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WO2020260029A1 - Réacteur de traitement catalytique d'hydrocarbures avec remplacement semi-continu de catalyseur - Google Patents

Réacteur de traitement catalytique d'hydrocarbures avec remplacement semi-continu de catalyseur Download PDF

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Publication number
WO2020260029A1
WO2020260029A1 PCT/EP2020/066160 EP2020066160W WO2020260029A1 WO 2020260029 A1 WO2020260029 A1 WO 2020260029A1 EP 2020066160 W EP2020066160 W EP 2020066160W WO 2020260029 A1 WO2020260029 A1 WO 2020260029A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalyst
reactor
module
fresh
partial
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/066160
Other languages
English (en)
Inventor
Vincent Coupard
Beatrice Fischer
Nicolas ARIBERT
Stéphane GIRARDON
Eric Sanchez
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles filed Critical IFP Energies Nouvelles
Publication of WO2020260029A1 publication Critical patent/WO2020260029A1/fr

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    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
    • B01J8/0035—Periodical feeding or evacuation
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    • B01J8/12—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles moved by gravity in a downward flow
    • B01J8/125—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with moving particles moved by gravity in a downward flow with multiple sections one above the other separated by distribution aids, e.g. reaction and regeneration sections
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    • B01J2208/00743—Feeding or discharging of solids
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    • B01J2208/02—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles
    • B01J2208/021—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor with stationary particles comprising a plurality of beds with flow of reactants in parallel

Definitions

  • the invention relates to the catalytic treatment of hydrocarbons.
  • Catalysts are in fact very widely used in refining and petrochemical installations, in processes operating a certain number of reactions in parallel and / or chain on hydrocarbons. Mention may be made of the catalytic reforming process, aimed at converting naphthenic and paraffinic compounds into aromatic compounds, and involving, in particular, the dehydrogenation of naphthenes, the dehydrocyclization of paraffins into aromatics, and isomerization of paraffins and naphthenes.
  • the replacement of the spent catalyst with fresh or regenerated catalyst outside the reactor can be done during periodic production shutdowns of the installation / reactor containing the catalyst, for example during scheduled annual shutdowns of the installation. This is an interesting solution when the lifetime / cycle of the catalyst is long enough to be compatible with a long periodicity, of annual type.
  • a first solution consists in using a moving bed catalyst technology, with continuous regeneration of the catalyst in a dedicated regeneration reactor in fluid connection with the catalytic treatment reactor (or several treatment reactors in series), as is done in so-called regenerative catalytic reforming units.
  • An example is given in patent FR-3 024 460.
  • This solution also exists for catalytic treatment reactors in catalytic cracking units of the FCC type. It is a powerful solution, but of high technology and therefore quite complex / expensive to implement.
  • this second solution is not devoid of drawbacks: in fact, in a given reactor in production mode, the catalyst gradually loses its activity over the regenerations, which means that the operating conditions must be gradually modified in parallel. , in particular by having to increase the reaction temperature to maintain the yields. It also turns out that the selectivity of the desired reactions can change. And when a reactor filled with fresh catalyst is brought into operation mode instead of a reactor full of catalyst at the end of its life, it is necessary again to modify, very quickly this time, the operating conditions in the opposite direction, in particular the temperature.
  • a first solution consists in providing several reactors in parallel production, operating with different catalyst ages, staggered, from one reactor to another, which makes it possible to homogenize / smooth the characteristics of the overall effluent obtained by averaging the fluctuations in production.
  • the aim of the invention is therefore to improve the operation of reactors in rocking mode (also called “swing” mode), in particular in order to have more stable operating conditions and / or more homogeneous results (yield, selectivity). throughout a production campaign and / or to facilitate reactor management and / or to have a more productive installation.
  • rocking mode also called “swing” mode
  • the subject of the invention is first of all a reactor for the catalytic treatment of hydrocarbons, in particular with radial circulation, comprising a fixed catalyst bed and with periodic regeneration of the catalyst in situ.
  • Said reactor is in fluid connection, on the one hand, upstream, with a system for partially loading fresh catalyst, and, on the other hand, downstream, with a system for partially unloading spent catalyst, said systems replacing a only part of the catalyst spent from the reactor with fresh catalyst after at least one, preferably every, in situ regeneration of the catalyst.
  • the plant can operate the reactors in pairwise flip-flop mode only, with one reactor in production for a non-productive / regenerating reactor (without the need for a third non-productive reactor, which was usually in charging mode). catalyst or waiting for the load in question). Indeed, while one of the reactors is in production, the other will be able to switch to regeneration and partial catalyst change mode.
  • This partial change step can be done very quickly, and will preferably affect the portion of catalyst in the reactor which will have undergone the most regenerations, therefore the portion of catalyst that is the most “worn”. This step is enabled by the systems according to the invention.
  • a subject of the invention is also the process for using such a reactor.
  • the / each partial loading of fresh catalyst and the / each partial unloading of spent catalyst relates to identical volumes of catalyst: a certain volume of “used” catalyst is therefore removed to replace it with an identical volume (to industrial tolerances. near) "fresh” catalyst, so that the reactor, in production mode, always operates with a constant volume of catalyst.
  • the partial loading of fresh catalyst and the partial unloading of spent catalyst are concomitant: the time required for this double operation can thus be reduced as much as possible.
  • the partial loading and / or unloading the catalyst part may relate to a volume V1 of catalyst corresponding to between 1/10 and 1/200, in particular between 1 / 20th and 1 / 100th or 1 / 30th and 1 / 60 th of the total volume Vt of catalyst of the reactor in operation: For example for a catalyst having 6 months of life with one regeneration per day, 1/180 th of the catalyst is replaced at each regeneration.
  • the loading system preferably comprises a module for storing fresh catalyst, a module for feeding fresh catalyst to the reactor, and a dosing module taking the desired volume V1 of fresh catalyst from the storage module to the supply module. .
  • the loading system may comprise, from upstream to downstream: - the catalyst storage module comprising a fresh catalyst storage tank, in particular of the hopper type, - the supply module with fresh catalyst from the reactor comprising a feed tank with a capacity smaller than the storage tank and fluidly connected to the catalyst inlet of the reactor, - and a metering module taking the desired volume V1 of fresh catalyst from the storage module to the feed module and comprising an intermediate loading tank, the capacity of which corresponds to the volume V1 of catalyst to be loaded, which is a fraction of the total volume Vt of the catalyst of the reactor in operation.
  • upstream and downstream relating to the catalyst are understood in relation to its general direction of flow in the reactor, from its introduction (feed) into one or more inlets in the reactor, up to when it is withdrawn from one or more outlets of the reactor.
  • the reactor is for example oriented substantially along a vertical axis, with one (s) catalyst inlet (s) in the upper part and one (s) catalyst outlet (s) in the lower part, the general direction of flow in question being then a downward vertical flow, under the effect of gravity. Any other orientation of the reactor and arrangements of the inputs / outputs are also possible.
  • the partial unloading system may include a module for withdrawing spent catalyst from the reactor, a module for storing spent catalyst, and a metering module taking the volume V'1 of used catalyst desired from the withdrawing module to the storage module. .
  • the unloading system can comprise, from upstream to downstream, a module for withdrawing spent catalyst from the reactor. comprising a withdrawal tank fluidly connected to the catalyst outlet of the reactor, a spent catalyst storage module comprising a used catalyst storage tank, in particular of the hopper type, and a metering module taking the volume V'1 of spent catalyst desired from the withdrawal module to the storage module and comprising an intermediate unloading tank whose capacity corresponds to the volume V'1 of catalyst to be discharged, which is a fraction V'1 of the total volume Vt of the catalyst of the reactor in operation.
  • the partial loading system and / or the partial unloading system may / may be equipped with mechanical means facilitating the flow of the fresh / used catalyst to / from the reactor, in particular vibrators. . It may indeed prove useful to provide such means, since the catalyst intended to be in a fixed bed in reactors is generally not designed specifically to circulate.
  • the subject of the invention is also any set of at least two reactors as defined above, with at least part of the partial loading and / or unloading system which is shared for said assembly, in particular in the form of storage tanks. of common fresh and / or spent catalyst. It is thus possible to limit the number of additional equipment items induced by the invention.
  • a subject of the invention is also any set of pair (s) of reactors as defined above, where the two reactors of the / of each pair are associated to operate alternately, one of the reactors being in operating conditions. when the other reactor is either under regeneration conditions or under conditions of partial loading / unloading of catalyst.
  • the partial loading / unloading being fast, they only extend very much. reasonable reactor non-production time under regeneration conditions.
  • the invention can be applied to reactors treating a feed either in liquid form, or in gaseous form, or in the form of a liquid / gas mixture, and preferably in gaseous form.
  • the subject of the invention is also a fluid catalytic cracking installation (also called FCC), which integrates in its overhead effluent fractionation section a conversion unit, in particular of ethylene, comprising at least one reactor or set of reactors such as as defined above. Details on this fractionation, and on the conversion of ethylene so as to increase the production of propylene can for example be found in EP-3,428,249.
  • the subject of the invention is also a process for the catalytic treatment of hydrocarbons, using a reactor, in particular with radial circulation, comprising a fixed catalyst bed and with periodic regeneration of the catalyst in situ, such that said reactor is placed in fluid connection. , on the one hand, upstream, with a system for partially loading fresh catalyst, and, on the other hand, downstream, with a system for partially unloading spent catalyst, and such that only part of the catalyst spent from the reactor with fresh catalyst after at least one, preferably each, in situ regeneration of the catalyst with said partial loading / unloading systems.
