EP3229951A1 - Procédé et dispositif permettant de limiter l'entrainement de particules solide en sortie d'un lit fluidise triphasique - Google Patents

Procédé et dispositif permettant de limiter l'entrainement de particules solide en sortie d'un lit fluidise triphasique

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EP3229951A1
EP3229951A1 EP15794580.9A EP15794580A EP3229951A1 EP 3229951 A1 EP3229951 A1 EP 3229951A1 EP 15794580 A EP15794580 A EP 15794580A EP 3229951 A1 EP3229951 A1 EP 3229951A1
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EP
European Patent Office
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plates
angle
phase
row
section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15794580.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean-François LECOZ
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Axens SA
Original Assignee
Axens SA
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B01J8/18—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles
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    • B01J8/22—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles with liquid as a fluidising medium gas being introduced into the liquid
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    • B01J8/24—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique
    • B01J8/34—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with fluidised particles according to "fluidised-bed" technique with stationary packing material in the fluidised bed, e.g. bricks, wire rings, baffles

Definitions

  • the invention relates to the field of three-phase reactors operated in a bubbling bed.
  • This type of reactor is for example used in refining for the conversion of heavy oil cuts such as residues from atmospheric distillations or vacuum distillations of oil or petroleum fractions.
  • triphasic means that three phases are present in the reaction medium; a solid phase corresponding to the catalyst particles, a liquid phase corresponding to the feedstock to be treated, and a gas phase generally corresponding to the hydrogen used to carry out the hydrotreatment or hydroconversion reactions.
  • bubbling bed By bubbling bed is meant a triphasic bed in which the solid particles are fluidized by the liquid phase, the gas phase passing through the fluidized medium in the form of bubbles.
  • a bubbling bed is distinguished from a three-phase bed with suspension catalyst ("slurry" according to the English terminology) in that in a "slurry", the solid phase is dispersed within the liquid phase of the fact the very small size of the solid particles.
  • Patent FR 2963893 describes a method for reducing the solid entrainment resulting from a two-phase gas / solid mixture, the solid being fluidized by the gas. This method comprises a step of separating the solid particles entrained by the gas by means of an internal placed in a portion of the fluidized bed.
  • liquid / gas mixture separation processes in which the liquid phase may also contain a solid (slurry type suspension according to the English terminology). Such mixtures exist for example in hydrocarbon feed conversion or hydrotreatment processes.
  • Patent EP 1 374 962 B1 describes a device for separating a two-phase liquid / gas mixture comprising means for separating and withdrawing the liquid phase, in which the liquid phase may comprise a solid such as, for example, particles catalyst solids.
  • This type of device aims to improve phase separation liquids or solids / liquids of the gas phase, the solids particles being held in suspension in the liquid phase. It includes a recycling cup and a pipe that extends the cup in its lower part, as well as recycle and racking means.
  • FIG. 1 represents a view of a three-phase reactor provided with the device according to the invention placed between the first level (13) and the second level (14).
  • the precise definition of the first and second level is given in the description.
  • Figure 2 shows various types of plates constituting the device according to the invention.
  • Figure 3 shows the device in plan view ( Figure 3a and 3b) and in side view ( Figure 3c, and 3e).
  • Figure 3d makes it possible to specify the angles according to which the plates are oriented.
  • Figure 4 corresponds to a variant of the device according to the invention in which the frustoconical plates are no longer aligned but vertically superimposed.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a bubbling fluid bed model used to obtain the examples forming part of the present application.
  • FIG. 6 illustrates, by curves (FIG. 6a) or histograms (FIG. 6b), the performances of the device according to the invention compared with a reactor without a device.
  • the invention relates to a three-phase bed-type fluidized bed process using an internal device installed in the reactor intended to receive the three-phase liquid-gas-solid mixture.
  • This device has a geometry for fragmenting the bubbles of the gas phase and to avoid the entrainment of solid particles by this gas phase, in particular by the larger bubbles of said gas phase.
  • the invention also relates to the three-phase bubbling bed process using said reactor with the internal described.
  • the present invention can be defined as a three-phase bubbling bed fluidized bed process, said method using a device for limiting the entrainment of solid particles, said device being placed inside a triphasic fluidized reactor.
  • the three-phase fluidized reactor has two levels, a first solid level (13) corresponding to the expansion of this solid within the liquid phase, and above this first level a second liquid level (14) containing no principle more solid particles, said device being placed between the two previous levels, and consisting of a set of plane or frustoconical plates extending vertically in one or more rows, and the maximum section of the device being between 1 times and 10 times the section of the effluent outlet tubing (9), preferably between 2 and 8 times, and very preferably between 4 and 6 times the section of the effluent outlet tubing (9).
  • the plates (1 1) constituting the device are planar.
  • Said flat plates (1 1) are arranged in the form of several vertically extending rows, each row comprising a certain number of parallel plates arranged parallel to one another and being inclined at an angle ⁇ with respect to the horizontal, the angle a being between 10 ° and 80 ° preferably between 20 ° and 60 °.
