FR2745202A1 - Plateau pour distribuer un melange polyphasique a travers un lit catalytique - Google Patents

Abstract

Dispositif pour distribuer un mélange polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, ledit mélange étant en écoulement descendant à travers au moins un lit de solides granulaires, comportant: - au moins un plateau distributeur situé au-dessus d'un lit de solides granulaires à une distance "d", - plusieurs canaux mélangeurs des phases liquide et gazeuse du mélange, chacun des canaux comportant au moins une section de passage supérieure et au moins une section de passage inférieure permettant la communication du mélange formé à l'intérieur desdits canaux mélangeurs avec un lit de solides granulaires, les canaux mélangeurs étant pourvus sur au moins une partie de leur hauteur d'une ou de plusieurs sections de passage latérales, - la section de passage supérieure laissant passer la majorité de la phase gazeuse du mélange et les sections de passage latérales permettant respectivement le passage de la phase liquide à l'intérieur des canaux mélangeurs et/ou d'au moins une partie de la phase gazeuse, la valeur de densité desdits canaux mélangeurs est supérieure à 80 canaux par mètre carré. Application du dispositif à la distribution d'un mélange polyphasique comportant au moins une phase gazeuse comprenant au moins en partie de l'hydrogène.

Description

La présente invention concerne un appareil permettant d'optimiser la distribution d'un fluide comportant par exemple au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide à travers un lit de solides granulaires ou particules, le fluide étant en circulation descendante à travers ce lit.

La présente invention s'applique particulièrement bien dans le domaine des distributeurs gaz/liquide où la phase gazeuse est composée au moins en partie d'hydrogène, par exemple pour les hydrogénations sélectives ou totales des coupes C3 à Cg, l'hydrogénation sélective des essences de vapocraquage, l'hydrogénation des composés aromatiques dans des coupes aliphatiques et/ou naphténiques, l'hydrogénation des oléfines dans des coupes aromatiques, la désarsénification et/ou l'hydrodémétallation des coupes liquides, des réactions d'hydrodésulfuration, d'hydrocraquage, d'isomérisation et de reformage catalytique à lit fixe.

Elle trouve aussi son application pour mettre en oeuvre d'autres réactions nécessitant un bon mélange d'une phase gazeuse et d'une phase liquide, par exemple les réactions d'oxydation partielle ou totale, les réactions d'alkylation aromatiques et aliphatiques, les réactions d'ammination, d'acétyloxydation, d'ammoxydation et de chloration.

Dans ce domaine, l'un des points clés pour obtenir une bonne sélectivité de l'hydrogénation est la bonne distribution du gaz et du liquide en tête du réacteur ou en tête de chaque lit de catalyseur sachant que l'on se situe avec des rapports volumétriques gaz/liquide qui varient en général de 0,01 à 50 et le plus souvent de 0,02 à 20.

Une possibilité utilisée dans l'art antérieur consiste, par exemple, comme il est décrit dans le livre Chemical Reactors, de P.Trambouze et al., paru aux éditions Technip, 1988 aux pages 286 et 456, à utiliser des plateaux distributeurs comportant une pluralité de trous dédiés au passage du liquide et une pluralité de cheminées pour le passage du gaz.

Les voies de circulation ou de passage des phases liquide et gazeuse sont différentes, la distribution du gaz et du liquide se faisant en phase séparée.

Le mélange des deux phases s'effectue à l'intérieur de l'espace libre situé en dessous du plateau distributeur. Ce document préconise pour obtenir une bonne distribution initiale des phases, d'utiliser un nombre minimum de trous de distribution de liquide.

Afin d'améliorer la répartition ou distribution du gaz en tête de lit catalytique et à l'intérieur de ce dernier, divers documents décrivent des plateaux de distribution conçus pour améliorer la distribution du gaz tout en conservant une bonne distribution du liquide.

Le brevet US 4,836,989 mentionne différents inconvénients résultant de l'utilisation de voies de passage identiques pour la phase liquide et la phase gazeuse, pouvant notamment provenir des irrégularités des ouvertures de passage au fluide ou encore de l'influence du positionnement du plateau distributeur par rapport au lit catalytique.