  • the partial loading and / or the partial unloading of catalyst relate to a volume of catalyst V1 corresponding to between 1/10 th and 1/200 th of the total volume Vt of catalyst of the reactor in operation
  • the loading system (31 , 32) comprises a module for storing fresh catalyst, a module for supplying fresh catalyst to the reactor, and a dosing module: the desired volume V1 of fresh catalyst is taken from the storage module to the supply module by this dosing module.
  • the subject of the invention is also any process for the catalytic treatment of a hydrocarbon feed using a reactor or a set of reactors as defined above.
  • the subject of the invention is in particular such a process for treating a hydrocarbon feed obtained from a catalytic cracking unit.
  • the subject of the invention is also such a process for treating a predominantly low-carbon hydrocarbon feedstock, in particular C1 to C4, in gaseous and / or liquid phase, in particular with a view to enriching it with C2 to C4 olefins, and in aromatic.
  • a subject of the invention is also any process for the catalytic treatment of hydrocarbons, using a reactor, in particular with radial circulation, comprising a fixed catalyst bed and with periodic regeneration of the catalyst in situ, such that only a part is replaced.
  • part of the effluent at the outlet of / from each reactor is recycled at the inlet of the reactor. Recycling can be useful for a number of reasons. On the one hand, it generally allows for a better load conversion rate. On the other hand, when the reaction (s) targeted in the reactor are of the exothermic type, recycling part of the effluent, optionally after cooling, makes it possible to keep the temperature within the reactor under control, and thus avoid runaway of reactions.
  • a subject of the invention is also the process for implementing a set of pair (s) of associated reactors as defined above, or the process for the catalytic treatment of hydrocarbons as defined above, where the process uses one or more pairs of reactors, where, alternately one of the reactors of the / of each pair is in operation while the other reactor is in regeneration then in partial loading / unloading of catalyst.
  • a subject of the invention is also the process as defined above, and which performs the periodic regeneration of the catalyst of / each reactor by burning the coke deposited on the catalyst in the presence of oxygen. It is indeed the deposits of coke, residues of side reactions, which deactivate / passivate, for the most part, the catalysts gradually.
  • the periodic regeneration of the catalyst of / each reactor is carried out between a preliminary step of inerting (of the gas phase) in the reactor, and a subsequent step of inerting again (of the gas phase located in the reactor. ).
  • the preliminary stage makes it possible to empty the reactor of gaseous hydrocarbons which may be present before introduction of gas containing oxygen (air for example), and the subsequent stage makes it possible to remove the oxygen. contained in the reactor before switching it to production mode.
  • only part of the catalyst is replaced (in particular by carrying out the partial loading / unloading of the catalyst with the partial loading / unloading systems described above), from the reactor after the regeneration of the reactor. catalyst and before, during or after the subsequent inerting step which follows said regeneration.
  • the replacement can be carried out at each regeneration, but it is also possible to carry it out on only some of the regenerations, at a (lower) difference frequency, therefore, in particular in the case where regenerations must be carried out at a high frequency. , less than 24 hours.
  • the loading and partial unloading of catalyst is controlled by a system of valves fitted to the partial loading / unloading systems, said valves allowing or not the flow by gravity in desired quantities of the fresh catalyst in the reactor and of the spent catalyst. out of the reactor, preferably concomitantly.
  • the loading / unloading systems thus comprise different tanks connected to each other and to the reactor by pipes equipped for example with valves, the opening or closing of which block or unblock the circulation catalyst throughout said systems and to / from the reactor. These are preferably automated controlled valves.
  • valves it is also possible to proceed without valves, by using gas injection means: an inert gas is injected into the partial loading / unloading systems, making it possible to stop the flow of catalyst at different locations of the device (s). systems, stopping the injection then allowing the catalyst to circulate at the desired location. And of course, it is also possible to use both valves and gas injection means.
  • Radial circulation reactors with a fixed catalyst bed lend themselves particularly well to the implementation of the invention, in particular by allowing the introduction and partial withdrawal of the catalyst by simply using gravity: the catalyst which has suffered the most. regenerations will necessarily be in the lowest part of this type of reactor oriented generally vertically, and it is therefore easily, by gravity, by withdrawing the spent catalyst from the bottom part during the partial unloading of catalyst, that we will unloading the most regenerated catalyst, therefore the oldest, the most worn, which is exactly what is wanted in the invention.
  • Figure 1 shows an arrangement of three reactors operating in "swing" mode according to the prior art.
  • Figure 2 shows an arrangement of two reactors operating according to a new "swing" mode according to the invention.
  • Figure 3 shows an example of a partial load system of a reactor of the invention according to the arrangement of Figure 2.
  • Figure 4 shows an example of a partial unloading system of a reactor of the invention according to the arrangement of Figure 2.
  • Figure 5 shows in vertical section an example of a fixed bed radial reactor to which the invention according to Figures 2 to 4 can be applied.
  • FIG. 1 is a representation of a group of three reactors 1, 2, 3 operating conventionally in "swing" mode: reactor 1 is in operation, that is to say it is in production mode, while that the reactor 2 is in regeneration and that the reactor 3 is waiting or changing catalyst.
  • the three reactors 1, 2, 3 are identical and of the type with radial distribution and with a fixed catalyst bed (a design example of which is detailed later using FIG. 5): they are oriented vertically, with one or more feed inlets in the upper part, and one / more feed outlets in the lower part, the catalyst being retained in a catalytic bed between two concentric grids and the feed, in this case a gas, passing through said catalytic bed: there is a flow of the feed, up and down the reactor. Likewise, the introduction of fresh catalyst takes place through one or more inlets in the upper part, and the spent catalyst is withdrawn through one or more outlets in the lower part.
  • Other reactor configurations are of course possible, and other types of feed, for example in liquid form, also possible.
  • these reactors are intended to convert ethylene obtained from FCC as detailed in the aforementioned patent EP-3 428 249.
  • the catalyst used for this conversion is generally zeolite, in particular of the alumino-silicate type. like ZMS-5.
  • Reactor 1 in operation, is connected to the reaction circuit (not shown) by valves 4 and 5 which are open.
  • the other valves leading to the reaction circuit namely valves 6 and 7 for reactor 2 and valves 8 and 9 for reactor 3, are closed.
  • the reactor 2, in regeneration, is connected by the valves 10 and 11, which are open, to the regeneration circuit, the other valves leading to the regeneration circuit (not shown), namely the valves 12 and 13 for the reactor 1 and valves 14 and 15 for reactor 3 are closed.
  • valves 16 and 17 for reactor 1 valves 16 and 19 for reactor 2
  • valves 18 and 19 for reactor 2 valves 20 and 21 for reactor 3.
  • This purge system allows the injection of an inert gas to make the transition between the production method where hydrocarbons are present, and regeneration, where oxygen is present to burn the coke deposited on the catalyst.
  • Reactor 3 is either on standby or open for the change of catalyst. Only one reactor, reactor 1 in the figure, is in operation, and it takes 3 reactors to produce over a whole year.
  • each of the reactors 1, 2, 3 will therefore be alternately in production mode, in regeneration mode or in standby mode, like a circular permutation.
  • the selectivity of the conversion can change a little up to very significantly between the start and the end of the catalyst's life: in the case of a significant change in selectivity, it is necessary to add more reactors to smooth production, with for example two or three reactors in operation, and as many in regeneration, and still others pending.
  • FIG. 2 shows an arrangement of two reactors in accordance with the present invention.
  • two notable changes which will also be described with the aid of Figures 3 and 4:
  • the reactor 1 is in production mode when l 'other, the reactor 2, is in regeneration mode + loading and partial unloading of catalyst, with switching from one mode to another alternately of each of the reactors.
  • each of the reactors 1, 2 is equipped with a partial loading system 31 of fresh catalyst and a partial unloading system 32 of spent catalyst.
  • FIG. 3 details an example of a partial loading system 31 of fresh catalyst, with its storage module, its dosing module and its supply module, connected to each other by a system of pipes equipped with appropriate valves to control the flow of fresh catalyst in the desired quantity and at the desired time from the storage module in the reactor:
  • the storage module here comprises a hopper 321, which is used to store the fresh catalyst for the number of weeks or months of operation decided in advance.
  • This hopper can be inerted with nitrogen to keep the catalyst in good condition. Its pressure is preferably slightly higher than atmospheric pressure.
  • This hopper is loaded once or more times a year, opening and loading it like loading a reactor, which can be done while the reactor is in operating mode. Below this hopper 321, the catalyst is retained by the valve 322, normally closed.
  • This valve can be composed, for example, of a guillotine valve retaining the catalyst, and, below, a gas-tight valve closing on the empty catalyst pipe.
  • This arrangement is an example, other types of embodiments are possible using, for example, an injection of inert gas blocking the flow of catalyst.
  • valve 324 which can be composed like valve 322 of a knife gate valve retaining the catalyst and below a gas-tight valve closing on the empty catalyst piping.
  • this embodiment is an example, and an injection of inert gas can replace the valve.
  • the fresh catalyst feed module namely the upper hopper 325, the function of which is to distribute the catalyst to the catalyst inlet (s) provided in the upper part of the reactor.
  • the catalyst inlet s
  • FIG. 5 it may be a question of a plurality of inlet conduits (12 “legs”) in a crown which will supply the reactor uniformly.
  • a connection from an inerting gas such as nitrogen is provided to the airlock balloon 323.
  • the valve 324 is closed, the valve 327 closed, and the valve 326 open, so as to have the same pressure in the airlock balloon as in the hopper.