  • the successive rows of parallel plates (1 1) have an alternating inclination, the angle of inclination oc1 according to the horizontal of a row and the angle of inclination oc2 according to the horizontal of the following row being such that the sum of the angles oc1 + oc2 is between 140 and 220 degrees, preferably between 160 and 200 degrees, and very preferably between 165 and 190 degrees.
  • the rows of plates (1 1) are arranged alternately, a row of plates (1 1) with an angle ⁇ measured from the horizontal, then a subsequent row with an angle ⁇ 2 measured from the horizontal, then again a row with an angle al, and again a row with an angle oc2, and so on for subsequent rows when they exist.
  • the number of rows of plates (1 1) of the device is generally between 2 and 6, and preferably between 2 and 4.
  • said device consists of a vertical stack of plates of frustoconical shape and concentric with each other (according to FIG. 4), the diameter of which increases from bottom to top, the device being centered on the section of the reactor and occupying a section between 2 and 8 times, and preferably between 4 and 6 times, the section of the effluent outlet tubing (9).
  • the number of superimposed frustoconical plates is between 2 and 6, and preferably between 2 and 4.
  • the present invention also relates to any three-phase bubbling bed type fluidized bed method using the previously described device, in which the superficial gas velocity is between 2 and 10 cm / s, and preferably between 4 and 8 cm / s, and the superficial velocity of the liquid is between 1, 4 cm / s and 5.6 cm / s, and preferably between 2 cm / s and 4 cm / s.
  • the superficial gas velocity is between 2 and 10 cm / s, and preferably between 4 and 8 cm / s
  • the superficial velocity of the liquid is between 1, 4 cm / s and 5.6 cm / s, and preferably between 2 cm / s and 4 cm / s.
  • FIG. 1 presents a schematic diagram of a three-phase reactor comprising the device according to the invention.
  • the reactor (1) comprises at its lower part a catalyst feed (6), a supply of the generally hydrocarbon feedstock (4), comprising a system for introducing (5) said liquid feedstock, generally in admixture with the reactive gas , a distributor plate (7) generally provided with chimneys (8) which allows the correct distribution of the liquid gas charge within the reactor.
  • the triphasic reactor (1) comprises a gas effluent discharge duct (2) provided with additional holes (3) to attenuate the suction phenomena.
  • the device according to the present invention has the function of fragmenting the large bubbles contained in the liquid phase and likely to cause in their wake a portion of the solid particles. Thanks to the device according to the invention, the process can be operated at superficial gas velocities greater than normal, without increasing the losses of solid catalyst, which thus makes it possible to increase the capacity of one unit.
  • the continuous phase is most generally the liquid phase, it is this liquid phase that fluidises the solid
  • a first solid level (13) is established corresponding to the expansion of the latter in the liquid phase, and above this first level a second liquid level (14) containing in principle more solid particles. Above this second level of liquid, there is in principle only the gas phase resulting from the coalescence of the bubbles.
  • the device according to the present invention is disposed between the maximum level of expansion of the solid bed in the liquid (13) and the upper level of the liquid phase in the reactor (14). It is preferably located at a distance of between 30% and 90%, more preferably 50% to 85% of the distance between the levels (13) and (14), said distance being measured from the maximum level of expansion of the solid in the liquid (13).
  • the device according to the present invention essentially consists of an ordered set of perforated plates (1 1).
  • the holes (15) of each of the plates (1 1) make it possible to avoid an excessive increase in the pressure drop in the reactor.
  • the diameter of the holes is smaller than the maximum dimension of the bubbles in the liquid.
  • the size of the bubbles in the liquid is between 1 cm and 5 cm.
  • the device consists of an assembly of perforated plates (1 1) substantially parallel to each other as shown in FIG. 2.
  • the width of a plate is preferably between 5 cm and 50 cm, more preferably between 10 cm and 30 cm.
  • these plates comprise holes (15) with a diameter preferably between 0.5 and 10 cm, more preferably between 0.8 and 7 cm, and more preferably between 1 and 5 cm.
  • These holes are preferably spaced from each other by a spacing preferably between 1 and 5 times their diameter, and more preferably between 2 and 3 times their diameter. They are preferably arranged in a triangular pitch and more preferably arranged equidistant from each other.
  • the fastening means (12) generally consist of a set of bars for example of round or square or triangular section, possibly perforated and of small diameter relative to the smallest dimension of the device, so that all the elements fixing the device do not occupy more than 10% of the reactor section (1) and preferably less than 5% of said section.
  • the plates (1 1) preferably have a shape close to a rectangular shape (FIG. 2a). According to a variant, they may have non-rectilinear edges, such as, for example, sinusoidal profiles (FIG. 2b), triangular notches (FIG. 2c). or notches shaped circular arc, square or rectangle or trapezoid (not shown in Figure 2).
  • notches have the function of minimizing the fouling by deposition of precipitates agglomerating on the borders of the internals. They reduce the places on the edge where heavy or fouling products accumulate before falling back by gravity.
  • Figures 3c and 3d show a view of a vertical section of the device (10) with the plates (1 1) disposed within the device.
  • This vertical section of the device (10) may for example be rectangular (Figure 3c), or preferably trapezoidal (Figure 3e).
