Moving-Bed Process for Residue Hydrotreating Procédé à lit mobile pour l'hydrotraitement des résidus
A lot of chemical, petrochemical or refining processes require contact between three phases : a liquid feed, a gaseous reactant and a solid catalyst. Frequently, the catalyst activity is reduced by poisoning of active sites or coke deposits. This is especially the case with the processes used in hea...
| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
EDP Sciences
2006-11-01
|
| Series: | Oil & Gas Science and Technology |
| Online Access: | http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1991025 |
| _version_ | 1818773895594901504 |
|---|---|
| author | Euzen J. P. |
| author_facet | Euzen J. P. |
| author_sort | Euzen J. P. |
| collection | DOAJ |
| description | A lot of chemical, petrochemical or refining processes require contact between three phases : a liquid feed, a gaseous reactant and a solid catalyst. Frequently, the catalyst activity is reduced by poisoning of active sites or coke deposits. This is especially the case with the processes used in heavy residual oils hydrotreating. As the catalyst life is reduced, the substitution or regeneration of the inactive catalyst is frequently necessary. Various solutions, such, as fixed beds used with swing reactors, fluidized beds, or moving beds with down flow of the catalyst and co-current or counter-current of the feed, can be proposed to perform this task with a minimum of time and production losses. A theoretical comparison between the performances of the various technologies has been made by means of a detailed simulation of the behaviour of each of these catalytic beds over a long period. Of course, in the models, some assumptions are necessary, like the ideal fluid and solids flows. Nevertheless, the problem remains complex because hydrodynamic, kinetic, catalyst deactivation, or thermal effects occur simultaneously, within the particules and/or in the bed as a whole. Various pilot plant data are of course used in order to build the kinetic part of the models. This comparison shows a marked advantage for the moving bed with counter-current flow between feed and catalyst owing to the systematic optimum use of the catalyst potential. Consequently, a series of experiments was made on various sized cold mockups designed to simulate counter-current movind beds. These experiments were necessary to demonstrate the feasability of the process, to specify the relations among gas and liquid superficial velocities, particles and fluids properties, and hydrodynamic regimes, and to develop the scale-up rules. The main goal is to secure a uniform distribution of the two fluids through out the whole bed of catalyst, and at the same time a regular progression of the solid particles during the sequential withdrawal. It is the reason why the movement of the solid and, moreover, the residence time distribution of the catalyst particles have been especially followed. To this end, a new technique has been developed to measure the concentration of magnetically marked particles. Furthermore, a specific effort has been devoted to technological problems such as selection and developement of special valves able to insure efficient tightness between the various sections at elevated temperatures and pressures in the presence of solid particles. Another study has been devoted to the operation of addition and withdrawal of the catalyst to and from the reactor running at high pressure and temperature. The solid flows and the catalyst transfer conditions have been carefully studied and tested. Finally a demonstration unit has been built at a semi-industrial scale in a mini-refinery. It was a convincing way to check all the conclusions drawed from the developement step with models, smaller scale pilots and mock-ups. As the fluids and the catalyst were real industrial products, the feasibility of the whole process has been demonstrated. Therefore, a new industrial process using the countercurrent moving bed is now available and permits a very efficient use of the catalyst particles. <br> Un grand nombre de procédés chimiques, pétrochimiques ou de raffinage nécessitent un contact entre 3 phases : un produit de base liquide, un réactif gazeux et un catalyseur solide. Il arrive souvent que l'activité du catalyseur soit réduite par un empoisonnement des sites actifs ou par des dépôts de coke. C'est particulièrement le cas des procédés utilisés dans l'hydrotraitement des résidus lourds. La durée de vie du catalyseur étant réduite, il est nécessaire de remplacer ou de régénérer fréquemment le catalyseur devenu inactif. Différentes solutions permettent d'effectuer ce travail tout en limitant les pertes de temps et de production : lits fixes utilisés avec des réacteurs permutables, lits fluidisés ou lits mobiles à écoulement en cocourant ou en contre-courant de la charge et du catalyseur. La comparaison théorique des performances des différentes configurations a été réalisée grâce à une simulation détaillée du comportement, sur une longue période, de chacun de ces lits catalytiques. Quelques hypothèses sont naturellement nécessaires dans les