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Dans le brevet principal, on décrit un procédé et un appareillage nouveaux pour la conversion catalytique d'hydrocar- bures en présence d'un lit fixe de matière de contact granulaire comprenant un catalyseur, avec régénération périodique en place du catalyseur, en l'occurence un certain nombre de réacteurs fonctionnant successivement suivant un cycle réglé dans le temp.s.
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de manière à maintenir une conversion continue des hydrocarbures.
Le système que l'on y décrit convient particulièrement pour la déshydrogénation des hydrocarbures en vue de la préparation, par exemple,de butadiène devant servir à la fabrication de caoutchouc synthétique, et/ou de butylène destiné à la prépara- tion d'un alkylat.
Une particularité importante du brevet précité est la conception d'un cycle opératoire pour produire des périodes égales alternées de déshydrogénation d'hydrocarbures et de régé- nération du catalyseur, chacune de ces périodes étant d'une durée relativement courte. On retire certains avantages bien précis de l'utilisation d'une période plus cogrte de fabrica- tion. effective, le moindre d'entre eux n'étant pas que la production et tout au moins dans une certaine mesure la durée de service globale du catalyseur augmentent avec un temps de fabrication effective décroissant.
En vue de tirer le profit maximum de la pàriode courte de fabrication effective, le perfectionnement c-ohforme à la présente invention comprend l'utilisation d'une batterie à trois réacteurs, qui représente le système de réacteurs le plus effi- cient. Une unité de traitement complète comprend de préférence deux ou plusieurs de ces batteries à trois réacteurs disposées de manière à ce que simultanément chaque batterie ait un réacteur où s'effectue la réaction durant une période de fabri- cation effective d'environ 4 à 9 minutes, un en régénération pendant une période à peu près égale, et un en purge, en change- ment de vannes, en vidange, etc.
Dans le but d'obtenir une efficacité maxima dans.la fabrication de l'oléfine ou dioléfine désirée, l'invention en- visage une opération qui soit continue, bien qu'éventuellement à production réduite, en dépit d'un arrêt temporaire de batterie de l'unité de traitement. Comme chaque batterie de trois réac- teurs est capable de fonctionner indépendamment, on envisage
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que pendant qu'une batterie est à l'arrêt pour les raisons cou- rantes d'inspection, réparation, changement de catalyseur, etc, la ou les batteries restantes puissent fonctionner avec une production substantiellement accrue par batterie, si bien que l'unité dans son ensemble peut continuer à fonctionner à envi- ron 65-75 de la production normale.
Pour réaliser une telle souplesse de fonctionnement il est essentiel que les réacteurs des diverses batteries soient dotés d'agencements de tuyaute- ries et de contrôle de débit grâce auxquels l'isolement d'une batterie et l'augmentation de service pour les batteries restantes peuvent se faire sans interruption substantielle du procédé et avec le maximum d'efficacité.Pour atteindre cet objectif,il faut un certain dédoublement de l'appareillage de traitement, ce qui augmente de toute évidence dans une cer- taine mesure les frais d'investissement en appareillage.On a trouvé toutefois que cette augmentation, des frais est plus que compensée par l'avantage résultant d'une opération continue.
Comme la production par réacteur peut être augmentée durant certaines périodes quand une des batteries de réacteurs est hors service, l'unité dans son ensemble peut accuser une production annuelle plus élevée du produit oléfinique ou diole finique désiré comparativement à celle que peut montrer une unité ayant la même nombre ou à peu près le même nombre de réacteurs, opérant comme une seule batterie.
Conformément à un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, les diverses batteries à trois réacteurs sont groupées suivant un mode symétrique., de manière à ce que le courant d'hydrocatbure, le courant d'air de régénération et les courants de vapeur d'eau et d'hydrogène puissent se rendre au groupe de réacteurs et les courants de décharge du produit et des gaz de cheminée puissent s'écouler des réacteurs le plus efficacement possible, c'est-à-dire avec l'agencement le plus simple possible des canalisations et en évitant des distances
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inégales de parcours que peut occasionner une distribution inefficace.
Cet agencement apporte également Inefficacité maxima pour l'écoulement à partir des divers réacteurs des courants de produit et des courants de gaz de cheminée et de purge. Un caractéristique de l'invention est que l'on prévoit des moyens distincts et indépendants pour le préchauffage des courants d'air de régénération allant à chaque batterie de réacteurs. En prévoyant des moyens de chauffage séparés on n'a pas d'interruption du procédé lorsqu'une des batteries de réac- teurs est isolée du système. En un tel moment l'alimentation d'air indépendante pour la batterie isolée peut continure â être fournie aux récipients de la batterie pour effectuer on refroidissement plus rapide de l'appareillage à un niveau auquel l'inspection ou l'accès de l'appareillage peut se faire.
Une autre particularité de la présente invention est que l'on prévoit l'utilisation de la décharge des gaz de cheminée de chaque batterie pour l'échange thermique indirect avec le courant d'air qui y est alimenté. Bien que l'on puisse utiliser des brûleurs conventionnels de conduites d'air en vue du préchauffage du courant d'air quiarrive, ceci suppose une consommation de combustible. Dans les cas où le combustible est relativement coûteux et où l'on dispose facilement de gaz'de cheminée chauds, qui ne sont pas requis pour d'autres échanges thermiques comme par exemple la génération de vapeur d'eau, l'em ploi de gaz de cheminée comme milieu de chauffage de l'air réalise une économie opératoire substantielle.
