FR2594548A1 - Procede et dispositif pour detecter des anomalies dans un lit fluidise et application aux reacteurs a lit fluidise de polymerisation d'alphaolefines en phase gazeuse - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour détecter des anomalies dans un lit fluidisé. Un dispositif selon l'invention pour détecter des anomalies de fonctionnement d'un réacteur 1, contenant un lit fluidisé 3, par exemple un réacteur de polymérisation catalytique d'alphaoléfines, comporte un ou plusieurs capteurs de pression différentielle 11, 12, 13 qui mesurent la différence de pression entre deux niveaux différents du réacteur, dont l'un au moins est dans le lit fluidisé. Il comporte, en outre, un ordinateur 27 qui reçoit les signaux analogiques délivrés par les capteurs et qui effectue une analyse spectrale de ceux-ci. L'apparition d'anomalies dans le lit fluidisé se traduit par l'apparition de pics de fréquences situés en dehors du spectre normal. Une application est la conduite des réacteurs de polymérisation des alpha-oléfines en lit fluidisé. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention a pour objet des procédés et des dispositifs pour

détecter des anomalies dans le fonctionnement d'appareils à lit fluidisé et leur application au -réacteurs d 'it

fluidisé de polymérisation d'alpha-oléfines en phase gazeuse.

Le secteur technique de l'invention est celui de la construction et de la conduite des installations utilisant des lits fluidisés.

On sait que les lits fluidisés sont constitués de particu-

les solides fines maintenues dans un courant gazeux ascendant dans

des conditions telles que l'ensemble des deux phases solide et ga-

zeuse présente des propriétés similaires à celles d'un fluide. Les

lits fluidisés sont utilisés dans de nombreuses applications in-

dustrielles dans lesquelles interviennent des échanges entre une

phase gazeuse et des particules solides.

Les procédés et dispositifs selon l'invention peuvent être appliqués dans toutes les installations industrielles comportant des appareils à lit fluidisé. Ces appareils sont dénommés réacteurs à

lit fluidisé lorsqu'ils sont le siège de réactions chimiques.

Une application très importante des lits fluidisés est la polymérisation ou la copolymérisation catalytique des alpha-oléfines en phase gazeuse et dans la suite de l'exposé, on se référera plus

particulièrement à cette application sans que ce choix ait un carac-

tère limitatif.

D'autres applications connues des lits fluidisés sont par exemple la gazéification du charbon, le craquage catalytique des

hydrocarbures, la cokéfaction du charbon, la granulation de substan-

ces solides pulvérulentes telles que des engrais, du ciment, de la

chaux, des substances minérales ou organiques etc....

La conduite d'un appareil à lit fluidisé exige que l'on puisse contr6ler en permanence l'état du lit fluidisé pour détecter

des anomalies afin d'éviter des incidents de fonctionnement.

Dans le cas particulier d'un réacteur à lit fluidisé utili-

sé pour la polymérisation ou la copolymérisation des alpha-oléfines,

il est très important d'éviter la formation d'amas de particules col-

lantes de polymère qui s'agglomèrent entre elles. En effet, dès qu'ils se forment, de tels amas font obstacle à la circulation des gaz et

perturbent l'équilibre hydrodynamique du lit en modifiant la granu-

lométrie de celui-ci. En raison de la faible conductibilité

thermique des polymères, la formation de ces amas entraîne des dé-

fauts de refroidissement d'o des surchauffes locales qui entraî-

nent à leur tour un ramollissement des particules de polymère, de sorte que la formation d'amas risque de se propager très rapidement dans tout le lit fluidisé en donnant naissance à des agglomérats ou à des nodules solides, qui sédimentent à travers le lit fluidisé, qui se retrouvent sur la grille de fluidisatidn et qui peuvent nécessiter l'arrêt du réacteur. Ces particules collantes peuvent

également se déposer contre les parois du réacteur ou contre la gril-

le de fluidisation en bouchant partiellement celle-ci.

D'autres anomalies peuvent apparattre dans un lit fluidisé par suite d'une diminution de la taille des particules solides due par exemple àl'éclatement ou à l'érosion de celles-ci. Dans ce cas, les particules plus fines peuvent être entraînées hors du réacteur

et boucher partiellement ou totalement les conduites et les appa-

reils de séparation gaz-solide, tels que des cyclones ou des filtres disposés dans la boucle de recyclage des gaz. De telles anomalies

entraînent également l'arrêt de l'installation.

Un objectif de la présente invention est de procurer des

moyens qui permettent de détecter dans un lit fluidisé des modifica-

tions des caractéristiques hydrodynamiques du lit fluidisé qui ris-

quent d'entra!ner des perturbations, incompatibles avec le procédé ou avec un bon fonctionnement des appareils, pouvant conduire à

un arrêt des installations.

Un autre objectif de la présente invention est de procurer

des moyens qui permettent de détecter des anomalies dans le fonc-

tionnement du lit fluidisé, suffisamment tôt pour pouvoir y porter

remède et éviter l'arrêt de l'installation.

Dans le cas particulier d'un réacteur de polymérisation ou de copolymérisation d'alpha-oléfines en lit fluidisé, cet objectif

consiste à procurer des moyens permettant notamment de détecter suf-

fisamment tôt la formation d'agglomérats ou de nodules solides dans

le lit fluidisé afin d'éviter la fusion locale du polymère.

