CONTRE-COURANT

CONTEXTE DE L'INVENTION L'invention consiste en un nouveau type de garnissage destiné à équiper les strippers des unités de craquage catalytique en lit fluidisé (en abrégé FCC). La figure 1 représente une vue schématique d'une unité FCC selon la technologie dite R2R, c'est-à-dire à un riser et deux régénérateurs en série. Cette technologie est particulièrement adaptée au craquage de charges lourdes. Le « riser » désigne le réacteur tubulaire à écoulement fluidisé ascendant à l'intérieur duquel se déroulent les réactions de craquage. Le catalyseur issu du riser contient des hydrocarbures adsorbés à sa surface et ces hydrocarbures sont désorbés dans une enceinte fluidisée appelé « stripeur », avant que le catalyseur soit envoyé dans la zone de régénération. Le vocabulaire étant bien fixé dans le contexte du FCC, nous conserverons l'appellation anglo-saxonne de « stripeur » dans la suite du texte. Le catalyseur est régénéré, c'est-à-dire débarrassé du coke déposé à sa surface, dans deux étages de régénération, chacun en lit fluidisé, et relié entre eux par une ligne de transport du catalyseur dite « lift ».

Le catalyseur régénéré en provenance du second étage du régénérateur est introduit à la base du riser, s'élève le long du riser en provoquant les réactions de craquage et certaines réactions parasites entraînant la production de coke se déposant à la surface dudit catalyseur. Le catalyseur coké est séparé des effluents de craquage gazeux dans un dispositif de séparation situé en partie supérieure du riser, dispositif généralement complété par un ou deux étages de cyclones, puis est introduit dans une zone de stripage qui a pour but de libérer le maximum d'hydrocarbures adsorbés à la surface du catalyseur, de manière à ne laisser qu'un catalyseur coké avec le minimum possible d'hydrocarbures adsorbés, qui est ensuite envoyé à la section de régénération. Le stripage est réalisé en utilisant un fluide de stripage, généralement de la vapeur d'eau. A l'intérieur du stripeur l'écoulement est donc globalement à contre-courant entre une phase d'émulsion (catalyseur + gaz) descendante et le gaz de fluidisation ascendant.

Un garnissage, ou toute autre technologie équivalente disposé à l'intérieur du stripeur a pour but de favoriser le contact entre le catalyseur et le fluide de stripage et d'assurer une bonne homogénéité. Des exemples de garnissage couramment utilisé dans les unités de FCC de technologie R2R sont montrés sur la figure 2.

L'invention s'applique particulièrement au stripeur des unités de craquage catalytique, en particulier à la technologie dite R2R, particulièrement bien adaptée au craquage de charges lourdes. Toutefois, L'invention s'applique à toutes les technologies de conversions catalytiques en lits fluidisés, pour lesquels une unité de stripage est nécessaire : FCC avec un seul régénérateur (charges plus légères) ou avec des orientations de sélectivités différentes, craquage de naphta NCC (Naphtha Catalytic Cracking), conversion plus poussée DCC (Deep Catalytic Cracking), transformation du méthanol en oléfines (MTO) ou essence (MTG), et également la conversion de biomasse en lit fluidisé par craquage thermique en présence d'un solide caloporteur ou d'un catalyseur.

DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES

La figure 1 , selon l'art antérieur, est une représentation schématique d'une unité de craquage catalytique selon la technologie R2R, qui permet de bien situer le stripeur disposé à l'extrémité supérieure du riser et entourant en partie ce dernier, ainsi que le positionnement typique du garnissage contenu dans le stripeur.

La figure 2, selon l'art antérieur, fournit quelques exemples de garnissage typique utilisé dans des unités de stripage. Dans le cas du FCC, le catalyseur arrive dans le stripper à travers les jambes de retours de séparateurs placés en tête du riser. La figure 3, selon l'invention, est une vue de dessus du stripeur montrant donc sa section et les deux types de mouvement du catalyseur de rotation et radial, que donne l'invention.