  • Figure 3e When said section is trapezoidal, the smallest horizontal projection of the trapezium (16) is arranged downwards and therefore below the largest projection of the trapezium (17).
  • the two lateral faces (18) are of the same size, the rectangle or the trapezium may however be slightly deformed, with a difference of + or - 10% between the dimensions of the lateral faces (18), without affecting the performance of the device.
  • Figures 3a and 3b show preferred top views for the device according to the invention (10). It is possible to associate the geometries of FIG. 3a or 3b with each geometries of Figures 3c and 3e (vertical section rectangle or trapezium), the four corresponding configurations being preferred according to the invention.
  • the plates (1 1) are preferably arranged parallel to each other ( Figure 3), and are generally inclined at an angle with respect to the horizontal.
  • the device according to the invention may optionally comprise several rows of plates (FIGS. 3c and 3e).
  • the inclination of the plates (FIG. 3c, 3e) is preferentially reversed for two successive rows.
  • the first row is then inclined at an angle ⁇ 1, the second at an angle ⁇ 2 (Fig. 3d), the third at an angle ⁇ 1 (not shown), and so on.
  • angles oc1 + oc2 is between 140 and 220 degrees of angle, preferably between 160 and 200 degrees of angle, very preferably between 165 and 190 degrees of angle, and even more preferably between 170 and 185 degrees of angle.
  • the plates (1 1) and the value of the angles oc1 and oc2 it is possible in one embodiment of the invention to have 2 rows, preferably at least 3 rows, or even at least 4 rows of plates with different angles oc1 and oc2 for each row.
  • a row with an angle ⁇ 1 it is possible alternately to arrange a row with an angle ⁇ 1, then a row with an angle ⁇ 2, then again a row with an angle ⁇ 1, and possibly again a row with an angle ⁇ 2. , and so on for the following rows when they exist.
  • Another embodiment consists in using no longer flat plates, but frustoconical plates of increasing diameter going from the bottom to the top, these plates being superimposed with a free space between two successive plates, as exemplified in FIGS. 4a and 4b. .
  • the device is then preferably centered on the axis of the effluent outlet pipe (2) located in the upper part of the reactor enclosure. The fact of superimposing the frustoconical plates as described in FIG.
  • the number and the length of the plates are calculated so that the device according to the invention has a section between 1 and 10 times the section of the effluent outlet pipe (9). Preferably between 2 and 8 times, and very preferably between 4 and 6 times the section of the effluent outlet tubing (9).
  • the device according to the invention is disposed substantially horizontally and centered within the reactor, substantially in line with the outlet pipe (9).
  • the horizontal deviation is preferably less than 10%, and more preferably less than 5% in terms of degree of angle to the horizontal.
  • the references of FIG. 5 correspond to the following elements: 31: three-phase bubble column with a diameter of 150 mm and a height of 3300 mm
  • the liquid used is heptane and the gas of nitrogen, these two fluids are mixed thanks to the arrival of recirculated liquid via the pump (40) and the gas supply via line (32) and injected into the bottom of the column under the distributor plate (33).
  • the solid particles of catalyst (cylindrical in shape of diameter 1 mm, and length 3 to 6 mm) are maintained in fluidization in an expanding bed (34) thanks to the drag forces generated by the gas and the liquid, essentially the liquid. .
  • chimneys equipped with grilles (36) retain the particles raised and driven by the upward movement of the gas bubbles. After a certain period of operation, these grids are dismounted and the trapped solid particles are weighed and the mass is related to the operating time, which makes it possible to obtain the training rate per unit of time.
  • the gas bubbles rise to the upper gas / liquid interface (37).
  • the gas then goes to an external separator (38), then a vent (39).
  • the liquid is directed to the recirculation pump (40) by a central pipe (41) arranged in the transparent column.
  • the gas and liquid flow rates are independently controlled, and the catalyst bed is expanded 25 to 45% from its resting height.
  • the liquid flow rate is kept fixed to ensure a liquid superficial velocity of 3.5 cm / s and the gas flow rate is changed between 0 and 10 cm / s.
  • the device has a section corresponding to 4 times the section of the outlet pipe of the column (31) to the external separator (38), ie 0.015 m2,
  • FIG. 6b compares the results obtained without the device (A), with the device comprising plates without holes (B), and with the device provided with plates perforated by holes (C).
  • This last experiment (C) shows an additional gain for the same superficial gas velocity equal to 6 cm / s.
  • the ordinate of the graph of FIG. 6b is expressed as a fraction of the entrainment of solid particles, the reference drive corresponding to that obtained without the device.