A ce jour, la détection de la présence d'agglomérats ou de nodules solides dans un lit fluidisé reste un problème mal résolu.

La solution consistant à équiper un appareil à lit flui-

disé de fenêtres transparentes permettant de voir le lit, n'est pas

valable car ces fenêtres ne permettent de voir que des zones superfi-

cielles et elles se recouvrent rapidement de dépôts qui les rendent opaques. La demande de brevet européen 81.302516.0 (Union Carbide Corp.) décrit des méthodes consistant à disposer une source radio- active à l'intérieur du lit fluidisé et des détecteurs de radiations

à la périphérie du réacteur.

Ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter l'utilisa-

tion d'une source radioactive d'o des sujétions de sécurité. Par ailleurs, il nécessite la présence d'une source radioactive à l'intérieur du lit fluidisé qui perturbe l'écoulement du gaz. Enfin, ce procédé intervient à posteriori puisqu'il détecte la présence d'agglomérats ou de nodules solides qui se sont déjà formés et qui sont descendus jusqu'au niveau de la grille de fluidisation o se

situent généralement la source et les détecteurs.

Les appareils à lit fluidisé sont généralement équipés de capteurs de température et de capteurs de pression ou de pression différentielle et ces capteurs alertent le personnel de conduite du réacteur lorsqu'ils détectent des variations de température ou de pression qui montrent que les paramètres physiques du lit fluidisé varient mais les indications données par ces appareils ne sont pas des indices suffisantes pour détecter avec certitude la présence

d'agglomérats ou de nodules solides dans un lit fluidisé, ni la pré-

sence de particules collantes pouvant conduire à la formation

d'agglomérats ou de nodules.

Des études théoriques sur la physique des lits fluidisés

montrent que certains paramètres physiques présentent des fluctua-

tions. Si on mesure la différence de pression entre deux points d'un lit fluidisé situés à deux niveaux différents, on constate qẻ

cette pression différentielle oscille autour d'une valeur moyenne.

Cette pression différentielle est la somme d'une pression de type hydrostatique qui dépend de la hauteur et de la densité du fluide contenu dans la colonne séparant les deux points de mesure et d'une chute de pression de type perte de charge qui dépend des paramètres de lécoulement dynamique (viscosité, vitesse, nombre de Reynolds,

taille et fréquence des bulles).

On conçoit donc que tout changement intervenant dans la

composition ou la structure du lit fluidisé entraîne des modifica-

tions de la pression différentielle mesurée entre deux points fixes d'un lit fluidisé et qu'une mesure de pression différentielle peut

servir à indiquer des modifications d'un lit fluidisé.

Une simple lecture de la pression différentielle ne permet pas de déceler de façon fiable l'apparition d'une anomalie car les fluctuations de la pression en résultant sont rapides et l'amplitude de ces fluctuations est supérieure aux modifications de la valeur moyenne dues à des anomalies, de sorte que ces modifications sont

masquées par les fluctuations.

Le comportement hydrodynamique des lits fluidisés a déjà fait l'objet de travaux de caractère scientifique. Dans ces travaux, on a notamment appliqué à des mesures de pression différentielles d'analyse

prises entre deux niveaux d'un lit fluidisé, les techniques'spectra-

le des signaux oscillants afin de déterminer le spectre des fré-

quences contenues dans ces signaux et de déterminer l'influence de divers paramètres physiques sur le fonctionnement des lits fluidisés. On sait que des signaux oscillants peuvent être décomposés

en une somme de signaux périodiques de fréquence déterminée.

Il existe une méthode mathématique connue sous le nom de

transformation de Fourier qui permet d'analyser la structure pério-

dique d'un signal oscillant afin d'obtenir un spectre de fréquence

dudit signal, c'est-à-dire un graphique sur lequel on porte en abscis-

ses les fréquences et en ordonnées les amplitudes maxima des compo-

santes du signal correspondant aux diverses fréquences contenues

dans ce signal.

Sans entrer dans le détail mathématique de cette méthode, on rappelle seulement que la transformation de Fourier F d'un signal variable ft consiste à calculer pour chaque pulsation X une valeur complexe: Fw = 0T ft e - J Wtdt, I étant le signe d'intégration, j étant le nombre imaginaire /-J et w = 2rf, f

étant la fréquence.

On calcule également un spectre dit d'autocorrélation qui

est le produit de chaque valeur complexe F par sa valeur conju-

guée F de sorte que la valeur obtenue est égale au carré du module de la valeur complexe F. wOn peut calculer galement un spectr crois dit spectre On peut calculer également un spectre croisé dit spectre d'intercorrélation en multipliant chaque valeur complexe F par

la valeur complexe conjuguée G obtenue en appliquant une trans-

formation de Fourier. à un deuxième signal mesuré simultanément en

un autre point.

Le spectre d'autocorrélation permet d'apprécier la pério- dicité du signal; le spectre d'intercorrélation permet d'éliminer des signaux parasites qui ne présentent aucune corrélation entre

eux,notamment des bruits aléatoires.

La transformation de Fourier ainsi que les calculs des

spectres d'autocorrélation ou d'intercorrélation exigent de nom-

breuses opérations qui sont réalisées dans un ordinateur qui est

programmé pour effectuer les calculs nécessaires.

