FR2705252A1 - Procédé d'introduction d'un solide dans un réacteur et appareillage. - Google Patents

Procédé d'introduction d'un solide dans un réacteur et appareillage. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d'introduction d'un solide dans un réacteur. Ce procédé comprend une première étape au cours de laquelle on introduit un solide dans une enceinte d'introduction qui est reliée au réacteur par l'intermédiaire d'une conduite d'injection et une deuxième étape au cours de laquelle on introduit un gaz dans l'enceinte d'introduction de façon à former, dans cette enceinte, une suspension de solide dans le gaz et on introduit la suspension de solide ainsi formée dans le réacteur. L'invention concerne également un appareillage pour réaliser le procédé.

Description

il La présente invention concerne un procédé d'introduction-d'un solide
dans un réacteur. Elle concerne également-un appareillage permettant de réaliser le procédé. Il est connu selon le brevet US 4 082 513 d'introduire un catalyseur solide dans un réacteur à l'aide d'un appareillage constitué essentiellement d'une enceinte d'introduction réliée au réacteur par l'intermédiaire d'une conduite d'injection. Selon ce brevet le catalyseur est tout d'abord introduit dans l'enceinte d'introduction qui
est ensuite mise sous pression par une introduction de gaz.
Ensuite, le catalyseur est introduit dans la conduite d'injection dans laquelle il est fluidisé jusqu'à l'entrée
du réacteur au moyen d'une autre introduction de gaz.
Celle-çi est effectuée par une tuyauterie qui débouche
directement dans la conduite d'injection.
Lors de l'introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction, le catalyseur peut se compacter ce qui peut rendre son introduction dans la conduite d'injection difficile. Par ailleurs, ce procédé présente l'inconvénient de nécessiter deux introductions différentes de gaz, ce qui peut entrainer une introduction importante de gaz dans le réacteur. Il a été maintenant trouvé un procédé d'introduction de solide dans un réacteur, qui peut être sous pression, au cours duquel le solide n'est pas compacté comme dans le procédé connu. Par ailleurs il ne nécessite qu'une seule introduction de gaz. Le procédé permet une bonne pénétration du solide dans le réacteur ainsi qu'une
très bonne dispersion du solide dans le réacteur.
L'invention à tout d'abord pour objet un procédé d'introduction d'un solide dans un réacteur caractérisé en ce que dans une première étape on introduit un solide dans une enceinte d'introduction qui est reliée au réacteur par l'intermédiaire d'une conduite d'injection et en en ce que dans une deuxième étape on introduit un gaz dans l'enceinte d'introduction de façon à former, dans cette enceinte, une suspension de solide dans le gaz et on introduit la
suspension de solide ainsi formée dans le réacteur.
Lors de la première étape du procédé on introduit le solide dans une enceinte d'introduction. De préférence l'introduction de solide s'effectue par la partie supérieure et le plus souvent par le sommet de l'enceinte d'introduction. Durant cette étape, l'enceinte
d'introduction peut contenir un gaz initial sous pression.
Celui-çi est en général un gaz inerte tel que l'azote.
L'enceinte d'introduction a un volume supérieur au volume de solide introduit. Il représente avantageusement de 2 à , de préférence de 3 à 10 fois le volume de solide introduit. Ce volume est choisi de façon à pouvoir facilement mettre le solide en suspension dans du gaz lors
de la deuxième étape du procédé.
Lors de cette première étape la plupart du solide introduit dans l'enceinte d'introduction doit y rester afin de pouvoir être mis en suspension dans du gaz lors de la deuxième étape du procédé. En particulier, il ne doit pas s'écouler, par exemple par gravité, en grand quantité dans la conduite d'injection. Très avantageusement, on souhaite que plus de 50 % et plus particulièrement plus de 75 % du
solide introduit reste dans l'enceinte d'introduction.