  • valve 322 is open and the catalyst will circulate by gravity from the upper hopper 321 to the airlock tank 323.
  • the valve 322 is then closed (first the guillotine valve part closing on the catalyst, then the gas-tight valve part closing on the empty pipe to make gas tightness).
  • the valve 326 is then closed, then the valve 327 opened in order to pressurize the airlock balloon 323 with the aid of inerting gas such as nitrogen.
  • valve 327 is then closed, and the valve 328 opened to balance the pressures between the airlock 323 and the upper hopper 325.
  • the catalyst can then flow when the valve 324 opens, which can be done when the valve 324 opens. a zone was liberated in the reactor after the spent catalyst had flowed out.
  • FIG. 4 details an example of a system for partially discharging spent catalyst.
  • the partial unloading (like the partial loading) is advantageously done just after regeneration, at the time of purges of the gas phase of the reactor by inerting, to have an inert gas everywhere, and that the unloaded catalyst is regenerated, no longer containing any hydrocarbons. , no coke, so it can be handled safely and without problem.
  • the radial type reactor 2 is equipped with 12 catalyst withdrawal legs, connected to the lower hopper 329 (see description in FIG. 5 below).
  • the unloading system comprises a withdrawal module in the form of a hopper 329, connected by a connection pipe to the dosing module in the form of an airlock tank 331.
  • the connection pipe is equipped with a valve 330 (of preferably, comprising in fact two valves, one guillotine closing on the catalyst, and another sealed valve below closing on the empty pipe, other embodiments without a valve being possible).
  • the airlock balloon 331 is connected by a lower pipe provided with the valve 332 to the spent catalyst storage means in the form of a lower storage hopper 333 making it possible to store a large quantity of spent catalyst.
  • the lower airlock tank 331 has exactly the same capacity as the upper airlock tank 323, so that when the valves 330 and 324 are opened simultaneously, the valves 322 and 332 being closed, while the valves 335 and 328 will be open for balance the pressures, the fresh catalyst contained in the airlock 323 will flow into the reactor, while the spent catalyst contained in the reactor will flow lower in the reactor and the catalyst at the bottom of the reactor will s' flow into the airlock tank 331.
  • the valve 330 will close (the guillotine valve on solid first, then the gas-tight valve on gas below then), then valve 324 will close, as will valves 328 and 335.
  • the reactor is then ready for operation: the fraction of (spent) catalyst having undergone the maximum number of regenerations has been eliminated and replaced by an equal quantity of fresh catalyst.
  • the catalyst contained in the airlock 331 can then be transferred to the spent catalyst storage hopper 333: the valve 336 is open to balance the pressures, then the valve 332 is open. For this operation, as well as for the loading of the upper airlock tank, all the time is available when the reactor is in operation, then in regeneration.
  • the catalyst contained in hopper 333 will cool slowly, and it can be discharged when the high alarm level is reached in this hopper: to be discharged, the cooled catalyst can be discharged into a dumpster (as shown below hopper 333) or drums or other containers.
  • FIG. 5 represents an example of a reactor 1, 2,3 with radial distribution and with a fixed bed to which the invention can be applied more particularly.
  • This is a radial reactor, which is known to those skilled in the art, and used in processes with catalyst circulation, or sometimes to have low pressure drops in the reactor.
  • the fresh catalyst enters through conduits 53 distributed in a ring at the top of the reactor, called “catalyst legs”. We can have for example twelve connections regularly distributed around the conduit 51, so as to load the catalyst more or less homogeneously into the reactor.
  • the catalyst is contained between the central manifold 55, and the outer grid 56.
  • the spent catalyst exits through the conduits 54, which are also distributed in a ring around the outlet conduit 52. There may for example be twelve conduits. 54.
  • a deflector 57 forces the charge to pass between the shell 58 and the outer grid 56, then through the catalyst to enter inside the central manifold 55, the product exits through line 52 at the bottom of the reactor.
  • a catalyst consisting of ZSM-5 zeolite and silica is used. This catalyst converts ethylene into propylene, butene and aromatics, as well as some co-products.
  • the ethylene conversion section is inserted into an FCC catalytic cracking unit, it allows from the ethylene intended to be burned with the fuel gas to increase the yields of recoverable products: propylene and aromatics in particular.
  • the reaction is carried out at a temperature of 550 ° C, in a radial reactor of the type of that of FIG. 5 or of the aforementioned patent, and at an ethylene partial pressure of 1.5 bar.
  • the catalyst is deactivated in a few hours, it is therefore necessary to operate with several reactors 1, 2, 3, one being in regeneration 2 when the other 1 is in operation, and a third reactor 3 remaining in reserve to replace the catalyst in operation, as illustrated in Figure 1.
  • the feed arriving at the ethylene conversion section has a flow rate of 21,520 kg / h, with the following composition (in mole%):
  • part of the effluent is recycled to reactor 1, which also makes it possible to reduce the reaction exothermicity, and to avoid having several reactors in series.
  • the recycling considered is 19,920 kg / h.
  • the pressure at the inlet of reactor 1 is 9 bar absolute, which allows for an olefin partial pressure of 1.5 bar.
  • the temperature of the reactor is 550 ° C. The operation is carried out with a single reactor, and a temperature increase of 40 ° C. in the reactor.
  • composition at the reactor outlet is as follows (in mol%):
  • Regeneration is carried out using the dedicated reactor 2, at the same pressure and at the same temperature as the operation.
  • the quantity of catalyst contained in each reactor is 3.2 tonnes, or approximately 4.5 m 3 .
  • the catalyst is operated for 12 hours in reactor 1, and the purging and regeneration operations in reactor 2 take a little less than 12 hours. Every 12 hours, the reactors are exchanged: the one that has the regenerated catalyst is put into operation, and the one whose catalyst begins to deactivate is purged, then regenerated. During the regenerations, the catalyst loses some of its activity and it is necessary to increase the temperature. When it is no longer possible to increase the temperature because the maximum allowable temperature for the reactor is reached, reactor 1 must be removed from operation (after regeneration), and reactor 3 filled in operation must be introduced. of fresh catalyst.
  • the spent catalyst is drained from the reactor, fresh catalyst is introduced, which will allow the second reactor to be replaced, the second reactor will be emptied, and fresh catalyst will be introduced to be ready for the next change. If the lifespan of the catalyst is 2 months, it will be necessary to do all these operations every 2 months, with the temperature changes, and the downstream operation problems during the catalyst change.
  • Example 2 according to the invention (according to Figures 2 - 4 and 5)
  • Balloons 323 and 331 of Figures 3 and 4 are sized to each hold 75 liters. Thanks to a vibrator (not shown), once the valves 330 and 335 open and the valves 332, 334 and 336 closed (FIG. 4), the reactor partially empties into the flask 331; 75 liters will then be missing at the head of the reactor, which will be filled with the contents of the flask 323 (FIG. 3). Valves 330 and 335 are then closed.
  • valves 322, 326 and 327 With another vibrator (also not shown), once the valves 322, 326 and 327 are closed, and the valves 324 and 328 open, the catalyst contained in the flask 323 is transferred into the reactor 2.
  • the valves 324 and 328 are then closed, and the valves 326 and 322 open to transfer into the flask 323 the 75 liters required for the next regeneration.
  • Valve 327 can be opened to pressurize flask 323 under nitrogen to the same pressure as the reactor.
  • valves 332 and 336 are open to transfer the 75 liters of spent catalyst into the storage hopper 333.
  • the flask 331 remains free for the next regeneration.
  • the valves 332 and 336 are then closed, and the valve 334 open to pressurize the balloon 331 to the same pressure as the reactor.

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Abstract

La présente invention concerne un réacteur 1,2 de traitement catalytique d'hydrocarbures, notamment à circulation radiale, comprenant un lit de catalyseur fixe et avec régénération périodique du catalyseur in situ, tel que ledit réacteur est en connexion fluidique, d'une part, en amont, avec un système 31,32 de chargement partiel de catalyseur frais, et, d'autre part, en aval, avec un système 33,34 de déchargement partiel de catalyseur usé, lesdits systèmes venant remplacer une partie seulement du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après au moins une, de préférence chaque, régénération in situ du catalyseur.

Description

Réacteur de traitement catalytique d’hydrocarbures avec remplacement semi-continu de catalyseur
Domaine technique
L’invention concerne le traitement catalytique d’hydrocarbures. Les catalyseurs sont en effet utilisés très largement dans des installations de raffinage et de pétrochimie, dans des procédés opérant un certain nombre de réactions en parallèle et/ou en chaîne sur des hydrocarbures. On peut citer le procédé de reforming catalytique, visant à convertir les composés naphténiques et paraffiniques en composés aromatiques, et mettant en jeu, notamment, la déshydrogénation des naphtènes, la déshydrocyclisation des paraffines en aromatiques, et l’isomérisation des paraffines et des naphtènes. On peut aussi citer les procédés de type hydroconversion, hydrocraquage, fractionnement, impliquant une succession de réactions, le procédé de craquage catalytique fluide connu sous l’acronyme FCC pour le terme correspondant anglo-saxon Fluid Catalytic Cracking, ou encore les réactions de métathèse d’oléfines etc...
