FR3028426A1 - Conduit de collecte pour un reacteur radial comprenant des filets pleins. - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un conduit de collecte (8) perméable à un fluide gazeux et imperméable à des particules de catalyseur, de forme sensiblement cylindrique s'étendant selon un axe sensiblement vertical ayant une première surface apte à être en contact avec les particules de catalyseur et une seconde surface opposée à la première surface, le conduit comprenant une pluralité de fils profilés (11) verticaux présentant une première face (12) apte à être en contact avec les particules de catalyseur et une seconde face (13) opposée à la première face (12), les fils profilés (11) étant solidarisés à une pluralité d'anneaux de support (14) horizontaux par leur seconde face (13), les fils profilés (11) et les anneaux de support (14) définissant une pluralité d'ouvertures. Le conduit (8) comprend en outre une pluralité de filets pleins (15) imperméables au fluide gazeux et aux particules qui sont solidaires de la première face des fils profilés (11) et/ou disposés et retenus entre deux fils verticaux (11) et les filets pleins (15) forment un angle d'inclinaison α par rapport à l'horizontal compris entre 10° et 90°.

Description

La présente invention concerne un conduit de collecte pour des unités en lit mobile présentant une circulation radiale de la charge et des réactifs depuis la périphérie de l'enceinte réactionnelle vers le centre. L'homme du métier qualifie de "radial" un écoulement de réactifs gazeux se faisant à travers un lit catalytique généralement mobile selon un ensemble de directions correspondant à des rayons orientés depuis la périphérie vers le centre, ou depuis le centre de l'enceinte vers la périphérie. La présente invention a également pour objet un réacteur à lit radial comprenant un conduit de collecte d'effluent réactionnel selon l'invention. Enfin l'invention se rapporte à un procédé de conversion catalytique d'une charge d'hydrocarbures mettant en oeuvre un réacteur à lit radial.
Etat de la technique L'unité la plus représentative de ce type d'écoulement radial est le reformage régénératif des coupes hydrocarbures de type essences qu'on peut définir comme ayant un intervalle de distillation compris entre 80 et 250°C. Mais le domaine d'application de la présente invention est plus large et on peut citer en plus du reformage catalytique des essences, l'isomérisation squelettale de diverses coupes oléfiniques en C4, C5, ou encore le procédé de métathèse pour la production de propylène par exemple. Cette liste de procédé n'est pas exhaustive, et la présente invention peut s'appliquer à tout type de procédé catalytique à flux radial et charge gazeuse. Ainsi dans le cadre des nouvelles technologies de l'énergie, le procédé éthanol vers diesel, par exemple, pourrait utiliser ce type de technologie. Certaines de ces unités à lit radial, dont le reformage régénératif, font appel à un écoulement du catalyseur dit en lit mobile, c'est à dire un écoulement gravitaire lent des particules de catalyseur confinées (ou lit catalytique) dans un espace annulaire limité par la paroi du réacteur et une paroi intérieure perméable au gaz et imperméable aux grains de catalyseur qui correspond au conduit de collecte (ou collecteur central) qui récupère les effluents réactionnels. Alternativement, le lit catalytique mobile peut être confiné dans un espace, généralement annulaire, formé entre une grille dite "extérieure" et le conduit de collecte qui sont agencés de préférence de manière concentrique. La grille dite "extérieure" peut être constituée par un assemblage d'éléments de grille en forme de coquilles (scallops selon la terminologie anglo-saxonne). La charge gazeuse est généralement introduite par la périphérie extérieure du lit annulaire et traverse le lit catalytique de manière sensiblement perpendiculaire à la direction verticale d'écoulement de ce dernier. Les effluents réactionnels sont ensuite récupérés dans le conduit de collecte (ou collecteur).
3028426 2 La mise en oeuvre de ce type de réacteur est cependant limitée en termes de débit de charge. En effet, un débit de charge trop élevé va conduire au phénomène de blocage du catalyseur contre le collecteur central (ou "pinning" selon la terminologie anglo-saxonne). La force exercée par la charge circulant radialement depuis la périphérie extérieure du lit de 5 catalyseur vers le centre sur le lit de grains de catalyseur, plaque ceux-ci contre la paroi du collecteur central, ce qui augmente la contrainte de frottement qui s'oppose alors au glissement des grains le long de la paroi. Si le courant de charge est suffisamment élevé alors la force de friction qui en résulte est suffisante pour supporter le poids du lit catalytique de sorte que l'écoulement gravitaire des grains de catalyseur cesse, au moins dans certaines 10 régions adjacentes à la paroi du collecteur central. Dans ces régions, les grains de catalyseur sont alors dits "bloqués" ("pinned" selon la terminologie anglo-saxonne) par le débit de gaz et sont maintenus immobiles contre la paroi du collecteur. Le phénomène d'immobilisation des grains de catalyseur est à éviter fortement dans les réacteurs de reformage catalytique de charge d'hydrocarbures dans la mesure où il favorise les réactions 15 de désactivation du catalyseur (par exemple par cokage) empêchant ainsi la poursuite de l'exploitation du réacteur. Potentiellement lorsque le gâteau de catalyseur devient trop épais le long de la conduite, il est alors nécessaire de réduire le débit de gaz à traiter ou voire arrêter l'unité en vue du décolmatage de la dite conduite.