Landscapes

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif destiné à limiter l'entraînement de particules solide placé à l'intérieur d'un réacteur fluidisé triphasique, ledit dispositif étant constitué d'un ensemble de plaques planes ou tronconiques s'étageant verticalement selon une ou plusieurs rangées, et la section maximale du dispositif étant comprise entre 1 fois et 10 fois la section de la tubulure de sortie des effluents. Elle concerne également un procédé triphasique mettant en œuvre ledit dispositif.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF PERMETTANT DE LIMITER L'ENTRAINEMENT DE PARTICULES SOLIDE EN SORTIE D'UN LIT FLUIDISE TRIPHASIQUE
DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne le domaine des réacteurs triphasiques opérés en lit bouillonnant. Ce type de réacteur est par exemple utilisé en raffinage pour la conversion de coupes pétrolières lourdes telles que des résidus issus de distillations atmosphériques ou de distillations sous vide du pétrole ou de fractions pétrolières. On entend par triphasique le fait que trois phases sont présentes dans le milieu réactionnel ; une phase solide correspondant aux particules de catalyseur, une phase liquide correspondant à la charge à traiter, et une phase gaz correspondant généralement à l'hydrogène utilisé pour réaliser les réactions d'hydrotraitement ou d'hydroconversion.
On entend par lit bouillonnant un lit triphasique dans lequel les particules solides sont fluidisées par la phase liquide, la phase gaz traversant le milieu fluidisé sous forme de bulles. Un lit bouillonnant se distingue d'un lit de type lit triphasique avec catalyseur en suspension (« slurry » selon la terminologie anglo-saxonne) en ce que dans un « slurry », la phase solide est dispersée au sein de la phase liquide du fait de la très petite taille des particules solides. EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR
Parmi les documents de l'art antérieur on peut citer :
Le brevet FR 2963893 décrit un procédé de réduction de l'entraînement solide issu d'un mélange diphasique gaz/solide, le solide étant fluidisé par le gaz. Ce procédé comprend une étape de séparation des particules solides entraînées par le gaz au moyen d'un interne placé dans une partie du lit fluidisé.
Il existe également des procédés de séparation de mélange Liquide/Gaz dans lesquels la phase liquide peut également contenir un solide (suspension de type « slurry » selon la terminologie anglo-saxonne). De tels mélanges existent par exemples dans les procédés de conversion de charges hydrocarbonées ou d'hydrotraitement.
Le brevet EP 1 374 962 B1 décrit un dispositif de séparation d'un mélange diphasique liquide/gaz comprenant des moyens de séparation et de soutirage de la phase liquide, dans lequel la phase liquide peut comprendre un solide tel que, par exemple, des particules solides de catalyseur. Ce type de dispositif a pour but d'améliorer la séparation des phases liquides ou solides/liquides de la phase gazeuse, les particules de solides étant maintenues en suspension dans la phase liquide. Il comprend notamment une coupelle de recycle et une conduite qui prolonge cette coupelle dans sa partie basse, ainsi que des moyens de recycle et de soutirage.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES
La figure 1 représente une vue d'un réacteur triphasique muni du dispositif selon l'invention placé entre le premier niveau (13) et le second niveau (14). La définition précise des premier et second niveau est donnée dans la description.
La figure 2 représente divers types de plaques constituant le dispositif selon l'invention. La figure 3 représente le dispositif en vue de dessus (figure 3a et 3b) et en vue de côté (figure 3c,et 3e).
La figure 3d permet de préciser les angles selon lesquels sont orientés les plaques.
La figure 4 correspond à une variante du dispositif selon l'invention dans laquelle les plaques de forme tronconique ne sont plus alignées mais superposées verticalement. La figure 5 représente le schéma d'une maquette d'un lit fluidisé bouillonnant utilisée pour obtenir les exemples faisant partie de la présente demande. La figure 6 permet d'illustrer par des courbes (figure 6a) ou des histogrammes (figure 6b), les performances du dispositif selon l'invention comparées à un réacteur sans dispositif.
DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé en lit fluidisé triphasique de type lit bouillonnant utilisant un dispositif interne installé dans le réacteur destiné à recevoir le mélange triphasique liquide- gaz-solide. Ce dispositif présente une géométrie permettant de fragmenter les bulles de la phase gazeuse et d'éviter l'entraînement de particules solides par cette phase gazeuse, notamment par les plus grosses bulles de ladite phase gazeuse. L'invention concerne également le procédé en lit bouillonnant triphasique mettant en œuvre ledit réacteur muni de l'interne décrit.
Plus précisément, la présente invention peut se définir comme un procédé en lit fluidisé triphasique de type lit bouillonnant, ledit procédé utilisant un dispositif destiné à limiter l'entraînement des particules solide, ledit dispositif étant placé à l'intérieur d'un réacteur fluidisé triphasique Le réacteur fluidisé triphasique présente deux niveaux, un premier niveau de solide (13) correspondant à l'expansion de ce solide au sein de la phase liquide, puis au-dessus de ce premier niveau un second niveau de liquide (14) ne contenant en principe plus de particules solides, ledit dispositif étant placé entre les deux niveaux précédents, et étant constitué d'un ensemble de plaques planes ou tronconiques s'étageant verticalement selon une ou plusieurs rangées, et la section maximale du dispositif étant comprise entre 1 fois et 10 fois la section de la tubulure de sortie des effluents (9), préférentiellement entre 2 et 8 fois, et de manière très préférée entre 4 et 6 fois la section de la tubulure de sortie des effluents (9). Selon la première variante de la présente invention les plaques (1 1 ) constituant le dispositif sont planes. Lesdites plaques planes (1 1 ) sont disposées sous forme de plusieurs rangées s'étageant verticalement, chaque rangée comportant un certain nombre de plaques parallèles disposées parallèlement les unes par rapport aux autres et étant inclinées selon un angle a par rapport à l'horizontale, l'angle a étant compris entre 10° et 80° préférentiellement compris entre 20°et 60°.