Pour pallier ces inconvénients, l'enseignement technique contenu dans ce document, conduit un homme du métier à utiliser un agencement spécifique de plusieurs plateaux pourvus de moyens de collecte et de distribution des phases liquide et gazeuse sous une forme séparée ou sous une forme de mélange. Un premier plateau pourvu de moyens d'accumulation et de passage des deux phases, est associé à des moyens disposés en dessous du plateau et permettant de déverser dans une chambre de mélange ces deux fluides. A l'issue de cette chambre, les deux phases sont envoyées de manière séparée vers des orifices de passage de la phase liquide disposés sur un deuxième plateau et vers des cheminées, comprenant dans leur partie supérieure un orifice laissant le passage à la phase gazeuse. Les deux phases sont ainsi distribuées séparément dans l'espace formé par ce deuxième plateau et un troisième plateau comprenant des cheminées munies d'orifices de passage de la phase liquide et de la phase gazeuse et permettant la distribution des deux phases sous forme de mélange.

Un autre agencement qui permet de s'affranchir de l'influence du niveau de positionnement du plateau distributeur sur la distribution des deux phases au niveau du lit catalytique est décrit, par exemple, dans le brevet US 4,126,540.

Le dispositif décrit dans ce document comporte deux plateaux disposés l'un au-dessus de l'autre. Le premier plateau comporte plusieurs orifices laissant passer le fluide en écoulement, et le deuxième plateau comporte des cheminées pourvues d'orifices latéraux et d'un orifice supérieur. La disposition des axes des orifices de passage du premier plateau sont décalés des axes des cheminées de façon telle que le liquide est dévié des orifices supérieurs des cheminées pour passer en majorité à travers les orifices latéraux. La densité des cheminées sur le plateau inférieur est choisie parmi les valeurs habituellement préconisées par l'art antérieur. Cette valeur de densité est, par exemple, choisie entre 2 et 64 cheminées au mètre carré, chacune de ces cheminées étant pourvue d'un nombre de trous, ou orifices de passage, compris entre 1 et 20. La surface de chacun des orifices de passage peut varier entre 0,3 et 19 cm2. Le diamètre de la cheminée est tel que son ouverture centrale varie de 18 à 645 cm2. Ce document enseigne de plus, de positionner le plateau distributeur par rapport au lit de catalyseur à une distance d'au moins 7,62 cm et au plus à 91 cm de ce lit.

Avec un tel agencement, il est montré qu'on obtient un débit de liquide similaire dans chaque cheminée. Donc, le dispositif décrit dans ce brevet permet d'éviter des débits de liquide sensiblement différents dans les cheminées, même lorsque l'horizontalité du plateau n'est pas parfaite.

Il n'est nullement montré dans ce document que le dispositif tel qu'il est décrit permet d'obtenir une meilleure homogénéité pour le régime d'écoulement dans le lit catalytique.

Ainsi, il est connu de l'homme du métier qu'en utilisant les valeurs des densités de cheminées habituelles et mentionnées dans cet art antérieur, il obtient une homogénéité optimum de distribution de mélange.

Aucun de ces documents ne mentionne donc, la possibilité d'utiliser de manière fiable un plateau distributeur comportant plusieurs cheminées dans une configuration simple, par exemple le plateau étant utilisé seul, pour obtenir une bonne distribution de ces phases au niveau de la tête de lit catalytique et au sein de ce dernier.

Il a maintenant été découvert qu'il est possible d'obtenir une meilleure homogénéité du régime d'écoulement par rapport à l'art antérieur en augmentant fortement la valeur de la densité des cheminées équipant le plateau distributeur situé au-dessus du lit catalytique.

Dans le dispositif selon l'invention, le nombre de canaux mélangeurs est choisi notamment pour améliorer le mélange des différentes phases constituant un mélange, et obtenir ainsi un meilleur contact du mélange résultant avec le lit catalytique, ainsi qu'une meilleure homogénéité du régime d'écoulement du mélange biphasique ou polyphasique. En effet, le mélange pouvant comporter deux ou plusieurs phases, par exemple une phase gazeuse et une phase liquide, la structure de ce mélange peut présenter différents faciès, par exemple la phase gazeuse peut se présenter sous forme de fines bulles dispersées au sein de la phase liquide, ou encore de poches de gaz de taille plus importante. La fonction des canaux mélangeurs est de permettre l'homogénéisation de cette structure d'écoulement.

Avantageusement, en choisissant la distance séparant le lit de solides granulaires du plateau distributeur, on peut améliorer encore cette distribution, et en évitant notamment la séparation ou sous-division du mélange formé à l'intérieur des cheminées lors de sa traversée de l'espace séparant le plateau distributeur et le lit catalytique.