20 Un but de l'invention est donc de proposer un nouveau type de conduit de collecte d'un effluent gazeux pour réacteur à lit radial dont la conception permet de limiter les phénomènes de "pinning" des grains de catalyseur. Ainsi un réacteur mettant en oeuvre le collecteur d'effluent selon l'invention peut être opéré pendant des périodes plus longues et/ou permet de mettre en oeuvre des débits de charge d'hydrocarbures plus importants 25 (augmentation de la capacité de l'unité). Résumé de l'invention La présente invention a donc pour objet un conduit de collecte perméable à un fluide gazeux et imperméable à des particules de catalyseur, de forme sensiblement cylindrique s'étendant 30 selon un axe sensiblement vertical ayant une première surface apte à être en contact avec les particules de catalyseur et une seconde surface opposée à la première surface, le conduit comprenant une pluralité de fils profilés verticaux présentant une première face apte à être en contact avec les particules de catalyseur et une seconde face opposée à la première face, les fils profilés étant solidarisés à une pluralité d'anneaux de support 3028426 3 horizontaux par leur seconde face, les fils profilés et les anneaux de support définissant une pluralité d'ouvertures. Le conduit comprend en outre une pluralité de filets pleins imperméables au fluide gazeux et aux particules qui sont solidaires de la première face des fils profilés et/ou disposés et retenus entre deux fils verticaux et les filets pleins forment un 5 angle d'inclinaison a par rapport à l'horizontal compris entre 10° et 90°. De façon surprenante, la demanderesse a constaté qu'un conduit de collecte comprenant des filets pleins en contact avec les particules de catalyseur est moins sujet au phénomène de "pinning" pour un même débit de charge par rapport à un conduit de collecte selon l'art antérieur.
10 Dans le cadre de l'invention, on entend par le terme "imperméable aux particules" le fait que les ouvertures par lesquelles diffuse le fluide gazeux sont plus petites que la distance minimum prise entre deux points opposés de la particule de manière à ne pas laisser ladite particule traverser les ouvertures.
15 La surface totale occupée par les filets pleins est de préférence comprise entre 1 et 30% de la surface totale développée par le conduit, de manière plus préférée comprise entre 2 et 20% de la surface totale développée par le conduit.
20 Selon l'invention, les filets s'étendent sur une hauteur comprise entre 10 et 100% de la hauteur totale du conduit, de préférence comprise entre 40 et 100% et de manière plus préférée entre 50 et 100% de la hauteur totale du conduit. Dans un mode de réalisation, les filets pleins sont disposés dans la moitié supérieure et/ou 25 dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit. De manière alternative, les filets pleins sont agencés pour couvrir à la fois une partie des moitiés inférieure et supérieure de la hauteur du conduit. Selon l'invention, les filets pleins peuvent également s'étendre à partir de l'extrémité 30 supérieure et/ou à partir de l'extrémité inférieure du conduit. Dans une mode de réalisation particulier, le conduit comporte successivement et par alternance un filet plein s'étendant dans une zone située dans la moitié supérieure du conduit et un filet plein s'étendant dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit.
3028426 4 Selon un autre mode de réalisation, les filets pleins disposés dans la moitié supérieure du conduit sont agencés en vis-à-vis de filets pleins disposés dans la moitié inférieure du conduit et la somme des hauteurs des filets pleins en vis-à-vis est comprise entre 20 et 100% de la hauteur totale du conduit.
5 De préférence, les filets pleins sont parallèles entre eux. De préférence les filets pleins sont espacés d'un pas régulier. Dans un mode de réalisation, le conduit de collecte comporte des filets pleins formant un 10 angle a par rapport à l'horizontal différent de 90° et dans lequel deux filets pleins sont disposés de manière à se rencontrer en formant un "V" ou se croiser en formant un "X". L'invention se rapporte également à un réacteur à circulation radiale de fluide gazeux comprenant : 15 - une enveloppe externe définissant une enceinte s'étendant selon un axe principal vertical et contenant une zone réactionnelle comprenant un lit de particules de catalyseur; - au moins un moyen d'entrée d'une charge; - au moins un moyen de sortie de l'effluent produit par la réaction catalytique; 20 - au moins un moyen d'entrée du catalyseur pour introduire le catalyseur dans la zone réactionnelle; - au moins un moyen de sortie du catalyseur débouchant dans la zone réactionnelle; - un conduit de collecte de l'effluent selon l'invention, en communication avec le moyen de sortie de l'effluent, disposé dans la zone réactionnelle, étant entendu que les filets 25 pleins sont en contact avec les particules de catalyseur du lit catalytique, et - optionnellement une grille cylindrique perméable aux gaz et imperméable aux particules de catalyseur disposée dans l'enceinte de manière concentrique par rapport au conduit de collecte.