Au surplus, indépendamment de l'économie de chaleur, le gaz chaud de régénération ainsi obtenu par échange thermique indirect ne contient comme humidité que celle qui est présente dans le courant d'air frais, contrairement au gaz de régénération préchauffé par un braleur de conduite d'air qui contient l'hu midité supplémentaire de l'eau formée dans la combustion du com- bustible alimenté. Comme le contact avec la vapeur d'eau à
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haute température est un facteur important affectant défavora- blement l'activité du catalyseur, la présente disposition apporte par conséquent l'avantage supplémentaire du maintien d'un niveau d'activité plus élevé du catalyseur à l'usage et d'une plus longue durée de service du catalyseur.
Dans l'emploi de l'effluent gazeux résiduaire chaud de chaque batterie comme milieu d'échange thermique indirect pour l'air de régénération qui arrive, il est nécessaire d'apporter un moyen donné pour interrompre l'opération de préchauffage aussitôt que la batterie de réacteurs est mise hors service, pour que l'on puisse immédiatement faire circu- ler de l'air relativement frais à travers la batterie pour refroidir les réacteurs. A cet effet l'invention envisage des agencements de dérivation individuels associés à chaque échan- geur thermique de canalisation d'air,afin que la décharge ga- zeuse du réacteur puisse être dérivée, en contournant l'échan- geur, directement à la cheminée.
Un cycle opératoire pour un réacteur donné consiste en une période de fabrication effective durant laquelle le réac- teur reçoit la charge d'hydrocarbures, en une période de régé- nération, généralement égale en longueur de temps à la période de fabrication effective, période durant laquelle de l'air est chargé dans le réacteur, et en une période de "purge". L'ex- pression " purge" est utilisée pour couvrir l'ensemble de plu- sieurs opérations distinctes qui peuvent avoir lieu entre les périodes de fabrication effective et de régénération.,
Un cycle complet d'un réacteur requiert un nombre considérable d'opérations séparées dont la majorité doivent 'se faire au cours de la période de "purge".
Par exemple,dans une installation industrielle typique, un cycle opératoire re- quiert jusqu'à vingt-huit opérations distinctes, réglées dans le temps avec précision en une séquence prédéterminée. Deux seulement des opérations séparées comprennent la conversion des
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hydrocarbures et la régénération du catalyseur, et 11 reste les ving aix autres opérations pour l'ouverture et la fermeture de vannes, la vérification, la purge de vapeur, la vidange, la remise sous pression et la réduction du catalyseur avec de l'hydrogène.
Comme la multiplicité des opérations ayant lieu durant la période de "purge" requiert nécessairement un certain minimum de temps, l'allure du cycle tout entier est contrôlée à un degré élevé par la nécessité d'accorder un temps suffisant pour l'exécution des diverses opérations de purge. A cause des limitations de temps imposées par les opérations de purge, les systèmes industriels antérieurs fonctionnaient généralement avec une période de fabrication effective supérieure à 10-15 minutes.
L'expérience a toutefois montré que l'on obtient une plus grande efficacité opératoire et une plus grande souplesse par l'emploi de périodes fabrication effective plus courtes, une grande pro- portion du temps total du cycle étant accordée à la fonction de la purge. Certains des avantages réalisables par une période plus courte de fabrication effective, réalisables plus aisément par la présente invention, sont :
(1) des dép8ts de coke plus faibles, avec des températures de régénération maxima résultantes plus basses, une désactivation moindre du catalyseur et une vie plus longue du catalyseur, (2) une conversion maxima par pas- se qui, pour une installation de capacité donnée de recyclage, se traduit par une production maxima d'hydrocarbures insaturés désirés, (3) une variation minima de température dans tout le cycle, (4) un accroissement du temps disponible pour la purge, assurant une purge plus efficace avec moins de perte de charge d'hydrocarbures et de produits de conversion, (5) des économies dans lesfrais d'appareillage auxiliaire et (6) une purge plus efficace immédiatement avant régénération, avec comme conséquence un minimum de combustion instantanée au départ de la régénéra- tion,
combustion quiconduirait autrement à une diminution de la vie du catalyseur.
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Le temps supplémentaire prévu dans le cycle pour l'opération de purge permet un supplément de temps pour les mouvements des vannes Ceci représente un avantage pratique considérable en ce sens qu'on peut utiliser des vannes et opérateurs de vannes moins compliqués et à action plus lente, effectuant ainsi d'autres économies considérables en frais d'appareillage. Le supplément de temps élimine aussi beaucoup le chevauchement des mouvements des vannes, facilitant ainsi l'opération au degré désiré de sécurité.
Par ce qui précède, il est évident que le cycle à fabrication effective courte et les bénéfices apportés par la batterie à trois réacteurs du point de vue souplesse et par la plus longue durée de purge font que l'on a une opéra- tion à haute efficacité conservant tous les avantages usuels caractéristiques d'un.cycle à fabrication effective plus longue. Ces avantages et d'autres avantages d'une batterie à trois réacteurs s'obtiennent le mieux avec un agencement où l'on utilise deux ou plusieurs batteries à trois réacteurs, capables chacune d'un fonctionnement indépendant. Un tel agencement apporte un maximum de souplesse pour l'unité dans son ensemble.