La figure 4, selon l'invention, montre un élément de garnissage (17) selon l'invention dans lequel on fait apparaître le double réseau, un premier réseau constitué de zones de type 1 destiné à provoquer le mouvement de rotation et un second réseau constitué de zones de type 2 destiné à provoquer le mouvement radial du catalyseur.

La figure 5, selon l'invention, montre une tranche de garnissage (16), en forme de secteur radial disposé dans la partie annulaire du stripeur, le garnissage complet étant obtenu par la multiplication de secteurs radiaux adjacents.

La figure 6, selon l'invention, montre un remplissage complet de la section du stripeur par des tranches (16) correspondant à des secteurs radiaux. La figure 7a, selon l'invention, montre en vue de profil un ensemble de bandes (21 ) avec la distance f qui les sépare selon l'axe x et l'angle alpha d'inclinaison du réseau de bandes par rapport à l'horizontale.

La figure 7b, selon l'invention, est une vue en perspective du réseau de bandes (21 ) qui permet de visualiser les deux dimensions e : largeur des bandes et g espace entre les bandes selon l'axe y.

La figure 8a, selon l'invention, est une vue schématique des lames (22) constituant le second réseau. Deux lames (22) sont montrées faisant un angle +beta et - beta par rapport à l'horizontale. La figure 8b, selon l'invention, est une vue du second réseau de lames (22) qui forme des séries verticales discontinues.

La figure 9, selon l'invention, est une vue d'ensemble des deux réseaux montrant dans le plan frontal les lames (21 ) intercalées avec les bandes (22).

La figure 10a, selon l'invention, correspond à une variante de la présente invention dans laquelle les lames (22), selon l'invention, forment des séries continues et plissées en alternant les angles beta et -beta par rapport à l'horizontale.

La figure 10b montre encore deux sous variantes selon que les séries de bandes (21 ) sont disposées en parallèle ou en opposition de phase.

La figure 1 1 a selon l'invention, montre un élément de packing complet avec les deux réseaux, le réseau de bandes (22) formant des séries parallèles.

La figure 1 1 b selon l'invention, montre un élément de garnissage complet avec les deux réseaux, le réseau de bandes (22) formant des séries en opposition de phase.

La figure 12a selon l'invention, montre en coupe latérale plusieurs tranches de garnissage (16) d'une hauteur h installées dans la zone annulaire autour du riser (1 ). Chaque tranche 16 peut être décalée par rapport à l'autre d'un angle phi par rapport à l'axe du riser. La figure 12b selon l'invention, montre une vue de dessus en coupe avec un secteur non rempli de garnissage pour forcer l'évacuation du catalyseur vers la conduite d'évacuation (23).

La figure 13 montre la répartition d'un catalyseur FCC après son passage au travers d'un élément de packing selon l'invention. Elle sert à illustrer l'exemple.

EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR

De manière générale le garnissage selon la présente invention est destiné à équiper des unités dans lesquelles on met en contact une phase gaz et une phase solide dispersé dans le but de désorber des constituants chimiques déposés à la surface de la phase solide dispersé. Un cas typique est celui du stripeur que l'on rencontre dans les unités de craquage catalytique qui permet de libérer les hydrocarbures adsorbés à la surface des particules de catalyseur avant d'envoyer celui-ci dans la zone de régénération.

Une description assez complète de la technologie de craquage catalytique de type R2R peut se trouver dans le document US 5,716,585. Le garnissage selon la présente invention peut en fait s'appliquer à l'ensemble des technologies de craquage catalytique qui font appel à une section de stripage du catalyseur.

On peut considérer que l'art antérieur le plus proche de l'invention est constitué par le document US 6,224,833 qui décrit un garnissage (appelé « packing » dans la terminologie anglo saxonne) consistant en deux séries de bandes parallèles appartenant à deux plans différents ayant une intersection. Toutes les bandes d'un plan donné sont parallèles entre elles, et deux bandes les plus proches d'un même plan sont séparées d'un espace à peu près de même taille que la largeur d'une bande.

