FR2553300A1 - METHOD FOR UNIFORMING AN INCREASED CURRENT OF GAS AND LIQUID IN A FLUIDIZED BED REACTOR AND A FLOW DISTRIBUTION GRID FOR THE ITS IMPLEMENTATION - Google Patents
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Abstract
UN MELANGE DE GAZ ET DE LIQUIDE MONTE D'UN ESPACE D'ENTREE 15 DE LA PARTIE INFERIEURE D'UN REACTEUR 10 JUSQUE DANS UN LIT FLUIDISE 25 AU-DESSUS D'UNE GRILLE DE DISTRIBUTION D'ECOULEMENT. LA GRILLE SE COMPOSE DE DEUX PLATEAUX SUPERPOSES 12, 30 AVEC DES PASSAGES DEFINIS PAR DES TUBES 16, 32. LA SECTION D'ECOULEMENT TOTALE DU PLATEAU SECONDAIRE 30 EN BAS EST PLUS GRANDE QUE CELLE DU PLATEAU PRIMAIRE 12 EN HAUT. UN NOUVEAU MELANGE ET UNE NOUVELLE DISTRIBUTION (ESSENTIELLEMENT HORIZONTALE) SE PRODUISENT AINSI DANS L'ESPACE 35 ENTRE LES DEUX PLATEAUX. LE MELANGE ENTRE DANS LE LIT FLUIDISE 25 EN PASSANT SOUS DES CLOCHES 18 RECOUVRANT LES TUBES DU PLATEAU PRIMAIRE. L'INVENTION EST APPLICABLE NOTAMMENT A L'HYDROGENATION CATALYTIQUE D'HUILES LOURDES OU DE BOUES DE CHARBON ET D'HUILE SOUS TEMPERATURE ET PRESSION ELEVEES.A MIXTURE OF GAS AND LIQUID MOUNTS FROM AN INLET SPACE 15 FROM THE LOWER PART OF A REACTOR 10 TO A FLUIDIZED BED 25 ABOVE A DISTRIBUTION GRID. THE GRID CONSISTS OF TWO SUPERIMPOSED PLATES 12, 30 WITH PASSAGES DEFINED BY TUBES 16, 32. THE TOTAL FLOW SECTION OF THE SECONDARY PLATE 30 AT THE BOTTOM IS LARGER THAN THAT OF THE PRIMARY PLATE 12 AT THE TOP. A NEW MIXING AND A NEW DISTRIBUTION (ESSENTIALLY HORIZONTAL) THUS OCCURRED IN THE SPACE 35 BETWEEN THE TWO PLATES. THE MIXTURE ENTERS THE FLUIDIZED BED 25 BY PASSING UNDER BELLS 18 COVERING THE TUBES OF THE PRIMARY PLATE. THE INVENTION IS APPLICABLE IN PARTICULAR TO THE CATALYTIC HYDROGENATION OF HEAVY OILS OR OF COAL AND OIL SLUDGE UNDER HIGH TEMPERATURE AND PRESSURE.
Description
Cette invention concerne un assemblage perfectionné de plateaux de grilleThis invention relates to an improved assembly of grid trays
de distribution d'écoulement et un procédé perfectionné pour distribuer ou répartir uniformément un courant ascendant de gaz et de liquide dans des réacteurs catalytiques a lit fluidisé Elle concerne plus particulièrement un procédé et une grille pour une distribution d'écoulement à étages, la grille sensiblement horizontale comprenant un plateau primaire et sous celui-ci un plateau secondaire, qui contiennent chacun un grand flow distribution apparatus and method for uniformly distributing or distributing an upward flow of gas and liquid in fluidized bed catalytic reactors More particularly, it relates to a method and a gate for a step flow distribution, the grid substantially horizontal including a primary tray and under it a secondary tray, each containing a large
nombre de tubes d'écoulement verticaux. number of vertical flow tubes.
Dans les réacteurs à lit de catalyseur fluidisé fonctionnant à des températures et des pressions élevées, des problèmes de mauvaise distribution d'écoulement existent parfois sous-le plateau de grille de distribution et dans le lit de catalyseur Cette mauvaise distribution est habituellement due à des 15 conditions de fonctionnement anormales, telles que le bouchage d'ouvertures du plateau par du coke, ou à des dépôts excessifs de coke sur les particules de catalyseur dans le lit S'il se produit un tel bouchage d'ouvertures du plateau, la distribution d'écoulement et la fluidisation du lit deviennent irrégulières, ce qui 20 est tout à fait indésirable Les tubes d'écoulement ascendant et les tuyaux à bouts fendus actuellement employés dans les plateaux de grille pour réacteurs assurent généralement une distribution adéquate des courants de liquide de recyclage et d'alimentation In fluidized catalyst bed reactors operating at high temperatures and pressures, problems of poor flow distribution sometimes exist below the distribution grid plate and in the catalyst bed. This poor distribution is usually due to abnormal operating conditions, such as clogging coke openings in the tray, or excessive coke deposits on the catalyst particles in the bed. If there is such blockage of openings in the tray, the distribution of The flow and fluidization of the bed become irregular, which is highly undesirable. The upflow tubes and split end pipes currently employed in the reactor grate trays generally provide adequate distribution of the recycle liquid streams. and feeding
et de l'hydrogène gazeux dans le lit de catalyseur fluidisé. and hydrogen gas in the fluidized catalyst bed.