D'auttes particularités nouvelles et originales ressortiront de la description qui suit.
On révèle une forme de réalisation concrète illus- trant l'invention dans les desssins d'accompagnement dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique ou flow chart d'une installation catalytique pour la déshydrogénation du butane. vue
La figure 2 est une schématique partielle montrant un agencement de vannes pour le fonctionnement de deux batte- ries de réacteur en une séquence réglée dans le temps.
La figure 3 est un diagramme montrant un cycle opé-
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ratoire typique dans la mise en pratique de l'invention
La figure 4 est une vue en coupe du réacteur de la figure 2.
L'opération dans son ensemble) appliquée à la fabrica- tion de butadiène, est illustrée d'une manière générale par le flow chart de la figure 1. Comme on le voit par le dessin, une charge fraîche d' hydrocarbures est admise par la conduite 1 et consiste essentiellement en du butane normal ou. en un mélange de butane et de butylène d'une, source quelconque, conjointement avec des hydrocarbures de recyclage provenant de la conduite 2. Cette charge est alimentée dans un vapori- sateur et réchauffeur conventionnel de charge alimentée 3 dans lequel la charge est chauffée à la température de réac- tion désirée.
On fait alors passer la charge chauffée à travers un système de déshydrogénation désigné d'une manière générale par 4, et l'effluent de réaction chaud provenant de ce système de déshydrogénation passe par la conduite 5 dans un système servant à le refroidir.
Dans le système représenté, le refroidissement a lieu en faisant passer le produit hydrocarboné déshydrogéné à travers une tour de préréfroidissement 6, puis à travers une tour de refroidissement 7. Dans la tour de pré-refroidissement 6 l'effluent du réacteur est mis en contact avec une pluie d'huile de refroidissement plus froide admise par la conduite 8 et pulvérisée dans les hydrocarbures circulant en équi- courant. L'huile de refroidissement adsorbe certains hydro- carbures polymérisés à partir de l'effluent du réacteur; c'est pourquoi un courant d'échappement est rejeté pour servir de combustible et est remplacé par. de l'huile fraîche.
L'huile de refroidissement et le produit refroidi de la tour 6 sont admis par la conduite 9 dans un côté du fond de la tour de refroidissement 7, cette section de fond étant divisée par une séparation 10 pour former des chambres séparées 11 et 12.
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Le'produit liquide de la chambre 11 est pompé à travers un refroidisseur 13 et renvoyé au sommet de la tour de refroidis- sement 7 pour passer sur des plaques déflectrices dans cette tour en contre-courant par rapport aux vapeurs qui montent à travers celle-ci. L'huile de refroidissement descendante entre finalement en contact avec une plaque non perforée 14 dans la tour 7 au-dessus de la séparation 10, le liquide retombant en cascade par-dessus le. bord de la plaque 14 dans la chambre 12 A partir de la chambre 12 l'huile de refroidissement relative- ment froide est éliminée par la c.on.duite 8 qui la ramène au sommet de la tour de pré-réfroidissement 6.
Les gaz effluents sont éliminés par le haut au sommet de la tour de refroidisse- ment 7 à travers la conduite 15 et, avec un sans refroidisse- ment additionnel, passent par un système de compression 16 dans lequel ils sont soumis à un système de compresseurs à étages multiples (3 à 5 étages) pour porter le gaz jusqu'à une pres-" sion d'environ 7,7 - 11,9 kg/cm2 au manomètre. Dans le système de compression 16, un refroidissement intermédiaire des gaz (non représenté) entre les étages et/ou un refroidissement à l'eau dans les compresseurs est prévu pour assurer.que la tem- pérature demeure en-dessous de 115,5 c évitant ainsi une destruction du butadiène et la production de polymère indési- rable.
On fait alors passer les vapeurs comprimées au tonneau éliminateur 17 et de là par la conduite 18 à un absorbeur 19.
Le liquide formé dans le tonneau 17 peut être éliminé, par exemple au moyen de la conduite 20. Le produit liquide est renvoyé en un point approprié dans le système ,comme on le verra par la suite.
Dans l'absorbeur 19 les vapeurs admises par la conduite 18 sont mises en contact avec une huile d'absorption, par exem- ple un naphte, pour effectuer la récupération des hydrocar- bures en c4 dans l'effluent. Le gaz résiduaire de l'absorbeur @
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19 est évacué comme combustible, comme indiqué en 20'. L'huile riche de l'absorbeur est déchargée par la conduite 21 dans un rectificateur ou tour d'extraction 22 dans lequel la matière absorbée est fractionnée pour la séparer de l'huile amaigrie.
Ainsi., on récupère une fraction de tête qui consiste pratique- ment en sa totalité des hydrocarbures en C3 et C4 éliminé par la conduite 23 et une huile amaigrie qui est déchargée par la conduite 24 et recyclée par exemple au moyen de la conduite 25 au sommet de l'absorbeur 19. Il est prévu une addition de naphte frais à la conduite 25 et une décharge d'une partie de l'huile en circulation suivant les besoins, ceci étant indiqué respectivement en 26 et 27. L'huile déchargée peut être purifiée par un moyen non représenté,et recyclée au système par la conduite 25.