30 Selon un mode de réalisation du réacteur, la grille cylindrique est disposée entre l'enveloppe et le conduit de collecte de sorte que le réacteur comprend une zone annulaire de distribution externe comprise entre l'enveloppe et la grille cylindrique, une zone catalytique annulaire comprise entre la grille cylindrique et le conduit de collecte et un espace de 3028426 5 collecte délimité par le conduit de collecte et dans lequel la première face des fils du conduit de collecte est en contact avec le lit catalytique. Selon un autre mode de réalisation du réacteur, le conduit de collecte est disposé entre 5 l'enveloppe et la grille cylindrique de sorte que le réacteur comprend une zone annulaire externe de collecte comprise entre l'enveloppe et le conduit de collecte, une zone catalytique annulaire comprise entre la grille cylindrique et le conduit de collecte et un espace de collecte délimité par la grille cylindrique et dans lequel la première face des fils du conduit de collecte est en contact avec le lit catalytique.
10 Selon une mode de réalisation du réacteur, la grille cylindrique est un assemblage d'éléments de grille en forme de coquilles s'étendant selon l'axe vertical dans le réacteur. Selon un mode de réalisation du réacteur la grille cylindrique est absente et le réacteur 15 comprend une pluralité de tubes de distribution du fluide gazeux, connectés à une boite de distribution, plongeant dans la zone réactionnelle. L'invention se rapporte à un procédé de conversion catalytique d'une charge d'hydrocarbures mettant en oeuvre un réacteur selon l'invention, dans lequel: 20 - on envoie en continu la charge d'hydrocarbures sous forme gazeuse dans un lit catalytique contenu dans le réacteur; - on met en contact la charge d'hydrocarbures traversant radialement le lit catalytique avec le catalyseur de manière à produire un effluent gazeux; et - on soutire ledit effluent après son passage à travers le conduit de collecte.
25 Le procédé selon l'invention peut mettre en oeuvre un lit catalytique mobile qui implique que l'on envoie et on soutire en continu le catalyseur. La réaction de conversion catalytique peut être choisie parmi une réaction de reformage 30 catalytique, une isomérisation squelettale des oléfines, la métathèse pour la production de propylène, une réaction d'oligocraquage.
3028426 6 Description détaillée de l'invention Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées : 5 - la figure 1 qui montre une vue en perspective avec une partielle d'un réacteur à flux radial selon l'art antérieur; - la figure 2 qui est une vue en perspective d'un conduit selon l'invention; - les figures 3a et 3b sont des vues détaillées en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe vertical du conduit de la figure 2. 10 - la figure 4 est une vue en perspective d'un conduit selon l'invention selon une autre forme de réalisation; - la figure 5 est une vue en coupe d'un réacteur selon l'invention selon un plan perpendiculaire par rapport à l'axe principal du réacteur; - la figure 6 est une vue en coupe d'un réacteur selon l'invention selon un plan 15 perpendiculaire par rapport à l'axe principal du réacteur; - la figure 7 est une vue schématique d'une maquette mis en oeuvre pour l'étude du pinning. En référence à la figure 1, un réacteur à flux radial 1 selon l'art antérieur se présente extérieurement sous la forme d'une bonbonne formant une enceinte cylindrique 2 s'étendant 20 selon un axe de symétrie AX. L'enceinte 2 comprend dans sa partie supérieure un premier orifice 3 et dans sa partie inférieure un second orifice 4. Les orifices 3 et 4 sont destinés respectivement à l'entrée et à la sortie d'un fluide traversant le réacteur 1. A l'intérieur de ce réservoir cylindrique est agencé un lit catalytique 7 ayant la forme d'un anneau cylindrique vertical limité du côté intérieur par un tube cylindrique central 8 formé par 25 une grille dite "intérieure" retenant le catalyseur et du côté extérieur, par une autre grille dite "externe" 5 soit du même type que la grille intérieure, soit par un dispositif consistant en un assemblage d'éléments de grille en forme de coquilles 6 s'étendant longitudinalement, comme représenté sur la figure 1. Ces éléments de grille en forme de coquilles 6 formant des conduits sont également connus sous l'appellation anglo-saxonne de "scallops". Ces 30 conduits 6 sont maintenus par le réservoir et plaqués à la face interne de l'enceinte, parallèlement à l'axe AX, pour former une enveloppe interne sensiblement cylindrique. Les éléments de grille en forme de coquilles 6 sont en communication directe avec le premier orifice 3 via leur extrémité supérieure, pour recevoir un flux gazeux de charge. Le flux gazeux diffuse à travers la paroi ajourée des conduits 6, pour traverser le lit de particules 3028426 7 solides de catalyseur 7 en convergeant radialement vers le centre du réacteur 1. La charge est ainsi mise en contact avec le catalyseur afin de subir des transformations chimiques, par