Cependant, il s'est avéré que le plateau de grille actuellement utilisé ne permet pas de mattriser une très mauvaise distribution de l'écoulement dans l'espace d'entrée en surpression du réacteur; en fait, il ne peut qu'améliorer modérément la distribution d'écoulement qui règne sous le plateau, mais il est incapable d'éviter la formation de "cheminées", ni de perturbations importantes qui conduisent à une profondeur irrégulière de l'hydrogène dans la chambre d'entrée, ce qui peut avoir pour conséquence que certains tubes de montée sont exposés à l'hydrogène sur une plus grande longueur de leur portion extrême fendue, ce qui augmente 35 d'autant le débit d'hydrogène dans ces tubes Les conditions d'écoulement avec une mauvaise distribution dans l'espace d'entrée d'un réacteur peuvent être plus ou moins constantes selon la manière dont les courants d'alimentation et de recyclage sont introduits dans l'espace d'entrée Une mauvaise distribution dans l'écoulement peut également résulter d'un effet d'oscillation de la surface du liquide dans l'espace d'entrée, sous la grille de distribution, la surface du liquide s'inclinant constamment dans un sens et dans l'autre. L'emploi, dans ces réacteurs catalytiques a lit fluidisé, de tubes d'écoulement ascendant cylindriques conventionnels, couverts par des cloches cylindriques de barbotage, est décrit dans les brevets des E U A n 3 197 286, 3 197 288 et 3 475 134 La pratique montre cependant que les écoulements de gaz et de liquide dans ces However, it has been found that the grid plate currently used does not make it possible to control a very poor distribution of the flow in the reactor overpressure inlet space; in fact, it can only moderately improve the flow distribution beneath the plateau, but it is unable to avoid the formation of "chimneys" or major disturbances that lead to an irregular depth of hydrogen in the inlet chamber, which may have the consequence that some risers are exposed to hydrogen over a greater length of their extreme slotted portion, thereby increasing the flow of hydrogen in these tubes. Flow conditions with poor distribution in the inlet space of a reactor may be more or less constant depending on how feed and recycle streams are introduced into the inlet space. the flow can also result from an oscillation effect of the liquid surface in the inlet space, under the distribution grid, the surface of the liquid constantly inclining in one direction and the other. The use in these fluidized bed catalytic reactors of conventional cylindrical upflow tubes covered by cylindrical bubble bells is described in US Pat. Nos. 3,197,286, 3,197,288 and 3,475,134. shows however that the flows of gas and liquid in these
types de réacteur ont une distribution inadéquate. reactor types have inadequate distribution.
La demanderesse a donc cherché à améliorer la distribution de l'écoulement dans les réacteurs catalytiques à lit fluidisé 15 et elle a réussi à mettre au point une grille étagée perfectionnée qui assure une redistribution plus efficace du gaz et du liquide sous le plateau de grille primaire chaque fois qu'une mauvaise distribution existe sous ce plateau, ce qui procure une fluidisation plus uniforme du lit de catalyseur dans le réacteur Pour contribuer 20 à maintenir une surface de liquide "lisse" dans l'espace d'entrée et assurer ainsi qu'une longueur pratiquement égale de fente soit exposée sur chaque tube d'écoulement ascendant pour la pénétration de gaz dans ce tube, un plateau de grille secondaire est prévu sous le plateau primaire Ce plateau secondaire est semblable à l'unique 25 plateau de grille utilisé actuellement pour la distribution de l'écoulement dans les réacteurs à lit fluidisé, mais les tubes qu'il contient ne portent pas de cloches ou d'éléments analogues sur le côté supérieur du plateau; le plateau secondaire ne contient que The applicant has therefore sought to improve the flow distribution in the fluidized bed catalytic reactors 15 and has succeeded in developing an improved step grid which ensures a more efficient redistribution of gas and liquid under the primary grid tray Whenever a poor distribution exists under this tray, which provides more uniform fluidization of the catalyst bed in the reactor to help maintain a "smooth" liquid surface in the inlet space and thereby ensure that A substantially equal slit length is exposed on each upflow pipe for gas entry into this pipe, a secondary grid plate is provided under the primary plate. This secondary plate is similar to the single grid tray currently being used. for the distribution of the flow in the fluidized bed reactors, but the tubes it contains do not carry bells or water. similar elements on the upper side of the plate; the secondary plateau contains only
des tubes avec des fentes et il s'étend jusqu'à une faible distance 30 de la paroi interne du réacteur. tubes with slots and extends to a short distance from the inner wall of the reactor.