Les bandes appartenant au second plan se situent précisément dans les intervalles laissés libres par les bandes du premier plan. II en résulte une structure en quinconce qui oblige le gaz ascendant à progresser selon un cheminement tortueux et au catalyseur à glisser en principe le long des différentes bandes. Globalement le cheminement du gaz se fait selon deux séries de trajets parallèles avec des points de rencontre, plus précisément de tangence, qui sont supposés créer une perturbation, mais cette dernière n'est pas réellement organisée. Le document WO 2015/095 540 décrit une structure de garnissage utilisant trois bandes situées dans des plans différents. Il en résulte une structure de garnissage qui se rapproche de celle décrite dans le document US 6,224,833 dans laquelle les bandes d'un même plan peuvent présenter des orientations différentes selon l'axe médian appartenant audit plan. Néanmoins, chaque bande reste plane et ce document ne décrit pas une structure réellement tridimensionnelle.

L'objet de la présente invention est de décrire une structure de garnissage qui soit vraiment tridimensionnelle, c'est-à-dire qui ne présente pas de direction privilégiée, ou de plan privilégié, tout en ayant une organisation qui ne soit pas au hasard. L'objectif d'un tel garnissage est d'améliorer le contact entre la phase gaz et la phase solide dispersée de telle manière qu'il n'y ait pas de direction privilégiée pour l'écoulement de ce mélange considéré dans chaque élément de volume de l'écoulement ou, en d'autres termes, de réaliser un contact entre phases aussi anisotrope que possible.

Un meilleur contact entre le catalyseur coké et le gaz de stripage permet, à iso performances globales, de réduire le débit de gaz de stripage ou la taille du stripper. Dans le cas de fonctionnement avec les mêmes dimensions du stripeur et le même débit gaz, un mélange plus homogène permet d'améliorer le stripage, donc de réduire le Acoke entre le riser et le régénérateur. Le Acoke étant le pourcentage en poids de coke et d'hydrocarbures adsorbés sur le catalyseur, classiquement, il se situe entre 0,6 et 1 % pour une unité avec un seul régénérateur et entre 1 et 1 ,5% pour une unité à deux régénérateurs.

Un meilleur stripage permettrait une amélioration entre 5 et 10% de la réduction de Acoke dans le stripeur. La conséquence d'une telle réduction dans le Acoke est l'augmentation du débit de recirculation de solide de 5 à 10% (à iso température dans le riser).

Par ailleurs, un meilleur stripage permet d'augmenter les rendements en produits valorisâmes.

Un autre avantage de l'amélioration du mélange entre émulsion de particules solide et gaz, est l'augmentation de la capacité du stripeur (limite d'engorgement de l'interne plus élevée). Dans le cas où cette capacité est limitante pour l'unité cela constitue également une augmentation de la capacité totale du procédé. DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION

La présente invention peut se définir comme un garnissage destiné à favoriser le contact entre une phase gaz et une phase solide dispersée, les deux phases circulant globalement à contre-courant, la phase gaz étant généralement ascendante, et la phase solide descendante.

L'amélioration du contact entre la phase gaz et la phase solide dispersée provient de l'induction par la structure du garnissage d'un mouvement du solide à deux composantes, une première composante de rotation et une seconde composante dite radiale car elle s'effectue dans une direction correspondante à un rayon de l'enceinte contenant le garnissage.

Plus précisément le garnissage selon la présente invention peut être défini comme un garnissage à double réseau permettant de réaliser un contact homogène entre une phase gaz et une phase solide dispersée évoluant globalement à contre-courant selon une direction sensiblement verticale. Ledit garnissage consiste en un double réseau alterné au sens où chaque réseau pouvant être associé à un plan, les plans du réseau 2 s'intercalent entre les plans du réseau 1 .

- Le réseau 1 , dit réseau de lames (21 ), est constitué d'un ensemble de lames inclinées (21 ), parallèles entre elles, de largeur e, les distances entre deux lames successives étant notées f selon l'axe x et g selon l'axe y, et présentant un angle alpha d'inclinaison par rapport à l'horizontale compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°. Les pla ns de ce réseau sont les différents plans contenant les lames (21 )° et par simplificati on, ces plans étant parallèles entre eux, on parle de plan du réseau 1 .