Lors de la deuxième étape du procédé on introduit le solide contenu dans l'enceinte d'introduction, dans la réacteur. Pour cela on introduit un gaz dans l'enceinte d'introduction. Lorsque le réacteur est sous pression la conduite d'injection est en général munie d'un moyen d'admission, comme par exemple une vanne d'admission, que l'on ouvre afin de faire communiquer l'enceinte
d'introduction et le réacteur par la conduite d'injection.
Dans ce cas, lors de la deuxième étape du procédé on ouvre le moyen d'admission et on introduit le gaz dans l'enceinte d'introduction. Avantageusement l'introduction de gaz s'effectue d'une façon continue et au moins entre le moment ou l'on ouvre le moyen d'admission et la fin de l'introduction du solide dans le réacteur. Pour cela l'ouverture du moyen d'admission peut s'effectuer simultanément au début de l'introduction de gaz ou après et en particulier immédiatement après. L'ouverture du moyen d'admission est avantageusement commandée par le début de
l'introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction.
L'introduction de gaz s'effectue de préférence dans la partie supérieure de l'enceinte d'introduction et le plus souvent dans la partie la plus haute. Par ailleurs, elle s'effectue, de préférence, au dessus du niveau supérieur du solide contenu dans l'enceinte d'introduction notamment afin d'éviter un bouchage de la conduite d'alimentation de gaz. Selon l'invention, lors de cette étape on génère une circulation continue de gaz entre le point d'introduction de gaz et le réacteur. Cette circulation doit provoquer, essentiellement dans l'enceinte d'introduction, une mise en suspension et une dilution du solide par le gaz. Dans la pratique, on constate que l'introduction et la circulation de gaz dans l'enceinte d'introduction sont telles qu'il est génèré un tourbillonnement de solide dans cette enceinte, dès le début de l'introduction de gaz. Le solide va ensuite s'écouler dans la conduite d'injection avant de pénétrer dans la réacteur. La dilution du solide par du gaz est le plus souvent telle que l'on introduit dans le réacteur de 5 à 10 kg de solide par m3 de gaz. On a observé que le tourbillonnement de solide est très avantageusement favorisé lorsque l'introduction de gaz s'effectue
tangentiellememt à une paroi de l'enceinte d'introduction.
Cette paroi est de préférence verticale. Compte tenu de la mise en suspension et la dilution du solide effectuées dans l'enceinte d'introduction, l'écoulement du solide dans la conduite d'injection s'effectue en phase diluée et non pas en phase dense. Par ailleurs, en général, il n'est pas nécessaire de réaliser une introduction supplémentaire de gaz directement dans la conduite d'injection afin de
faciliter l'écoulement du solide.
Le gaz introduit dans l'enceinte d'introduction est en général introduit sous une pression élévée en particulier comprise entre 0,1 et 5 MPa. Ce gaz est de préférence un gaz inerte vis à vis du solide et est en particulier de l'azote. Lorsque l'enceinte d'introduction contient préalablement un gaz initial, le gaz introduit dans l'enceinte d'introduction est de préférence identique
au gaz initial.
En général tant que l'introduction du solide dans le réacteur n'est pas terminée la pression de gaz dans l'enceinte d'introduction est supérieure à la pression régnant dans le réacteur. Cette pression est pratiquement
constante compte tenu de l'introduction continue de gaz.
Après l'introduction du solide dans le réacteur on ne souhaite pas que cette pression devienne identique ou inférieure à celle régnant dans le réacteur afin d'éviter une circulation éventuelle de gaz vers l'enceinte
d'introduction.
A la fin de la deuxième étape, lorsque l'introduction de solide dans le réacteur est terminée, on peut fermer le moyen d'admission. Cette fermeture s'effectue de préférence immédiatement après la fin de l'introduction de solide dans le réacteur afin de limiter la quantité de gaz introduite dans le réacteur. Par ailleurs, on arrête également l'introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction. Cet arrêt peut s'effectuer simultanément à la fermeture du moyen d'admission ou immédiatement après. Avantageusement la fin de l'introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction est
commandée par la fermeture du moyen d'admission.
