C, 760 C, et 746,11 C. Ces courbes sont données -pour un four servant indus- triellement dans le procédé TCC. Ce four comprend un réservoir vertical d'environ 14 mètres de haut et 8,50 mètres de diamètre de section droite. La section transversale du réservoir est de forme annulaire, ce qui réalise une couche de gravitation annulaire d'environ 2,50 mètres d'épaisseur dans le sens radial ou latéral.
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La paroi circulaire interne du four a un diamètre de section droi te d'environ 3 mètres. On introduit l'air à, un niveau médian pour qu'il traverse la couche de bas en haut et de haut ,en bas. La par- tie supérieure, de la'couche au-,dessus des arrivées d'air a une profondeur d'environ 2 mètres et la partie inférieure, au-dessous des arrivées d'air une 'profondeur d'environ 5 mètres. Ces cour- bes sont établies pour un passage de catalyseur d'environ 360 tonne /heure et un débit total d'air de combustion d'environ 1. 130 m3 normaux/minute. On.voit que la pente de toutes les courbes dimi- nue à partir d'un intervalle entre les arrivées d'air d'environ 25 cm ; intervalle inférieur à cette valeur environ se montre doncécessaire pour avoir une efficacité de combustion maxima.
Il n'y a pas 'd'amélioration notable de l'efficacité de combustion pour un intervalle inférieur 18 cm environ, et cet intervalle est donc préféré. Avec un espacement inférieur à 13 cm, une par- tie trop importante de la section transversale libre du four est occupée par les conduits d'arrivée d'air, ce qui gène la descente du catalyseur; un intervalle inférieur à 13 cm n'est donc pas pour cette raison souhaitable.
Ces courbes sont relevées pour un four.déterminée.et 'avec une circulation de 360 tonnes/heure de catalyseur environ, et un débit d'air de combustion.de 1.130 n m3/ minute, mais elles sont' valables pour d'autres conditions de mar- che de fours à courant de gaz' divisé, en proportionnant le carbone brûlé et le débit d'air au passage du catalyseur*.
Par exemple :
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<tb>
<tb>
<tb> Passage <SEP> de <SEP> catalyseur <SEP> T/heure <SEP> 270 <SEP> 360 <SEP> 900
<tb>
<tb>
<tb> Ecartement <SEP> en <SEP> cm <SEP> 15 <SEP> 15 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de' <SEP> pointe <SEP> ) @ <SEP> 790 <SEP> 790 <SEP> 790
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> d'air <SEP> en <SEP> n <SEP> m3/minute <SEP> 850 <SEP> 1130 <SEP> 2.800
<tb>
<tb>
<tb> carbone <SEP> brûlé, <SEP> ke/heurs <SEP> 3.925 <SEP> 5.200 <SEP> 13.000
<tb>
;
.La figure 17 représente,pour le four auquel se rapporte la figure 16 et dans les mêmes conditions de fonctionnement, un relève des écarts de températures maxima # T à la base du four (en ordonnée de gauche, C) en fonction de l'intervalle entre les
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arrivées d'air (en abscisse, en cm), et de la teneur en carbone résiduel ()1 en poids,' ordonnée de droite) dé la partie la plus froide du catalyseur sortant du four en fonction ,de 'cet intervalle* Les courbes montrent la nette amélioration,.46 l'efficacité de com- bustion obtenue en maintenant l'intervalle inférieur à 25 cm envi- ron,
ainsi-que la faible amélioration donnée par la réduction de cet intervalle au-dessous de 13 cm environ.
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Les exemples donnés', ci-dessus servent .à -i1.lustrer Itin- vention et ne limitent aucunement son domaine.
Il va d'ailleurs de soi que des modifications peuvent¯ être apportées aux modes de réalisation 'qui viennent d'être dé- crits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans que l'on sorte pour cela,du cadre de la présente invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.