Toujours selon la première variante de la présente invention, les rangées successives de plaques parallèles (1 1 ) présentent une inclinaison alternée, l'angle d'inclinaison oc1 selon l'horizontale d'une rangée et l'angle d'inclinaison oc2 selon l'horizontale de la rangée suivante étant tels que la somme des angles oc1 +oc2 est comprise entre 140 et 220 degrés, de manière préférée entre 160 et 200 degrés, et de manière très préférée entre 165 et 190 degrés.
Selon cette variante particulière du dispositif, les rangées de plaques (1 1 ) sont disposées en alternance, une rangée de plaques (1 1 ) avec un angle oc1 mesuré depuis l'horizontale, puis une rangée suivante avec un angle oc2 mesuré depuis l'horizontale, puis à nouveau une rangée avec un angle al , et à nouveau une rangée avec un angle oc2, et ainsi de suite pour les rangées suivantes lorsqu'elles existent.
Le nombre de rangées de plaques (1 1 ) du dispositif est généralement compris entre 2 et 6, et préférentiellement entre 2 et 4.
Selon une seconde variante du dispositif selon l'invention, ledit dispositif est constitué d'un empilement vertical de plaques de forme tronconique et concentriques entre elles (selon la figure 4), dont le diamètre augmente en allant de bas en haut, le dispositif étant centré par rapport à la section du réacteur et occupant une section comprise entre 2 et 8 fois, et préférentiellement entre 4 et 6 fois, la section de la tubulure de sortie des effluents (9). Selon cette seconde variante du dispositif selon l'invention, le nombre de plaques tronconiques superposées est compris entre 2 et 6, et préférentiellement compris entre 2 et 4.
La présente invention concerne aussi tout procédé en lit fluidisé triphasique de type lit bouillonnant utilisant le dispositif précédemment décrit, procédé dans lequel la vitesse superficielle du gaz est comprise entre 2 et 10 cm/s, et préférentiellement comprise entre 4 et 8 cm/s, et la vitesse superficielle du liquide est comprise entre 1 ,4 cm/s et 5,6 cm/s, et préférentiellement comprise entre 2 cm/s et 4 cm/s. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
La figure 1 présente un schéma de principe d'un réacteur triphasique comprenant le dispositif selon l'invention. Le réacteur (1 ) comprend à sa partie inférieure une alimentation en catalyseur (6), une alimentation de la charge généralement hydrocarbonée (4), comprenant un système d'introduction (5) de ladite charge liquide, généralement en mélange avec le gaz réactif, un plateau distributeur (7) généralement muni de cheminées (8) qui permet la distribution correcte de la charge gaz liquide au sein du réacteur.
Le présent dispositif s'applique également lorsque le gaz et le liquide sont introduits séparément dans le réacteur (1 ). A sa partie supérieure le réacteur triphasique (1 ) comprend un conduit d'évacuation des effluents gaz (2) muni de trous additionnels (3) visant à atténuer les phénomènes d'aspiration.
Le dispositif selon la présente invention a pour fonction de fragmenter les grosses bulles contenues dans la phase liquide et susceptibles d'entraîner dans leur sillage une partie des particules solides. Grâce au dispositif selon l'invention, le procédé peut être opéré à des vitesses superficielles du gaz supérieures à la normale, sans augmenter les pertes en catalyseur solide, ce qui permet donc d'augmenter la capacité d'une unité.
Pour bien comprendre le dispositif de la présente invention, il convient de rappeler quelques généralités sur les lits fluidisés triphasiques. Dans les procédés faisant appel à un lit triphasique, la phase continue est le plus généralement la phase liquide, C'est donc cette phase liquide qui fluidise le solide Dans un réacteur fluidisé triphasique, il s'établit un premier niveau de solide (13) correspondant à l'expansion de ce dernier au sein de la phase liquide, puis au-dessus de ce premier niveau un second niveau de liquide (14) ne contenant en principe plus de particules solides. Au-dessus de ce second niveau de liquide, on ne trouve plus en principe que le la phase gaz résultant de la coalescence des bulles.
Toutefois dans beaucoup de systèmes triphasiques les grosses bulles ont tendance à entraîner la phase liquide avec le solide qu'elle contient au-dessus du niveau du lit de solide fluidisé (13). Le dispositif selon l'invention permet de casser ces grosses bulles et donc de minimiser l'entraînement de solide vers l'extérieur du réacteur. La présence de trous dans les plaques (1 1 ) du dispositif selon l'invention contribue également de manière significative à la dislocation des grosses bulles.
Le dispositif selon la présente invention est disposé entre le niveau maximal d'expansion du lit de solide dans le liquide (13) et le niveau supérieur de la phase liquide dans le réacteur (14). Il est préférentiellement localisé à une distance comprise entre 30% et 90%, de manière plus préférée 50% à 85% de la distance comprise entre les niveaux (13) et (14), ladite distance étant mesurée à partir du niveau maximal d'expansion du solide dans le liquide (13).