Le produit de tête éliminé de l'extracteur par la con- duite 23 passe par un condenseur 28, et le produit condensé est envoyé par la conduite 30 à un appareil de fractionnement 31. Une portion du condensat de 28 passe au moyen de la con- duite 32 au sommet de l'extracteur 22 comme reflux. Tout produit non condensé peut être recyclé en arrière pour la recompression dans l'un des derniers étages du système indiqué en 16. Le liquide du tonneau éliminateur 17 des compresseurs, déchargé par la conduite 20, peut être renvoyé au système en l'ajoutant aux vapeurs dans la conduite 18 ou à l'huile riche dans la conduite 21, ou au produit de reflux dans la conduite 30.
La présende d'isocomposés en C4 dàns la charge de déshydrogénation est indésirable du fait qu'ils ne sont pas convertis en butadiène désiré mais s'accumulent dans le système jusqu'à décomposition en coke et en gaz. Les isocomposés en C4, d'un autre côté, constituent une matière première intéres- sante pour l'alkylation ou la polymérisation. Par conséquent l'appareil de fractionnement 31 fonctionne de manière à obtenir une séparation entre une fraction, de tête contenant du butadiène
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du butène-1, des composés iso en C4 et tous composés en C3 et plus légers, qui sont déchargés pain la conduite 32, et une fraction de fond déchargée par la conduite 2.
Cette fradtion de tête est alors soumise à une opération séparatrice adéquate pour enlever le butadiène, par exemple une extraction ou une distillation extractive, désignée d'une manière générale par 33 le butadiène étant récupéré comme indiqué en 34. Ou bien, la charge de l'appareil de fractionnement 31 peut être traitée pour enlever les composés en C3 et plus légers, ou bien ceux ci peuvent être éliminés de l'effluent passant à l'extraction.
La fraction exempte de butadiène va alors à l'alkylation ou à la polymérisation, comme indiqué en 35, avec ou sans élimi- nation. préalable des composés en C3, ou à une nouvelle purifi- cation pour la récupération de butylènes de grande pureté. La fraction de fond, contenant du butène-2 à la fois cis et trans) et du butane normale est recyclée par la conduite 2, comme indiqué,pour être mélangée avec la charge fraîche allant à. la déshydrogénation.
Une forme préférée du système de déshydrogénation 4 est représentée dans la figure 2. Comme montré, le système comprend six réacteurs R agencés en deux batteries de trois réacteurs chacune, qui fonctionnent en un cycle tel que deux réacteurs, c'est-à-dire un réacteur de chaque batterie, sont simultanément en fabrication effective pour la déshydrogénation catalytique deux étant soumis à une régénération du catalyseur qu'ils con- tiennent, et deux étant dans un stade comprenant une opération telle qu'une vidange, une purge à la vapeur d'eau, une réduction à l'hydrogène ou des changements de vannes.
Pour la cqmmodité de la description les réacteurs sont numérotés de R-1 à R-6 Le diagramme de la figure 3 montre comment les réacteurs fonc- tionnent au cours d'un cycle de 15 minutes; il est toutefois entendu que la même opération peut être effectuée en une pério- de de cycle un peu plus longue ou même un peu plus courte.
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La charge d'hydrocarbures est alimentée aux batteries de réacteurs au moyen d'une conduite 41 se raccordant par des conduites d'embrachement et agencements de vannes appropriés à chacun des réacteurs R, les vannes commandées par moteur, qui leur sont associées, étant ouvertes et fermées de manière connue et au moment approprié par le fonctionnement d'une minuterie de cycle. Les produits de conversion hydrocarbonés sont éliminés du système par exemple au moyen des conduites 42 et 42' également adéquatement raccordées à chacun des réac- teurs par des conduites d'embranchement et un agencement de vannes convenables. L'effluent des réacteurs provenant. des conduites 42 et 42' passe dans la conduite 5 (fig.l) et est ensuite soumis à la série de stades décrits précédemment pour la récupération des produits désirés.
Afin de purger les appareils de conversion et le cata- lyseur qui s'y trouve à la fin d'un cycle de fabrication effective, on admet de la vapeur d'eau dans le système, par exemple au moyen de la conduite 43 raccordée, par des con- duites appropriées munies de vannes, à chacun des réacteurs R.
Après la purge à la vapeur (désignée par purge A dans la figure 3 on introduit un milieu de régénération pour enle- ver le dépôt contaminant du catalyseur dans les réacteurs, le milieu étant fourni au réacteur approprié R de chaque batterie à trois réacteurs par des conduites d'alimentation séparées 44 et 44' raccordées par des conduites d'embranchement et des agencements à vannes appropriés pour chacun des réacteurs.
D'ordinaire on utilise de l'air ou de l'air dilué avec du gaz de cheminée comme milieu de régénération, qui est porté à la température et pression requises de la manière suivante. Dans la forme de réalisation préférée de l'invention, des systèmes d'alimentation d'air séparés sont prévus pour les deux batteries à trois réacteurs, ayant chacun leurs propres dispositions pour la compression et le chauffage.