La deuxième étape du procédé est en général très rapide et peut durer de 1 à 10 secondes de préférence de 3
à 5 secondes.
Les deux étapes du procédé constituent une séquence d'introduction d'une dose de solide dans le réacteur. Une séquence d'introduction est en général très rapide et peut durer avantageusement de 1 à 20 secondes et de préférence de 5 à 10 secondes dans les installations industrielles. Afin d'introduire dans le réacteur une quantité de solide plus importante on peut répéter plusieurs fois la séquence d'introduction et ce, de façon périodique. En particulier on peut réaliser de 4 à 120
séquences d'introduction par heure.
L'invention a également pour objet un appareillage pour introduire un solide dans un réacteur (14) constitué essentiellemet d'une enceinte d'introduction (7) munie d'une conduite d'alimentation de gaz (8) et dont la sortie (9) est reliée au réacteur (14) par l'intermédiaire d'une conduite d'injection (10) et comprenant (a) un moyen d'introduction de solide (4) dans l'enceinte d'introduction (7) et (b) un moyen (11) permettant d'éviter un écoulement par gravité de solide contenu dans l'enceinte d'introduction (7), dans la
conduite d'injection (10).
L'appareillage peut comprendre une enceinte de stockage ayant généralement une forme cylindrique et dont la partie la plus basse peut avantageusement avoir la forme d'un cone. Dans les installations industrielles elle a le plus souvent un volume suffisant pour alimenter le réacteur en solide pendant une durée allant de 0,5 à 5 jours. Elle peut être avantageusement munie d'un système d'agitation pour solide afin d'éviter la formation d'agglomérats de solide. Par ailleurs elle peut être maintenue sous
l'atmosphère d'un gaz inerte.
Le moyen d'introduction de solide dans l'enceinte d'introduction peut être constitué essentiellement d'une vanne rotative comportant une cavité qui peut communiquer alternativement avec la partie la plus basse de l'enceinte
de stockage et avec le sommet de l'enceinte d'introduction.
Cette vanne rotative peut être l'une des vannes rotatives décrites dans les demande de brevet français n 2 562 077
et n 2 587 081.
L'enceinte d'introduction comprend avantageuse-
ment une partie supérieure cylindrique verticale et une partie inférieure conique liée à la partie supérieure. La conduite d'alimentation en gaz débouche de préference au sommet ou à proximité du sommet de l'enceinte d'introduction et selon une manière très avantageuse tangentiellement à une paroi verticale; cette paroi pouvant être la paroi de la partie cylindrique de l'enceinte d'introduction. L'enceinte d'introduction est en général situé a une hauteur plus basse que celle de l'enceinte de stockage et le plus souvent en dessous de l'enceinte de stockage. L'enceinte d'introduction peut être muni d'un moyen de purge de gaz, comme une conduite de purge. L'appareillage peut comprendre un moyen d'admission, qui lorsqu'il est ouvert, permet de faire communiquer l'enceinte d'introduction et le réacteur par la conduite d'injection. Ce moyen est en général disposé sur la conduite d'injection. Ce moyen d'admission peut être le moyen qui permet d'éviter un écoulement de solide dans la conduite d'injection. Par exemple, le moyen d'admission
peut être une vanne d'admission.
La conduite d'injection relie la sortie de l'enceinte d'introduction, située de préférence dans sa partie inférieure et en particulier dans sa partie plus basse, et le réacteur. Lorsque la partie inférieure de l'enceinte d'introduction est constituée d'un cone, la conduite d'injection est avantageusement liée au sommet de ce cone. Elle a en général une longueur aussi faible que possible. Elle peut déboucher dans le réacteur selon une direction perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à la paroi du réacteur. De préférence, elle ne pénètre pas dans le réacteur afin de ne pas perturber son
fonctionnement.
