FR3033264A1 - Reacteur radial a lits catalytiques fixes - Google Patents

Abstract

La présente invention un réacteur (1) à circulation radiale de fluide gazeux comprenant : • une enveloppe externe (2) définissant une enceinte s'étendant selon un axe principal vertical comprenant au moins une zone catalytique (12) contenant N lits fixes de catalyseur (26,27) disposés de manière étagée selon l'axe principal vertical, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dans lequel le catalyseur de chaque lit fixe a une composition différente et dans lequel pour chaque lit fixe le taux de vide et/ou le diamètre équivalent moyen du catalyseur sont différents; • des moyens d'entrée d'un fluide gazeux; • des moyens de soutirage d'un effluent réactionnel; • un ensemble de collecte (8) de l'effluent réactionnel disposé de manière adjacente à la zone catalytique, un ensemble de collecte vertical (8) d'un fluide gazeux disposé de manière adjacente à la zone catalytique; et dans lequel l'ensemble de collecte comporte N zones, chaque zone étant associée à un lit fixe de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes qui est fonction du taux de vide et/ou du diamètre équivalent moyen du catalyseur du lit fixe afin de créer une distribution homogène des vitesses du fluide gazeux sur la hauteur de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes.

Description

La présente invention concerne un réacteur pour conduire des réactions de transformation catalytique d'une charge d'hydrocarbures qui se trouve en phase gazeuse et avec un mouvement de la charge à travers un lit catalytique selon un ensemble de directions correspondant à des rayons orientés depuis la périphérie vers le centre ou depuis le centre du réacteur vers sa périphérie. La présente invention concerne également un procédé de traitement catalytique d'une charge d'hydrocarbures mettant en oeuvre un tel réacteur. Etat de la technique Les réacteurs à lit catalytique avec une circulation radiale de la charge gazeuse sont connus dans le domaine du raffinage. En particulier de tels réacteurs sont employés pour réaliser des réactions de reformage catalytique qui vise la conversion des composés paraffiniques en C7-C10 et naphtèniques en C7-C10, en composés aromatiques avec la production associée d'hydrogène. La conversion catalytique est généralement opérée à haute température, de l'ordre de 500°C, à pression moyenne entre 1 et 2,5 MPa et en présence d'un catalyseur spécifique de reformage de manière à produire un reformat à haut indice d'octane riche en composés aromatiques qui peut servir de base carburant. Actuellement les unités de reformage en lit radial font appel à des procédés dits régénératifs qui opèrent par soutirage et régénération en continu du catalyseur qui est ensuite recyclé dans le procédé. Par exemple le document FR 2 064 274 décrit un procédé de reformage mettant en oeuvre un réacteur à écoulement radial comportant deux lits catalytiques étagés disposés en série. Le système catalytique est introduit en tête du réacteur et s'écoule par gravité et est soutiré en fond du réacteur pour être traité dans une unité de régénération et ensuite recyclé après régénération en tête du réacteur. En fonctionnement, le catalyseur et la charge d'hydrocarbure sont introduits en continu en tête du réacteur. Les particules de catalyseur descendent à travers le réacteur sous la forme de deux lits catalytiques annulaires qui sont délimités par deux grilles (ou tamis) cylindriques espacés. La charge gazeuse d'hydrocarbures est envoyée selon un courant descendant et radialement, par exemple depuis la périphérie vers le centre du réacteur, à travers le premier lit catalytique et on récupère un premier effluent qui est collecté dans un espace de collecte cylindrique délimité par un tamis cylindrique (qui l'on désigne par le vocable "tube de collecte"). L'effluent soutiré de l'espace de collecte est réchauffé et est renvoyé selon une direction descendante et radiale à travers le second lit catalytique annulaire disposé en-dessous du premier lit catalytique. Le catalyseur usé est retiré du réacteur au moyen de jambes de soutirage disposés au fond du réacteur et ensuite envoyé vers une unité de régénération du catalyseur 3033264 2 pour y être traité. A l'issue du traitement, le catalyseur régénéré est transféré dans une trémie de stockage qui sert à alimenter le réacteur en catalyseur. Ainsi les systèmes dit à régénération continue à lits catalytiques mobiles multiples mettent en oeuvre un seul type de catalyseur qui se déplace sous la forme d'une colonne ininterrompue 5 de particules à travers le réacteur depuis son sommet jusqu'au fond. Les contraintes liées à la technologie en lit radial mobile sont multiples. En particulier, les vitesses de gaz à la traversée du lit catalytique sont limitées pour : - éviter la cavitation en entrée du lit - éviter le blocage du catalyseur à sa sortie contre la grille interne, aussi appelé 10 pinning » en anglais - réduire les pertes de charge (fonction de la vitesse et de l'épaisseur du lit). Ainsi les réacteurs radiaux en lit mobile ne permettent pas de mettre en oeuvre plusieurs types de catalyseurs pour réaliser des réactions catalytiques différentes.

15 Un but de l'invention est de proposer un réacteur en lit radial qui comporte au moins un lit catalytique fixe constitué de plusieurs couches de catalyseur, pour lequel la perte de charge est contrôlée de sorte que la charge gazeuse soit distribuée de façon homogène sur la hauteur de la zone catalytique.