exemple une réaction de reformage catalytique, et produire un effluent de la réaction. L'effluent de la réaction est ensuite collecté par le tube cylindre central 8 (ou conduit de 5 collecte) s'étendant le long de l'axe AX et ayant également une paroi ajourée. Ce cylindre central 8 (ou conduit de collecte) est ici en communication avec le second orifice 4 du réacteur via son extrémité inférieure. En fonctionnement le fluide gazeux introduit dans le premier orifice 3 traverse radialement la grille "externe" 5 , puis traverse radialement le lit de particules de catalyseur 7 où il est mis 10 en contact avec le catalyseur afin de produire un effluent qui est par la suite collecté par le cylindre central 8 et évacué par le second orifice 4. Un tel réacteur peut également fonctionner avec un écoulement gravitaire continu de catalyseur dans le lit catalytique annulaire 7. Dans le cas de la figure 1, le réacteur 1 comprend en outre des moyens d'introduction du catalyseur 9 dans le lit annulaire, disposés 15 dans une partie supérieure du réacteur et des moyens de soutirage du catalyseur 10 qui sont agencés dans une partie inférieure du réacteur. Alternativement, le réacteur peut utiliser comme moyen de distribution du fluide gazeux en remplacement de la grille externe une pluralité de tubes de distribution de fluide, plongeant directement dans le lit catalytique et les tubes étant reliés à une boite de distribution. Ces 20 tubes de distribution, fermés à leur extrémité distale, par exemple de section circulaire, sont constitués par une grille ou une plaque perforée perméable au gaz et imperméable aux grains de catalyseur. Un premier mode de réalisation d'un conduit de collecte selon l'invention est maintenant 25 décrit en référence aux figures 2, 3a et 3b. En référence à la figure 2, le conduit 8 se présente sous la forme d'un anneau cylindrique vertical constitué d'un assemblage de fils métalliques profilés 11 disposés parallèlement les uns aux autres le long de l'axe vertical du conduit. Par exemple le profil des fils peut être en V. Comme indiqué sur les figures 3a et 3b, les fils verticaux présentent une première face 12 30 et une seconde face opposée 13. Dans le cadre de l'invention, la première face 12 se rapporte à la face qui est en contact avec les particules de catalyseur du lit catalytique lorsque le conduit est mis en oeuvre dans un réacteur radial. La seconde face qui peut être désigné par le vocable "dos" correspond à la face qui n'est pas en contact avec le lit de catalyseur lorsque le conduit est mis en oeuvre dans un réacteur radial.
3028426 8 Les fils sont maintenus solidaires entre eux par un ensemble d'anneaux de support métalliques 14 horizontaux soudés à la seconde face des fils verticaux en tout point de contact avec ces derniers. Les anneaux de support 14 sont de préférence régulièrement disposés le long de la hauteur du conduit. Grâce à cet agencement des fils verticaux 11 et 5 des anneaux support 14, le conduit 8 présente une paroi ajourée sur sa périphérie. La disposition des fils et des anneaux est telle que les ouvertures formées sont aptes à laisser diffuser un fluide gazeux tout en retenant les particules de catalyseur. Selon l'invention, le conduit 8 comprend en outre une pluralité de filets pleins 15 solidaires des fils verticaux 11 au niveau de leur première surface 12 (voir figure 3a). Dans le mode de 10 réalisation de la figure 2, les filets pleins 15 s'étendent parallèlement à l'axe vertical du conduit, c'est-à-dire que l'angle d'inclinaison a des filets pleins par rapport à l'horizontal est égale à 90°. Dans le contexte de l'invention, les filets pleins 15 sont des éléments qui sont imperméables au fluide gazeux et aux particules. Par exemple les filets se présentent sous la forme de 15 plaques métalliques soudées aux fils verticaux sur leur première face 12. En référence à la figure 3b qui est un autre mode de réalisation du conduit, les filets pleins 15 sont intercalés entre deux fils profilés verticaux 11 et sont solidarisés et supportés directement par les anneaux de support 14. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le conduit 8 comprend des filets pleins 15 qui 20 s'étendent sur la totalité de la hauteur H du conduit 8 et sur sa périphérie. Par ailleurs les filets pleins 15 sont disposés selon l'axe vertical et de manière parallèle les uns aux autres avec un pas, de préférence régulier, entre les filets pleins. Dans le cadre de l'invention, le nombre de filets pleins ainsi que leur dimension sont déterminés de sorte que la surface totale couverte par les filets soit comprise entre 1 et 30% 25 de la surface totale développée par le conduit, de préférence comprise entre 2 et 20% de la surface totale développée par le conduit. Selon l'invention, chaque filet plein peut s'étendre sur une hauteur comprise entre 10 et 100% de la hauteur totale du conduit. De préférence les filets s'étendent sur une distance comprise entre 50% et 100% de la hauteur totale du conduit.