La présente invention concerne un dispositif pour distribuer un mélange comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, ledit mélange s'écoulant de manière descendante à travers un lit de solides granulaires. Le dispositif comporte, par exemple, au moins un plateau distributeur situé au-dessus dudit lit de solides
granulaires à une distance "d", plusieurs canaux mélangeurs des phases gazeuse et liquide, les canaux
comportant au moins une section de passage dans leur partie
supérieure, et au moins une section de passage dans leur partie
inférieure, permettant la communication du mélange formé à
l'intérieur des canaux avec le lit des solides granulaires, lesdits canaux
étant pourvus sur au moins une partie de leur hauteur d'une ou de
plusieurs sections de passage latérales, ladite section de passage de la partie supérieure laissant passer la
majorité de la phase gazeuse du mélange et lesdites sections de passage
latérales permettant respectivement le passage de la phase liquide
et/ou de la phase gazeuse restante à l'intérieur des canaux
mélangeurs.

Le dispositif est caractérisé en ce que la densité des canaux mélangeurs est supérieure à 80 par mètre carré, et de préférence supérieure à 90 par mètre carré. On multiplie ainsi les zones de mélange des deux phases et les points de distribution du mélange ainsi formé.

La densité des canaux mélangeurs attachés au plateau est, de préférence, comprise entre 100 et 700 cheminées par mètre carré, et, de préférence, dans l'intervalle 150 à 500.

Les canaux mélangeurs sont par exemple équipés d'un moyen permettant de guider les différentes phases liquide et gazeuse du mélange biphasique ou polyphasique pour dévier l'écoulement de la phase liquide de la section de passage supérieure et pour que la phase gazeuse passe en majorité au niveau de cette section de passage.

Un canal mélangeur possède par exemple un diamètre compris dans l'intervalle [0,3 ; 8 cm], et de préférence, par exemple dans l'intervalle [0,3 ; 5 cm].

Pour un canal mélangeur, la surface totale des sections de passage latérales est de préférence au moins égale à la surface de la section de passage inférieure du canal mélangeur. Les passages latéraux peuvent se présenter sous forme de fentes et/ou de trous.

Le plateau peut aussi comporter des orifices de drainage de la phase liquide. Dans ce cas, la surface totale, c'est-à-dire la surface résultante de la somme des surfaces de passage de chacun des orifices de drainage, est telle que le débit de la phase liquide à travers les orifices de drainage soit inférieur à 10 % de la fraction de la phase liquide en cours de fonctionnement et de préférence inférieure à 5%.

Avantageusement, la distance "d", séparant le plateau distributeur de la partie supérieure du lit catalytique est choisie pour conserver le mélange formé à l'intérieur desdits canaux mélangeurs et issu de ces derniers jusqu'à son contact avec le lit catalytique. On évite ainsi la séparation des phases liquide et gazeuse du mélange issu des canaux mélangeurs. Cette valeur est comprise, par exemple entre 0 et 10 cm, de préférence entre 0 et 5 cm, et de préférence encore entre 0 et 2 cm.

Les canaux mélangeurs sont, par exemple, prolongés en dessous du plateau distributeur sur une longueur "z" dont la valeur est inférieure ou égale à "d"/2.

Le dispositif selon l'invention s'applique particulièrement bien à la distribution d'un mélange biphasique ou polyphasique comportant au moins une phase gazeuse comprenant de l'hydrogène.

Ainsi, le dispositif s'applique particulièrement bien à la distribution d'un mélange, par exemple, pour les hydrogénations sélectives ou totales des coupes C3 à Cg, l'hydrogénation sélective des essences de vapocraquage, l'hydrogénation des composés aromatiques dans des coupes aliphatiques et/ou naphténiques, l'hydrogénation des oléfines dans des coupes aromatiques, la désarsénification et ou l'hydrodémétallation des coupes liquides, des réactions d'hydrodésulfuration, d'hydrocraquage, d'isomérisation et de reformage catalytique à lit fixe.