20 Le réacteur selon l'invention peut être issu d'un remodelage (ou "revamping" selon la terminologie anglo-saxonne) d'un réacteur radial à lit catalytique fixe dans lequel on a remplacé le collecteur central par un ensemble de collecte décrit ci-dessous. Résumé de l'invention 25 La présente invention concerne donc un réacteur à circulation radiale de fluide gazeux comprenant : - une enveloppe externe définissant une enceinte s'étendant selon un axe principal vertical comprenant au moins une zone catalytique contenant N lits fixes de catalyseur disposés de manière étagée selon l'axe principal vertical, 30 N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dans lequel les catalyseurs de deux lits fixes adjacents sont de compositions différentes et dans lequel deux lits fixes adjacents présentent un taux de vide et/ou un diamètre équivalent moyen du catalyseur différents; - des moyens d'entrée d'un fluide gazeux; 35 - des moyens de soutirage d'un effluent réactionnel; 3033264 3 - un ensemble de collecte vertical de l'effluent réactionnel disposé de manière adjacente à la zone catalytique; et dans lequel l'ensemble de collecte comporte N zones, chaque zone étant associée à un lit fixe de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont 5 des porosités différentes qui est fonction du taux de vide et/ou du diamètre équivalent moyen du catalyseur du lit fixe afin de créer une distribution homogène des vitesses du fluide gazeux sur la hauteur de la zone catalytique. Selon un mode de réalisation, l'ensemble de collecte comprend une grille cylindrique 10 verticale perméable au fluide gazeux et imperméable aux catalyseurs et la grille comporte N zones, chaque zone étant associée à un lit fixe de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes. Selon un autre mode de réalisation, l'ensemble de collecte comprend une grille cylindrique 15 verticale perméable au fluide gazeux et imperméable aux catalyseurs et un tube cylindrique vertical perméable au gaz supporté par ladite grille et disposé de manière concentrique par rapport à ladite grille. Le tube cylindrique comprend N zones, chaque zone étant associée à un lit fixe de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes qui sont fonction du taux de vide et/ou du diamètre équivalent moyen du 20 catalyseur du lit fixe. De préférence, chaque zone du tube cylindrique comporte des trous traversant et dans lequel le nombre et/ou la dimension des trous traversant sont différents d'une zone à l'autre. De préférence, la grille est formée par une pluralité de fils verticaux espacés les uns des 25 autres et solidarisés à une pluralité d'anneaux de support horizontaux et le tube cylindrique est solidaire des anneaux de support horizontaux. La zone catalytique peut être de forme annulaire définie entre un tamis externe cylindrique et un tamis interne cylindrique placé à distance du tamis externe, les tamis étant perméables au 30 fluide gazeux et imperméables aux catalyseurs. Selon un mode de réalisation, le tamis externe est constitué par un assemblage de conduits en forme de coquille perméables au fluide gazeux et imperméables aux catalyseurs. Selon un mode de réalisation particulier, le tamis externe de la zone catalytique est constitué 35 par l'ensemble de collecte et ledit réacteur est configuré pour fonctionner avec le fluide 3033264 4 gazeux qui s'écoule selon un mouvement ascendant ou descendant et selon une direction radiale centrifuge. Alternativement le tamis interne de la zone catalytique est constitué par l'ensemble de 5 collecte et ledit réacteur est configuré pour fonctionner avec le fluide gazeux qui s'écoule selon un mouvement ascendant ou descendant et selon une direction radiale centripète. La présente invention se rapporte également à un procédé de conversion d'une charge d'hydrocarbures gazeuse mettant en oeuvre un réacteur selon l'invention, comprenant les 10 étapes suivantes: - 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 les lits catalytiques avec les catalyseurs de manière à produire un effluent gazeux; et 15 - on soutire ledit effluent après son passage à travers l'ensemble de collecte. La réaction de conversion peut être choisie parmi le reformage catalytique, l'isomérisation squelettale d'oléfines, la métathèse pour la production de propylène, l'oligocraquage.

20 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 : - la figure 1 qui montre une vue en perspective avec une coupe partielle d'un réacteur 25 à flux radial et à lit mobile selon l'art antérieur; - la figure 2 est vue en coupe selon un plan parallèle à l'axe vertical d'un réacteur selon l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe selon un plan parallèle à l'axe vertical d'un réacteur selon l'invention; 30 - la figure 4 est vue détaillée en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe vertical d'un ensemble de collecte selon l'invention; - la figure 5 est une vue en plan d'un tube cylindrique d'une ensemble de collecte selon l'invention.