modèles, concernant par exemple les écoulements des fluides et des particules solides. Le problème n'en reste pas moins complexe car les effets hydrodynamiques, cinétiques, de désactivation du catalyseur ou enfin les effets thermiques se produisent tous simultanément, dans les particules mêmes ou dans la totalité du lit de catalyseur. Des données d'unités pilotes diverses permettent d'établir la partie cinétique des modèles. Cette comparaison fait apparaître un net avantage en faveur du lit mobile avec écoulement à contre courant des fluides et du catalyseur grâce à l'utilisation optimum du potentiel du catalyseur. C'est pourquoi une série d'expériences a été faite sur des maquettes de différentes tailles conçues pour simuler les lits mobiles à contre-courant. Il était nécessaire d'effectuer ces expériences pour prouver que ce procédé est réalisable, pour spécifier les relations existant entre les vitesses superficielles des gaz et des liquides, les propriétés des particules et des fluides, les régimes hydrodynamiques et pour élaborer des règles d'extrapolation des données. Le but principal est d'assurer une distribution uniforme des deux fluides sur la totalité du lit de catalyseur tout en maintenant une progression régulière des particules solides pendant le soutirage séquentiel. C'est pourquoi le mouvement du solide et la répartition des temps de séjour des particules de catalyseur ont été particulièrement observés. A cette fin, une nouvelle technique a été mise au point pour mesurer la concentration de particules marquées magnétiquement. Par ailleurs, une attention particulière a été consacrée aux problèmes technologiques comme le choix et la mise au point de vannes spéciales assurant une bonne étanchéité entre les différentes parties, à des températures et des pressions élevées, en présence de particules solides. Une autre étude a été consacrée à l'opération qui consiste à ajouter le catalyseur dans le réacteur ou à l'extraire pendant qu'il fonctionne à hautes pression et température. Les conditions de transfert des particules de catalyseur ont fait l'objet d'une étude approfondie. Enfin, une unité de démonstration a été construite à échelle semi-industrielle dans une mini-raffinerie. Cela a permis de vérifier de façon convaincante toutes les conclusions tirées à différentes étapes, avec les modèles, les pilotes et maquettes à plus petite échelle. Les fluides et le catalyseur étant de vrais produits industriels, c'est la fiabilité de l'ensemble du procédé qui a donc été prouvée. Par conséquent, il existe maintenant un procédé industriel faisant appel au lit mobile à contre-courant permettant une utilisation très efficace des particules de catalyseur. |
| first_indexed | 2024-12-18T10:32:31Z |
| format | Article |
| id | doaj.art-ba10c588fbe24fafb41660d0175578c7 |
| institution | Directory Open Access Journal |
| issn | 1294-4475 1953-8189 |
| language | English |
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| publishDate | 2006-11-01 |
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| series | Oil & Gas Science and Technology |
| spelling | doaj.art-ba10c588fbe24fafb41660d0175578c72022-12-21T21:10:49ZengEDP SciencesOil & Gas Science and Technology1294-44751953-81892006-11-0146451752710.2516/ogst:1991025Moving-Bed Process for Residue Hydrotreating Procédé à lit mobile pour l'hydrotraitement des résidusEuzen J. P.A lot of chemical, petrochemical or refining processes require contact between three phases : a liquid feed, a gaseous reactant and a solid catalyst. Frequently, the catalyst activity is reduced by poisoning of active sites or coke deposits. This is especially the case with the processes used in heavy residual oils hydrotreating. As the catalyst life is reduced, the substitution or regeneration of the inactive catalyst is frequently necessary. Various solutions, such, as fixed beds used with swing reactors, fluidized beds, or moving beds with down flow of the catalyst and co-current or counter-current of the feed, can be proposed to perform this task with a minimum of time and production losses. A theoretical comparison between the performances of the various technologies has been made by means of a detailed simulation of the behaviour of each of these catalytic beds over a long period. Of course, in the models, some assumptions are necessary, like the ideal fluid and solids flows. Nevertheless, the problem remains complex because hydrodynamic, kinetic, catalyst deactivation, or thermal effects occur simultaneously, within the particules and/or in the bed as a whole. Various pilot plant data are of course used in order to build the kinetic part of the models. This comparison shows a marked advantage for the moving bed with counter-current flow between feed and catalyst owing to the systematic optimum use of the catalyst potential. Consequently, a series of experiments was made on various sized cold mockups designed to simulate counter-current movind beds. These experiments were necessary to demonstrate the feasability of the process, to specify the relations among gas and liquid superficial velocities, particles and fluids properties, and hydrodynamic