Selon l'invention, du gaz et du liquide traversent de bas en haut le plateau secondaire situé en bas puis le plateau primaire et pénètrent ensuite dans le lit fluidisé du réacteur Les tubes d'écoulement prévus dans le plateau inférieur sont unifor35 mément espacés et ils ont un diamètre plus grand et une plus grande section d'écoulement totale que les tubes d'écoulement du plateau primaire situé en haut, de sorte que la chute de pression la plus grande et ayant un effet régulateur se produit sur le plateau primaire, l'ensemble procurant un écoulement plus uniforme vers le haut jusque dans le lit fluidisé Cette construction étagée de la grille permet à son plateau supérieur de travailler de manière plus efficace, avec le résultat que le lit de catalyseur fluidisé est traversé d'un écoulement ascendant de gaz et de liquide ayant une According to the invention, gas and liquid pass from bottom to top of the secondary bottom plate and then the primary plate and then enter the fluidized bed of the reactor. The flow tubes provided in the lower plate are spaced apart uniformly and they have a larger diameter and a greater total flow section than the top-deck primary flow tubes, so that the largest and most regulating pressure drop occurs on the primary plateau, together providing a more uniform flow upwardly into the fluidized bed This staged construction of the grid allows its upper deck to work more efficiently, with the result that the fluidized catalyst bed is traversed by an upward flow of gas and liquid having a
distribution plus uniforme sur toute la section droite du réacteur. more uniform distribution over the entire cross section of the reactor.
Le plateau primaire en haut de la grille selon l'invention 10 peut être supporté par le fond ou par la paroi du réacteur; le plateau de grille secondaire situé en bas sera habituellement supporté par le plateau primaire, par exemple par un grand nombre de tiges entretoises s'étendant entre les deux plateaux Le plateau secondaire peut également être supporté séparément par le fond du réacteur, ou par sa paroi, mais il peut aussi être réalisé d'un seul tenant avec le plateau supérieur pour contribuer à la résistance à la différence de pression totale produite dans l'écoulement de fluide ascendant entre l'entrée et la sortie de l'ensemble de la grille Il est possible encore de fixer le plateau inférieur de 20 façon rigide au plateau supérieur par les tubes d'écoulement du plateau du haut, qui sont à cet effet prolongés jusque sur le plateau du bas, de sorte que le poids du lit de catalyseur fluidisé et la différence de pression totale sur les deux plateaux de la The primary plate at the top of the grid according to the invention 10 can be supported by the bottom or the wall of the reactor; the secondary grid tray located at the bottom will usually be supported by the primary plate, for example by a large number of spacer rods extending between the two plates. The secondary plate may also be supported separately by the bottom of the reactor, or by its wall. but it can also be made in one piece with the upper plate to contribute to the resistance to the difference in total pressure produced in the rising fluid flow between the inlet and the outlet of the whole grid II It is also possible to fix the lower plate rigidly to the upper plate by the upper tray flow tubes, which for this purpose are extended to the bottom plate, so that the weight of the fluidized catalyst bed and the total pressure difference on the two trays of the
grille soient supportés par l'ensemble. grid are supported by the set.
Selon un mode de réalisation particulier, la grille est installée près de l'extrémité inférieure du réacteur; le plateau primaire porte des tubes d'écoulement primaires de dimensions égales, qui sont uniformément espacés dans le plateau et qui portent chacun une cloche recouvrant leur extrémité supérieure, cette cloche 30 étant fixée rigidement à l'extrémité supérieure du tube, au-dessus du plateau, et étant latéralement espacée de cette extrémité, de manière a permettre au fluide de monter à travers chaque tube et de s'en échapper ensuite à l'extérieur, dans le lit fluidisé, en passant sous le bord inférieur de la cloche; le plateau de grille 35 secondaire, situé à distance sous le plateau primaire, contient des tubes secondaires de diamètre et d'espacement uniformes, mais ne According to a particular embodiment, the gate is installed near the lower end of the reactor; the primary tray carries primary flow tubes of equal dimensions, which are uniformly spaced in the tray and which each carry a bell covering their upper end, this bell 30 being fixedly attached to the upper end of the tube, above the plate, and being laterally spaced from this end, so as to allow the fluid to go up through each tube and then escape outside in the fluidized bed, passing under the lower edge of the bell; the secondary grid tray, located at a distance below the primary plate, contains secondary tubes of uniform diameter and spacing, but does not
portant pas de cloches.carrying no bells.