Technique antérieure
Pour réaliser toutes ces réactions, il existe différentes familles de catalyseurs. Ils tendent à s’user, se désactiver/ se passiver progressivement, ce qui explique qu’ils doivent périodiquement être remplacés par du catalyseur « frais », et/ou être régénérés pour pouvoir prolonger leur utilisation. Le catalyseur est recouvert progressivement de coke au cours du temps. Lorsque la quantité de coke est trop importante, on doit arrêter l’opération pour régénérer le catalyseur, généralement par brûlage du coke. Le temps de cycle est le temps d’opération entre deux régénérations. A chaque régénération, à cause des températures élevées de la régénération, le catalyseur se fritte, c’est-à-dire qu’il perd un peu de surface active. Au fil des régénérations, il perd donc de l’activité, et au bout d’un certain nombre de régénérations, il est en fin de vie et il faut le changer. La durée de vie est le temps total d’opération entre deux changements de catalyseur, il est égal au nombre de régénérations multiplié par la durée de cycle.
Le remplacement du catalyseur usé par du catalyseur frais ou régénéré hors du réacteur peut se faire lors des arrêts de production périodiques de l’installation/du réacteur contenant le catalyseur, par exemple lors des arrêts annuels programmés de l’installation. C’est une solution intéressante quand la durée de vie/de cycle du catalyseur est suffisamment longue pour être compatible avec une périodicité longue, de type annuelle.
Cependant, dans certains cas, le catalyseur n’a pas une durée de cycle assez longue pour cela. Il faut alors envisager d’autres solutions.
Une première solution consiste à utiliser une technologie de catalyseur en lit mobile, avec une régénération en continu du catalyseur dans un réacteur dédié de régénération en connexion fluidique avec le réacteur de traitement catalytique (ou plusieurs réacteurs de traitement en série), comme cela est fait dans des unités de reforming catalytique dit régénératif. Un exemple en est donné dans le brevet FR-3 024 460. Cette solution existe aussi pour les réacteurs de traitement catalytique dans les unités de craquage catalytique type FCC. C’est une solution performante, mais de haute technologie et donc assez complexe/coûteuse à mettre en oeuvre.
Il existe d’autres solutions moins complexes/coûteuses à mettre en oeuvre, dont une deuxième solution connue sous le terme anglo-saxon de « swing », en mode bascule donc : elle consiste à utiliser une unité comprenant plusieurs réacteurs opérant en parallèle, certains étant en mode opération pendant que d’autres sont en mode de régénération du catalyseur, ou encore en mode d’attente ou chargement en catalyseur, avec bascule d’un mode à l’autre par un pilotage qui peut être automatique, notamment à l’aide de vannes pilotées appropriées. Comme il est par ailleurs nécessaire de changer le catalyseur après un certain nombre de régénérations, concrètement, pour un réacteur en production, on peut donc avoir deux réacteurs (celui en régénération et celui en attente de catalyseur) qui ne produisent pas, ce qui n’est pas excellent en termes de productivité. Cette deuxième solution permet de régénérer des catalyseurs à durée de vie/de cycle plus courts, en s’affranchissant, pour la régénération du catalyseur, de la périodicité imposée par des fermetures d’installation annuelle par exemple.
Cependant, cette deuxième solution n’est pas dénuée d’inconvénients : en effet, dans un réacteur donné en mode de production, le catalyseur perd progressivement son activité au fil des régénérations, ce qui contraint à modifier progressivement, en parallèle, les conditions opératoires, notamment en devant augmenter la température de réaction pour maintenir les rendements. Il s’avère également que la sélectivité des réactions recherchées peut évoluer. Et quand un réacteur rempli de catalyseur frais est amené en mode opération à la place d’un réacteur plein de catalyseur en fin de vie, il faut à nouveau modifier, très rapidement cette fois, les conditions opératoires en sens inverse, la température notamment. Ces modifications périodiques des conditions opératoires et un certain caractère fluctuant de résultats en termes de composition d’effluent obtenue, et de rendement, difficile à gommer complètement, ne sont pas sans risque sur le plan industriel, plus particulièrement quand l’effluent de sortie du réacteur en mode de production est ensuite traité dans une colonne de distillation en aval. En effet, une colonne de distillation soumise à un changement brutal de composition d’alimentation peut se dérégler, partir en oscillation, et il pourra falloir des heures avant de retrouver des produits aux spécifications, ce qui peut amener des pertes de production. Une première parade consiste à prévoir plusieurs réacteurs en mode de production en parallèle, opérant avec des âges de catalyseur différents, échelonnés, d’un réacteur à l’autre, ce qui permet d’homogénéiser/ de lisser les caractéristiques de l’effluent global obtenu en moyennant les fluctuations de production.
Cette parade, efficace, est cependant relativement coûteuse en équipements, et complexe à mettre en oeuvre à l’échelle industrielle.
Le but de l’invention est alors d’améliorer le fonctionnement de réacteurs en mode bascule (dit également mode « swing »), notamment afin d’avoir des conditions opératoires plus stables et/ou des résultats (rendement, sélectivité) plus homogènes tout au long d’une campagne de production et/ou afin de faciliter le pilotage des réacteurs et/ou afin d’avoir une installation plus productive.
Résumé de l’invention
L’invention a tout d’abord pour objet un réacteur de traitement catalytique d’hydrocarbures, notamment à circulation radiale, comprenant un lit de catalyseur fixe et avec régénération périodique du catalyseur in situ. Ledit réacteur est en connexion fluidique, d’une part, en amont, avec un système de chargement partiel de catalyseur frais, et, d’autre part, en aval, avec un système de déchargement partiel de catalyseur usé, lesdits systèmes venant remplacer une partie seulement du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après au moins une, de préférence chaque, régénération in situ du catalyseur.
Avec l’invention et son système de chargement et déchargement partiel de catalyseur pour chaque réacteur, le fonctionnement en mode bascule « swing » est grandement amélioré. Avec l’invention, l’installation peut faire fonctionner les réacteurs en mode bascule par paire seulement, avec un réacteur en production pour un réacteur improductif/en régénération (sans avoir besoin d’un troisième réacteur improductif, qui était généralement en mode chargement de catalyseur ou en attente du chargement en question). En effet, tandis qu’un des réacteurs est en production, l’autre va pouvoir passer en mode régénération et changement partiel de catalyseur. Cette étape de changement partiel peut se faire très rapidement, et va de préférence affecter la portion de catalyseur dans le réacteur qui aura subi le plus de régénérations, la portion de catalyseur le plus « usé » donc. Cette étape est permise par les systèmes selon l’invention.
En prenant l’exemple d’un catalyseur qui a un temps de vie de 30 jours, et dans le cas où le catalyseur en question est régénéré une fois par jour, cela signifie qu’avec l’invention on va pouvoir, dans le réacteur en régénération, juste après sa régénération, changer 1/30ème du catalyseur contenu dans le réacteur, un volume donc faible, ce changement pouvant se faire rapidement et aisément grâce à l’invention : tout se passe alors comme si le remplacement du catalyseur se faisait quasiment en continu, en semi-continu, de sorte que le réacteur va contenir en permanence 1/30eme du catalyseur ayant subi une régénération, 1/30eme de catalyseur ayant subi deux régénérations etc... Ainsi, l’activité du catalyseur, sera globalement, dans le réacteur, constante sur toute la période de production. Il n’est alors plus nécessaire de modifier les conditions opératoires au cours du temps, comme dans les solutions précédentes, pour obtenir des produits de qualité et de rendement constants.
C’est un gain considérable en termes d’investissements et d’encombrement sur site industriel (moins de réacteurs immobilisés pour une même production). C’est aussi un gain considérable en termes de simplification de la maintenance/pilotage des conditions opératoires de fonctionnement des réacteurs. C’est enfin un gain en termes de constance dans le rendement et la qualité des produits obtenus.
L’invention a également pour objet le procédé de mise en oeuvre d’un tel réacteur.
De préférence, le/chaque chargement partiel en catalyseur frais et le/chaque déchargement partiel en catalyseur usé concerne des volumes de catalyseur identiques : on vient donc retirer un certain volume de catalyseur « usé » pour le remplacer par un volume identique (aux tolérances industrielles près) de catalyseur « frais », de façon à ce que le réacteur, en mode de production, fonctionne toujours avec un volume de catalyseur constant.
De préférence, le chargement partiel en catalyseur frais et le déchargement partiel en catalyseur usé sont concomitants : on peut ainsi diminuer au maximum le temps nécessaire à cette double opération.
Le chargement partiel et/ou le déchargement partiel de catalyseur peuvent concerner un volume de catalyseur V1 correspondant à entre 1/10ème et 1/200ème, notamment entre 1 /20ème et 1 /100eme ou entre 1 /30eme et 1 /60eme du volume total Vt de catalyseur du réacteur en opération : Par exemple pour un catalyseur ayant 6 mois de durée de vie avec une régénération par jour, on remplace 1 /180eme du catalyseur à chaque régénération.
Notamment dans le cas où les régénérations sont très fréquentes, plus qu’une fois par jour par exemple, on peut aussi, selon l’invention, opérer le chargement/déchargement partiel du catalyseur non pas après chaque régénération, mais moins fréquemment : on peut ainsi opérer le chargement/déchargement partiel toutes les 2 ou 3 régénérations par exemple, en adoptant ainsi une fréquence de chargement/déchargement plus faible que la fréquence des régénérations.
Le système de chargement comprend de préférence un module de stockage de catalyseur frais, un module d’alimentation en catalyseur frais du réacteur, et un module de dosage prélevant le volume V1 de catalyseur frais voulu depuis le module de stockage vers le module d’alimentation.