- Le réseau 2, dit réseau de bandes (22) est constitué d'un ensemble de bandes (22) qui appartiennent à deux plans distincts définis par leur angle beta par rapport à l'horizontale.

Les bandes (22) peuvent être considérées comme des lames de longueur réduite, ayant une largeur f et une longueur I définie par la distance g entre lames du premier réseau et l'angle beta par la formule l=g/cos(beta), Les angles d'orientations beta et -beta des bandes étant alternés lorsqu'on parcourt le second réseau selon la direction x perpendiculaire au plan (y,z). L'angle beta d'inclinaison par rapport à l'horizontale est compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°

Le garnissage à double réseau selon l'invention permet d'occuper intégralement l'espace annulaire compris entre l'enceinte du stripeur (4) et le riser central (1 ) au moyen d'éléments de garnissage en forme de secteurs radiaux, le nombre des secteurs radiaux (16) étant généralement compris entre 4 et 20.

Le garnissage à double réseau selon l'invention utilise donc un réseau de bandes (22) s'intercalant entre le réseau de lames (21 ) dans lequel l'angle beta des bandes (22) du second réseau par rapport à l'horizontale est compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°.

Dans la configuration de base du garnissage selon la présente invention, les bandes (22) du second réseau forment des séries parallèles, chaque série étant formée d'une suite discontinue de lames (22).

Dans une variante de la présente invention, les bandes (22) du second réseau forment toujours des séries parallèles, mais chaque série est continue et plissée, l'angle entre deux bandes successives étant alternativement +gamma et -gamma, avec gamma compris entre 100° et 170°.

Dans le garnissage à double réseau selon l'invention, les dimensions e, g, f, et k sont comprises entre 1 et 40 cm, et préférentiellement comprises entre 5 cm et 30 cm. Dans un cas particulier ces dimensions peuvent être égales entre elles.

Une application particulièrement intéressante du garnissage à double réseau selon la présente invention consiste à l'utiliser comme moyen d'améliorer le contact entre la phase gaz ascendante et la phase émulsion solide descendante, dans le stripeur des unités de craquage catalytique en lit fluidisé (FCC). Dans un tel stripeur les conditions opératoires sont généralement les suivantes :

- la vitesse de fluidisation étant comprise entre 1 cm/s et 80 cm/s, préférentiellement comprise entre 10 cm/s et 60 cm/s et,

- le flux solide étant compris entre 5 et 300 kg/m ² .s, préférentiellement entre 30 et 180 kg/m ² .s, - le temps de séjour moyen du catalyseur étant compris entre 10 s et 180 s, et préférentiellement compris entre 20 s et 60 s.

Une autre application du garnissage à double réseau selon la présente invention consiste à l'utiliser dans le stripeur d'une unité de craquage catalytique de coupes hydrocarbonées lourdes (R2R), ou bien dans une unité de craquage catalytique de coupes légères (NCC)ou encore dans une unité de craquage catalytique poussée de coupes hydrocarbonées (DCC).

Pour la fabrication du garnissage selon la présente invention, il est possible d'utiliser les techniques dites de fabrication additive, par exemple la fusion sélective par laser, le frittage sélectif par laser, ou encore le dépôt fil tendu. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

La structure de garnissage proposée dans ce brevet permet de donner au catalyseur descendant dans le stripper un mouvement rotatif autour du riser. Le but est d'améliorer la distribution et d'assurer une bonne homogénéité du catalyseur dit « usagé » dans le stripper, et ainsi d'allonger son temps de séjour moyen et donc d'améliorer les performances de stripage.

Les figures 1 est une figure selon l'art antérieur qui montre l'architecture générale d'une unité de craquage catalytique à deux étages de régénération et l'emplacement du stripeur entourant le riser dans sa partie supérieure et permettant au catalyseur d'être libéré des hydrocarbures adsorbés à sa surface avant d'être envoyé au régénérateur. La figure 2 montre des garnissages typiques utilisés dans le stripeur pour favoriser le contact entre le catalyseur et la vapeur de désorption. Ces garnissages ont pour effet de globalement augmenter le temps de séjour du catalyseur à l'intérieur du stripeur, mais ne revendique l'induction d'aucun mouvement particulier au sein du stripeur.