Selon le procédé de l'invention, on introduit des courants de gaz et de liquide dans un espace d'entrée situé à l'extrémité inférieure d'un réacteur, sous une grille de distribution d'écoulement, on fait monter l'écoulement de gaz et de liquide de cet espace d'entrée à travers un grand nombre de passages tubulaires situés dans un plateau de grille secondaire, jusqu'à dans une zone intermédiaire située au-dessus de ce plateau secondaire et au-dessous d'un plateau de grille primaire, on produit un nouveau mélange et une nouvelle distribution de l'écoulement de gaz et de liquide dans 10 cette zone intermédiaire et on fait monter ensuite le gaz et le liquide à travers un grand nombre de passages tubulaires situé dans le plateau primaire puis sous des cloches de barbotage, rec Duvrant chacune l'un de ces passages d'écoulement vers le haut, et According to the process of the invention, gas and liquid streams are introduced into an inlet space at the lower end of a reactor, under a flow distribution grid, the flow of gas and liquid from this entrance space through a large number of tubular passages located in a secondary grid tray, up to an intermediate zone above this secondary plateau and below a plateau of primary grid, a new mixture and a new distribution of gas and liquid flow is produced in this intermediate zone and the gas and liquid are then raised through a large number of tubular passages located in the primary plateau then under sparge bells, rec each of which drains one of these flow passages upwards, and
dans un lit fluidisé de particules de catalyseur du réacteur. in a fluidized bed of catalyst particles of the reactor.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention Other features and advantages of the invention
ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des will become more clearly apparent from the following description of several nonlimiting exemplary embodiments, as well as
dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une coupe verticale partielle de la 20 partie inférieure d'une cuve de réacteur, contenant une grille étagée avec un grand nombre de tubes d'écoulement vers le haut, selon l'invention; la figure 2 est une coupe verticale à plus grande échelle d'une partie du plateau primaire de cette grille, contenant 25 un grand nombre de tubes d'écoulement recouverts chacun d'une seule cloche de barbotage et contenant chacun une soupape antiretour à bille; la figure 3 est une coupe verticale partielle d'une grille étagée selon une variante de réalisation de l'invention, 30 o les deux plateaux de la grille sont supportés par le fond du réacteur; et la figure 4 est une vue analogue d'encore une autre variante, o les plateaux de la grille sont assemblés en une seule FIGS. 1 is a partial vertical section of the lower portion of a reactor vessel, containing a stepped grid with a large number of upward flow tubes, according to the invention; Figure 2 is an enlarged vertical section of a portion of the primary plate of this grid, containing a large number of flow tubes each covered by a single bubble bell and each containing a ball check valve; Figure 3 is a partial vertical section of a stepped grid according to an alternative embodiment of the invention, o the two trays of the grid are supported by the bottom of the reactor; and FIG. 4 is a similar view of still another variant, where the trays of the grid are assembled in a single
unité supportée par la paroi du réacteur. unit supported by the reactor wall.
Dans les réacteurs catalytiques en phase liquide, o doivent être mis en contact des liquides, des gaz et des solides sous forme de particules, il est très important, pour obtenir des réactions catalytiques complètes et efficaces, que le mélange ascendant de liquide et de gaz soit uniformément réparti sur toute la section horizontale du réacteur, afin de maintenir le lit de solides ou de catalyseur sous forme de particules en un état d'expansion uniforme, avec des mouvements tourbillonnaires aléatoires mais globalement uniformes des particules de catalyseur Pour certaines réactions, telles que l'hydrogénation catalytique d'huiles lourdes ou de boues de charbon et d'huile ou l'hydrocraquage de 10 courants d'alimentation d'hydrocarbures lourds à des températures et pressions élevées, de l'ordre de 250-480 ou 550 C et 35-350 bars par exemple, en vue de la production de fractions liquides à point d'ébullition plus bas, une mauvaise distribution de l'écoulement à travers le distributeur d'écoulement ou l'ensemble formant plateau 15 de grille du réacteur, peut créer des zones relativement inactives dans le lit, o les particules de catalyseur n'effectuent pas un mouvement tourbillonnaire aléatoire mais globalement uniforme Cet état conduit à la formation indésirée d'agglomérations de particules de catalyseur par cokéfaction de l'huile ou de la boue chaude. 20 L'écoulement uniforme désiré à travers le plateau de grille dans le lit fluidisé de catalyseur peut être perturbé, soit par des obstructions formées dans les tubes d'écoulement par suite de cokéfactions, soit par l'entrée de particules de catalyseur dans les tubes L'invention apporte une solution efficace à ces problèmes 25 de mauvaise distribution de l'écoulement dans le lit fluidisé de catalyseur. Le distributeur d'écoulement ou grille selon l'invention doit également empêcher que des particules de catalyseur ne refluent vers le bas à travers le distributeur lorsque le réacteur est arrêté, 30 pendant que la majeure partie du liquide contenu dans le lit de catalyseur est alors drainé vers le bas jusque sous le lit Si des particules de catalyseur sont permises de refluer à travers le distributeur d'écoulement, elles risquent de boucher les passages d'écoulement de celui-ci et d'entraver les opérations consécutives, 35 de sorte que la formation d'un nouveau lit fluidisé de catalyseur devient très difficile parce que les passages d'écoulement sont au moins partiellement bouchés De plus, de telles obstructions peuvent entraîner une mauvaise distribution d'écoulement dans le lit de catalyseur même Habituellement, chaque tube d'écoulement comporte une soupape de retenue à bille pour empêcher de tels reflux de particules de catalyseur. L'invention prévoit la superposition de deux plateaux de grille, qui sont ainsi disposés en série l'un avec l'autre pour l'écoulement de fluide, ce qui procure une distribution plus uniforme du courant de fluide ascendant qui pénètre dans le lit In liquid-phase catalytic reactors where liquids, gases and solids in the form of particles have to be brought into contact, it is very important for the complete and efficient catalytic reactions that the upward mixture of liquid and gas be obtained. is uniformly distributed over the entire horizontal section of the reactor, in order to keep the bed of solids or particulate catalyst in a uniform expansion state, with random but generally uniform swirling motions of the catalyst particles For certain reactions, such as that the catalytic hydrogenation of heavy oils or of coal and oil sludge or hydrocracking of heavy hydrocarbon feed streams at high temperatures and pressures, of the order of 250-480 or 550 C and 35-350 bars for example, for the production of liquid fractions with a lower boiling point, a poor distribution of the flow through The flow distributor or grate plate assembly of the reactor can create relatively inactive areas in the bed where the catalyst particles do not perform a random but globally uniform swirling motion. undesired agglomeration of catalyst particles by coking oil or hot sludge. The desired uniform flow through the grate tray in the fluidized catalyst bed may be disturbed either by obstructions formed in the flow tubes as a result of coking or by the entry of catalyst particles into the tubes. The invention provides an effective solution to these problems of poor flow distribution in the fluidized catalyst bed. The flow distributor or grate according to the invention should also prevent catalyst particles from flowing downwardly through the dispenser when the reactor is shut down, while most of the liquid contained in the catalyst bed is then If catalyst particles are allowed to flow back through the flow distributor, they may clog the flow passages thereof and hinder subsequent operations, so that the formation of a new fluidized catalyst bed becomes very difficult because the flow passages are at least partially clogged. Moreover, such obstructions can lead to poor flow distribution in the catalyst bed itself. flow comprises a ball check valve to prevent such reflux of catalyst particles. The invention provides for the superposition of two grid trays, which are thus arranged in series with each other for fluid flow, thereby providing a more uniform distribution of upward fluid flow into the bed.