Plus particulièrement, selon un exemple de réalisation, le système de chargement peut comprendre, d’amont en aval : - le module de stockage de catalyseur comprenant un réservoir de stockage de catalyseur frais, notamment de type trémie, - le module d’alimentation en catalyseur frais du réacteur comprenant un réservoir d’alimentation de contenance inférieure au réservoir de stockage et connecté fluidiquement à l’entrée de catalyseur du réacteur, - et un module de dosage prélevant le volume V1 de catalyseur frais voulu depuis le module de stockage vers le module d’alimentation et comprenant un réservoir intermédiaire de chargement dont la contenance correspond au volume V1 de catalyseur à charger, qui est une fraction du volume total Vt du catalyseur du réacteur en opération.
On comprend dans tout le présent texte les termes « amont » et « aval » se rapportant au catalyseur en relation avec son sens d’écoulement général dans le réacteur, depuis son introduction (alimentation) dans une ou plusieurs entrées dans le réacteur, jusqu’à son soutirage par une ou plusieurs sorties du réacteur.
Classiquement, le réacteur est par exemple orienté sensiblement selon un axe vertical, avec une/ des entrée(s) de catalyseur en partie haute et une/des sortie(s) de catalyseur en partie basse, le sens d’écoulement général en question étant alors un écoulement descendant vertical, sous l’effet de la gravité. Toute autre orientation du réacteur et dispositions des entrées/sorties sont également possibles.
Le système de déchargement partiel peut comprendre un module de soutirage en catalyseur usé du réacteur, un module de stockage de catalyseur usé, et un module de dosage prélevant le volume V’1 de catalyseur usé voulu depuis le module de soutirage vers le module de stockage.
Plus particulièrement, selon un exemple de réalisation, le système de déchargement peut comprendre, d’amont en aval, un module de soutirage en catalyseur usé du réacteur comprenant un réservoir de soutirage connecté fluidiquement à la sortie de catalyseur du réacteur, un module de stockage de catalyseur usé comprenant un réservoir de stockage de catalyseur usé, notamment de type trémie, et un module de dosage prélevant le volume V’1 de catalyseur usé voulu depuis le module de soutirage vers le module de stockage et comprenant un réservoir intermédiaire de déchargement dont la contenance correspond au volume V’1 de catalyseur à décharger, qui est une fraction V’1 du volume total Vt du catalyseur du réacteur en opération.
Avantageusement, on peut donc concevoir le système de chargement partiel et le système de déchargement partiel de façon assez symétrique, avec pour chacun trois zones/parties : stockage/dosage/alimentation ou soutirage réacteur.
Selon une variante de l’invention, le système de chargement partiel et/ou le système de déchargement partiel peut/peuvent être équipé(s) de moyens mécaniques facilitant l’écoulement du catalyseur frais/usé vers/depuis le réacteur, notamment de vibreurs. Il peut en effet s’avérer utile de prévoir de tels moyens, dans la mesure où le catalyseur destiné à être en lit fixe dans les réacteurs n’est généralement pas conçu spécifiquement pour circuler.
L’invention a également pour objet tout ensemble d’au moins deux réacteurs tels que définis plus haut, avec au moins une partie du système de chargement et/ou de déchargement partiel qui est mutualisé pour ledit ensemble, notamment sous forme de réservoirs de stockage de catalyseur frais et/ou usé communs. On peut ainsi limiter le nombre d’équipements additionnels induits par l’invention.
L’invention a également pour objet tout ensemble de paire(s) de réacteurs tels que définis plus haut, où les deux réacteurs de la/de chaque paire sont associés pour opérer en alternance, l’un des réacteurs étant en conditions d’opération quand l’autre réacteur est, soit en conditions de régénération, soit en conditions de chargement/déchargement partiel de catalyseur. On a ainsi toujours un réacteur sur deux qui produit, ce qui est un vrai gain en productivité par rapport à des solutions antérieurs où le ratio était plutôt de 1 sur 3. Le chargement/déchargement partiels étant rapides, ils ne rallongent que de façon très raisonnable le temps de non production du réacteur en conditions de régénération.
On note par ailleurs que l’invention peut s’appliquer à des réacteurs traitant d’une charge soit sous forme liquide, soit sous forme gazeuse, soit sous forme d’un mélange liquide/gaz, et de préférence sous forme gazeuse. L’invention a également pour objet une installation de craquage catalytique fluide (appelé aussi FCC), qui intègre dans sa section de fractionnement des effluents de tête une unité de conversion, notamment d’éthylène, comprenant au moins un réacteur ou ensemble de réacteurs tels que définis plus haut. Des détails sur ce fractionnement, et sur la conversion de l’éthylène de manière à augmenter la production de propylène peuvent par exemple être trouvés dans le brevet EP- 3 428 249.
L’invention a également pour objet un procédé de traitement catalytique d’hydrocarbures, utilisant un réacteur, notamment à circulation radiale, comprenant un lit de catalyseur fixe et avec régénération périodique du catalyseur in situ, tel qu’on place ledit réacteur en connexion fluidique, d’une part, en amont, avec un système de chargement partiel de catalyseur frais, et, d’autre part, en aval, avec un système de déchargement partiel de catalyseur usé, et tel qu’on vient remplacer une partie seulement du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après au moins une, de préférence chaque, régénération in situ du catalyseur avec lesdits systèmes de chargement/déchargement partiels. De préférence, le chargement partiel et/ou le déchargement partiel de catalyseur concernent un volume de catalyseur V1 correspondant à entre 1/10eme et 1/200eme du volume total Vt de catalyseur du réacteur en opération, et le système de chargement (31 ,32) comprend un module de stockage de catalyseur frais, un module d’alimentation en catalyseur frais du réacteur, et un module de dosage : on prélève le volume V1 de catalyseur frais voulu depuis le module de stockage vers le module d’alimentation par ce module de dosage.
L’invention a également pour objet tout procédé de traitement catalytique de charge hydrocarboné mettant en oeuvre un réacteur ou un ensemble de réacteurs tels que définis plus haut.
L’invention a notamment pour objet un tel procédé pour traiter une charge hydrocarbonée issue d’une unité de craquage catalytique.
L’invention a également pour objet un tel procédé pour traiter une charge hydrocarbonée majoritairement à bas carbone, notamment en C1 à C4, en phase gazeuse et/ou liquide, notamment en vue de l’enrichir en oléfines en C2 à C4, et en aromatiques.
L’invention a également pour objet tout procédé de traitement catalytique d’hydrocarbures, utilisant un réacteur, notamment à circulation radiale, comprenant un lit de catalyseur fixe et avec régénération périodique du catalyseur in situ, tel qu’on remplace une partie seulement du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après au moins une, de préférence chaque, régénération in situ du catalyseur.
Selon un mode de réalisation, on recycle une partie de l’effluent en sortie du/de chaque réacteur en entrée du réacteur. Le recyclage peut être utile pour différentes raisons. D’une part, il permet généralement un meilleur taux de conversion de la charge. D’autre part, quand la ou les réactions visées dans le réacteur sont de type exothermique, recycler une partie de l’effluent, éventuellement après refroidissement, permet de garder sous contrôle la température au sein du réacteur, et éviter ainsi l’emballement des réactions.
Optionnellement, on peut donc traiter l’effluent de sortie à recycler avant réintroduction dans le réacteur, notamment par un traitement de type compression, refroidissement, ou autres...
L’invention a également pour objet le procédé de mise en oeuvre d’un ensemble de paire(s) de réacteurs associés telles que définies plus haut, ou le procédé de traitement catalytique d’hydrocarbures tel que défini plus haut, où le procédé utilise une ou des paires de réacteurs, où, alternativement un des réacteurs de la/de chaque paire est en opération pendant que l’autre réacteur est en régénération puis en chargement/déchargement partiel de catalyseur.
L’invention a également pour objet le procédé tel que défini plus haut, et qui réalise la régénération périodique du catalyseur du/de chaque réacteur par brûlage du coke déposé sur le catalyseur en présence d’oxygène. C’est en effet les dépôts de coke, résidus de réactions parasites, qui désactivent/passivent, pour la plus grande part, les catalyseurs progressivement.
Avantageusement, on réalise la régénération périodique du catalyseur du/de chaque réacteur entre une étape préalable d’inertage (de la phase gazeuse) dans le réacteur, et une étape postérieure d’inertage à nouveau (de la phase gazeuse se trouvant dans le réacteur). C’est en effet préférable : l’étape préalable permet de vider le réacteur des hydrocarbures gazeux éventuellement présents avant introduction de gaz contenant de l’oxygène (de l’air par exemple), et l’étape postérieure permet de retirer l’oxygène contenu dans le réacteur avant de le basculer en mode de production.
De préférence, on remplace une partie seulement du catalyseur (notamment en réalisant le chargement/déchargement partiel du catalyseur avec les systèmes de chargement/déchargement partiel décrits plus haut), du réacteur après la régénération du catalyseur et avant, pendant ou après l’étape postérieure d’inertage qui suit ladite régénération.
Comme indiqué plus haut, le remplacement peut être réalisé à chaque régénération, mais il est également possible de le réaliser sur certaines seulement des régénérations, à une fréquence différence (moindre) donc, notamment dans le cas où des régénérations doivent être réalisées à fréquence élevée, inférieure à 24 heures.
De préférence, on pilote le chargement et le déchargement partiel de catalyseur par un système de vannes équipant les systèmes de chargement/déchargement partiel, lesdites vannes autorisant ou non l’écoulement par gravité en quantités voulues du catalyseur frais dans le réacteur et du catalyseur usé hors du réacteur, de préférence de façon concomitante.. Les systèmes de chargement/déchargement comprennent ainsi différents réservoirs connectés entre eux et jusqu’au réacteur par des conduites équipées par exemple de vannes, dont l’ouverture ou la fermeture bloquent ou débloquent la circulation du catalyseur tout au long desdits systèmes et vers/depuis le réacteur. Il s’agit de préférence de vannes pilotées de façon automatisée.