Un article de N. SADASIVAN, D. BARRETEAU et C. LAGUERIE, paru dans POWDER TECHNOLOGY 26 (1980) - Pages 67 à 74, intitulé: "Etudes sur la fréquence et l'amplitude des fluctuations de la chute de pression dans les lits fluidisés gaz-solides", montre que dans

des conditions normales de fonctionnement des appareils à lit flui-

disé, la fréquence caractéristique des fluctuations de la pression

différentielle diminue lorsque le diamètre moyen des particules soli-

des augmente.

En appliquant les méthodes d'analyse spectrale à des si-

gnaux de pression différentielle délivrés par des capteurs diffé-

rentiels, reliés à deux prises de pression, situées à deux niveaux différents d'un réacteur à lit fluidisé, les auteurs de l'invention

ont découvert qu'en régime de fonctionnement normal, le spectre d'au-

tocorrélation d'un signal ou le spectre d'intercorrélation de deux signaux simultanés sont des spectres continus qui se situent dans une

plage de basses fréquences qui varie selon les dimensions du réac-

teur, la nature du lit fluidisé et la fréquence des bulles.

Par contre, lorsque le régime de fonctionnement du lit fluidisé est perturbé par l'apparition d'anomalies telles que des agglomérats, les spectres obtenus par l'analyse des signaux de pression différentielle présentent une deuxième plage ou massif qui est séparée du spectre continu antérieur et qui est décalée vers les hautes fréquences. L'observation de l'existence d'un spectre

secondaire détaché du spectre principal dans des signaux de pres-

sion différentielle en corrélation avec l'apparition d'anomalies dans un lit fluidisé, n'a pas été signalée et constitue une

observation inattendue.

Les procédés et dispositifs selon la présente invention sont des applications industrielles de l'observation mentionnée ci-dessus. Un procédé selon l'invention, pour détecter des anomalies

dans un lit fluidisé contenu dans une enceinte, comporte les opéra-

tions suivantes: - on capte la pression dans ladite enceinte à au moins deux niveaux dont l'un au moins est dans ledit lit fluidisé et on mesure la différence de pression entre ces niveaux au moyen d'un

capteur de pression différentielle qui délivre un signal analo-

gique; - on détermine le spectre normal des fréquences contenues dans ledit signal pendant un fonctionnement du lit fluidisé en régime normal;

- et on détecte l'apparition dans ledit signal de fré-

quences situées hors dudit spectre normal qui correspondent à la

présence d'anomalies dans ledit lit fluidisé.

Avantageusement, la détection des fréquences situées hors du spectre normal est réalisée au moyen de filtres qui arrâtent

toutes les fréquences situées dans le spectre normal.

Selon un mode de réalisation préférentiel, on mesure la différence de pression entre deux niveaux dont l'un est situé dans le lit fluidisé immédiatement au-dessus de la grille de fluidisation

et l'autre est situé au-dessus du premier, à l'intérieur ou à l'ex-

térieur du lit fluidisé.

Avantageusement, la distance entre les deux niveaux est

comprise entre 1 et 4 m et, de préférence, entre 1,5 et 3m.

Un dispositif selon l'invention, pour détecter des anomalies

dans un lit fluidisé contenu dans une enceinte comporte un ou plu-

sieurs capteurs de pression différentielle qui mesurent la différence

de pression entre deux prises de pression pénétrant dans ladite en-

ceinte à au moins deux niveaux différents, dont l'un au moins est

dans ledit lit fluidisé, des moyens pour traiter les signaux analo-

giques délivrés par lesdits capteurs de pression différentielle afin de déterminer la bande normale des fréquences contenues dans chaque signal en régime normal de fonctionnement dudit lit fluidisé et des moyens pour détecter l'apparition de fréquences situées en dehors

de ladite bande normale, lesquelles indiquent la présence d'ano-

malies de fonctionnement dudit lit fluidisé.

Selon un mode de réalisation préférentiel, chaque capteur de pression différentielle comporte deux petits tubes de prise de pression qui pénètrent dans ladite enceinte à deux niveaux diffé- rents et dont les extrémités sont équipées d'un filtre poreux en métal ou en céramique frittée, lesquels tubes sont connectés sur un transducteur différentiel piézo-électrique et chaque capteur comporte,

en outre, une canalisation de gaz de balayage neutre qui est connec-

tée sur chaque tube de prise de pression en aval dudit filtre.

Selon un mode de réalisation particulier, les moyens pour traiter les signaux analogiques en vue de déterminer le spectre normal des fréquences et l'apparition de fréquences situées en dehors dudit spectre normal, comportent un ordinateur qui est programmé pour échantillonner les signaux, pour calculer leur valeur moyenne, pour calculer les écarts entre les valeurs instantanées et ladite valeur, pour effectuer une transformation de Fourier sur lesdits écarts, pour calculer des spectres d'autocorrélation et/ou d'intercorrélation et

pour afficher ceux-ci.

Une fois que l'analyse par transformation de Fourier a été faite et a permis de détecter le spectre normal et les fréquences qui sont situées en dehors dudit spectre et qui sont caractéristiques des anomalies, un dispositif selon l'invention peut comporter tout moyen d'analyse ou de filtrage capable de distinguer ces fréquences du bruit de fond. Les moyens d'analyse par transformée de

Fourier constituent des moyens particuliers de détection des fré-

quences situées hors du spectre normal qui peuvent être remplacés

par d'autres moyens équivalents.