Le dispositif par rapport aux dispositifs décrits dans l'art antérieur offre notamment les avantages suivants
en sélectionnant le nombre de canaux mélangeurs comme décrit dans
la présente invention, par exemple les cheminées du plateau
distributeur, on améliore le mélange et ainsi l'homogénéisation du
contact de chacune des phases, liquide et gazeuse, avec le lit de solides
granulaires ou le lit de catalyseur,
en choisissant la distance séparant le plateau distributeur et le lit de
solides granulaires, on évite notamment la séparation ou la
fragmentation du mélange formé à l'intérieur des canaux, avant son
contact avec le lit de catalyseur,
le plateau étant de type auto-supporté, il est facilement mis en place
tout en conservant une distance appropriée, une telle structure permet
de plus de minimiser les obstacles rencontrés par le fluide,
la structure auto-supportée permet de plus, d'adapter de manière plus
aisée la distance entre le plateau distributeur et le lit catalytique.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemples de réalisation, dans le cadre d'applications nullement limitatives à l'hydrogénation sélective, en se référant aux dessins annexés où
la figure 1 montre schématiquement un réacteur comportant un
plateau distributeur,
la figure 2 montre schématiquement un plateau de distribution
pourvu de plusieurs cheminées,
les figures 3 et 4 montrent des exemples de géométrie de cheminées
équipant les plateaux distributeurs,
les figures 5A et 5B représentent respectivement la répartition de la
phase gazeuse dans le lit de catalyseur obtenue en utilisant un
dispositif selon l'art antérieur et selon la présente invention,
les figures 6A et 6B représentent deux exemples de réalisation du
dispositif selon l'invention où la distance entre le plateau distributeur
et le lit catalytique respecte une valeur donnée,
la figure 7 montre une courbe représentative de la distribution du
temps de séjour d'un fluide à l'intérieur du lit catalytique,
les figures 8A et 8B montrent des courbes de répartition de la
concentration moyenne en traceurs obtenues à l'aide des dispositifs
décrits respectivement aux figures 6A et 6B, et représentatives de
l'influence de la distance, o la figure 9 montre la distribution des points de mesures au niveau
d'une section d'un lit catalytique.

De manière à mieux comprendre l'invention, la description donnée ci-après à titre d'exemple d'application nullement limitatif, concerne un système de distribution utilisé dans un réacteur adapté pour l'hydrogénation sélective des composés insaturés contenus dans les coupes C3 à C5 d'un fluide comportant des hydrocarbures. Néanmoins, le dispositif selon l'invention peut aussi être utilisé dans toutes les réactions précitées au début de la description.

Ce système peut, sans sortir du cadre de l'invention, être utilisé dans tout dispositif et dans tout domaine où il est souhaitable d'obtenir une bonne distribution d'un fluide diphasique ou polyphasique, c'est-àdire comportant plusieurs phases ayant des densités différentes. Les phases peuvent être gazeuse, liquide et/ou solide.

La figure 1 montre de manière schématique un système de distribution utilisé par exemple dans une colonne telle qu'un réacteur adapté pour l'hydrogénation sélective des composés insaturés contenus dans les coupes C3 à C5 d'un fluide comportant des hydrocarbures.

Le réacteur schématisé à la figure 1 comporte, par exemple, une enceinte 1 comportant dans sa partie supérieure ou tête de réacteur, un pré-distributeur d'entrée 2. Le mélange constitué par exemple d'hydrogène et d'un fluide comportant les hydrocarbures, est formé en aval du réacteur et injecté par une conduite 3 communiquant avec le prédistributeur d'entrée 2. Le mélange distribué par le dispositif 2 s'écoule, de manière descendante, jusqu'au plateau distributeur 4, qui est situé audessus et à une distance "d" d'un premier lit de solides granulaires 5 ou lit catalytique. La tête du lit catalytique 5A, ainsi que le plateau distributeur 4 délimite avec les parois du réacteur un espace vide 6 dont on peut faire varier la hauteur, par exemple pour améliorer le contact du mélange issu des cheminées avec la tête du lit catalytique comme il est décrit ci-après.

Le plateau distributeur 4 comportant plusieurs canaux mélangeurs sont décrits plus en détail aux figures 2, 3 et 4. L'une des caractéristiques essentielle de ce plateau est de comporter une densité de canaux mélangeurs, choisie pour améliorer le mélange des différentes phases du fluide en écoulement. Deux exemples de géométrie pour ces canaux mélangeurs sont donnés ci-après aux figures 3 et 4, à titre indicatif et nullement limitatif.