Il est également possible également de procéder sans vannes, en utilisant des moyens d’injection de gaz : on vient injecter un gaz inerte dans les systèmes de chargement/déchargement partiel, permettant d’arrêter le flux de catalyseur à différents endroits du dispositif/des systèmes, l’arrêt de l’injection permettant alors de laisser circuler le catalyseur à l’endroit souhaité. Et il est bien sûr aussi possible d’avoir recours à la fois à des vannes et à des moyens d’injection de gaz.
Les réacteurs à circulation radiale et à lit de catalyseur fixe se prêtent particulièrement bien à la mise en oeuvre de l’invention, notamment en permettant l’introduction et le soutirage partiel du catalyseur en exploitant simplement la gravité : le catalyseur qui a subi le plus de régénérations va se trouver nécessairement dans la partie la plus basse de ce type de réacteur orienté généralement verticalement, et c’est donc facilement, par gravité, en soutirant en partie basse le catalyseur usé lors du déchargement partiel de catalyseur, qu’on va décharger le catalyseur le plus régénéré, donc le plus vieux, le plus usé, ce qui est exactement ce qui est voulu dans l’invention.
Un exemple de conception de réacteur radial à lit fixe sur lequel on peut appliquer l’invention est décrit dans le brevet FR- 3 033 264. Liste des figures
La figure 1 représente un arrangement de trois réacteurs fonctionnant en mode bascule (« swing ») selon l’art antérieur.
La figure 2 représente un arrangement de deux réacteurs fonctionnant selon un nouveau mode bascule (« swing ») selon l’invention.
La figure 3 représente un exemple de système de chargement partiel d’un réacteur de l’invention selon l’arrangement de la figure 2.
La figure 4 représente un exemple de système de déchargement partiel d’un réacteur de l’invention selon l’arrangement de la figure 2.
La figure 5 représente en coupe verticale un exemple de réacteur radial à lit fixe auquel l’invention selon les figures 2 à 4 peut être appliquée.
Description des modes de réalisation
L’ensemble des figures est très schématique, et les différents éléments qui les composent ne sont pas nécessairement à l’échelle.
Le mode de réalisation de l’invention des figures 2 à 5 est donné à titre purement illustratif et n’est pas limitatif de l’invention.
La figure 1 est une représentation d’un groupe de trois réacteurs 1 ,2,3 fonctionnant conventionnellement en mode « swing » : le réacteur 1 est en opération, c’est-à-dire qu’il est en mode de production, tandis que le réacteur 2 est en régénération et que le réacteur 3 est en attente ou en changement de catalyseur.
Les trois réacteurs 1 ,2,3 sont identiques et de type à distribution radiale et à lit de catalyseur fixe (dont un exemple de conception est détaillé plus loin à l’aide de la figure 5) : ils sont d’orientation verticale, avec une/des entrées de charge en partie haute, et une/des sorties de charge en partie basse, le catalyseur étant retenu dans un lit catalytique entre deux grilles concentriques et la charge, dans ce cas un gaz, passant au travers dudit lit catalytique : il y a un écoulement de la charge, de haut en bas du réacteur. De même, l’introduction de catalyseur frais se fait par une ou des entrées en partie haute, et le soutirage de catalyseur usé se fait par une ou des sorties en partie basse. D’autres configurations de réacteur sont bien sûr possibles, et d’autres types de charge, sous forme liquide par exemple possibles également.
Pour donner un exemple d’application, ces réacteurs sont destinés à convertir de l’éthylène issu de FCC comme détaillé dans le brevet précité EP- 3 428 249. Le catalyseur utilisé pour cette conversion est généralement en zéolithe, notamment de type alumino-silicate comme le ZMS-5.
La durée de cycle de ce type de catalyseur est courte, et sa durée de vie également.ll faut donc effectivement trois réacteurs, et un changement de catalyseur sur l’un des réacteurs 3 pendant que les autres réacteurs sont l’un 1 en opération et l’autre 2 en régénération. Le réacteur 1 , en opération, est connecté au circuit de réaction (non représenté) par les vannes 4 et 5 qui sont ouvertes. Les autres vannes donnant vers le circuit de réaction, à savoir les vannes 6 et 7 pour le réacteur 2 et les vannes 8 et 9 pour le réacteur 3, sont fermées. Le réacteur 2, en régénération, est connecté par les vannes 10 et 1 1 , qui sont ouvertes, au circuit de régénération, les autre vannes donnant vers le circuit de régénération (non représenté), à savoir les vannes 12 et 13 pour le réacteur 1 et les vannes 14 et 15 pour le réacteur 3, sont fermées.
D’autres vannes sont connectées à un système de purge (non représenté) : les vannes 16 et 17 pour le réacteur 1 , les vannes 18 et 19 pour le réacteur 2, les vannes 20 et 21 pour le réacteur 3. Ce système de purge permet d’injecter un gaz inerte pour faire la transition entre le mode de production où des hydrocarbures sont présents, et la régénération, où de l’oxygène est présent pour brûler le coke déposé sur le catalyseur. Le réacteur 3 est, soit en attente, soit ouvert pour le changement de catalyseur. Un seul réacteur, le réacteur 1 sur la figure, est en opération, et il faut 3 réacteurs pour produire sur toute une année.
En fonctionnement, chacun des réacteurs 1 ,2,3 va donc alternativement se trouver en mode production, en mode régénération ou en mode attente, à la façon d’une permutation circulaire.
Selon la conversion voulue, selon la nature du catalyseur, la sélectivité de la conversion peut changer un peu jusqu’à très significativement entre le début et la fin de vie du catalyseur : dans le cas d’une modification de sélectivité importante, il est nécessaire d’ajouter plus de réacteurs pour lisser la production, avec par exemple deux ou trois réacteurs en opération, et autant en régénération, et encore d’autres en attente.
La figure 2 représente un arrangement de deux réacteurs conformément à la présente invention. Par rapport à la figure 1 , deux changements notables, qui seront également décrits à l’aide des figures 3 et 4 : D’une part, en termes de procédé, on n’a plus besoin que de deux réacteurs, 1 ,2, au lieu de trois, le réacteur 1 étant en mode production quand l’autre, le réacteur 2, est en mode régénération + chargement et déchargement partiel de catalyseur, avec passage d’un mode à l’autre alternativement de chacun des réacteurs. D’autre part, en termes de conception de réacteur, chacun des réacteurs 1 ,2 est équipé d’un système de chargement partiel 31 de catalyseur frais et d’un système de déchargement partiel 32 de catalyseur usé.
La figure 3 détaille un exemple de système de chargement partiel 31 de catalyseur frais, avec son module de stockage, son module de dosage et son module d’alimentation, reliés les uns aux autres par un système de tuyauteries équipées de vannes appropriées pour contrôler l’écoulement de catalyseur frais en quantité voulue et au moment voulu depuis le module de stockage dans le réacteur : le module de stockage comporte ici une trémie 321 , qui sert à stocker le catalyseur frais pour le nombre de semaines ou de mois d’opération décidé à l’avance. Cette trémie peut être inertée à l’azote pour conserver le catalyseur dans de bonnes conditions. Sa pression est de préférence légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Le chargement de cette trémie s’effectue une ou plusieurs fois par an, en l’ouvrant et en la chargeant comme on charge un réacteur, ce qui peut se faire pendant que le réacteur est en mode opération. En dessous de cette trémie 321 , le catalyseur est retenu par la vanne 322, normalement fermée. Cette vanne peut être composée par exemple d’une vanne guillotine retenant le catalyseur, et, en dessous, d’une vanne étanche au gaz fermant sur la tuyauterie vide de catalyseur. Cet arrangement est un exemple, d’autres types de réalisations sont possibles en utilisant par exemple une injection de gaz inerte venant bloquer l’écoulement de catalyseur.
En dessous se trouve le ballon-sas 323, dont la contenance doit correspondre à la quantité de catalyseur qu’on veut remplacer à chaque régénération, c’est le module de dosage mentionné plus haut. En dessous de ce ballon-sas se trouve la vanne 324 qui peut être composée comme la vanne 322 d’une vanne guillotine retenant le catalyseur et en dessous d’une vanne étanche au gaz fermant sur la tuyauterie vide de catalyseur. Là encore, cette réalisation est un exemple, et une injection de gaz inerte peut remplacer le vannage.
En dessous de cette vanne se trouve le module d’alimentation en catalyseur frais, à savoir la trémie supérieure 325, dont la fonction est de distribuer le catalyseur vers la ou les entrées de catalyseur prévue(s) en partie haute du réacteur. Comme détaillé plus loin à l’aide de la figure 5, il peut s’agir d’une pluralité de conduits d’entrées (12 « jambes ») en couronne qui vont alimenter le réacteur uniformément. Une connexion venant d’un gaz d’inertage tel que de l’azote est prévue vers le ballon-sas 323. Pour amener du catalyseur depuis la trémie de stockage 321 vers le ballon-sas 323, il est prévu que la vanne 324 soit fermée, la vanne 327 fermée, et la vanne 326 ouverte, de manière à avoir la même pression dans le ballon-sas que dans la trémie. A ce moment-là, la vanne 322 est ouverte et le catalyseur va circuler par gravité depuis la trémie supérieure 321 jusqu’au ballon-sas 323. Lorsque le niveau dans le ballon-sas 323 arrivera au niveau haut (la détection pouvant être effectuée par exemple à l’aide de rayons gamma, de façon connue), la vanne 322 est alors fermée (d’abord la partie de vanne guillotine fermant sur le catalyseur, puis la partie de vanne étanche au gaz fermant sur le tuyau vide pour faire l’étanchéité gaz). La vanne 326 est alors refermée, puis la vanne 327 ouverte pour pressuriser le ballon-sas 323 à l’aide de gaz d’inertage tel que de l’azote.