L'invention a pour résultat de nouveaux moyens permettant de détecter des anomalies de fonctionnement dans les appareils à lit fluidisé dès que celles-ci apparaissent et qui permettent donc

de prévenir des anomalies plus graves et d'éviter des arrêts acci-

dentels d'un appareil à lit fluidisé.

Dans le cas particulier des réacteurs de polymérisation ou de copolymérisation catalytique des alpha-oléfines en lit fluidisé, les procédés et dispositifs selon l'invention permettent de déceler, dès leur apparition et de façon très fiable, des modifications de l'état physique des particules du lit fluidisé, notamment la formation d'agglomérats qui conduiraient rapidement à la formation de nodules solides dans le lit fluidisé ou de dépôts accrochés aux

parois ou à la grille de fluidisation.

Des essais systématiques ont été réalisés sur un réacteur pilote. Au cours de ces essais, on a calculé et affiché le spectre

d'autocorrélation d'un signal de pression différentielle mesure en-

tre un niveau situé légèrement au-dessus de la grille de fludisation

et un niveau situé au-dessus du lit fluidisé.

Ces essais ont montré qu'en régime de fonctionnnement nor-

mal stabilisé, le spectre obtenu contenait uniquement des fréquences

inférieures à 2 Hz et que chaque fois que des incidents de fluidisa-

tion se produisaient, il apparaissait des pics de fréquence très nets dans une bande comprise entre 5 Hz et 13 Hz, donc nettement

en dehors du spectre normal.

Le procédé d'analyse spectrale par transformation de Fourier des signaux de pression différentielle permet d'effectuer

un étalonnage préalable sur n'importe quel lit fluidisé pour déter-

miner le spectre normal de fréquences, c'est-à-dire le spectre en régime de fonctionnement normal, lequel varie avec la nature du lit

fluidisé.

Une fois le spectre normal connu, il suffit de détecter l'apparition de fréquences situées hors du spectre normal, ce qui peut être réalisé par tout moyen d'analyse de filtrage capable de distinguer du bruit de fond, les fréquences caractéristiques de la présence d'anomalies par exemple par analyse spectrale avec

transformation de Fourier ou par tout autre moyen équivalent.

Si on a observé par exemple que le spectre normal est com-

posé de basses fréquences comprises entre 0 et 3Hz et que des anoma-

lies de fonctionnement se traduisaient par des fréquences comprises entre 5 Hz et 10 Hz, il suffit d'isoler la bande passante comprise

entre 5 Hz et 10 Hz et de détecter l'apparition d'un signal à l'in-

térieur de cette bande passante.

Les spectres ainsi obtenus peuvent être projetés sur un écran, être enregistrés et/ou être introduits dans le dispositif

de régulation de l'appareil à lit fluidisé.

L'apparition d'un spectre anormal peut ainsi être détectée visuellement, déclencher une alarme et/ou déclencher des moyens automatiques de correction des conditions de fonctionnnement de

l'appareil à lit fluidisé.

Dans le cas de ces réacteurs de polymérisation ou de copolymérisation des alpha-oléfines, les moyens de correction

peuvent consister en une diminution de la température de fluidisa-

tion, une réduction du débit d'introduction du catalyseur et/ou en tout autre modification des paramètres physicochimiques influant

sur la polymérisation ou la copolymérisation des alpha-oléfines.

La description suivante se réfère aux dessins annexés qui

représentent, sans aucun caractère limitatif, des exemples de mise

en oeuvre de l'invention.

La figure 1 est une représentation schématique d'un réac-

teur de polymérisation ou de copolymérisation catalytique en lit

fluidisé d'oléfines équipé d'un dispositif selon l'invention.

La figure 2 est une représentation schématique du même

type de réacteur équipé d'un deuxième dispositif selon l'invention.

La figure 3 est un graphique représentant le spectre d'autocorrélation de la pression différentielle d'un lit fluidisé

en régime de fonctionnement normal.

La figure 4 est un graphique représentant le spectre d'autocorrélation de la pression différentielle d'un lit fluidisé

en régime de fonctionnement perturbé.

La figure 5 est une vue d'un mode de réalisation préféren-

tiel de l'installation d'un capteur de pression différentielle.

Les figures 1 et 2 représentent schématiquement les élé-

ments essentiels d'un réacteur utilisé pour produire par catalyse en lit fluidisé des polymères ou des copolymères d'alpha-oléfines. Ce type de réacteur est bien connu et il n'est pas nécessaire de le décrire en détail. On rappelle que le réacteur 1 est un cylindre en acier comportant, à son sommet, une partie cylindroconique 2 de section.plus large appelée zone de désengagement, dans laquelle la vitesse ascensionnelle du gaz est réduite, ce qui permet que les particules de polyoléfines entraînées par le gaz retombent dans le lit fluidisé. Le réacteur 1 contient un lit 3 de particules de polyoléfines en cours de polymérisation qui sont maintenues à l'état de lit fluidisé par un courant ascensionnel de gaz qui est introduit à la base du réacteur à travers une grille de fluidisation 4. Le réacteur comporte une boucle 5 de recyclage des gaz sortant en haut du réacteur. Ces gaz qui sont chauds à cause des calories dégagées par les réactions de polymérisation passent à travers un échangeur refroidisseur 6 et sont aspirés par un surpresseur 7

qui les refoule sous la grille de fluidisation 4. Le réacteur com-

porte une arrivée 8 de gaz à polymériser, une sortie 9 de polymère et une arrivée 10 de catalyseur. La bonne marche d'un

réacteur de ce type exige que le lit fluidisé 3 reste stable.