fluidisé de catalyseur au-dessus du plateau primaire de la grille. fluidized catalyst over the primary tray of the grid.
Un élément de base de l'invention est que les plateaux contiennent un grand nombre de tubes d'écoulement ayant des dimensions et des espacements uniformes dans chaque plateau, mais dont seuls les tubes du plateau supérieur sont recouverts en haut par des cloches. 15 Les tubes du plateau secondaire ont un plus gros diamètre et une plus forte section d'écoulement totale que les tubes du plateau primaire situé en haut Il n'est pas indispensable que les tubes secondaires possèdent une forme cylindrique; ils peuvent également avoir une section droite carrée, rectangulaire, triangulaire ou 20 pratiquement toute autre forme de section désirée Cependant, la combinaison du diamètre effectif des tubes et du nombre de tubes doit assurer l'écoulement uniforme désiré et doit produire la pression différentielle désirée sur le plateau secondaire, qui devrait être comprise entre environ 0,1 et 0,9 fois la pression différentielle 25 sur le plateau primaire du haut De plus, le rapport longueur/ diamètre des tubes secondaires devrait être d'au moins 1 environ; habituellement, il n'est pas nécessaire que ce rapport soit supérieur A basic element of the invention is that the trays contain a large number of flow tubes having uniform dimensions and spacings in each tray, but only the tubes of the upper tray are covered at the top by bells. The tubes of the secondary plate have a larger diameter and a larger total flow section than the tubes of the primary top plate. It is not essential that the secondary tubes have a cylindrical shape; they may also have a square, rectangular, triangular, or substantially any other desired cross-sectional shape. However, the combination of the effective diameter of the tubes and the number of tubes must provide the desired uniform flow and must produce the desired differential pressure on them. the secondary plateau, which should be between about 0.1 and 0.9 times the differential pressure on the top primary plateau. Moreover, the length / diameter ratio of the secondary tubes should be at least about 1; usually, it is not necessary for this report to be superior
& environ 5.& about 5.
Au cours du fonctionnement, le mélange de gaz et de 30 liquide qui traverse les tubes du plateau secondaire est soumis à une nouvelle distribution dans l'espace horizontal compris entre les deux plateaux Ainsi, l'écoulement du mélange de gaz et de liquide à travers les nombreux tubes du plateau supérieur dans le During operation, the mixture of gas and liquid that passes through the tubes of the secondary tray is subjected to a new distribution in the horizontal space between the two trays. Thus, the flow of the mixture of gas and liquid through the many tubes of the upper tray in the
lit fluidisé sera plus uniforme que s'il n'y avait qu'un seul 35 plateau de grille. fluidized bed will be more uniform than if there was only one grate tray.
Comme représenté de façon générale sur la figure 1, un réacteur 10 contient un plateau de grille primaire ou supérieur 12 qui est rigidement supporté dans le réacteur, habituellement par son bord extérieur, au moyen d'une jupe de support cylindrique 13 fixée au fond inférieur 14 du réacteur; le plateau primaire 12 est étanché par rapport à la paroi latérale de la partie inférieure du réacteur, de manière qu'un espace d'entrée 15 soit formé sous un plateau de grille inférieur 30 Le courant d'alimentation du réacteur pénètre par un conduit 11 et il est dévié radialement vers l'extérieur par un déflecteur fixe lla Le plateau 12 sert à supporter un lit de 10 catalyseur 25 et contient un grand nombre de tubes 16 pour l'écoulement vers le haut du fluide La figure 2 montre de façon plus détaillée que chaque tube 16 présente au moins une découpe ou fente 17 à son extrémité supérieure et qu'il est recouvert par une cloche 18 qui est fixée rigidement à l'extrémité supérieure du 15 tube 16 par un moyen de fixation adéquat 19, tel qu'un goujon fileté et un écrou par exemple La paroi latérale de la cloche 18 est située radialement à l'extérieur du tube 16, de manière à permettre un écoulement uniforme du fluide, vers le haut à travers As generally shown in FIG. 1, a reactor 10 contains a primary or upper gate tray 12 which is rigidly supported in the reactor, usually by its outer edge, by means of a cylindrical support skirt 13 attached to the bottom bottom 14 of the reactor; the primary plate 12 is sealed with respect to the side wall of the lower part of the reactor, so that an inlet space 15 is formed under a lower gate tray 30 The reactor feed stream enters through a conduit 11 and it is deflected radially outwardly by a fixed deflector 11a. The plate 12 serves to support a catalyst bed 25 and contains a large number of tubes 16 for upward flow of the fluid. FIG. that each tube 16 has at least one cutout or slit 17 at its upper end and is covered by a bell 18 which is fixed rigidly to the upper end of the tube 16 by a suitable fastening means 19, such as For example, a threaded stud and a nut The side wall of the bell 18 is located radially outside the tube 16, so as to allow uniform flow of the fluid, upwardly through
chaque tube 16 du plateau 12, à travers la fente 17 puis dans le 20 lit de particules de catalyseur 25. each tube 16 of the tray 12, through the slot 17 and then into the bed of catalyst particles 25.