De l'air sec est alimenté par
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les conduites 45 45' aux compresseurs d'air 46 - 46 qui font passer l'air par les conduites 47 - 47 aux préchauffeurs d'air 48 - 48 Dans les préchauffeurs d'air l'air est chauf- fé par échange de chaleur indirect avec les produits de régé- nération gazeux chauds déchargés des réacteurs R par les conduites 49 - 49'.Les gaz de régénération refroidis sont déchargés par les conduites 50 - 50' à la cheminée,non montrée.
Pour que les réacteurs puissent être plus rapidement refroidis immédiatement après un arrêt, on a prévu des condui- tes de dérivation 51- 51 si bien que les gaz chauds des réac- teurs peuvent être détournés des conduites 49 - 49' et envoyés directement aux conduites 50 50 sans passer par les pré- chauffeurs 48 - 48
Les courants d'air passent des préchauffeurs 48 - 48 par les conduites 52 - 52' aux réchauffeurs de conduite d'air 53 - 53', en l'occurence si c'est nécessaire, l'air pouvant être chauffé davantage par combustion d'un combustible de manière connue.
L'air se décharge des réchauffeurs de conduite d'air 53 - 53' dans les conduites 44 - 44'.Ces dernières sont pourvues de conduites de dérivations d'air 54 54' pour que tout l'air ou une portion désirée de celui-ci puisse être détourné vers les conduites de décharge de produits de régéné- ration gazeux 49 - 49 '.
Bien que dans certaines circonstances on puisse effec- tuer la réduction du catalyseur oxydé à la suite de la régéné- ration au moyen d'une charge d'hydrocarbures, on préfère dans le fonctionnement du présent système effectuer une telle rédua= tion au moyen d' hydrogène. Par conséquent,après la vidange du réacteur consécutive à la régénération par des conduites contrôlées par des vannes 55 - 55' on admet de 1'hydrogène par la conduite 56 et ses raccordements appropriés. Comme montré, les conduites 43 et 56 sont raccordées avec une seule entrée au réacteur,et on a donc conçu un agencement approprié de @
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vannes pour l'admission sélective de vapeur d'eau ou d'hydre-- gène à cette entrée.
La vidange d'air décrite, ainsi que le stade de réduc- tion à l'hydrogène, sont inclus dans ce qui est appelé purage B dans la figure 3 Par conséquent, comme montré dans cette figure, chaque réacteur est en fabrication effective et en régénération pendant 5 minutes, tandis que 5 minutes sont occu- pées à purger, à changer les vannes, etc. En d'autres termes 33 1/3 % du temps total du cycle sont consacrés à la produc- tion effective réelle des produits hydrocarbures désirés, et la période de purge de 5 minutes constitue un temps amplement suffisant pour toutes les opérations de purge requises qui doivent être exécutées durant cette période.
En restreignant la. période de fabrication effective dans chaque cycle à environ 5 minutes, le fonctionnement approche les conditions isother- miques désirées avec comme conséquence la production de ren- dements élevés recherchés en butadiène avec un minimum de pro- duits secondaires accompagnée d'influences désactivantes re- lativement mineures, si bien que le catalyseur a une vie utile relativement longue.
Parmi les avantages de la courte période de fabrication effective et du temps adéquat du purge prévus dans le système décrit plus haut, on a le dépôt de coke plus faible par rapport au poids du catalyseur, conduisant à des températures de régé- nération maxima plus basses, une conversion maxima par passe pour toute installation à capacité de recyclage fixe,avec comme conséquence une production maxima en butadiène désiré, la variation de température est réduite à un minimum dans tout le cycle une purge plus'efficace permet une récupération maxima des produits hydrocarbonés. Le système décrit en outre permet une souplesse plus grande dans le réglage du temps, si bien que l'on peut aisément introduire des changements pouvant être désirés par suite de changements des conditions.
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Dans le brevet principal précité N 555,.767, on montre une forme préférée de réacteur R, de configuration ellipsoïdale, présentant un agencement unique de buselures d'entrée et de sortie pour l'introduction et l'élimination des gaz allant et sortant du réacteur. On vient de découvrir que les avantages de l'agencement à buselures qui y est propo- sé sont également obtenus avec des réacteurs d'autres forces, y compris le type cylindrique plus conventionnel. Dans la figure 4 on montre que le réacteur comprend une section cylin- drique horizontale µle pourvue de fonds bombés 62 et 63 S'étendant horizontalement à travers la portion médiane du ré- cipient réacteur, il se trouve une voûte de maçonnerie réfrac taire 64 qui est concave sur le coté inférieur et plate sur le sommet.
La vodte de maçonnerie est de construction en damier ouverte, de manière à présenter de multiples passages de gaz uniformément distribués 65, qui permettent une commu- nic ation des gaz entre la zone de réaction 66, comprenant la région du récipient au dessus de la vodte, et un plénum ou collecteur de gaz 67, comprenant la région du récipient en- dessous de la voûte. Quant à la voûte de maçonnerie 64 on peut utiliser tout modèle de construction qui a la solidité nécessaire pour supporter le poids du lit et les forc.es ré- sultant de la chute de pression à travers celui-ci, et qui présente des ouvertures pour l'écoulement des gaz entre la zone de réaction 66 et le plénum 67.