La figure 1 représente un réacteur qui est équipé de trois capteurs de pression différentielle 11, 12 et 13 qui sont couplés, c'est-à-dire que deux capteurs ont une prise de pression commune. Ainsi les capteurs il et 12 ont une prise de pression commune située dans le lit fluidisé et les capteurs 11 et 13 ont une prise de pression commune située légèrement audessus de la

grille 4.

La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation d'un dispositif similaire comportant trois capteurs de pression différentielle 14, 15 et 16 qui sont disposés en mode découplé,

les prises de pression des différents capteurs étant indépendantes.

On voit sur les figures 1 et 2 que tous les capteurs de pression différentielle ont au moins une prise de pression située à l'intérieur du lit fluidisé 3, la deuxième prise pouvant être

également dans le lit fluidisé ou bien au-dessus de celui-ci.

On a représenté sur les figures 1 et 2, une unité de

traitement des signaux 27, 28, sur laquelle les capteurs de pres-

sion différentielle 11, 12, 13 ou 14, 15 et 16 sont connectés Les unités 27 et 28 peuvent être constituées par un ordinateur,

par exemple par l'ordinateur de procédé qui contrôle le fonction-

nement du réacteur ou par un ordinateur indépendant.

Dans tous les cas, l'unité de traitement 27 ou 28 com-

porte des circuits d'interface parmi lesquels un échantillonneur qui prélève périodiquement à très grande fréquence, un échantillon sur chaque signal analogique et qui le convertit en une valeur numérique

qui est mise en mémoire.

L'unité de traitement comporte une unité centrale de calcul qui calcule la valeur moyenne ft de chaque signal ft et qui retranche cette valeur moyenne de la valeur instantanée, de

sorte que la différence f = ft - 7 est un signal qui oscille au-

t

tour de zéro.

L'unité de calcul est programmée pour effectuer une l1 transformation de Fourier (FFT) sur les valeurs ft, laquelle aboutit à des valeurs numériques d'une fonction complexe F qui

varient avec la pulsation a, c'est-à-dire avec la fréquence f.

L'unité de calcul est programmée pour calculer soit un spectre d'autocorrélation F. =.J -2 soit un spectre d'intercor- rélation F.G* rélation FG entre les transformées de Fourier de deux signaux

mesurés simultanément.

Cette analyse spectrale a montré que lorsqu'un lit fluidisé fonctionne en régime stabilisé, c'est-à-dire dans les conditions de fonctionnement normales, le spectre d'autocorrélation du signal délivré par chaque capteur de pression différentielle se présente sous la forme d'un spectre continu situé dans une plage de basses fréquences qui sont inférieures à 3 Hz et, généralement à 2 Hz, les

amplitudes du signal allant en décroissant vers les hautes fréquences.

La figure 3 représente un signal d'autocorrélation obtenu sur un signal mesuré par un des capteurs 13 ou 14, c'est-à-dire un

signal correspondant à la différence de pression entre un point si-

tué immédiatement au-dessus de la grille de fluidisation et un point situé au-dessus du niveau du lit fluidisé. La figure 3 représente en abscisses, les fréquences comprises entre O et 7 Hz et en ordonnées, les amplitudes calculées correspondant aux fréquences présentes dans le signal. On voit que ces fréquences sont inférieures à 2 Hz, que les amplitudes des fréquences supérieures à 1,3 Hz sont très faibles et

que le spectre des fréquences en fonctionnement normal est pratique-

ment continu entre O et 2 Hz.

La figure 4 représente le spectre d'autocorrélation du signal délivré par un capteur de pression différentielle lorsque des anomalies se produisent dans le lit fluidisé. On voit que ce spectre présente des fréquences qui se situent autour de 5 Hz, c'est-à-dire nettement en dehors du spectre normal. Tous les essais effectués ont montré le mime phénomène dans le cas o l'une des deux

prises de pression se trouve à l'intérieur du lit fluidisé. Les fré-

quences qui apparaissent en corrélation avec des anomalies sont supé-

rieures à 3 Hz et généralement comprises entre 4 et 15 Hz.

L'apparition de ces fréquences supérieures aux fréquences du spectre normal se produit lorsque les particules du lit fluidisé commencent à s'agglomérer entre elles en formant des agglomérats ou lorsque des particules relativement collantes se déposent sur la grille de fluidisation en formant une couche de poudre non fluidisée

qui bouche partiellement la grille de fluidisation.