Un plateau distributeur 4, (figures 2, 3 et 4), comporte, par exemple, une pluralité de canaux mélangeurs, tels que des cheminées 21, ayant au moins une section de passage supérieure 22 (figure 3), par exemple un orifice au niveau de sa partie supérieure, et une section de passage inférieure 23 (figures 3 et 4) dans sa partie inférieure au niveau du plateau distributeur. La partie supérieure de la cheminée peut ainsi être biseautée (figure 3). Les cheminées sont pourvues, par exemple au moins en partie sur leur paroi latérale, par exemple dans le cas d'une géométrie tubulaire, d'une ou plusieurs sections de passage 24, distribuées sur au moins une partie de la hauteur de la cheminée 21. Les sections de passage latérales peuvent être de formes diverses, par exemple, elles se présentent sous formes d'orifices de géométries diverses et/ou d'une ou plusieurs fentes.

On respecte de préférence, une hauteur minimale h entre la face supérieure du plateau distributeur (la face qui reçoit la phase liquide) et les premières sections de passage latérales recouvertes par la montée de la phase liquide. C'est-à-dire que les orifices situés dans la partie inférieure de la cheminée ou, dans le cas d'une fente, le bas de la fente, se trouvent au-dessus de la hauteur "h".

Avantageusement, le nombre des cheminées 21 est choisi, pour obtenir une densité au mètre carré supérieure à 80, de préférence supérieure à 90. Cette valeur est de préférence comprise entre 100 et 700 cheminées par mètre carré, et, de préférence encore, dans l'intervalle 150 à 500.

Pour des cheminées de géométrie cylindrique, le diamètre des cheminées 21 est compris par exemple dans l'intervalle [0,3 ; 8 cm] et, de préférence, dans l'intervalle [0,3 ; 5 cm].

La hauteur "h" à respecter est, de préférence, comprise entre 5 mm et 25 cm.

La section de passage totale latérale résultant de la somme de toutes les sections de passage latérales des cheminées, est de préférence au moins égale à la surface de la section de passage inférieure de la cheminée. Le diamètre des trous est au maximum égal à 75 % du diamètre de la cheminée correspondante, par exemple inférieur à 6 cm, de préférence inférieur à 3,75 cm mais au moins égale ou supérieure à 1 mm.

Un moyen permettant de donner une certaine direction aux phases liquide et gazeuse, tel qu'un déflecteur 25, est disposé par exemple au niveau de la partie supérieure de la cheminée 21. Ainsi sur la figure 3, le déflecteur 25 permet d'éviter l'écoulement direct de la phase liquide à travers la section de passage supérieure 23 de la cheminée 21. La taille de ce déflecteur est au moins égale à la section de passage supérieure de la cheminée.

En cours de fonctionnement, le mélange biphasique ou polyphasique distribué par le pré-distributeur 2 s'écoule de la manière suivante, la phase gazeuse pénètre dans une des cheminées par son ouverture supérieure 22, alors que la phase liquide est déviée du fait de la présence du déflecteur 25 sur le plateau 4 où elle s'accumule. Du fait de cette accumulation, le niveau de liquide monte, et au fur et à mesure recouvre les sections de passage latérales 24, le liquide passant à travers pour pénétrer à l'intérieur de la cheminée 21. La phase gazeuse pénètre principalement à l'intérieur de la cheminée 21 par la section de passage 22 située dans la partie supérieure de la cheminée, mais aussi à travers les sections de passage 24 non recouvertes par le liquide, la phase se trouvant au-dessus du niveau de liquide. Les deux phases séparées par le déflecteur se mélangent à l'intérieur des cheminées. Le mélange ainsi formé s'écoule par l'orifice inférieur et l'espace vide 6 (figure 1) avant de contacter la tête du lit catalytique.

Avantageusement, les canaux se prolongent en dessous du plateau distributeur 4 sur une distance "z", pour éviter que la phase liquide du mélange issu des canaux s'écoule le long de la face inférieure du plateau mélangeur. On évite ainsi le fractionnement du mélange formé à l'intérieur des canaux avant son contact avec le lit catalytique. La distance "z" est par exemple inférieure ou égale à "d"/2.

La distribution en diphasique de gaz et de liquide par le nombre important de cheminées équipant le plateau crée un régime à bulles dispersées dans les cheminées et donc permet d'obtenir une répartition plus homogène en tête et au sein du lit catalytique.

Le plateau distributeur 4 comporte avantageusement des orifices de drainage. Ces orifices de drainage permettent l'évacuation de la phase liquide lorsque l'on arrête le fonctionnement du réacteur. La surface totale des orifices de drainage est déterminée pour que le débit de la phase liquide à travers les orifices de drainage soit inférieur à 10 % de la fraction de la phase liquide en cours de fonctionnement du réacteur et de préférence inférieur à 5%.