Le sommet horizontal plat de la voûte présente en surface une couche peu profonde de plaques perforées 68 présentant des passages qui s'étendent verticale''cent, par exemple des ouvertures tronconiques éva- sées, le fond de chaque plaque étant concave.
Comme dans un réacteur cylindrique du type représenté la longueur du lit de catalyseur peut avoir jusqu'à deux ou plusieurs fois le diamètre intérieur du réacteur, il faut prévoir l'obtention d'une distribution uniforme des gaz ou
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vapeurs admis sur la surface du lit de catalyseur sans pertur- bation du catalyseur ou des solides inertes en sa surface.
Ceci se fait par une nouvelle structure déflectrice comprenant quatre colonnes en plaques ou briques 71 s'étendant verticale- ment depuis la portion de surface centrale de la voûte de maçonnerie 64.. Les colonnes 71 supportent une ossature métal- lique rectangulaire 72 qui, à son tour, supporte un organe chenal rectangulaire 73. Les c8tés opposés tournés vers le haut du chenal 73 s'étendent suivant la longueur du récipient cylindrique. La structure déflectrice sert à dévier la matière gazeuse introduite centralement de haut en bas par le sommet du récipient de réaction, comme on le décrira plus loin, produisant ainsi une distribution uniforme de la matière gazeuse vers les cotés et les extrémités du récipient de réaction.
Un lit fixe de matière granulaire, désigné dans son en- semble par le nombre 74, repose sur la surface des plaques . perforées 68 au sommet de la voûte. La profondeur du lit est telle que sa surface horizontale est légèrement au-dessus de l'axe du récipient cylindrique de réaction. De préférence le dispositif déflecteur 73 fait saillie vers le haut à une dis- tance substantielle au-dessus de la surface du lit 74.
Le lit 74 dans l'agencement préféré comprend.plusieurs couches séparées et distinctes de particules solides, quatre couches étant représentées, bien que l'on puisse en prévoir moins ou davantage. La couche supérieure et les deux couches: les plus basses sont relativement peu profondes tandis que la couche intermédiaire restante est relativement profonde.
Les couches inférieure et supérieure 75 et 75 respectivement, comportent des particules de grande dimension d'une matière solide inerte, par exemple des billes ou sphères d'alumine d'environ 9,5 à 19,05 mm de diamètre. La couche 76, proche de la couche de fond, comprend une matière inerte similaire de
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faible diamètre, par exemple un diamètre de 6,35 à 9,5 mm environ. Les couches 75 75' et 76 de matière inerte servent principalement à confiner la portion de corps principale du lit 74, portion qui comprend une couche profonde de matière catalytique-74', et à empêcher le catalyseur de pénétrer dans les passages existant dans les plaques perforées 68.
La matiè- re catalytique constituant la portion de corps princ ipale
74' du lit 74 est d'une dimension de particule moyenne substantiellement plus petite que la dimension de particule de la couche 76 de matière inerte. Elle peut par exemple con- sister en des pastilles granulaires ayant un diamètre moyen inférieur à 6,35 mm par exemple d'environ 3,17 à 4,76 mm.
Les passages de gaz 65 s'étendant à travers la voûte de ma- çonnerie 64 ont une aire d'écoulement relativement grande, de manière à ne pas introduire une chute de pression indésirable dans les courants de matière gazeuse s'écoulant de haut en bas depuis le lit de réadteur 74 dans le plénum 67.
Le récipient de réaction 61 est pourvu au sommet du nouvel agencement d'alimentation de fluide qui comprend une buselure d'entrée de gaz centrale 77 épousant la forme d'un venturi, si bien que le fluide gazeux passant de haut en bas à travers la buselure 77 se dilate graduellement, avec comme résultat une diminution de vitesse, avec gain concomitent de pression à la décharge. Sur des côtés diamétralement opposés de la buselure 77 sont montées des buselures d'embranchement d'amenée de gaz 78 et 79 Chacune des dernières buselures citées se présente également sous la forme d'un venturi de manière à réaliser une réduction de la vitesse de la matière gazeuse passant par les buselures d'amenée d'embranchement dans la buselure d'amenée centrale 77.
Cette dernière est la plus grande des trois buselures d'amenée de gaz et est destinée à l'introduction de l'air dans le réacteur. La buselure latérale
78 est un peu plus petite et est destinée à l'introduction de la charge d'hydrocarbures. La buselure latérale 79 est
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également plus petite que la buselure 77 et sert à l'introduc- tion alternée de vapeur d'eau, et d'hydrogène. Une conduite d'é- limentation d'embrachement 81 est prévue pour l'introduction réglée séparée de vapeur d'eau ou d'hydrogène dans la buselure 79 Les vannes conventionnelles prévues dans toutes les condui- tes d'alimentation et de décharge sont montées avec des moyens de contrôle de exception connue, non représentés, pour assu- rer la séquence désirée d'écoulement.
Le côté inférieur du récipient cylindrique 61 est pourvu de buselures de sortie de gaz 85 et 86, de dimension approximativement égale, pour la décharge respectivement des produits de régénération gazeux et des produits de conversion hydroc arbonés.