Il est préférable que le bord inférieur de la cloche 18 présente, comme le montre la figure 2, des encoches 18 a pour localiser l'échappement de gaz du dessous de la cloche et promouvoir la formation de petites bulles de gaz dans le lit 25 Les encoches ont donc 25 notamment pour but de laisser échapper le gaz du dessous des cloches It is preferable that the lower edge of the bell 18 has, as shown in FIG. 2, notches 18a for locating the gas exhaust from the bottom of the bell and promoting the formation of small gas bubbles in the bed. notches are therefore especially 25 intended to let the gas escape from below the bells
sous forme de petites bulles discrètes au lieu de masses importantes. in the form of small discrete bubbles instead of large masses.
Généralement, les encoches doivent avoir une largeur correspondant à 5-10 fois le diamètre effectif des particules de catalyseur Les encoches 18 a, réparties tout autour du bord inférieur des cloches, 30 peuvent être combinées avec des recouvrements individuels pouvant avoir toute forme désirée, cylindrique ou conique par exemple De même, pour empêcher le reflux de particules de catalyseur du lit 25 dans l'espace d'entrée 15 sous la grille, à la suite d'un arrêt du réacteur, ou d'une interruption dans le courant de liquide de recyclage, chaque tube 16 comporte habituellement, de préférence dans son extrémité supérieure, une soupape antiretour à bille 20, comme on peut le voir sur la figure 2 Outre la bille 20, la soupape comprend un siège 22 formé dans l'extrémité supérieure du tube 16 Pour faciliter l'entrée de gaz tel que l'hydrogène dans l'extrémité inférieure du tube 16, des ouvertures telles que des trous 23 ou des fentes verticales 24 sont formées dans le tube Generally, the notches should have a width corresponding to 5-10 times the effective diameter of the catalyst particles. The notches 18a, distributed all around the lower edge of the bells, can be combined with individual covers which can have any desired cylindrical shape. For example, to prevent backflow of catalyst particles from the bed 25 into the inlet space 15 under the grate, following a reactor shutdown, or an interruption in the flow of liquid. recycle, each tube 16 usually has, preferably in its upper end, a ball check valve 20, as can be seen in Figure 2 Besides the ball 20, the valve comprises a seat 22 formed in the upper end of the tube 16 To facilitate the entry of gas such as hydrogen into the lower end of the tube 16, openings such as holes 23 or vertical slots 24 are formed in the tube
sous le plateau 12.under the plate 12.
Sous le plateau de grille primaire 12 est situé un plateau de grille secondaire 30 qui contient un grand nombre de tubes d'écoulement parallèles 32, présentant chacun des ouvertures 10 telles que des trous 33 ou une ou plusieurs fentes verticales 34 dans leur extrémité inférieure Le plateau secondaire 30 est situé à une certaine distance sous le plateau primaire 12 et est habituellement supporté par celui-ci, par exemple par l'intermédiaire d'un grand nombre de tiges 36 entourées chacune d'un tube entre15 toise 37 pour maintenir un espace 35 de la hauteur désirée entre les deux plateaux, comme on peut le voir sur la figure 1 Le plateau secondaire 30 peut s'étendre latéralement jusqu'à venir en contact avec la jupe de support 13, mais il peut aussi, ce qui est préférable, former un petit espace annulaire 38 entre lui-même 20 et la jupe de support 13 et être pourvu d'une jupe circonférentielle 40 dirigée vers le bas à partir du plateau 30 Le bord inférieur de la jupe 40 devrait être situé sensiblement à la même hauteur que les extrémités inférieures des tubes d'écoulement secondaires 32 La jupe 40 est pourvue en outre d'ouvertures telles 25 que des trous 39 ou des fentes 41, qui sont semblables aux trous 33 respectivement aux fentes 34 des tubes 32 La section d'écoulement de l'espace annulaire 38 entre le plateau 30 et la jupe de support 13 ne devrait pas dépasser environ 10 % de la section d'écoulement totale des ouvertures du plateau secondaire, c'est-à-dire de la Under the primary grid tray 12 is located a secondary grid tray 30 which contains a large number of parallel flow tubes 32, each having openings 10 such as holes 33 or one or more vertical slots 34 in their lower end. Secondary tray 30 is located some distance beneath primary tray 12 and is usually supported by it, for example by means of a large number of rods 36 each surrounded by a tube 15 to 37 to maintain a space 35 of the desired height between the two trays, as can be seen in Figure 1 The secondary tray 30 can extend laterally to come into contact with the support skirt 13, but it can also, which is preferable forming a small annular space 38 between itself 20 and the supporting skirt 13 and being provided with a circumferential skirt 40 directed downwards from the plate 30. The skirt 40 should be located substantially at the same height as the lower ends of the secondary flow tubes 32. The skirt 40 is further provided with openings such as holes 39 or slots 41, which are similar to the holes 33 respectively at slots 34 of the tubes 32 The flow section of the annular space 38 between the plate 30 and the support skirt 13 should not exceed about 10% of the total flow section of the openings of the secondary plate, that is, to say of the
section résultant à la fois des tubes 32 et de l'espace annulaire 38. section resulting from both the tubes 32 and the annular space 38.