30 L'agencement des filets pleins sur la périphérie du conduit peut prendre différentes configurations. Par exemple, tous les filets pleins sont disposés dans une zone située dans la moitié supérieure du conduit et/ou dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit.
3028426 9 Alternativement, les filets pleins couvrent à la fois une partie des zones situées dans les moitiés inférieure et supérieure du conduit. Dans un autre mode de réalisation, les filets pleins sont disposés successivement et par alternance dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit et dans une zone située dans la moitié supérieure du conduit.
5 Selon une autre disposition, les filets pleins arrangées dans une zone située dans la moitié supérieure du conduit sont en vis-à-vis de filets pleins disposés dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit et la somme des hauteurs des filets pleins en vis-à-vis est comprise entre 20% et 100% de la hauteur totale du conduit.
10 Un autre mode de réalisation du conduit selon l'invention est représenté à la figure 4, qui diffère de celui de la figure 1 en ce que les filets pleins 15 sont disposés en hélice sur la périphérie du conduit avec un angle d'inclinaison a par rapport à l'horizontal compris entre 10° et 89°, de préférence compris entre 30° et 85êt de manière plus préférée compris entre 45° et 70°. En référence à la figure 4, les filets pleins hélicoïdaux sont disposés de 15 préférence de manière parallèle entre eux avec un pas entre deux hélices successives régulier. Les filets pleins hélicoïdaux s'étendent généralement sur 10% à 100% de la hauteur totale du conduit. De préférence, les filets pleins 15 s'étendent sur une distance comprise entre 50% à 100% de la hauteur totale du conduit. Les filets sont ainsi soudés en un certain nombre de points de rencontres soit avec la première face des fils verticaux soit avec les 20 anneaux de support horizontaux. Il est également envisageable d'agencer les filets pleins hélicoïdaux de sorte que deux filets adjacents se rencontrent à leur extrémité distale selon une configuration en V. De manière alternative, deux filets hélicoïdaux adjacents peuvent se croiser entre eux selon une forme en X avec un premier filet incliné avec un angle a par rapport à l'horizontal et un 25 second filet incliné avec un angle -a par rapport à l'horizontal. Dans cette configuration, les deux filets se croisant sont de préférence situés dans un même plan de sorte que le second filet n'est pas simplement "superposé" au premier filet mais le second filet est sectionné en chaque point de croisement avec un premier filet et ce point fait l'objet d'une soudure qui permet de connecter les filets entre eux.
30 Comme dans le cas des filets verticaux, tous les filets pleins hélicoïdaux peuvent être disposés dans une zone située dans la moitié supérieure du conduit et/ou dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit. Alternativement, les filets pleins couvrent à la fois une partie des zones situées dans les moitiés inférieure et supérieure du conduit. Dans un mode de réalisation alternatif, les filets 3028426 10 pleins sont disposés successivement et par alternance dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit et dans une zone située dans la moitié supérieure du conduit. Dans une autre mode de réalisation, les filets pleins 15 hélicoïdaux sont disposés de manière à former une hélice continue sur la périphérie du conduit 8.
5 Un conduit selon l'invention peut avoir les dimensions suivantes: - diamètre du conduit : entre 0,3 et 2 mètres - Hauteur du conduit : entre 2 et 30 mètres 10 Le nombre et les dimensions (e.g. la largeur) des filets pleins peuvent être déterminés en connaissant la surface totale développée par le conduit et en tenant compte du fait que la surface totale occupée par les filets pleins est comprise entre 1 et 30%, de préférence comprise entre 2 et 20% de la surface totale développée par le conduit. A titre d'exemple, pour un conduit de 3,14 m de circonférence qui comprend quatre filets pleins s'étendant sur 15 la hauteur totale du conduit et occupant 2% de la surface totale développée par le conduit, chaque filet plein a une largeur de 1,6 cm. La demanderesse a constaté de manière surprenante que, pour une même vitesse de gaz traversant le conduit, la présence de filets pleins imperméables au gaz sur la face du conduit 20 en contact avec les particules de catalyseur permet de limiter l'épaisseur du gâteau de particules qui est bloqué par le flux de gaz par rapport à un conduit classique de l'art antérieur constitué par un réseau de fils verticaux soutenus par une pluralité d'anneaux de support horizontaux. La présence de ces filets pleins permet ainsi de générer des zones où les particules sont moins plaquées contre la paroi du conduit et sur lesquelles le gâteau de 25 solide ne peut pas se développer avec également pour effet de limiter l'épaisseur du gâteau qui est formé dans les zones non oblitérées du conduit. Ainsi en réduisant la quantité de catalyseur "bloqué" par le gâteau, on réduit la part de catalyseur "inactif" et donc on améliore les performances catalytiques du réacteur.