A l'extrémité inférieure de la buselure de sortie 85, de préférence aussi près que possible pratiquement de sa vanne de contrôle, il est prévu 'une buselure latérale d'embranche- ment 27 contrôlée également par vanne, à travers laquelle on peut effectuer la vidange 'du plénum 67 consécutivement à la décharge des produits de régénération gazeux par la buselure de sortie 25 Cette buselure d'embranchement est également utilisée pour éliminer tous les hydrocarbures qui ont pu entrer dans la buselure 85, ceux-ci étant éliminés par un stade de vidange court immédiatement avant l'élimination des produits de régénération.
En ce qui concerne la question de l'introduction du gaz, la buselure venturi 77, conjointement avec les buselures venturi latérales 78 et 79, procure un avantage distinct dans le sens d'une réduction de la vitesse du gaz. Comme les vitesses du gaz dans les conduites d'alimentation tendent normalement à être à un niveau fortement en excès par rapport à la vitesse maxima pouvant être tolérée à la surface du lit, cette réduction de vitesse du courant gazeux qui arrive prévient une perturba- tion du catalyseur. Tout déplacement important de catalyseur
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produirait évidemment une variation considérable dans la pro- fondeur du lit, avec comme résultat une chute de pression inégale et un écoulement gazeux inégal à travers le lit.
Au surplus, une vitesse de gaz excessive pourrait faire bouillonner le catalyseur en une masse rapidement mouvante de particules, ce qui causerait ainsi une attribution rapide du catalyseur.
Une opération économique normale requiert des vitesses d'air et d'hydrocarbure de 90 - 120 m/seconde par les vannes commandées par moteur généralement installées dans le système d'alimention en gaz.. Dans certains cas les vitesses linéaires du gaz peuvent être supérieures à 300 m/seconde.
Par l'emploi de buselures du type venturi, on peut réduire ces vitesses excessives des gaz à environ 45 m/seconde, vitesse à laquelle la déflection du courant gazeux entrant, au moyen d'un dispositif comme la structure déflectrice comprenant les organes 71, 72 et 73 produit une vitesse d'écoulement trans- versale sur le surface du lit qui ne perturbe pas la partie granulaire supérieure du lit 74.
Du point de vue construction, la voûte de maçonnerie 64 et la construction déflectrice constituent une construction de qualité supérieure offrant des avantages de fonctionnement et d'entretien.
Bien que l'on montre la buselure d'amenée de gaz sous la forme d'un organe venturi principal 77 et de deux organes venturi d'embranchement plus petits, 78 et 79 il est entendu que, si on le désire, on peut prévoir un venturi séparé pour chacune des conduites d'alimentation de gaz. Les organes venturi d'embranchement '78 et 79 peuvent être éliminés et les hydrocar- bures, la vapeur d'eau et l'hydrogène être introduits en amont du venturi 77, si bien que toute réduction de vitesse peut se faire par le seul organe venturi 77.
Dans le but de rétablir une distribution de température favorable dans le lit de catalyseur et d'éliminer le coke par
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combustion, on regénère périodiquement le catalyseur. Comme la température favorable pour la production de butadiène est relativement élevée et est comprise dans un intervalle rela- tivement étroit, et comme la température du catalyseur doit être maintenue en-dessous d'un niveau auquel la désactivation thermique du catalyseur serait aggravée} il est nécessaire d'effectuer la combustion du coke dans des conditions empêchant une élévation excessive de la température, et en même temps d'obtenir et de maintenir la température favorable uniformément dans tout le lit de catalyseur par l'emploi d'un air de régéné- ration préchauffé, dont la température est réglée.
Dans la pratique d'autrefois il était courant de brûler plusieurs tonnes de combustible par jour pour chauffer l'air employé en vue du conditionnement de la distribution de température du lit catalytique durant cette régénération du catalyseur.
Le procédé et l'appareillage de la présente invention évitent la nécessité de consommer ces grandes quantités de combustible dans le but de préchauffer l'air utilisé pour la régénération. Bien qu'un réchauffeur de conduite d'air ou son équivalent soit nécessaire durant le démarrage d'une unité afin de porter initialement le lit de catalyseur à sa tempéra- ture propre de réaction, une fois que le système fonctionne suivant son cycle régulier on peut supprimer la majeure partie sinon la totalité de la mission de chauffage du réchauffeur de conduite d'air en utilisantles produits gazeux chauds de régénération comme milieu de chauffage de.l'air.
Par conséquent, comme décrit antérieurement, on prévoit des préchauffeurs d'air dans chacune des conduites séparées d'alimentation d'air frais à une batterie à trois réacteurs, de manière à ce que l'air qui arrive puisse être chauffé par échange calorifique indirect avec les produits gazeux de régénération déchargés avant que ces derniers passent à la cheminée. Comme on l'a précise, toute chaleur supplémentaire pouvant être requise pour
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porter l'air préchauffé à la température finale désirée peut être fournie par les rechauffeurs de conduite d'air. Bien que ceci comporte nécessairement une certaine consommation de com- bustible, cette consommation n'est pas importante quand on la compare à la quantité de combustible qu'il faudrait en l'absence du préchauffeur d'air du type échangeur thermique.