La figure 4 montre un autre exemple de réalisation d'une cheminée pouvant être mise en place sur le plateau, différent principalement du mode de réalisation de la figure 3 par la position du déflecteur. La cheminée 26 décrite sur la figure 4 présente des caractéristiques sensiblement identiques pour les sections de passage inférieure 23, supérieure 22' et les sections de passage latérales 24 identiques à celles de la cheminée 21 (figure 3). Le déflecteur 29 est, dans cet exemple de réalisation, relié à la cheminée 26 à l'aide de deux moyens de fixation 27, tels que des pattes. Le nombre des pattes de fixation et leurs caractéristiques géométriques sont choisis pour ne pas gêner le passage de la phase gazeuse à l'intérieur de la cheminée.

Le passage des phases s'effectue selon un mode sensiblement identique au mode décrit en relation avec la figure 3. Le mélange formé à l'intérieur des cheminées et issu de ces dernières est ensuite contacté avec la partie supérieure du lit catalytique ou tête de lit, après avoir traversé l'espace vide 6 (figure 1).

Le plateau distributeur selon l'invention est particulièrement bien adapté pour la distribution d'un mélange liquide-gazeux à travers un réacteur comportant un ou plusieurs lits de solides granulaires ou catalyseurs, le bon mélange issu des cheminées permettant ainsi d'améliorer soit la sélectivité en produit recherché (dans le cas des réactions sélectives), soit d'améliorer (par exemple en la diminuant) la teneur en produits non désirés dans l'effluent, par exemple dans des réactions de désarsenifications ou d'hydrogénation totale, soit d'augmenter le cycle de fonctionnement du catalyseur.

Des mesures d'efficacité d'un tel dispositif pour la répartition gazliquide au sein d'une section d'un lit catalytique ont été déterminées par des mesures locales de taux de gaz effectuées à l'aide d'une fibre optique.

Le principe de ces mesures est basé sur la variation de réflexion de la lumière en fonction du milieu dans lequel est plongé l'extrémité d'une fibre optique, qui permettent notamment de déterminer pendant un temps donné, la quantité de gaz passant à proximité de la fibre optique. La différence des indices de réflexion des phases gazeuse et liquide est suffisante pour permettre de les distinguer et, à partir d'un traitement approprié statistique, la proportion ou pourcentage de la phase gazeuse par rapport à la phase liquide peut être déterminée, ceci pour un point donné de la section du réacteur.

Les résultats montrés sur les courbes des figures 5A et 5B ont été obtenus:
avec un mélange biphasique en écoulement co-courant descendant,
comportant de l'azote et de l'heptane dans un rapport volumique de
0,5,
une colonne de 400 mm de diamètre, ayant une hauteur de 4m et
fonctionnant dans des conditions de pression de 4 à 10 bars absolu,
un lit catalytique constitué de solides granulaires dont les grains ont
des dimensions variables de 1,2 à 2,4 mm, et
une distance séparant le plateau distributeur du lit catalytique de
10 cm, respectivement avec des plateaux distributeurs présentant les
caractéristiques suivantes
* pour le plateau distributeur selon l'art antérieur correspondant aux résultats montrés sur la figure 5A, une densité de cheminées sensiblement voisine de 64. Le plateau comportant 8 cheminées ayant un diamètre intérieur de 50 mm, chacune des cheminées comprenant 20 trous de 15 mm répartis sur la hauteur de la cheminée selon 10 rangées, ces rangées étant espacées de 25 mm. Chaque cheminée est munie au niveau de sa partie supérieure d'un déflecteur 29 ayant un diamètre d'environ 65 mm, le déflecteur étant relié à la cheminée 26 par l'intermédiaire de deux pattes, par exemple 27 (figure 4).

* pour le plateau distributeur selon l'invention correspondant aux résultats de la figure 5B, une densité de cheminées sensiblement voisine de 438 par mètre carré, la plateau comportant 55 cheminées ayant un diamètre de 10 mm, et comportant 20 orifices de passage 24 ayant un diamètre de 5 mm, qui sont répartis sur la hauteur de la cheminée selon 10 rangées, les rangées étant espacées d'environ 25 mm, le diamètre du déflecteur étant d'environ 10 mm (figure 3).

La mesure a consisté à introduire la fibre au niveau d'une section de réacteur située environ à 40 cm en dessous du fond du plateau, à la positionner initialement au centre du réacteur et à la déplacer horizontalement cm par cm de manière à obtenir une série de mesures sur un rayon du réacteur.