30 L'invention se rapporte également à un procédé de traitement catalytique d'une charge d'hydrocarbures dans un réacteur radial à lit mobile de catalyseur. Le réacteur comprend : - une enveloppe définissant une enceinte s'étendant selon un axe principal vertical et contenant une zone réactionnelle à lit de particules de catalyseur, 3028426 11 - au moins un moyen d'entrée d'une charge, - au moins un moyen de sortie de l'effluent produit par la réaction catalytique, - au moins un moyen d'entrée du catalyseur pour introduire le catalyseur dans la zone réactionnelle; 5 - au moins un moyen de sortie du catalyseur débouchant dans la zone réactionnelle; et - optionnellement une grille perméable aux gaz et imperméable aux particules de catalyseur qui est disposée dans l'enceinte de manière concentrique par rapport au conduit de collecte. Le réacteur inclut par ailleurs un conduit de collecte de l'effluent selon l'invention disposé 10 dans la zone réactionnelle et en communication avec le moyen de sortie de l'effluent, étant entendu que les filets pleins sont en contact avec les particules de catalyseur du lit catalytique. Un premier mode de réalisation du réacteur est représenté à la figure 4, le réacteur étant à 15 circulation radiale centripète (i.e. le flux gazeux circule depuis la périphérie de l'enceinte vers le centre de l'enceinte). Le réacteur comprend une enveloppe 2 qui délimite une enceinte dans laquelle sont agencés une grille cylindrique poreuse 5 perméable aux gaz et imperméable au catalyseur et un conduit de collecte 8 selon l'invention. La grille 5 est disposée entre l'enveloppe 2 et le conduit de collecte 8 de manière concentrique par rapport 20 au conduit de collecte. Dans une telle configuration, le réacteur comprend une zone annulaire "externe" 20 comprise entre l'enveloppe 2 et la grille 5 dite "externe", une zone catalytique annulaire 21 comprise entre la grille 5 dite "externe" et le conduit de collecte 8 et un espace de collecte 22 délimité par le conduit de collecte 8. Comme indiqué sur la figure 4, le conduit est disposé dans le réacteur de sorte que les filets pleins 15 plongent dans la zone 25 catalytique annulaire 21 et sont ainsi en contact avec le lit de particules de catalyseurs. La grille 5 dite "externe" peut prendre la forme d'une plaque perforée ou d'une grille formée par un maillage de fils et de tiges métalliques profilés ou encore d'un assemblage d'éléments de grille en forme de coquille (ou "scallop" selon la terminologie anglo-saxonne). En fonctionnement, la charge gazeuse est injectée soit par le fond soit par le sommet du 30 réacteur dans la zone annulaire 20 de distribution puis passe à travers la grille 5 dite "externe" et traverse ensuite de manière sensiblement radiale le lit de particules de catalyseur de la zone catalytique annulaire 21. Dans la zone catalytique annulaire 21 le fluide gazeux est mis en contact avec le catalyseur pour produire un effluent réactionnel, 3028426 12 généralement gazeux, qui est collecté dans l'espace 22 du conduit de collecte 8 et qui est ensuite soutiré soit au sommet du réacteur (lorsque la charge est introduite en fond du réacteur) soit en fond du réacteur (lorsque la charge est introduite par le sommet du réacteur).
5 Selon une mode de réalisation alternatif (non représenté), le réacteur ne comporte pas de grille cylindrique 5 mais une pluralité de tubes de distribution, connectés à une boite de distribution (externe ou interne au réacteur) et plongeant dans la zone réactionnelle, qui permettent de distribuer la charge gazeuse dans la zone catalytique 21.
10 Un autre mode de réalisation du réacteur selon l'invention à circulation radiale centrifuge (i.e. le flux gazeux circule depuis le centre de l'enceinte vers la périphérie de l'enceinte) est représenté en coupe perpendiculaire à l'axe vertical du réacteur à la figure 5. Le conduit de collecte 8 est arrangé entre l'enceinte 2 et la grille cylindrique 5 et de manière concentrique par rapport à la grille 5. Dans cet agencement, le collecteur 8 est équivalent à une grille 15 "externe" et la grille 5 correspond à une grille "interne". Autrement dit, le réacteur comprend une zone "extérieure" de collecte 23 comprise entre l'enveloppe 2 et le conduit de collecte 8, une zone catalytique essentiellement annulaire 24 délimitée par la grille 5 dite "interne" et le conduit de collecte 8 et un espace de distribution du fluide gazeux 25 délimité par la grille cylindrique 5. Le conduit de collecte 8 est configuré avec ses filets pleins 15 plongeant dans 20 la zone catalytique 24 pour être en contact avec les particules de catalyseur. En fonctionnement, la charge gazeuse est introduite soit par le sommet soit par le fond du réacteur via le conduit formé par la grille cylindrique 5 (la grille étant fermée à l'extrémité opposée à l'extrémité en communication avec le moyen d'entrée de la charge). La charge diffuse à travers la grille 5 et traverse de manière sensiblement radiale la zone catalytique 24 25 où elle est mise en contact avec le catalyseur. Un effluent réactionnel est collecté dans l'espace 23 après avoir diffusé à travers le conduit de collecte 8 et est ensuite soutiré soit au sommet du réacteur (lorsque la charge est introduite en fond du réacteur) soit en fond du réacteur (lorsque la charge est introduite par le sommet du réacteur).