L'appareillage doit comprendre un moyen qui permet d'éviter, de préférence au maximun un écoulement par gravité de solide contenu dans l'enceinte d'introduction dans la conduite d'injection. Dans ce but, le moyen utilisé est en général situé sur la conduite d'injection à proximité, de préférence immédiate, de la sortie de l'enceinte d'introduction. Cela signifie que la conduite d'injection ne comporte pas, ou pratiquement pas, de partie, en particulier de partie verticale, entre le moyen utilisé et la sortie de l'enceinte d'introduction. Le moyen utilisé peut être une vanne et en particulier une vanne d'admission. Le moyen utilisé peut également être un coude situé sur la conduite d'injection. L'angle du coude dépend en grande partie de l'aptitude que présente le solide à s'écouler dans la conduite d'injection. Plus le solide
s'écoule facilement, plus on choisit un angle petit.
L'angle du coude est généralement compris entre 70 et 120
et est le plus souvent voisin de 90 .
D'une façon avantageuse l'appareillage peut comprendre un sytème de contrôle qui permet de commander l'ouverture du moyen d'admission par le début d'une introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction et/ou qui permet de commander la fin d'une introduction de gaz
par la fermeture du moyen d'admission.
Le réacteur peut être un réacteur de polymérisation en phase gazeuse comme un réacteur à lit fluidisé et/ou à lit mécaniquement agité. Il peut être sous
pression, notamment comprise entre 0,1 et 5 MPa.
L'invention permet d'introduire dans un réacteur, en particulier sous pression, un solide en suspension dans du gaz. Elle est particulièrement avantageuse pour introduire un solide ayant de mauvaises propriétés d'écoulement. Par ailleurs, elle est très recommandée pour
introduire de petites quantités de solide dans un réacteur.
En particulier on peut introduire très facilement de 1 à , le plus souvent de 10 à 50 g de solide par séquence d'injection. Le solide est en général une poudre constituée de fines particules. Ces particules peuvent avoir avantageusement un diamètre moyen en masse compris entre 10
et 120 microns et le plus souvent entre 50 et 100 microns.
La poudre peut avoir une masse volumique apparente comprise
entre 0,1 et 0,4 g/cm3.
Le solide peut être un catalyseur d'une réaction chimique et en particulier d'une réaction de polymérisation
d'oléfines comme par exemple un catalyseur de type Ziegler-
Natta ou un catalyseur à base d'un oxyde de chrome activé par un traitement thermique. Ce dernier peut être un prépolymère. La figure 1 représente schématiquement un appareillage selon l'invention. Il est constitué d'une enceinte de stockage (1) ayant une partie inférieure conique (2) ayant une angle a, qui est reliée à une chambre d'introduction (3) contenant une vanne rotative (4) comportant une cavité (5). La chambre d'introduction (3) est également reliée à l'entrée (6) d'un enceinte d'introduction (7) équipée d'une conduite d'alimentation de gaz (8). L'enceinte d'introduction (7) est disposée sous l'enceinte de stockage (1). L'enceinte d'introduction (7) comprend une partie supérieure cylindrique (7) et une partie inférieure conique et comporte une sortie (9). La sortie de l'enceinte d'introduction (9) est reliée à un réacteur (14) par l'intermédiare d'une conduite d'injection (10) qui est munie d'une vanne d'admission (12) et d'une vanne de sécurité (13) et qui débouche dans le réacteur (14). Cette conduite d'injection (10) comporte un coude
(11) située à proximité de la sortie (9).
La figure 2 représente une coupe de la vanne rotative (4) comportant une cavité (5) ayant un grand angle A. La figure 3 représente une coupe transversale de l'enceinte d'introduction (7) qui montre que la conduite d'alimentation de gaz (8) débouche dans l'enceinte d'introduction (7) tangentiellement à la paroi verticale de
la partie cylindrique de l'enceinte (7).
L'exemple suivant illustre la présente invention.
Exemple
On opère avec un appareillage tel que celui représenté aux figures 1, 2, et 3. L'angle a de la partie conique de l'enceinte de stockage est de 60 . Les dimensions de la vanne rotative (5) sont: D = 44 mm, dl = mm, d2 = 15 mm, hi = 3,9 mm, h3 = 4,3 mm et l'angle A = 37,3 . De ce fait le volume de la cavité de la vanne
rotative est 6 cm3.