Il a été également constaté que l'apparition dans le si-

gnal de fréquences plus élevées que les fréquences obtenues en fonc-

tionnement normal précède généralement l'apparition d'anomalies de fluidisation plus graves telles que des agglomérats ou des nodules

de dimensions telles ou en quantités telles qu'elles sont suscepti-

bles d'entraîner l'arrêt du réacteur. Il suffit donc d'étalonner d'abord l'appareil pour déterminer le spectre de fréquences normal, c'est-à-dire la bande de fréquences que l'on trouve dans un signal analogique de pression différentielle lorsque le lit fluidisé est en régime normal puis de détecter l'apparition et le maintien de fréquences nettement plus élevées pour être prévenu à l'avance d'un dérèglement du lit fluidisé, ce qui permet de prendre desmesures pour

éviter que ce dérèglement ne s'étende et qu'il ne perturbe le fonc-

tionnement de l'appareil à lit fluidisé. La figure 5 représente une coupe verticale partielle du réacteur 1

contenant le lit fluidisé 3 placé au-dessus de la

*grille de fluidisation 4.

On a représenté sur cette figure un mode de réalisation préférentiel d'un dispositif selon l'invention. Celui-ci comporte deux petits tubes en acier inoxydable 17, 18 qui traversent la paroi du réacteur à deux niveaux différents, sur une même génératrice du réacteur et qui pénètrent horizontalement dans le lit fluidisé 3

sur une profondeur d'au moins cinq centimètres.

Chaque tube est équipé à son extrémité, d'une plaque po-

reuse 17a, 18a en métal ou en céramique frittés dont les pores ont un diamètre d'au moins 30 microns, de sorte que la pression se transmet à travers les pores et que les particules de polyoléfines

ne peuvent pas pénétrer dans les tubes.

En variante, les plaques 17a, 18a fixées aux extrémités des tubes pourraient être remplacées par des bouchons poreux en

métal ou en céramique frittés placés à l'intérieur des tubes.

Les deux tubes 17 et 18 sont connectés à un capteur élec-

tronique de pression différentielle 19, de tout type connu.

Le capteur 19 est par exemple un capteur différentiel piézo-électrique comportant une membrane déformable 20 sur les deux faces de laquelle les deux pressions s'exercent et un transducteur piézo-électrique 21 situé entre deux électrodes qui sont reliées à deux conducteurs 22 qui véhiculent le signal électrique. La mem- brane comprime l'élément piézoélectrique et celui-ci transforme

les oscillations de pression en une tension électrique qui représen-

te analogiquement la pression différentielle.

Afin d'éviter l'encrassement des plaques poreuses 17a, 18a, les deux tubes 17 et 18 sont connectés sur une petite canalisation 23 qui permet de faire circuler dans les tubes de manière continu ou discontinu, un faible débit de gaz de balayage neutre, par exemple

d'azote, qui s'écoule à travers les plaques poreuses et évite l'en-

crassement des pores de celle-ci.

Les pertes de charge dues à la circulation du gaz neutre à

travers les deux plaques sont égales, de sorte que la pression dif-

férentielle n'est pas modifiée par cette circulation de gaz de balayage. Les conducteurs électriques 22 sont connectés à une

unité 24 de traitement du signal.

L'unité 24 est composé de tout moyen capable de distinguer

du bruit de fond les fréquences caractéristiques de la présence d'a-

nomalies. Par exemple l'unité 24 comporte une unité d'interface comportant un convertisseur analogique à numérique qui reçoit le signal délivré par le transducteur piézo-électrique 21 et qui

l'échantillonne. L'unité 24 comporte un ordinateur qui est program-

mé pour calculer la valeur moyenne des signaux numériques et les

écarts entre les valeurs instantanées de ces signaux et ladite va-

leur moyenne, pour effectuer une transformée de Fourier sur ces

écarts, pour calculer un spectre d'autocorrélation ou d'intercorré-

lation et pour détecter dans ces spectres la présence des fréquences qui sont situées hors du spectre normal et qui sont caractéristiques d'anomalies.

Bien que les dessins et la description se réfèrent à des

exemples d'applications sur des réacteurs de polymérisation cata-

lytique en lit fluidisé, il est précisé que ces exemples ne sont pas limitatifs.

Les procédés et dispositifs selon l'inveniton sont applica-

bles à tous les appareils comportant un lit fluidisé. Il suffit dans chaque application de commencer par une phase d'étalonnage au

cours de laquelle on établit le spectre de fréquences nornal,c'est-à-

dire la bande de fréquences regroupant toutes les fréquences conte-

nues dans un signal de pression différentielle, lorsque le lit flui-

disé est dans des conditions de fonctionnement stable. Une fois cet étalonnage effectué pour un lit fluidisé de nature déterminée, il suffit de détecter par tout moyen connu, soit analogique, soit par traitement numérique, l'apparition de pics de fréquence situés en dehors du spectre normal et cette détection constitue un indicateur

très fiable de l'apparition d'anomalies dans le lit fluidisé.

Les exemples non limitatifs suivants illustrent la présen-

te invention.

EXEMPLE 1.

a) Préparation du solide catalytique.

Dans un réacteur de 5 litres en acier inoxydable, muni d'un

système d'agitation tournant à 750 tours par minute et d'un disposi-

tif de chauffage et de refroidissement, on introduit sous atmosphère d'azote, à 20 C,successivement 2 litres de n-hexane, 3,5 g d'iode et 38,8 g de magnésium en poudre. On chauffe le mélange réactionnel à

C et on y introduit tout d'abord rapidement 38,7 g de tétrachlo-

rure de titane et 67 g de titanate de n-propyle, puis lentement en

4 heures 232 g de chlorure de n-butyle. Au bout de ce temps, le mé-

lange est maintenu pendant 2 heures sous agitation à 80 C et l'on

obtient le solide catalytique (A) en suspension dans le n-hexane.