Le dispositif selon la présente invention est essentiellement constitué d'un ensembles ordonné de plaques perforées (1 1 ). Les trous (15) de chacune des plaques (1 1 ) permettent d'éviter une augmentation trop importante de la perte de charge dans le réacteur.
Préférentiellement, le diamètre des trous est plus petit que la dimension maximale des bulles dans le liquide. Généralement la taille des bulles dans le liquide est comprise entre 1 cm et 5 cm. Par ailleurs, il convient dans certains cas de ne pas choisir des tailles de trous trop petites afin d'éviter des phénomènes d'encrassement dû à des dépôts pouvant être contenus dans la charge.
Le dispositif est constitué d'un assemblage de plaques perforées (1 1 ) sensiblement parallèles entre elles telles que représentées sur la figure 2. La largeur d'une plaque est préférentiellement comprise entre 5 cm et 50 cm, de manière plus préférée entre 10 cm et 30 cm. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ces plaques comprennent des trous (15), de diamètre préférentiellement compris entre 0,5 et 10 cm, de manière plus préférée compris entre 0,8 et 7 cm, et de manière plus préférée compris entre 1 et 5 cm.
Ces trous sont préférentiellement espacés les uns des autres par un espacement préférentiellement compris entre 1 et 5 fois leur diamètre, et plus préférentiellement entre 2 et 3 fois leur diamètre. Ils sont préférentiellement disposés selon un pas triangulaire et plus préférentiellement disposés à équidistance les uns des autres.
Les moyens de fixation (12) sont généralement constitués d'un ensemble de barres par exemple de section ronde ou carrée ou triangulaire, éventuellement ajourées et de petit diamètre par rapport à la plus petite dimension du dispositif, ceci afin que l'ensemble des éléments de fixation du dispositif n'occupent pas plus de 10% de la section du réacteur (1 ) et de préférence moins de 5% de ladite section.
Les plaques (1 1 ) ont de préférence une forme voisine d'une forme rectangulaire ( figure 2a) Selon une variante elles peuvent présenter des bords non rectilignes, comme par exemple des profils sinusoïdaux (figure 2b), des encoches triangulaires (figure 2c) ou encore des encoches en forme d'arc de cercle, de carré ou de rectangle ou de trapèze (non représentées sur la figure 2).
Ces encoches ont pour fonction de minimiser l'encrassement par déposition de précipités s'agglomérant sur les bordures des internes. Elles permettent de réduire les endroits sur le bord où les produits lourds ou encrassants s'accumulent avant de retomber par gravité.
Les figures 3c et 3d présentent une vue d'une section verticale du dispositif (10) avec les plaques (1 1 ) disposées à l'intérieur du dispositif. Cette section verticale du dispositif (10) peut être par exemple de forme rectangulaire (figure 3c), ou encore de préférence trapézoïdale (figure 3e). Lorsque ladite section est trapézoïdale, la plus petite projection horizontale du trapèze (16) est disposée vers le bas et donc en dessous de la plus grande projection du trapèze (17). De préférence les deux faces latérales (18) sont de même dimension, le rectangle ou le trapèze peuvent toutefois être légèrement déformés, avec un écart de + ou - 10% entre les dimensions des faces latérales (18), sans incidence sur les performances du dispositif. Les figures 3a et 3b présentent des vues de dessus préférées pour le dispositif selon l'invention (10). Il est possible d'associer les géométries des figures 3a ou 3b avec chacune des géométries des figures 3c et 3e (section verticale en rectangle ou trapèze), les quatre configurations correspondantes étant préférées selon l'invention.
Les plaques (1 1 ) sont de préférence disposées parallèlement les unes par rapport aux autres (figure 3), et sont généralement inclinées selon un angle a par rapport à l'horizontale. Le dispositif selon l'invention peut éventuellement comprendre plusieurs rangées de plaques (figures 3c et3e).
Dans ce cas pour plus d'efficacité, l'inclinaison des plaques (figure 3c,3e) est préférentiellement inversée pour deux rangées successives. La première rangée est alors inclinée selon un angle oc1 , la deuxième selon un angle oc2 (figure 3d), la troisième selon un angle al (non représentée) et ainsi de suite.
Il est également possible de croiser les couches alternativement de 90 degrés l'une par rapport à l'autre, ce croisement des couches s'effectuant dans un plan sensiblement horizontal (non représenté sur les figures).
Généralement la somme des angles oc1 +oc2 est comprise entre 140 et 220 degrés d'angle, de manière préférée entre 160 et 200 degrés d'angle, de manière très préférée entre 165 et 190 degrés d'angle, et de manière encore plus préférée entre 170 et 185 degrés d'angle.
Selon les dimensions des plaques (1 1 ) et la valeur des angles oc1 et oc2, il est possible dans un mode de réalisation de l'invention de disposer 2 rangées, de préférence au moins 3 rangées, voire au moins 4 rangées de plaques avec des angles oc1 et oc2 différents pour chaque rangée.