30 II est à noter que le mode de réalisation de la figure 5 peut être décliné dans une variante dans laquelle, la grille 5 est remplacée par une pluralité de tubes de distribution du fluide gazeux, plongeant dans la zone réactionnelle, et qui sont connectés à une boite de distribution du fluide qui peut être agencée dans le réacteur ou en dehors du réacteur.
3028426 13 Il est à noter que le réacteur selon l'invention peut être un réacteur à lit catalytique mobile, c'est-à-dire que le catalyseur est introduit dans le réacteur et soutiré dudit réacteur en continu.
5 Le réacteur et le procédé selon l'invention peuvent être appliqués pour réaliser des réactions à circulation radiale de fluide gazeux comme par exemple une réaction de reformage catalytique d'une coupe d'hydrocarbures, une isomérisation squelettale des oléfines, la métathèse pour la production de propylène, une réaction d'oligocraquage.
10 Exemple Une maquette 30 parallélépipédique transparente, mettant en oeuvre un lit radial mobile de petite taille, a été opérée pour étudier le phénomène de blocage ("pinning") des particules de catalyseur. La maquette 30, représentée schématiquement à la figure 7, comprend une première grille 15 31 disposée à une distance de 80 mm en face d'une seconde grille 32 identique qui fait office de grille de collecte. Les grilles employées dans la maquette ont une hauteur de 120 et 160 mm. La grille 32 est maintenue dans la maquette au moyen de deux plaques pleines 33 et 34 qui jouent le rôle de filets pleins décrits ci-dessus. Des billes sphériques d'alumine sont mises en circulation (1,8 mm de diamètre) selon un 20 mouvement descendant dans l'espace 35 s'éparant les grilles 31 et 32 avec une vitesse de 10 cm/min. Un flux d'air est injecté en courant sensiblement perpendiculaire au sens du mouvement descendant des billes à l'intérieur de la boite parallélépipédique afin de reproduire une interaction gaz-solide typique du réacteur à lit mobile. Au moyen de la maquette, on a étudié l'évolution de la forme et de la taille du gâteau 36 en 25 fonction des hauteurs des grilles d'entrée et sortie pour une vitesse superficielle gaz à l'entrée de la première grille 31 de 1,2 m/s. Il a été observé que l'épaisseur du gâteau a une forme parabolique sur toute la hauteur de la seconde grille 32. Par ailleurs, on a constaté que l'épaisseur du gâteau est pratiquement nulle aux extrémités des grilles (c'est-à-dire à la jonction avec les zones pleines) et maximale 30 au centre de la grille (comme représenté schématiquement à la figure 7). On a pu également noter que plus la grille est haute, plus l'épaisseur du gâteau au centre de la grille est importante. Ainsi, pour une vitesse superficielle gaz de 1,2 m/s, cette épaisseur est de 20 mm pour des grilles de 120 mm de haut et de 43 mm pour la grille de 160 mm.