Pour les deux courbes (figures 5A et 5B), l'axe des abscisses représente la position de la fibre de mesure dans le réacteur, repérée par rapport à la paroi de la colonne et l'axe des ordonnées représente le pourcentage de gaz par rapport au liquide.

La figure 5A obtenue sur un réacteur équipé d'un plateau distributeur selon l'art antérieur, fait apparaître une répartition du taux de gaz qui varie fortement en fonction du point de mesure. Cette variation est représentative de zones pour lesquelles la présence du gaz est pratiquement nulle, donc des endroits pour lesquels le lit catalytique est pratiquement arrosé en majorité par une phase liquide et non un mélange liquide gazeux. Elle est comprise dans la fourchette [0%, 80%].

Au contraire, sur la figure 5B regroupant des mesures réalisées avec un plateau distributeur ayant une densité de cheminées selon la présente invention, on observe que la variation de taux de gaz se situe dans une fourchette de valeur beaucoup plus faible, entre 15 et 45%, ce qui traduit une meilleure homogénéité de la distribution de la phase gazeuse à l'intérieur du lit catalytique.

Des mesures effectuées en plusieurs endroits du réacteur, pour différentes sections catalytiques, ou sur une même section mais en différents rayons, montrent une phase gazeuse toujours présente et en contact avec le lit catalytique évitant ainsi la présence de colonne liquide, que l'on trouve dans les réacteurs de l'art antérieur.

L'amélioration de distribution obtenue par un choix judicieux de la valeur de la densité des cheminées, prise dans l'un des intervalles précités, peut être améliorée en choisissant la distance "d" séparant le lit catalytique et le plateau distributeur. En effet, la distance "d" séparant le plateau distributeur de la tête du lit catalytique est un paramètre qui peut influer sur le mélange obtenu à l'intérieur des cheminées et notamment sur la stabilité de ce mélange, du fait des différences des vitesses d'écoulement des phases liquide et gazeuse.

Pour diminuer la distance "d", la structure du plateau distributeur 4 est de type auto-supporté, le plateau étant associé à un moyen de support comprenant par exemple plusieurs poutres placées sur le plateau.

Un tel agencement permet avantageusement de laisser circuler les différents fluides dans l'espace disposé en-dessous du plateau en minimisant les obstacles pouvant nuire à la conservation du mélange.

La distance "d" est choisie par exemple dans l'intervalle de valeurs [0, 10 cm], de préférence dans l'intervalle [0, 5 cm] et encore de préférence dans l'intervalle [0, 2 cm].

Les figures 6A et 6B montrent deux exemples d'agencement pour lesquels le plateau 4, présentant les caractéristiques telles que décrites sur les figures 2 à 4, est associé à un système de support.

Le réacteur décrit à la figure 6A montre un plateau distributeur 4 selon l'invention muni de trois poutres support 30, 31, 32, dont une est disposée sensiblement au centre du plateau et selon l'axe du réac notamment une densité de cheminées au mètre carré sensiblement voisine de 438.

L'effet de la distance séparant le plateau distributeur de la tête du lit catalytique est déterminée par des mesures de distribution de temps de séjour.

Le principe est décrit en relation avec la figure 7: à l'instant t=0, on envoie un traceur, par exemple de l'isohexadecane, dans le fluide principal, par exemple l'heptane. On enregistre la forme du signal obtenu et on l'analyse, en mesurant une différence par exemple d'indice de réfraction entre le fluide principal et le traceur. Ce signal est considéré comme le signal d'entrée (I). A un instant ultérieur t, on observe la forme du signal (II) ou signal de sortie. Les paramètres analysés sont le temps d'apparition ta du signal de sortie et l'aire sous la forme du signal obtenu qui est représentative de la concentration moyenne en traceur à un instant donné.

Ces mesures sont effectuées en plusieurs endroits d'une même section d'un lit catalytique, par exemple, selon les points de prélèvement référencés P1, P2, P3, P4 et P5 sur la figure 9 et dans les deux exemples qui suivent les points de prélèvement sont situés à environ 40 cm en dessous du fond du plateau.

On effectue deux séries de mesures pour deux positions du plateau distributeur par rapport au lit catalytique, et on relève les différentes courbes obtenues. L'axe des abscisses représente le temps et l'axe des ordonnées la concentration du fluide traceur.