La figure 3 selon l'invention présente de façon schématique le mouvement donné au catalyseur autour du riser 1 dans le stripper 4.

Ce mouvement présente deux composantes : une composante de rotation autour du riser 1 et une composante radiale 2, c'est-à-dire dans le plan (x,y). Ce sont ces deux composantes qui au moyen du garnissage décrit plus loin vont permettre d'augmenter l'efficacité du stripage. Il faut également ajouter à ces deux composantes la composante verticale selon l'axe z qui fait que le catalyseur a globalement un mouvement descendant le long du stripeur.

La figure 4 présente le principe d'un élément de garnissage (17) objet de ce brevet. Cet élément est divisé en une série de zones alternées : - les zones 1 pour donner la composante de rotation autour du riser 1 .

- les zones 2 pour donner la composante radiale.

Ce zonage de tout élément de garnissage (17) est essentiel car un élément de garnissage (17) examiné en suivant une direction radiale présente toujours une alternance de zones 1 et de zones 2. Les zones 1 sont produites par un réseau de lames (21 ) et les zones 2 sont produites par un réseau de bandes (22) qui s'intercale entre le réseau de lames (21 ). La définition précise des réseaux de lames (21 ) et de bandes (22) est donnée plus loin.

La figure 5 montre une tranche de garnissage (16), c'est-à-dire un élément de garnissage en forme de secteur radial caractérisé par l'angle du secteur, la distance radiale R2-R1 qui correspond à la différence entre le rayon du stripeur et le rayon du riser, et la hauteur H qui n'apparait pas sur la figure 5 puisqu'elle se situe dans l'axe z perpendiculaire au plan (x,y).

L'ensemble du volume du stripeur est occupé par des tranches (16) qui constituent un pavage complet tel que représenté figure 6. Quand on passe d'une tranche (16) à la tranche voisine , il n'y a pas forcément continuité entre les zones 1 et les zones 2. La figure 6, donnée à titre d'exemple illustratif, montre 8 tranches (16) adjacentes formant un pavage complet de la section du stripeur, chaque tranche (16) étant constituée de l'alternance de 6 zones de type 1 et de type 2 prises dans l'ordre 1 , 2, 1 , 2, 1 , 2 en suivant une direction radiale.

La figure 7 représente de manière schématique le réseau de lames (21 ). Ce réseau est constitué d'un ensemble de lames inclinées, parallèles entre elles, de largeur e, la distance entre deux lames successives étant notée g.

L'angle alpha d'inclinaison des lames par rapport à l'horizontale est compris entre 10 et 80° et préférentiellement compris entre 40 et 70°. La largeur des lames e, ainsi que distance g (dimensions prises selon l'axe y) est comprise entre 1 et 40 cm, préférentiellement comprise entre 5 cm et 30 cm. Dans un cas particulier les dimensions e et g peuvent être égales.

L'autre distance f séparant un ensemble de lames parallèles (distance prise selon l'axe x) est comprise entre 1 et 40 cm et préférentiellement comprise entre 5 et 30 cm.

A partir de ce premier réseau est construit le second réseau dit réseau de bandes tel que montré sur la figure 8. Il consiste à intercaler dans les espaces vides situés entre deux lames successives, un ensemble de bandes (22) qui appartiennent à deux plans distincts définis par leur angle beta par rapport à l'horizontale. On entend par plan du premier réseau le plan (x,z) tel que défini sur la figure 7. La dimension y correspond à celle de la largeur des lames.

Les bandes (22) ont une largeur f et une longueur I qui est définie par la distance g entre lames du premier réseau et l'angle beta par l=g/cos(beta).

Les angles d'orientations beta et -beta des bandes sont alternés lorsqu'on parcourt le second réseau selon la direction x. L'angle beta est compris entre 10 et 80° et préfér entiellement compris entre 40 et 70°.

La largeur f d'une bande (22) est comprise entre 1 et 40 cm , préférentiellement comprise entre 5 et 30 cm.