Selon un autre mode préféré de réalisation, il est possible de disposer en alternance une rangée avec un angle oc1 , puis une rangée avec un angle oc2, puis à nouveau une rangée avec un angle al, et éventuellement à nouveau une rangée avec un angle a2, et ainsi de suite pour les rangées suivantes lorsqu'elles existent. Un autre mode de réalisation consiste à utiliser non plus des plaques planes, mais des plaques tronconiques de diamètre croissant en allant du bas vers le haut, ces plaques étant superposées avec un espace libre entre deux plaques successives, comme exemplifié dans les figures 4a et 4b. Le dispositif est alors préférentiellement centré sur l'axe de la conduite de sortie des effluents (2) située dans la partie supérieure de l'enceinte du réacteur. Le fait de superposer les plaques tronconiques comme décrit sur figure 4a, et non de les juxtaposer dans un même plan, apporte un avantage supplémentaire qui est d'orienter les grosses bulles vers les parois du réacteur, et par la même de les éloigner de l'axe de la sortie des effluents (9). Cette disposition permet en conséquence de réduire très significativement la probabilité que les particules solides portées dans le sillage de ces grosses bulles n'atteignent la sortie des effluents (9). Les flux Tb et Tl indiquent les trajets principalement empruntés respectivement par les bulles et le liquide.
Le nombre et la longueur des plaques sont calculés de manière à ce que le dispositif selon l'invention ait une section comprise entre 1 fois et 10 fois la section de la tubulure de sortie des effluents (9). Préférentiellement entre 2 et 8 fois, et de manière très préférée entre 4 et 6 fois la section de la tubulure de sortie des effluents (9).
De préférence, le dispositif selon l'invention est disposé de manière sensiblement horizontale et centré à l'intérieur du réacteur, sensiblement au droit de la tubulure de sortie (9). La déviation à l'horizontalité est de préférence inférieure à 10%, et de manière plus préférée inférieur à 5% en termes de degré d'angle par rapport à l'horizontale.
EXEMPLES COMPARATIFS
Afin de démontrer l'effet du dispositif selon l'invention sur l'entraînement des particules solides, une étude expérimentale a été conduite dans une maquette constituée d'une colonne triphasique en verre telle que représentée sur la figure 5. Cette étude a pour but de mettre en évidence l'effet du dispositif selon la présente invention par comparaison avec une maquette n'utilisant pas ce dispositif.
Les références de la figure 5 correspondent aux éléments suivants : 31 : colonne à bulles triphasique de diamètre 150 mm et de hauteur 3300 mm
32 : apport de gaz au liquide
33 : grille distributrice et support du lit de catalyseur
34 : lit de catalyseur
35 : direction du liquide (ascendant en périphérie et descendant au centre) et du gaz (ascendant)
36 : grille de sortie avec cheminées retenant le solide entraîné
37 : niveau de liquide
38 : séparateur externe : décanteur gaz/liquide 39 : sortie gaz
40 : pompe de recirculation du liquide
41 : conduite de descente du liquide
10 : dispositif selon l'invention (également référencé 10 sur les figures 1 à 4)
Le liquide utilisé est de l'heptane et le gaz de l'azote, ces deux fluides sont mélangés grâce à l'arrivée de liquide recirculé via la pompe (40) et l'apport de gaz via ligne (32) et injectés dans le bas de la colonne sous la plaque distributrice (33). Les particules solides de catalyseur (de forme cylindrique de diamètre 1 mm, et de longueur 3 à 6 mm) sont maintenues en fluidisation dans un lit en expansion (34) grâce aux forces de traînée générées par le gaz et le liquide, essentiellement le liquide.
Au-dessus du lit fluidisé, des cheminées équipées de grilles (36) retiennent les particules soulevées et entraînées par le mouvement ascendant des bulles de gaz. Après un certain temps de fonctionnement, ces grilles sont démontées et les particules de solide piégées sont pesées et la masse est rapportée au temps de fonctionnement, ce qui permet d'obtenir le taux d'entraînement par unité de temps.
Les bulles de gaz montent jusqu'à l'interface supérieure gaz/liquide (37).
Le gaz va ensuite vers un séparateur externe (38), puis un évent (39). Le liquide est dirigé vers la pompe de recirculation (40) par une tuyauterie centrale (41 ) aménagée dans la colonne transparente.
On contrôle les débits de gaz et de liquide indépendamment, et on s'assure que le lit de catalyseur est expansé de 25 à 45% par rapport à sa hauteur au repos.
Le débit de liquide est maintenu fixe pour assurer une vitesse superficielle de liquide de 3,5 cm/s et le débit de gaz est modifié entre 0 et 10 cm/s.
On effectue 3 expériences :
-(A) une expérience dans laquelle on utilise aucun dispositif pour fragmenter les bulles. -(B) une expérience dans laquelle on utilise un dispositif selon l'invention constitué d'un ensemble de plaques pleines inclinées à 45°et agen cée comme sur la figure 3c.
Le dispositif présente une section correspondant à 4 fois la section de la tubulure de sortie de la colonne (31 ) vers le séparateur externe (38), soit 0,015 m2,
-(C) une expérience dans laquelle on utilise le même dispositif qu'en (B) avec cette fois ci des plaques perforées de trous de diamètre 2,5 cm espacés de 5 cm avec un pas triangulaire en maximisant le nombre de trous. Le dispositif selon l'invention (10) est placé au-dessous des cheminées (36), à une distance de 50 cm par rapport au plan des cheminées (36).