La vanne 327 est ensuite refermée, et la vanne 328 ouverte pour équilibrer les pressions entre le ballon-sas 323 et la trémie supérieure 325. Le catalyseur peut alors s’écouler lorsque la vanne 324 s’ouvre, ce qui peut se faire lorsqu’une zone a été libérée dans le réacteur, après écoulement du catalyseur usé.
Quand le catalyseur est en grains de type billes très réguliers (répartition des diamètres resserrée autour d’une valeur médiane), l’écoulement se fera très facilement. Quand il est en grains de taille/ de forme moins régulières ou même en extrudés, l’écoulement peut être facilité par des vibreurs installés sur les tuyauteries d’écoulement de catalyseur.
La figure 4 détaille un exemple de système de déchargement partiel de catalyseur usé. Le déchargement partiel (comme le chargement partiel) se fait avantageusement juste après la régénération, au moment des purges de la phase gazeuse du réacteur par inertage, pour avoir un gaz inerte partout, et que le catalyseur déchargé soit régénéré, ne contenant plus ni hydrocarbures, ni coke, donc pouvant être manipulé sans risque et sans problème.
Le réacteur 2, de type radial est équipé de 12 jambes de soutirage de catalyseur, connectées à la trémie inférieure 329 (cf. description figure 5 plus loin). Le système de déchargement comprend un module de soutirage sous forme d’une trémie 329, reliée par une tuyauterie de connexion au module de dosage sous forme d’un ballon-sas 331. La tuyauterie de connexion est équipée d’une vanne 330 (de préférence, comportant en fait deux vannes, l’une guillotine fermant sur le catalyseur, et une autre vanne étanche en dessous fermant sur la tuyauterie vide, d’autres réalisations sans vanne étant possibles). Le ballon-sas 331 est connecté par une tuyauterie inférieure munie de la vanne 332 au moyen de stockage de catalyseur usé sous forme d’une trémie de stockage inférieure 333 permettant de stocker une quantité importante de catalyseur usé. Le ballon-sas inférieur 331 a exactement la même capacité que le ballon-sas supérieur 323, de sorte que lorsque les vannes 330 et 324 seront ouvertes simultanément, les vannes 322 et 332 étant fermées, tandis que les vannes 335 et 328 seront ouvertes pour équilibrer les pressions, le catalyseur frais contenu dans le ballon-sas 323 va s’écouler dans le réacteur, pendant que le catalyseur usé contenu dans le réacteur va s’écouler plus bas dans le réacteur et le catalyseur en fond de réacteur va s’écouler dans le ballon sas 331. Lorsque le niveau haut sera signalé dans le ballon-sas 331 , la vanne 330 va se fermer (la vanne guillotine sur solide d’abord, puis la vanne étanche aux gaz sur gaz en dessous ensuite), puis la vanne 324 va se fermer, ainsi que les vannes 328 et 335. Le réacteur est alors prêt pour le passage en opération : la fraction de catalyseur (usé) ayant subi le nombre maximal de régénérations a été éliminée et remplacée par une quantité égale de catalyseur frais.
Le catalyseur contenu dans le ballon-sas 331 peut alors être transféré dans la trémie de stockage de catalyseur usé 333 : la vanne 336 est ouverte pour équilibrer les pressions, puis la vanne 332 est ouverte. Pour cette opération, ainsi que pour le chargement du ballon-sas supérieur, on dispose de tout le temps où le réacteur est en opération, puis en régénération. Le catalyseur contenu dans la trémie 333 va refroidir lentement, et il peut être évacué lorsque le niveau d’alarme haute sera atteint dans cette trémie : pour être évacué, le catalyseur refroidi pourra être déchargé dans une benne (comme représenté sous la trémie 333) ou des fûts ou d’autres contenants.
Ce qui est remarquable de l’invention, c’est que le temps nécessaire au transfert du catalyseur usé hors du réacteur et du catalyseur frais dans le réacteur est très faible par rapport au temps de régénération et de purge : il n’est donc pas du tout pénalisant, puisque pratiquement pas « visible ». Par contre, le pilotage de l’installation gagne grandement : en confort d’opération, en nombre d’équipements et de vannes à action rapide et haute température. L’empreinte au sol est réduite avec la réduction du nombre de réacteurs nécessaire pour une production donnée, ce qui diminue aussi, naturellement, le coût de l’unité (longueur des tuyauteries, câblages électriques, socles en béton, etc....)
La figure 5 représente un exemple de réacteur 1 ,2,3 à distribution radiale et à lit fixe auquel l’invention peut s’appliquer plus particulièrement. Il s’agit d’un réacteur radial, qui est connu de l’homme de métier, et utilisé dans les procédés à circulation de catalyseur, ou parfois pour avoir des pertes de charge faibles dans le réacteur.
Le catalyseur frais entre par les conduits 53 répartis en couronne en tête du réacteur, appelés « jambes de catalyseur ». On peut avoir par exemple douze connections régulièrement réparties autour du conduit 51 , de manière à charger de manière à peu près homogène le catalyseur dans le réacteur. Dans le réacteur, le catalyseur est contenu entre le collecteur central 55, et la grille extérieure 56. Le catalyseur usé sort par les conduits 54, qui sont également répartis en couronne autour du conduit de sortie 52. Il peut y avoir par exemple douze conduits 54.
La charge entre par le conduit central 51 en tête de réacteur, un déflecteur 57 oblige la charge à passer entre la virole 58 et la grille extérieure 56, puis à travers le catalyseur pour entrer à l’intérieur dans le collecteur central 55, le produit sort par le conduit 52 au fond du réacteur.
Il est facile d’installer des vibreurs sur toutes les «jambes» de catalyseur afin de faciliter le remplacement partiel de catalyseur envisagé, en entrée comme en sortie du réacteur.
L’invention va être détaillée à l’aide d’un exemple non limitatif :
Exemples
Exemple 1 comparatif (selon figure 1 et figure 5)
On utilise un catalyseur constitué de zéolite ZSM-5 et de silice. Ce catalyseur permet de transformer de l’éthylène en propylène, butène et aromatiques, ainsi que quelques coproduits. La section de conversion d’éthylène est insérée dans une unité de craquage catalytique FCC, elle permet à partir de l’éthylène destiné à être brûlé avec le gaz combustible d’augmenter les rendements en produits récupérables : propylène et aromatiques notamment. La réaction est effectuée à une température de 550°C, dans un réacteur radial du type de celui de la figure 5 ou du brevet précité, et à une pression partielle d’éthylène de 1 ,5 bar. Le catalyseur se désactive en quelques heures, il est donc nécessaire d’opérer avec plusieurs réacteurs 1 ,2,3, l’un étant en régénération 2 lorsque l’autre 1 est en opération, et un troisième réacteur 3 restant en réserve pour remplacer le catalyseur en opération, comme illustré à la figure 1.
La charge arrivant à la section de conversion de l’éthylène a un débit de 21 520 kg/h, avec la composition suivante (en % mole) :
Azote : 17,7
Hydrogène : 14,2
Méthane : 27,3
Ethane : 13,8
Ethylène : 13,6 Propane 0,3
Propylène 3,3
Butane 0,4
Butènes 0,1
Essence 4,2
Eau 0,5
CO 1 ,0
C02 3,6
Comme la conversion est partielle, on recycle au réacteur 1 une partie de l’effluent, ce qui permet aussi de diminuer l’exothermicité de réaction, et d’éviter d’avoir plusieurs réacteurs en série. Le recyclage considéré est de 19 920 kg/h. La pression à l’entrée du réacteur 1 est de 9 bars absolus, ce qui permet d’avoir une pression partielle d’oléfines de 1 ,5 bar. La température du réacteur est de 550°C. On opère avec un seul réacteur, et une augmentation de température de 40°C dans le réacteur.
La composition en sortie de réacteur est la suivante (en % mole):
Azote : 18,6
Hydrogène : 14,9
Méthane : 28,7
Ethane : 14,5
Ethylène : 2,6
Propane : 0,7
Propylène : 10,1
Butane : 0,7
Butènes : 0,4
Essence : 3,5
Eau : 0,5
CO : 1 ,0
C02 : 3,8
La régénération est opérée grâce au réacteur 2 dédié, à la même pression et à la même température que l’opération. La quantité de catalyseur contenue dans chaque réacteur est de 3,2 tonnes, soit environ 4,5 m3.
Le catalyseur est opéré pendant 12 heures dans le réacteur 1 , et les opérations de purge et de régénération dans le réacteur 2 prennent un peu moins de 12 heures. Toutes les 12 heures, les réacteurs sont échangés : celui qui a le catalyseur régénéré est mis en opération, et celui dont le catalyseur commence à se désactiver est passé en purge, puis en régénération. Au fil des régénérations, le catalyseur perd un peu de son activité et il est nécessaire d’augmenter la température. Quand il n’est plus possible d’augmenter la température parce qu’on arrive à la température maximale admissible pour le réacteur, il faut retirer le réacteur 1 de l’opération (après la régénération), et introduire en opération le réacteur 3 rempli de catalyseur frais. Le catalyseur usé est vidangé du réacteur, du catalyseur frais est introduit, ce qui va permettre de remplacer le deuxième réacteur, on videra le deuxième réacteur, et on introduira du catalyseur frais pour être prêt pour le changement suivant. Si la durée de vie du catalyseur est de 2 mois, il faudra faire toutes ces opérations tous les 2 mois, avec les changements de températures, et les problèmes d’opération en aval lors du changement de catalyseur.