Les 5 courbes représentées sur la figure 8A et obtenues pour un plateau distributeur 4 ayant une structure autosupportée selon l'invention (figure 6A) et distant d'environ 10 cm de la tête du lit catalytique montrent une certaine disparité dans la valeur des aires, et notamment dans la hauteur des pics traduisant une différence en terme de quantité de liquide selon les points de prélèvement. On note aussi des décalages au niveau du temps d'apparition des signaux.

Au contraire, les courbes obtenues pour les mêmes points de prélèvement, mais pour un réacteur muni d'un plateau distributeur autosupporté ayant une structure selon l'invention (figure 6B), permettant de positionner le plateau à une distance d'environ 2 cm de la tête de lit catalytique, sont plus groupées. Un tel regroupement traduit une disparité de la valeur de la concentration du traceur moins importante, et donc un écoulement des fluides plus proche de la forme du piston.

Ces résultats montrent qu'il est préférable de disposer le plateau distributeur à une distance de 2 cm par rapport au lit catalytique plutôt qu'à une distance de 10 cm du lit catalytique.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif pour distribuer un mélange biphasique ou polyphasique comportant au moins une phase gazeuse et au moins une phase liquide, ledit mélange étant en écoulement descendant à travers au moins un lit de solides granulaires, comportant

au moins un plateau distributeur (4) situé au-dessus d'un desdits lits

(5) de solides granulaires à une distance "d", plusieurs canaux mélangeurs desdites phases liquide et gazeuse dudit

mélange, chacun desdits canaux comportant au moins une section de

passage supérieure (22) et au moins une section de passage inférieure

(23) permettant la communication du mélange formé à l'intérieur

desdits canaux mélangeurs avec un lit de solides granulaires, lesdits

canaux mélangeurs étant pourvus sur au moins une partie de leur

hauteur d'une ou de plusieurs sections de passage latérales (24 ),

ladite section de passage supérieure (22) laissant passer la majorité de

la phase gazeuse dudit mélange et lesdites sections de passage latérales

(23) permettant respectivement le passage de la phase liquide à

l'intérieur desdits canaux mélangeurs et/ou d'au moins une partie de

la phase gazeuse, caractérisé en ce que la densité desdits canaux

mélangeurs est supérieure à 80 canaux par mètre carré.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité desdits canaux mélangeurs attachés audit plateau distributeur est comprise entre 100 et 700 canaux mélangeurs par mètre carré, et, de préférence, dans l'intervalle 150 à 500.

3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits canaux mélangeurs sont pourvus d'un moyen permettant de guider les différentes phases liquide et gazeuse dudit mélange biphasique ou polyphasique pour empêcher le passage direct de la phase liquide par la section supérieure du canal mélangeur.

4 - Dispositif selon l'une des revendications de 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits canaux mélangeurs ont un diamètre dont la valeur est comprise dans l'intervalle [0,3 ; 8 cm] et, de préférence, dans l'intervalle [0,3; 5 cm]

5 - Dispositif selon l'une des revendications de 1 à 4, caractérisé en ce que pour un canal mélangeur la surface totale des sections de passage latérales (24), correspondant à la somme des surfaces de toutes les sections de passage latérales est au moins égale à la valeur de la section de passage inférieure (23) d'un canal mélangeur.

6 - Dispositif selon l'une des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce que ledit plateau comporte des orifices de drainage de la phase liquide, la surface totale résultante de la somme des surfaces de passage de chacun des orifices étant telle que le débit de la phase liquide à travers les orifices de drainage soit inférieur à 10 % de la fraction de la phase liquide en cours de fonctionnement et de préférence inférieure à 5%.

7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la valeur de la distance "d" est choisie pour conserver le mélange formé à l'intérieur desdits canaux mélangeurs et sortant desdits canaux mélangeurs par lesdites sections de passage inférieures, jusqu'à sa distribution dans le lit catalytique.

8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la valeur de la distance "d" est comprise entre 0 et 10 cm, de préférence entre 0 et 5 cm et de préférence encore entre 0 et 2 cm.

9 - Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'un canal mélangeur se prolonge en dessous du plateau distributeur sur une longueur "z" et la valeur de "z" est inférieure ou égale à "d"/2.

10 - Application du dispositif selon l'une des revendications de 1 à 9 à la distribution d'un mélange biphasique ou polyphasique comportant au moins une phase gazeuse comprenant au moins en partie de l'hydrogène.