Pendant le fonctionnement de la grille, le mélange de gaz et de liquide introduit dans l'espace d'entrée 15 forme une nappe de gaz 15 a sous le plateau secondaire 30 Le mélange de gaz et de liquide dans l'espace 15 monte à travers les tubes 32 et le 35 passage annulaire 38 dans l'espace 35 compris entre le plateau inférieur et le plateau supérieur Dans l'espace 35, le mélange de gaz et de liquide est redistribué, principalement dans le sens During the operation of the gate, the mixture of gas and liquid introduced into the inlet space 15 forms a sheet of gas 15a under the secondary plateau 30 The mixture of gas and liquid in the space 15 rises through the tubes 32 and the annular passage 38 in the space 35 between the lower plate and the upper plate In the space 35, the mixture of gas and liquid is redistributed, mainly in the direction
horizontal, et la fraction gazeuse monte et forme une nappe de gaz 35 a au-dessus d'une nappe de liquide dont la surface est désignée par 35 b. horizontal, and the gaseous fraction rises and forms a layer of gas 35a above a layer of liquid whose surface is designated by 35b.
Le niveau 35 b de ce liquide est déterminé par la position en hauteur de fentes 24 dans les extrémités inférieures des tubes 16 et par le débit du fluide à travers la grille. L'invention apporte donc l'avantage, notamment, que le plateau secondaire situé en bas produit une redistribution latérale de l'écoulement de fluide sous le plateau primaire et tend ainsi à 10 corriger toute mauvaise distribution dans l'écoulement sous le plateau primaire, qui peut être provoquée par des problèmes de The level 35 b of this liquid is determined by the height position of slots 24 in the lower ends of the tubes 16 and the flow rate of the fluid through the grid. The invention thus has the advantage, in particular, that the secondary plateau situated at the bottom produces a lateral redistribution of the fluid flow under the primary plateau and thus tends to correct any poor distribution in the flow under the primary plateau. which can be caused by problems of
mauvaise distribution sur le côté inférieur de la grille La fluidisation du lit du réacteur sera généralement uniforme, à moins que quelques tubes de montée se bouchent par suite de formation de coke 15 ou pour d'autres raisons. poor distribution on the bottom side of the grate Fluidization of the reactor bed will generally be uniform unless some risers become plugged due to coke formation or for other reasons.
La figure 3 montre une variante de réalisation de l'invention o le plateau supérieur 12 et le plateau inférieur 30 sont supportés séparément par le fond inférieur 14 du réacteur, au moyen d'une jupe de support cylindrique extérieure 13 pour le plateau 20 primaire 12 et d'une jupe cylindrique intérieure 45 pour supporter le plateau secondaire 30 en bas Les tiges de support 36 et les tubes entretoises 37 utilisés dans l'exemple de figure 1 ne sont pas nécessaires avec cette construction Les tubes 32 du plateau 30 sont également pourvus de trous 33 ou de fentes 34 afin de faciliter 25 l'entrée de gaz tel que l'hydrogène dans les tubes, et il en va de même pour les tubes 16 du plateau supérieur 12 Si désiré, des courants d'alimentation séparés de gaz et de liquide peuvent être introduits FIG. 3 shows an alternative embodiment of the invention where the upper plate 12 and the lower plate 30 are supported separately by the lower bottom 14 of the reactor, by means of an outer cylindrical support skirt 13 for the primary plate 12 and an inner cylindrical skirt 45 for supporting the secondary plate 30 at the bottom. The support rods 36 and the spacer tubes 37 used in the example of FIG. 1 are not necessary with this construction. The tubes 32 of the plate 30 are also provided. holes 33 or slots 34 to facilitate the entry of gas such as hydrogen into the tubes, and the same for the tubes 16 of the upper plate 12 If desired, separate gas supply streams and liquid can be introduced
dans l'espace 15 par deux conduits 11 avec deux déflecteurs lla. in the space 15 by two ducts 11 with two deflectors lla.