Exemple 2 selon l’invention (selon figures 2 - 4 et 5)
On conserve la même charge, le même réacteur radial. Mais on ne produit plus qu’avec deux réacteurs 1 ,2, conformément aux figures 2 à 4.
A la fin de chaque régénération, on remplace de manière automatique 1 /60eme du catalyseur, soit 75 litres, de sorte que la température d’opération ne change pas.
Les ballons 323 et 331 des figures 3 et 4 sont dimensionnés pour contenir chacun 75 litres. Grâce à un vibreur (non représenté), une fois les vannes 330 et 335 ouvertes et les vannes 332, 334 et 336 fermées (figure 4), le réacteur se vide partiellement dans le ballon 331 ; il va alors manquer 75 litres en tête du réacteur, qui va être rempli grâce au contenu du ballon 323 (figure 3). Les vannes 330 et 335 sont alors refermées.
Avec un autre vibreur (également non représenté), une fois les vannes 322, 326 et 327 fermées, et les vannes 324 et 328 ouvertes, le catalyseur contenu dans le ballon 323 est transféré dans le réacteur 2. Les vannes 324 et 328 sont alors fermées, et les vannes 326 et 322 ouvertes pour transférer dans le ballon 323 les 75 litres nécessaires pour la régénération suivante. La vanne 327 peut être ouverte pour pressuriser sous azote le ballon 323 à la même pression que le réacteur.
En dessous du réacteur (figure 4), les vannes 332 et 336 sont ouvertes pour transférer les 75 litres de catalyseur usé dans la trémie de stockage 333. Le ballon 331 reste libre pour la régénération suivante. Les vannes 332 et 336 sont alors refermées, et la vanne 334 ouverte pour pressuriser le ballon 331 à la même pression que le réacteur.
Avec la même charge qu’à l’exemple comparatif précédent, on obtient un gaz en sortie de composition identique : avec l’invention, le taux de conversion et la sélectivité sont maintenus. On obtient donc le même résultat avec 1/3 de réacteur en moins. Avec ce changement de catalyseur progressif et quasi continu, on homogénéise l’âge du catalyseur dans le réacteur en production au cours du cycle de production, on maintient des conditions opératoires, et notamment la température dans le réacteur de production sans avoir à les adapter en fonction du vieillissement du catalyseur. Et le changement de catalyseur par portion est facile à mettre oeuvre, et peut largement être automatisé avec les jeux de vannes pilotables.

Claims

Revendications
1 . Réacteur (1 ,2) de traitement catalytique d’hydrocarbures, notamment à circulation radiale, comprenant un lit de catalyseur fixe et avec régénération périodique du catalyseur in situ, caractérisé en ce que ledit réacteur est en connexion fluidique, d’une part, en amont, avec un système (31 ,32) de chargement partiel de catalyseur frais, et, d’autre part, en aval, avec un système (33,34) de déchargement partiel de catalyseur usé, lesdits systèmes venant remplacer une partie seulement du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après au moins une, de préférence chaque, régénération in situ du catalyseur, en ce que le chargement partiel et/ou le déchargement partiel de catalyseur concernent un volume de catalyseur V1 correspondant à entre 1/10eme et 1 /200eme du volume total Vt de catalyseur du réacteur en opération, et en ce que le système de chargement (31 ,32) comprend un module de stockage de catalyseur frais, un module d’alimentation en catalyseur frais du réacteur, et un module de dosage prélevant le volume V1 de catalyseur frais voulu depuis le module de stockage vers le module d’alimentation.
2. Réacteur (1 ,2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le/chaque chargement partiel en catalyseur frais et le/chaque déchargement partiel en catalyseur usé concerne des volumes de catalyseur identiques.
3. Réacteur (1 ,2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chargement partiel en catalyseur frais et le déchargement partiel en catalyseur usé sont concomitants.
4. Réacteur (1 ,2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chargement partiel et/ou le déchargement partiel de catalyseur concernent un volume de catalyseur V1 correspondant à entre 1/20ème et 1 /100ème ou entre 1 /30ème et 1 /60ème du volume total Vt de catalyseur du réacteur en opération.
5. Réacteur (1 ,2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de chargement (31 ,32) comprend, d’amont en aval, le module de stockage de catalyseur comprenant un réservoir de stockage (321 ) de catalyseur frais/régénéré, notamment de type trémie, le module d’alimentation en catalyseur frais du réacteur comprenant un réservoir d’alimentation (325) de contenance inférieure au réservoir de stockage et connecté fluidiquement à l’entrée de catalyseur du réacteur, et un module de dosage prélevant le volume V1 de catalyseur frais voulu depuis le module de stockage vers le module d’alimentation et comprenant un réservoir intermédiaire (323) de chargement dont la contenance correspond au volume V1 de catalyseur à charger, qui est une fraction du volume total Vt du catalyseur du réacteur en opération.
6. Réacteur (1 ,2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système (33,34) de déchargement partiel comprend un module de soutirage en catalyseur usé du réacteur, un module de stockage de catalyseur usé, et un module de dosage prélevant le volume V’1 de catalyseur usé voulu depuis le module de soutirage vers le module de stockage.
7. Réacteur (1 ,2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système (33,34) de déchargement comprend, d’amont en aval, un module de soutirage en catalyseur usé du réacteur comprenant un réservoir de soutirage (329) connecté fluidiquement à la sortie de catalyseur du réacteur, un module de stockage de catalyseur usé comprenant un réservoir de stockage (333) de catalyseur usé, notamment de type trémie, et un module de dosage prélevant le volume V’1 de catalyseur usé voulu depuis le module de soutirage vers le module de stockage et comprenant un réservoir intermédiaire (331 ) de déchargement dont la contenance correspond au volume V’1 de catalyseur à décharger, qui est une fraction V’1 du volume total Vt du catalyseur du réacteur en opération.
8. Réacteur (1 ,2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de chargement partiel (31 ,32) et/ou le système de déchargement partiel (33,34) est/sont équipé(s) de moyens mécaniques facilitant l’écoulement du catalyseur frais/usé vers/depuis le réacteur, notamment de vibreurs.
9. Ensemble d’au moins deux réacteurs (1 ,2) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une partie du système de chargement (31 ,32) et/ou de déchargement partiel (33,34) est mutualisé pour ledit ensemble, notamment sous forme de réservoirs de stockage de catalyseur frais et/ou usé communs.
10. Ensemble de paire(s) de réacteurs (1 ,2) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux réacteurs de la/de chaque paire sont associés pour opérer en alternance, l’un des réacteurs étant en conditions d’opération quand l’autre réacteur est, soit en conditions de régénération, soit en conditions de chargement/déchargement partiel de catalyseur.
1 1. Procédé de traitement catalytique d’hydrocarbures, utilisant un réacteur (1 ,2), notamment à circulation radiale, comprenant un lit de catalyseur fixe et avec régénération périodique du catalyseur in situ, caractérisé en ce qu’on place ledit réacteur en connexion fluidique, d’une part, en amont, avec un système (31 ,32) de chargement partiel de catalyseur frais, et, d’autre part, en aval, avec un système (33,34) de déchargement partiel de catalyseur usé, en ce qu’on vient remplacer une partie seulement du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après au moins une, de préférence chaque, régénération in situ du catalyseur avec lesdits systèmes de chargement/déchargement partiels, en ce que le chargement partiel et/ou le déchargement partiel de catalyseur concernent un volume de catalyseur V1 correspondant à entre 1/10eme et 1 /200eme du volume total Vt de catalyseur du réacteur en opération, en ce que le système de chargement (31 ,32) comprend un module de stockage de catalyseur frais, un module d’alimentation en catalyseur frais du réacteur, et un module de dosage, et en ce qu’on prélève le volume V1 de catalyseur frais voulu depuis le module de stockage vers le module d’alimentation par le module de dosage.
12. Procédé de traitement catalytique d’hydrocarbures, utilisant le réacteur (1 ,2) selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’on remplace une partie seulement du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après au moins une, de préférence chaque, régénération in situ du catalyseur.
13. Procédé selon la revendication 1 1 ou 12, caractérisé en ce qu’on réalise la régénération périodique du catalyseur du réacteur (1 ,2) entre une étape préalable d’inertage dans le réacteur, et une étape postérieure d’inertage dans ledit réacteur, et en ce qu’on remplace une partie du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais après régénération du catalyseur et avant, pendant ou après l’étape postérieure d’inertage suivant ladite régénération.
14. Procédé selon l’une des revendications 1 1 à 13, caractérisé en ce qu’on pilote le remplacement d’une partie du catalyseur usé du réacteur par du catalyseur frais par des moyens d’injection de gaz et/ou par un système de vannes équipant des systèmes de chargement partiel (31 ,32)/déchargement partiel (33,34), lesdites vannes autorisant ou non l’écoulement par gravité en quantités voulues du catalyseur frais dans le réacteur et du catalyseur usé hors du réacteur, de préférence de façon concomitante.
15. Réacteur (1 ,2) selon l’une des revendication 1 1 à 14, caractérisé en ce que le/chaque chargement partiel en catalyseur frais et le/chaque déchargement partiel en catalyseur usé concerne des volumes de catalyseur identiques, et sont de préférence concomitants.
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