La figure 8 présente la configuration des bandes 22 des zones de type 2 de l'élément garnissage 17. Comme montré sur la figure 8a, dans la direction du vecteur x, une lame sur deux est orientée avec un angle beta dans le plan (yz), et une lame sur deux est orientée avec un angle -β dans le plan (yz). Chaque bande 22 a une largeur égale à f et peut tourner autour d'un axe x passant par le milieu de la largeur f et ayant un angle beta dans le plan (yz). La hauteur entre deux lames dans le plan (yz) est égale à k comme montré dans la figure 8b. La figure 9 présente un élément de garnissage 17 en entier avec l'association du réseau de lames (21 ) et du réseau intercalaire de bandes (22). La figure 9 en perspective permet de montrer la hauteur h d'un élément de garnissage et de face c'est-à-dire dans le plan (y,z) on voit en allant de gauche à droite un premier réseau (I) de bandes (21 ), puis un second réseau (II) de bandes (22) et en (III) à nouveau un réseau de lames (21 ) identique au premier.

La figure 10 décrit une variante du garnissage selon la présente invention dans laquelle les lames 22 ont une longueur i égal à la longueur de l'élément 17. Comme montré dans la figure 10a, dans la direction du vecteur z, une lame sur deux est orientée avec un angle β dans le plan (yz), et une lame sur deux est orientée avec un angle -beta dans le plan (yz) de sorte que la succession des lames se fait sans discontinuité contrairement au cas précédent (figure 9).

Dans le plan (yz) chaque lame a une largeur égale à g. Comme montré dans la figure 10b, les séries de lames 22 peuvent être parallèles entre elles (figure gauche 10b) ou arrangées de façon opposées (figure droite 10b).

La figure 1 1 permet de visualiser deux dispositions des lames (22) dans le cadre de la variante à succession de lames 22 continue. Soit les différentes séries de lames (22) sont disposées en parallèle (figure 1 1 a) soit elles sont disposées en opposition de phase (figure 1 1 b).

Enfin la figure 12 permet de visualiser la disposition du garnissage selon l'invention dans un stripeur muni d'une conduite d'évacuation latérale (23), ce qui est généralement le cas. L'élément 16 représente une couche de garnissage et plusieurs couches (16) peuvent être empilées les unes au-dessus des autres. Chaque tranche 16 peut être décalée par rapport à l'autre d'un angle (phi) par rapport à l'axe du riser.

L'occupation de la section du stripeur par les couches de garnissage tient compte de la présence de la conduite d'évacuation (23), au moins pour la ou les couches situées au plus près de ladite conduite, en laissant libre le secteur correspondant de manière à canaliser l'écoulement du catalyseur vers la dite conduite (23). EXEMPLE SELON L'INVENTION

La figure 13 présente la répartition des particules d'un catalyseur FCC après la traversée d'un élément de garnissage (17) tel que présenté dans la figure 9. Les dimensions de cet élément de garnissage sont données dans le tableau 1 ci-dessous.

Les particules de catalyseur de FCC utilisées ont un diamètre moyen de 80 microns et une masse volumique apparente de 850 kg/m ³ . Dimensions e, g, k, f 1,5 cm

Angles alpha, beta 60°

Dimension h 12 cm

Dimensions i, j 20 cm

Tableau 1

Le cercle noir représente l'embout de l'entonnoir par lequel le catalyseur a été déversé sur le garnissage conforme à l'invention, cet embout étant placé 1 cm au-dessus du garnissage. Les traits en pointillés montrent l'emplacement du garnissage.

La figure 13 montre bien les deux mouvements du catalyseur dus au garnissage avec d'abord le mouvement donné par les lames (21 ) caractérisé par la longueur moyenne L1 , et le mouvement donné par les lames (22) caractérisé par la longueur L2.

Les longueurs moyennes L1 et L2 sont respectivement de 8cm et 9cm.

Le catalyseur a été déversé à travers un orifice de 2cm de diamètre, ainsi le garnissage permet un étalement du catalyseur multiplié par environ 4 comparé à la surface d'injection initiale.