Ou bien, l'effluent en provenance de la zone de régé- nération (gaz de cheminée), qui contient encore de l'oxygène non consommé, peut être utilisé dans un stade ultérieur de ré- génération, en conservant la teneur en chaleur sensible de cet effluent. Pour utiliser cet effluent on l'ajuste à la tempéra- ture désirée par échange thermique ou autrement; on peut en - richir la teneur en oxygène avec de l'air frais. L'effluent d'une régénération peut ainsi être utilisé dans une autre régenération se produisant dans le même cyc 1e de temps ou dans un cycle similaire, par exemple dans une batterie adjacente.
Bien que l'on puisse exécuter la régénération prati- quement à la pression atmosphérique, il peut être souhaitable dans certains cas d'utiliser une pression supérieure à la normale, par exemple d'environ quatre atmosphères à l'entrée du réacteur. Cette pression supérieure à la normale apporte pour un volume donné un poids plus grand de gaz.
La capacité calorifique plus grande du poids plus grand de gaz permet d'établir la distribution de température désirée dans le lit suivant un mode plus satisfaisant; elle permet aussi un réglage approprié du cycle opératoire en vue d'une utilisation plus efficiente du lit de catalyseur pour les réactions de déshydro- génation,
Afin de réduire les frais opératoires du système de régénération à une pression superieure à la normale, il con- vient généralement de prélever de l'énergie à partir de l'ex- pansion du gaz sous haute pression dans la conduite d'évacua- tion du gaz de cheminée, par exemple au moyen d'une turbine
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d'expansion.
On montre par exemple une forme d'un tel agen- cement dans le brevet américain ? 2.167.655. De même,on peut utiliser une chaudière à chaleur perdue ou autre échan- geur de chaleur approprié pour extraire le contenu calorifique, disponible économiquement, des gaz résiduaires envoyés à la cheminée.
La figure 3 montre le réglage du temps du cycle pour un système à six réacteurs dans lequel les réacteurs 1, 2 et 3 forment une batterie complète, et les réacteurs 4, 5 et 6 constituent une seconde batterie complète, chacune de ces batteries étant capable d'une marche indépendante à une production accrue.
Comme on l'a déjà renseigné, le temps né- cessaire à un cycle complet de chaque réacteur est de 15 minutes, et les mécanismes de minuterie et de changement de vannes sont réglés dans une forme de réalisation de manière à placer un réacteur de chacune des batteries à un moment de cycle substantiellement identique ; ainsi, deux réacteurs sont en fabrication effective, deux réacteurs sont en cours de régénération et deux réacteurs exécutent des opérations comme la purge, la vidange, la réduction à l'hydrogène, ou le chan- gement de vannes, ces dernières opérations étant désignées par "purge A" et "purge B" dans la légende accompagnant la figure 3.
On remarquera, à l'inspection du schéma de cycle de la figure 3, que les réacteurs 1 et 4, 2 et 5 3 et 6,-sont toujours dans la même phase d'un cycle. L'intérêt d'un tel agencement est commandé par le fait que les réacteurs de cha- que paire sont opposés entre eux, comme montré dans la figure 2. Ainsi, les matières gazeuses introduites aux réacteurs de chaque paire, et les matières gazeuses qui en sont retirées, auront des distances égales de parc ours vers les conduites principales conduisant les gaz à l'unité et les déchargeant de celle-ci. La lébende accompagnant le diagramme de la figure 3
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s'explique d'elle-même, si bien qu'il ne faut pas de descrip- tion supplémentaire pour comprendre clairement l'opération.
Dans une unité similaire d'un système à six réacteurs dans lequel les réacteurs 1,2 et 3 forment une batterie complète, tandis que les réacteurs 4,5 et 6 forment une seconde batterie complète, on peut ajuster le réglage du temps de cycle pour obtenir une forme de réalisation quelque peu différente. Dans cette forme de réalisation l'opération des cy- cles des deux batteries n'est pas substantiellement identique à celle de la forme.de réalisation précédente,, mais on la règle pour que chacune des deux batteries, tout en fonction- nant dans un temps de cycle et une séquence similaires, fonctionne de manière à ce que des réactions similaires se produisent dans un cycle de temps décalé ou "en quinconce".
Par exemple,le réacteur 4 commence la portion de fabrication effective du cycle à peu près vers le moment où la portion de de fabrication effective du cycle dans le réacteur 1 est environ à moitié exécutée. Parmi les avantages d'un tel cycle de temps "en quinconce", on a la réduction considérable dans l'effort demandé aux instruments auxiliaires associés tels que pompes, compresseurs, etc.,par une diminution résultante des surcharges et/ou exigences volumétriques, ceci étant dû au fait qu'un réacteur au lieu de deux effectue un changement à un moment donné.
Bien que pour la simplicité de la description un ait donné les détails sur l'invention plus particulièrement en se rapportant à la déshydrogénation des hydrocarbures en C4 pour la fabrication de butylènes et/ou de butadiène, on comprendra que les caractéristiques nouvelles de l'invention sont égale- ment applicables sans modification substantielle à la fabrica- tion de l'isoprène à partir des pentanes ou autre déhhydrogéna- tion d'hydrocarbures en C3 à C5 en général ; certains aspects de l'invention sont également applicablesà d'autres opéra-
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tiens. de conversin d'hydrocarbures, comme la déshydrogénation de l'éthylbenzène en styrène.