3028426 14 On peut ainsi conclure que l'épaisseur maximale du gâteau de catalyseur bloqué dépend de la surface correspondante de grille traversée en sortie : la présence de zones pleines autour de cette grille a pour effet de "casser" le gâteau au niveau de la jonction grille/filet plein avec pour effet de diminuer l'épaisseur du gâteau de catalyseur formé. 5

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS1. Conduit de collecte (8) perméable à un fluide gazeux et imperméable à des particules de catalyseur, de forme sensiblement cylindrique s'étendant selon un axe sensiblement vertical ayant une première surface apte à être en contact avec les particules de catalyseur et une seconde surface opposée à la première surface, le conduit comprenant une pluralité de fils profilés (11) verticaux présentant une première face (12) apte à être en contact avec les particules de catalyseur et une seconde face (13) opposée à la première face (12), les fils profilés (11) étant solidarisés à une pluralité d'anneaux de support (14) horizontaux par leur seconde face (13), les fils profilés (11) et les anneaux de support (14) définissant une pluralité d'ouvertures, caractérisé en ce que le conduit (8) comprend en outre une pluralité de filets pleins (15) imperméables au fluide gazeux et aux particules qui sont solidaires de la première face des fils profilés (11) et/ou disposés et retenus entre deux fils verticaux (11) et en ce que les filets pleins (15) forment un angle d'inclinaison a par rapport à l'horizontal compris entre 10° et 90°.2. 3. 4. 5. Conduit de collecte selon la revendication 1, dans lequel la surface totale occupée par les filets pleins (15) est comprise entre 1 et 30% de la surface totale développée par le conduit, de préférence comprise entre 2 et 20% de la surface totale développée par le conduit. Conduit selon les revendications 1 ou 2, dans lequel chaque filet plein (15) s'étend sur une hauteur comprise entre 10 et 100% de la hauteur totale du conduit. Conduit de collecte selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les filets pleins (15) sont disposés dans une zone située dans la moitié supérieure du conduit et/ou dans une zone située dans la moitié inférieure du conduit. Conduit de collecte selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les filets pleins (15) s'étendent à partir de l'extrémité supérieure ou à partir de l'extrémité inférieure du conduit. 3028426 16 6. Conduit de collecte selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les filets pleins (15) couvrent à la fois une partie des zones situées dans les moitiés inférieure et supérieure du conduit. 5 7. Conduit de collecte selon l'une des revendications précédentes, comprenant successivement et par alternance un filet plein (15) s'étendant dans une zone correspondant à la moitié supérieure du conduit et un filet plein s'étendant dans une zone correspondant à la moitié inférieure du conduit. 10 8. Conduit de collecte selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les filets pleins disposés dans la moitié supérieure du conduit sont agencés en vis-à-vis des filets pleins disposés dans la moitié inférieure du conduit et dans lequel la somme des hauteurs des filets pleins en vis-à-vis est comprise entre 20 et 100% de la hauteur totale du conduit. 15 9. Conduit de collecte selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les filets pleins sont parallèles entre eux. 10. Conduit de collecte selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'angle 20 d'inclinaison est différent de 90° et dans lequel cbux filets pleins (15) se rencontrent pour former un "V" ou se croisent pour former un "X". 11. Réacteur à circulation radiale de fluide gazeux comprenant : - une enveloppe externe (2) définissant une enceinte s'étendant selon un axe 25 principal vertical et contenant une zone réactionnelle comprenant un lit de particules de catalyseur; - au moins un moyen d'entrée d'une charge; - au moins un moyen de sortie de l'effluent produit par la réaction catalytique; - au moins un moyen d'entrée du catalyseur pour introduire le catalyseur dans 30 la zone réactionnelle; - au moins un moyen de sortie du catalyseur débouchant dans la zone réactionnelle; et 3028426 17 - un conduit de collecte (8) de l'effluent selon l'une des revendications précédentes, en communication avec le moyen de sortie de l'effluent, disposé dans la zone réactionnelle, étant entendu que les filets pleins sont en contact avec les particules de catalyseur du lit catalytique, et 5 - optionnellement une grille cylindrique (5) perméable aux gaz et imperméable aux particules de catalyseur disposée dans l'enceinte (2) de manière concentrique par rapport au conduit de collecte (8). 12. Réacteur selon la revendication 11, dans lequel la grille cylindrique (5) est disposée 10 entre l'enveloppe externe (2) et le conduit de collecte (8), dans lequel le réacteur comprend une zone annulaire de distribution (20) externe comprise entre l'enveloppe (2) et la grille cylindrique (5), une zone catalytique annulaire (21) comprise entre la grille cylindrique (5) et le conduit de collecte (8) et un espace de collecte (22) délimité par le conduit de collecte (8) et dans lequel la première face des fils du conduit de 15 collecte est en contact avec le lit catalytique. 13. Réacteur selon la revendication 11, dans lequel le conduit de collecte (8) est disposé entre l'enveloppe (2) et la grille cylindrique (5), dans lequel le réacteur comprend une zone annulaire externe de collecte (23) comprise entre l'enveloppe (2) et le conduit 20 de collecte (8), une zone catalytique annulaire (24) comprise entre la grille cylindrique (5) et le conduit de collecte (8) et un espace de collecte (25) délimité par la grille cylindrique (5) et dans lequel la première face des fils du conduit de collecte est en contact avec le lit catalytique. 25 14. Procédé de conversion catalytique d'une charge d'hydrocarbures mettant en oeuvre un réacteur selon l'une des revendications 11 à 13, dans lequel: - on envoie en continu la charge d'hydrocarbures sous forme gazeuse dans un lit catalytique contenu dans le réacteur; - on met en contact la charge d'hydrocarbures traversant radialement le lit 30 catalytique avec le catalyseur de manière à produire un effluent gazeux; et - on soutire ledit effluent après son passage à travers le conduit de collecte. 3028426 18 15. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le lit catalytique est mobile et on envoie et on soutire en continu le catalyseur. 5
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