Un autre avantage important apporté par l'invention est 30 que les deux plateaux formant la grille peuvent être assemblés de manière que la différence de pression globale sur la grille, résultant du courant qui la traverse de bas en haut, et le poids du lit de catalyseur soient supportés par les deux plateaux ensemble Une telle construction est représentée sur la figure 4, o les tubes 42 35 pour le plateau primaire 12 sont prolongés vers le bas et fixés rigidement, par soudage par exemple, au plateau secondaire 30 situé en bas Comme dans les exemples précedents, la portion inférieure de chaque tube 42 présente des ouvertures telles que des trous 43 ou des fentes 44 pour permettre l'entrée de gaz tel que l'hydrogène dans le tube Le plateau supérieur 12 peut être supporté convena5 blement par la paroi interne du réacteur, comme représenté pour cet exemple, au moyen d'un anneau continu 26 soudé à la paroi Le plateau supérieur 12 est fixé à l'anneau 26 par un certain nombre de goujons filetés 28 et d'écrous 29 Dans cette construction de grille, le pourtour du plateau inférieur 30 peut être situé à 10 faible distance dela paroi interne du réacteur 10, de manière à définir un petit espace annulaire 46 avec celle-ci, et ce plateau peut être pourvu d'une jupe périphérique 48 dirigée vers le bas et présentant des trous 49 ou des ouvertures analogues, comme déjà Another important advantage provided by the invention is that the two trays forming the grid can be assembled so that the overall pressure difference on the grid, resulting from the current flowing through it from bottom to top, and the weight of the bed of These constructions are supported by the two plates together. Such a construction is shown in FIG. 4, where the tubes 42 for the primary plate 12 are extended downwards and fixed rigidly, for example by welding, to the secondary plate 30 located at the bottom. in the preceding examples, the lower portion of each tube 42 has openings such as holes 43 or slots 44 to allow the entry of gas such as hydrogen into the tube. The upper plate 12 can be conveniently supported by the internal wall of the reactor, as shown for this example, by means of a continuous ring 26 welded to the wall The upper plate 12 is fixed to the ring 26 by means of a In this grid construction, the periphery of the bottom plate 30 may be located at a short distance from the inner wall of the reactor 10, so as to define a small annular space 46 therewith. , and this plate may be provided with a peripheral skirt 48 directed downwards and having holes 49 or similar openings, as already
décrit pour l'exemple de figure 1.described for the example of Figure 1.
L'utilité et l'efficacité de la grille étagée de distribution d'écoulement selon l'invention sont illustrées par l'exemple spécifique suivant, qui ne doit pas être considéré comme The utility and efficiency of the stepped flow distribution grid according to the invention is illustrated by the following specific example, which should not be considered as
une limitation de la portée de l'invention. a limitation of the scope of the invention.
ExempleExample
Dans un réacteur d'hydrogénation catalytique à lit fluidisé, destiné à être alimenté avec un produit pétrolier, on utilise une grille double possédant les caractéristiques et les dimensions suivantes: Température du réacteur 400-455 C Pression du réacteur 70-210 bars Diamètre intérieur du réacteur 3,65 m Distance verticale entre le plateau primaire et le plateau secondaire de la grille 0,4 m Diamètre des tubes du plateau primaire 33 mm Diamètre des cloches de barbotage 76 mm Longueur des tubes primaires sous le plateau primaire 230 mm Section d'écoulement des tubes primaires 14 cm Diamètre des tubes d'écoulement du plateau secondaire 100 mm Dimension des tubes secondaires sous le plateau secondaire 125 mm In a fluidized bed catalytic hydrogenation reactor, intended to be fed with a petroleum product, a double gate having the following characteristics and dimensions is used: Reactor temperature 400-455 C Reactor pressure 70-210 bar Inner diameter of the reactor reactor 3.65 m Vertical distance between the primary and the secondary grid plates 0.4 m Primary tube diameter 33 mm Diameter of the bubble bells 76 mm Length of the primary tubes under the primary plate 230 mm flow of the primary tubes 14 cm Diameter of the secondary tray flow tubes 100 mm Dimension of the secondary tubes under the secondary tray 125 mm
Z 553300Z553300
Section d'écoulement des tubes secondaires 17,4 cm Différence de pression entre le côté inférieur et le côté supérieur du plateau primaire 0,35-0, 56 bar Différence de pression entre le côté inférieur et le côté supérieur du plateau secondaire 0,07-0,21 bar La fluidisation des particules de catalyseur dans le réacteur est uniforme dans une plage étendue de débits d'écoulement de liquide et de gaz de l'espace d'entrée vers le haut Secondary tube flow section 17.4 cm Pressure difference between the lower and upper sides of the primary plate 0.35-0.56 bar Pressure difference between the lower side and the upper side of the secondary plate 0.07 -0.21 bar The fluidization of the catalyst particles in the reactor is uniform over a wide range of liquid and gas flow rates from the inlet to the top
jusque dans le lit du réacteur.into the reactor bed.
Bien que l'invention ait été décrite de manière générale et en référence à certains de ses modes de réalisation préférés, il va de soi que des modifications et des changements peuvent être apportés aux dispositifs décrits et que certains éléments peuvent Although the invention has been described generally and with reference to some of its preferred embodiments, it is self-evident that modifications and changes may be made to the described devices and that certain elements may
être utilisés sans d'autres, sans sortir de l'esprit et du cadre 15 de l'invention. be used without others, without departing from the spirit and scope of the invention.
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