Le résultat des expériences (A) et (B) est résumé par le graphe de la figure 6a qui montre l'évolution des pertes en particules solides exprimées en pourcentage de l'inventaire journalier de catalyseur dans le réacteur, en fonction de la vitesse superficielle du gaz (Vsg) en l'absence du dispositif selon l'expérience (A), et avec un dispositif muni de plaques selon l'expérience (B).
On constate sur cette figure 6a que l'utilisation du dispositif selon l'invention constitué de plaques sans trous permet de réduire les pertes en particules solides d'environ un facteur 2 dans la gamme de fonctionnement habituelle d'un réacteur d'hydrotraitement en lit bouillonnant, soit avec une vitesse superficielle gaz (Vsg) comprise entre 2 cm/s et 6 cm/s. Dans cette expérience, l'amélioration est significative pour une vitesse superficielle du gaz supérieure à 4 cm/s.
Une autre expérience (C) a été menée avec le même dispositif en forme de plaques inclinées, mais les plaques étant cette fois ci munis de trous de 2,5 cm de diamètre.
La figure 6b compare les résultats obtenus sans le dispositif (A), avec le dispositif comprenant des plaques sans trou (B), et avec le dispositif muni de plaques perforées par des trous (C). Cette dernière expérience (C) met en évidence un gain supplémentaire pour une même vitesse superficielle de gaz égale à 6 cm/s.
L'ordonnée du graphe de la figure 6b est exprimée en fraction de T'entrainement de particules solides, l'entraînement de référence correspondant à celui obtenu sans le dispositif.

Claims

REVENDICATIONS
1 -Procédé en lit fluidisé triphasique de type lit bouillonnant, ledit procédé utilisant un dispositif destiné à limiter l'entraînement des particules solide, placé à l'intérieur d'un réacteur fluidisé triphasique présentant deux niveaux, un premier niveau de solide (13) correspondant à l'expansion de ce dernier au sein de la phase liquide, puis au-dessus de ce premier niveau un second niveau de liquide (14) ne contenant en principe plus de particules solides, ledit dispositif étant placé entre les deux niveaux précédents, et étant constitué d'un ensemble de plaques planes ou tronconiques s'étageant verticalement selon une ou plusieurs rangées, et la section maximale du dispositif étant comprise entre 1 fois et 10 fois la section de la tubulure de sortie des effluents (9), préférentiellement entre 2 et 8 fois, et de manière très préférée entre 4 et 6 fois la section de la tubulure de sortie des effluents (9).
2- Procédé en lit fluidisé triphasique de type lit bouillonnant utilisant le dispositif selon la revendication 1 , dans lequel la vitesse superficielle du gaz est comprise entre 2 et 10 cm/s, et préférentiellement comprise entre 4 et 8 cm/s. 3- Procédé en lit fluidisé triphasique de type lit bouillonnant utilisant le dispositif selon la revendication 1 , dans lequel la vitesse superficielle du liquide est comprise entre 1 ,4 cm/s et 5,6 cm/s, et préférentiellement comprise entre 2 cm/s et 4 cm/s.
4- Dispositif utilisé dans le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, constitué d'un ensemble de plaques planes (1 1 ) disposées sous forme de plusieurs rangées s'étageant verticalement, chaque rangée comportant un certain nombre de plaques parallèles disposées parallèlement les unes par rapport aux autres et étant inclinées selon un angle a par rapport à l'horizontale, l'angle a étant compris entre 10° et 80° préférentiellement compris entre 20° et 60°.
5- Dispositif utilisé dans le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les rangées successives de plaques planes parallèles (1 1 ) présentent une inclinaison alternée, l'angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale d'une rangée et l'angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de la rangée suivante étant tels que la somme des angles oc1 +oc2 est comprise entre 160 et 200 degrés, et de manière préférée entre 165 et 190 degrés. 6- Dispositif utilisé dans le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel sont disposées en alternance une rangée de plaques planes (1 1 ) avec un angle oc1 selon l'horizontale, puis une rangée suivante avec un angle oc2 selon l'horizontale, puis à nouveau une rangée avec un angle al, et à nouveau une rangée avec un angle a2, et ainsi de suite pour les rangées suivantes lorsqu'elles existent.
7- Dispositif utilisé dans le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le nombre de rangées de plaques planes (1 1 ) du dispositif est compris entre 2 et 6, préférentiellement entre 2 et 4.
8- Dispositif utilisé dans le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit dispositif est constitué d'un empilement vertical de plaques de forme tronconique et concentriques entre elles, dont le diamètre augmente en allant de bas en haut, le dispositif étant centré par rapport à la section du réacteur et occupant une section comprise entre 2 et 8 fois, et préférentiellement entre 4 et 6 fois, la section de la tubulure de sortie des effluents (9).
9- Dispositif utilisé dans le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le nombre de plaques tronconiques superposées est compris entre 2 et 6, et préférentiellement compris entre 2 et 4.
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