L'analyse du solide catalytique (A) montre qu'il contient par atomegramme de titane: 0,9 atome-gramme de titane trivalent; 0,1 atome-gramme de titane tétravalent; 3,7 atome-grammes de magnésium et 8,5 atomegrammes de chlore, et que la composition du solide catalytique (A) correspond à la formule générale:

Mg3 7Ti (0C3H7)2C18,5.

b) Préparation d'un prépolymère.

Dans un réacteur de 5 litres en acier inoxydable, muni d'un système d'agitation tournant à 750 tours par minute et d'un dispositif de chauffage et de refroidissement, on introduit sous azote 3 litres de nhexane que l'on chauffe à 70 C, 16,5 millilitres d'une solution molaire de tri-n-octylaluminium (TnOA) dans le n-hexane et une quantité du solide catalytique (A) contenant 12 milliatomé-grammes de titane. On introduit, ensuite, une quantité d'hydrogène correspondant à une pression partielle de 0,05 PAa,

puis de l'éthylène suivant un débit de 160 g/h pendant 3 heures.

le prépolymère obtenu (B) est ensuite séché sous atmosphère

d'azote. Il contient 0,025 milliatome-gramme de titane par gramme.

(c) Polymérisation de l'éthylène.

Dans un réacteur à lit fluidisé en acier ayant une partie cylindrique verticale de 6 m de hauteur et de 0,9 m de diamètre,

surmontée d'un bulbe de tranquillisation et muni à sa partie infé-

rieure d'une grille de fluidisation, on réalise une polymérisation catalytique en phase gazeuse d'éthylène à 90 C, sous une pression totale de 1,8 MPa, à l'aide d'un courant gazeux ascendant, animé d'une vitesse de 45 cm/s et constitué d'hydrogène, d'éthylène et d'azote sous les pressions partielles suivantes: PP hydrogène = 0,6 MPa PP éthylène = 0,8 MPa

PP azote = 0,4 MPa.

On introduit dans le réacteur à titre de poudre charge pour démarrer l'opération 270 Kg de polyéthylène dont les particules ont un diamètre moyen de 650 microns et une masse volumique apparente

au repos de 0,42 g/cm3.

Dans le réacteur, on introduit périodiquement toutes les minutes, 96 g du prépolymère (B). Par un soutirage périodique, on recueille 90 Kg/h de poudre de polyéthylène tout en maintenant

constante la hauteur du lit fluidisé.

On mesure la différence de pression entre le niveau infé-

rieur du lit fluidisé en un point situé quelques centimères au-

dessus de la grille de fluidisation et un point situé au-dessus du niveau supérieur du lit fluidisé, dans le bulbe du réacteur. La différence de pression est mesurée au moyen de sondes reliées à un capteur piézoélectrique qui délivre un signal électrique qui est une tension qui représente analogiquement les variations de la pression différentielle. On traite ce signal dans une unité de calcul qui est programmée pour échantillonner le signal à grande fréquence, en le convertissant en valeurs numériques, pour calculer la moyenne

de ces valeurs, pour soustraire cette moyenne des valeurs instanta-

nées, pour effectuer une transformation de Fourier sur les diffé-

rences obtenues, pour calculer les valeurs du spectre d'autocorré-

lation et pour afficher ce spectre. On échantillonne et on traite le signal délivré après heures de polymérisation, alors que le lit fluidisé est en régime de fonctionnement stable. On obtient le spectre d'autocorrélation, qui montre que le signal analogique est un mélange de plusieurs signaux dont les fréquences sont toutes inférieures à 2 Hz. On arrête

le réacteur, on le dégage et on le vide de la poudre de copolymère.

En observant cette poudre et le réacteur, on constate que la poudre est constituée de granulés séparés et qu'elle est totalement

dénuée d'agglomérats. Le réacteur, y compris la grille de fluidisa-

tion sont entièrement dénués de dép6t.

EXEMPLE NO. 2.

Dans le même réacteur, on réalise une copolymérisation en phase gazeuse de l'éthylène et du méthyl-4-pentène-1 à 80 C, sous

une pression totale de 1,1 MPa à l'aide d'un courant gazeux ascen-

dant, animé d'une vitesse de 45 cm/s, qui est composé d'hydrogène, d'éthylène, de méthyl-4-pentène-1 et d'azote sous les pressions partielles suivantes: PP hydrogène - 0,14 MPa PP éthylène - 0,64 MPa PP 4méthylpentène-1 = 0,18 MPa

PP azote = 0,64 MPa.

On introduit dans le réacteur, à titre de poudre charge pour démarrer l'opération, 270 Kg d'une poudre de copolymère d'éthylène et de méthyl-4pentène 1, ayant une teneur pondérale en motifs dérivés du méthyl-4pentène-1 de 11 %, une densité de 0,915 ( à 20 C), une masse volumique apparente au repos de 0,28 g/cm3, une teneur pondérale en copolymère soluble dans le n-hexane à 50 C de 4%, cette poudre étant constituée de particules de diamètre moyen

en masse de 720 microns.