L'enceinte d'introduction est constituée d'une partie cylindrique ayant un diamètre de 25 mm et une hauteur de 54 mm, et d'une partie conique ayant une hauteur de 15 mm. Le volume de l'enceinte d'introduction est de 30 cm3. La conduite d'injection (10) a un diamètre de 8 mm et une longeur de 2 m. La liaison entre l'enceinte d'introduction est la conduite d'injection est constituée
d'un coude ayant une angle B de 90 .
On réalise l'introduction d'un catalyseur constitué de particules solides ayant une diamètre moyen de microns dans le réacteur maintenu sous une pression de 2 MPa. On introduit 2,5 g de catalyseur dans l'enceinte d'introduction sous une pression d'azote de 2,5 MPa, en faisant communiquer la cavité de la vanne rotative avec
l'enceinte de stockage puis avec l'enceinte d'introduction.
Cette introduction faite on introduit de l'azote par l'intermédiaire de la conduite d'alimentation de gaz, provenant d'une source ayant une pression de 2,7 MPa et on ouvre la vanne de sécurité (13) puis la vanne d'admission (12). L'introduction et la circulation de l'azote dans l'enceinte d'introduction permettent de mettre en suspension le catalyseur dans le courant d'azote et de créer un tourbillonnement de particules de catalyseur qui sont alors transportées dans le réacteur par l'intermédiaire de la conduite d'injection (10). Dès que le catalyseur est introduit dans le réacteur on ferme la vanne d'admission (12) et puis la vanne de sécurité (13) et on cesse l'introduction d'azote dans l'enceinte d'introduction dès la fermeture de la vanne d'admission (12). Cette
séquence d'introduction est répétée 10 fois par heure.

Claims (10)

Revendications
1. Procédé d'introduction d'un solide dans un réacteur caractérisé en ce que dans une première étape on introduit un solide dans une enceinte d'introduction qui est reliée au réacteur par l'intermédiaire d'une conduite d'injection et en en ce que dans une deuxième étape on introduit un gaz dans l'enceinte d'introduction de façon à former, dans cette enceinte, une suspension de solide dans le gaz et on introduit la suspension de solide ainsi formée dans le réacteur.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce
que la conduite d'injection est munie d'un moyen d'admis-
sion.
3. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'introduction de gaz s'effectue tangentiellement à
une paroi de l'enceinte d'introduction.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, caractérisé en ce que l'introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction provoque un tourbillonnement de
solide dans cette enceinte.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à
4, caractérisé en ce que l'ouverture du moyen d'admission est commandée par le début de l'introduction de gaz dans
l'enceinte d'introduction.
6. Procédé selon l'une quelconque de revendications 2 à
, caractérisé en ce que la fin de l'introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction est commandée par la
fermeture du moyen d'admission.
7. Appareillage pour introduire un solide dans un réacteur (14) constitué essentiellemet d'une enceinte d'introduction (7) munie d'une conduite d'alimentation de gaz (8) et dont la sortie (9) est reliée au réacteur (14) par l'intermédiaire d'une conduite d'injection (10) et comprenant (a) un moyen d'introduction de solide (4) dans l'enceinte d'introduction (7) et (b) un moyen (11) permettant d'éviter un écoulement par gravité de solide contenu dans l'enceinte d'introduction (7), dans la
conduite d'injection (10).
8. Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que la conduite d'alimentation en gaz (8) débouche dans l'enceinte d'introduction (7) tangentiellement à une paroi
de ladite enceinte.
9. Appareillage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la conduite d'injection est muni d'un
moyen d'admission.
10. Appareillage selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un système de contrôle qui permet de commander l'ouverture du moyen d'admission par le début d'une introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction et/ou de commander la fin d'une introduction de gaz dans l'enceinte d'introduction par la fermeture du moyen d'admission.
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