regimes, and to develop the scale-up rules. The main goal is to secure a uniform distribution of the two fluids through out the whole bed of catalyst, and at the same time a regular progression of the solid particles during the sequential withdrawal. It is the reason why the movement of the solid and, moreover, the residence time distribution of the catalyst particles have been especially followed. To this end, a new technique has been developed to measure the concentration of magnetically marked particles. Furthermore, a specific effort has been devoted to technological problems such as selection and developement of special valves able to insure efficient tightness between the various sections at elevated temperatures and pressures in the presence of solid particles. Another study has been devoted to the operation of addition and withdrawal of the catalyst to and from the reactor running at high pressure and temperature. The solid flows and the catalyst transfer conditions have been carefully studied and tested. Finally a demonstration unit has been built at a semi-industrial scale in a mini-refinery. It was a convincing way to check all the conclusions drawed from the developement step with models, smaller scale pilots and mock-ups. As the fluids and the catalyst were real industrial products, the feasibility of the whole process has been demonstrated. Therefore, a new industrial process using the countercurrent moving bed is now available and permits a very efficient use of the catalyst particles. <br> Un grand nombre de procédés chimiques, pétrochimiques ou de raffinage nécessitent un contact entre 3 phases : un produit de base liquide, un réactif gazeux et un catalyseur solide. Il arrive souvent que l'activité du catalyseur soit réduite par un empoisonnement des sites actifs ou par des dépôts de coke. C'est particulièrement le cas des procédés utilisés dans l'hydrotraitement des résidus lourds. La durée de vie du catalyseur étant réduite, il est nécessaire de remplacer ou de régénérer fréquemment le catalyseur devenu inactif. Différentes solutions permettent d'effectuer ce travail tout en limitant les pertes de temps et de production : lits fixes utilisés avec des réacteurs permutables, lits fluidisés ou lits mobiles à écoulement en cocourant ou en contre-courant de la charge et du catalyseur. La comparaison théorique des performances des différentes configurations a été réalisée grâce à une simulation détaillée du comportement, sur une longue période, de chacun de ces lits catalytiques. Quelques hypothèses sont naturellement nécessaires dans les modèles, concernant par exemple les écoulements des fluides et des particules solides. Le problème n'en reste pas moins complexe car les effets hydrodynamiques, cinétiques, de désactivation du catalyseur ou enfin les effets thermiques se produisent tous simultanément, dans les particules mêmes ou dans la totalité du lit de catalyseur. Des données d'unités pilotes diverses permettent d'établir la partie cinétique des modèles. Cette comparaison fait apparaître un net avantage en faveur du lit mobile avec écoulement à contre courant des fluides et du catalyseur grâce à l'utilisation optimum du potentiel du catalyseur. C'est pourquoi une série d'expériences a été faite sur des maquettes de différentes tailles conçues pour simuler les lits mobiles à contre-courant. Il était nécessaire d'effectuer ces expériences pour prouver que ce procédé est réalisable, pour spécifier les relations existant entre les vitesses superficielles des gaz et des liquides, les propriétés des particules et des fluides, les régimes hydrodynamiques et pour élaborer des règles d'extrapolation des données. Le but principal est d'assurer une distribution uniforme des deux fluides sur la totalité du lit de catalyseur tout en maintenant une progression régulière des particules solides pendant le soutirage séquentiel. C'est pourquoi le mouvement du solide et la répartition des temps de séjour des particules de catalyseur ont été particulièrement observés. A cette fin, une nouvelle technique a été mise au point pour mesurer la concentration de particules marquées magnétiquement. Par ailleurs, une attention particulière a été consacrée aux problèmes technologiques comme le choix et la mise au point de vannes spéciales assurant une bonne étanchéité entre les différentes parties, à des températures et des pressions élevées, en présence de particules solides. Une autre étude a été consacrée à l'opération qui consiste à ajouter le catalyseur dans le réacteur ou à l'extraire pendant qu'il fonctionne à hautes pression et température. Les conditions de transfert des particules de catalyseur ont fait l'objet d'une étude approfondie. Enfin, une unité de démonstration a été construite à échelle semi-industrielle dans une mini-raffinerie. Cela a permis de vérifier de façon convaincante toutes les conclusions tirées à différentes étapes, avec les modèles, les pilotes et maquettes à plus petite échelle. Les fluides et le catalyseur étant de vrais produits industriels, c'est la fiabilité de l'ensemble du procédé qui a donc été prouvée. 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