Dans le réacteur, on introduit périodiquement toutes les minutes 96 g du prépolymère (B) et on recueille séquentiellement

Kg/heure d'une poudre d'un copolymère d'éthylène et de méthyl-4-

pentène -1 tout en maintenant constante la hauteur du lit fluidisé.

Le réacteur est équipé d'un capteur de pression différen-

tielle et d'une unité de calcul, identiques à ceux décrits dans l'exemple NO. 1, l'unité de calcul étant programmée pour effectuer

les mêmes opérations que dans l'exemple NO. 1.

Après 5 heures de copolymérisation, on échantillonne, comme précédemment, le signal analogique délivré par le capteur de pression différentielle et on établit le spectre d'autocorrélation du signal qui est le spectre représenté sur la figure 4. Ce spectre montre que le signal contient, en plus des signaux dont la fréquence se situe entre 0 et 2 Hz, de nouveaux signaux dont la fréquence est voisine de 10 Hz, donc très différente des fréquences du spectre normal. On arrête le réacteur, on le dégaze et on le vide de la poudre de copolymère. En observant cette poudre et le réacteur, on constate que la poudre est collante et qu'elle a formé au- dessus de la grille de fluidisation une couche de 0,2 cm d'épaisseur composée d'une poudre compacte, non fludisable, qui adhère à la grille et qui bouche partiellement les trous de celle-ci. On observe

également la présence dans la poudre de copolymère de nodules agglo-

mérés ayant environ 3 cm de diamètre. Si le réacteur avait continué à fonctionner dans ces conditions, ces nodules auraient grossi et

il aurait fallu arrêter le réacteur.

Claims (9)

R E V E N D I C A T I ONS

1. Procédé pour détecter des anomalies dans un lit fluidisé contenu dans une enceinte, caractérisé par la suite d'opérations suivantes: - on capte la pression dans ladite enceinte à au moins deux niveaux dont l'un au moins est dans ledit lit fluidisé et on mesure la différence de pression entre ces niveaux au moyen d'un capteur de pression différentielle qui délivre un signal analogique; - on détermine le spectre normal des fréquences contenues dans ledit signal pendant un fonctionnement du lit fluidisé en régime normal;

- et on détecte l'apparition dans ledit signal de fréquen-

ces situées hors dudit spectre normal qui correspondent à la présence

d'anomalies dans ledit lit fluidisé.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection de fréquences situées hors du spectre normal est réalisée au moyen de filtres qui arr tent toutes les fréquences

situées dans le spectre normal.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

et 2, caractérisé en ce que l'on mesure la différence de pression

entre deux niveaux dont le premier est situé dans là lit fluidisé immé-

diatement au-dessus de la grille de fluidisation et le deuxième

au-dessus du premier.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce

que le deuxième niveau est situé au-dessus du lit fluidisé.

5. Dispositif pour détecter des anomalies dans un lit fluidisé contenu dans une enceinte, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs capteurs de pressions différentielles qui mesurent la différence de pression entre deux prises de pression pénétrant dans ladite enceinte à au moins deux niveaux différents dont l'un au moins est dans ledit lit fluidisé, des moyens pour traiter les

signaux analogiques délivrés par lesdits capteurs de pression dif-

férentielle afin de déterminer la bande normale des fréquences contenues dans chaque signal en régime normal de fonctionnement dudit lit fluidisé et des moyens pour détecter l'apparition de fréquences situées en dehors de ladite bande normale, lesquelles indiquent la présence d'anomalies de fonctionnement dudit lit fluidisé.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque capteur de pression différentielle comporte deux petits tubes de prise de pression (17, 18) qui pénètrent dans ladite enceinte (1) à deux niveaux différents et dont les extrémités sont équipées d'un filtre poreux en métal ou en cérami-

que frittée (17a, 18a), lesquels tubes sont connectés sur un trans-

ducteur différentiel piézo-électrique (19) et chaque capteur comporte, en outre, une canalisation (27) de gaz de balayage neutre qui est connectée sur chaque tube de prise de pression (17, 18) entre ledit

transducteur (19) et chacun desdits filtres (17a, 18a).

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications

et 6, caractérisé en ce que lesdits moyens pour détecter l'appa- rition de fréquences qui sont situées en dehors du spectre normal

et qui sont caractéristiques de la présence d'anomalies de fonction-

nement, sont constitués par tout moyen d'analyse ou de filtrage

capable de distinguer ces fréquences du bruit de fond.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications

à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens pour traiter les signaux analogiques délivrés par lesdits capteurs de pression différentielle, comporte un convertisseur analogique à numérique qui échantillonne lesdits signaux analogiques et un ordinateur qui est programmé pour calculer la valeur moyenne f(t) desdits signaux, pour calculer l'écart f(t) entre les valeurs instantanées f(t) et ladite valeur

moyenne f(t), pour effectuer une transformation de Fourier sur les-

dits écarts f(t) pour calculer des spectres d'autocorrélation et/ou d'intercorrélation et des moyens pour détecter dans ces spectres la présence de fréquences qui sont situées hors du spectre normal et

qui sont caractéristiques de la présence d'anomalies.

9. Application du procédé et du dispositif décrits dans

les revendications 1 à 8 à la détection d'anomalies dans le fonc-

tionnement de réacteurs à lit fluidisé pour la polymérisation ou la copolymérisation catalytique d'alpha-oléfines en phase gazeuse.