3033264 5 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 selon un axe de symétrie vertical 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 5 destinés respectivement à l'entrée et à la sortie d'un fluide traversant le réacteur 1. Il est à noter que les fonctions respectives des orifices 3 et 4 peuvent être inversées, c'est-à-dire que l'orifice 4 sert d'orifice d'entrée du fluide et l'orifice 3 est un orifice de sortie de l'effluent réactionnel. A l'intérieur de ce réservoir cylindrique est agencé un lit catalytique 7 ayant la forme d'un 10 anneau cylindrique vertical limité du côté intérieur par un ensemble de collecte 8 central retenant le catalyseur et du côté extérieur par une grille dite "externe" 5 soit du même type que la grille intérieure de l'ensemble de collecte 8, 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 15 des conduits sont également connus sous l'appellation anglo-saxonne de "scallops". Ces conduits 6 sont maintenus par le réservoir et généralement plaqués à la face interne de l'enceinte, parallèlement à l'axe AX. 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, 20 pour traverser le lit catalytique 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 l'ensemble de collecte 8 central qui est ici en communication avec le second orifice 4 du réacteur. L'ensemble de collecte 8 25 comprend une grille cylindrique 9 et un tube cylindrique 10 disposé dans l'espace circonscrit par la grille cylindrique 9. La grille 9 qui agit comme un tamis est conçue de manière à être perméable au fluide gazeux et imperméable aux particules de catalyseur. Le tube cylindrique 10, perméable au fluide gazeux est ajouré et comprend ainsi des trous traversant. En fonctionnement, le fluide gazeux introduit dans le premier orifice 3 se répartit sur la 30 hauteur du réacteur pour ensuite traverser radialement la grille "externe" 5, puis traverser radialement le lit catalytique 7 où il est mis en contact avec le catalyseur afin de produire un effluent qui est par la suite collecté par l'ensemble 8 et évacué par le second orifice 4. Un tel réacteur dit "radial à lit mobile" fonctionne avec un écoulement gravitaire continu de catalyseur dans le lit catalytique annulaire 7. Le réacteur 1 comprend ainsi en outre des 35 moyens d'introduction du catalyseur 11 dans le lit catalytique annulaire, disposés dans une 3033264 6 partie supérieure du réacteur et des moyens de soutirage du catalyseur 11' qui sont agencés dans une partie inférieure du réacteur. Il est à noter qu'un réacteur dit "radial à lit fixe" ne comporte généralement pas de moyens d'introduction du catalyseur 11 ni de moyens de soutirage du catalyseur 11'.

5 Un réacteur selon l'invention, selon une première forme de réalisation, est représenté à la figure 2 qui est une vue en coupe selon un plan parallèle à l'axe vertical du réacteur. Le réacteur 1 comporte une zone catalytique 12 qui inclut deux lits catalytiques 13, 14 de type lit 10 fixe, annulaire, c'est-à-dire radiaux. Les deux lits catalytiques fixes 13, 14 sont empilés verticalement l'un au-dessus de l'autre et séparés par une plaque ayant la forme d'un anneau ou tout autre moyen de séparation. Alternativement, lorsque le ratio des diamètres équivalents moyens des catalyseurs composant deux lits catalytiques adjacents est inférieur à un facteur 4, on peut envisager d'empiler les lits catalytiques de sorte que le lit catalytique 15 supérieur soit directement supporté par le lit catalytique inférieur. Dans le cadre de l'invention, un réacteur peut bien entendu comporter une zone catalytique ayant N lits catalytiques, avec N qui est un nombre entier supérieur ou égal à 2. La zone catalytique est de forme annulaire et est délimitée par un tamis externe 16 de forme cylindrique et un tamis interne 17 de forme également cylindrique placé à distance du tamis 20 externe 16. De préférence les deux tamis 16, 17 sont disposés de manière concentrique et de manière centrée par rapport à l'enveloppe 2 du réacteur 1. Le réacteur de la figure 2 comporte ainsi trois espaces principaux: - un espace essentiellement annulaire externe 18, délimité par l'enveloppe 2 et le tamis cylindrique externe 16 et un plateau plein 21 agencé au niveau de l'extrémité 25 inférieure de l'espace annulaire externe 18 et solidarisé aux extrémités inférieures des tamis externe 16 et interne 17 et à l'enveloppe 2; - un espace essentiellement annulaire délimitant la zone catalytique 12, défini par les tamis cylindriques externe 16 et interne 17; - un espace essentiellement cylindrique 19, délimité par le tamis cylindrique interne 17 30 et un plateau plein 20 disposé à l'extrémité supérieure de l'espace 19 et solidarisée aux extrémités supérieures des tamis externe 16 et interne 17. Dans l'exemple de la figure 2, le tamis interne est un ensemble de collecte selon l'invention dont la structure est détaillée plus loin en référence aux figures 4 et 5. Ainsi l'espace cylindrique 19, délimité par l'ensemble de collecte, est un espace de collecte 35 qui est en communication avec l'orifice d'évacuation 4 de l'effluent.

3033264 7 Le réacteur de la figure 2 est configuré pour fonctionner avec un écoulement radial centripète du fluide gazeux. En fonctionnement, la charge d'hydrocarbures est introduite dans le réacteur 1 via l'orifice 3 située dans la partie supérieure de l'enveloppe 2 et se répartit dans l'espace annulaire externe 18. La charge d'hydrocarbures passe par le tamis 5 externe 16 et diffuse radialement dans l'espace annulaire 12 à travers les lits catalytiques 13 et 14 et dans lesquels elle est mis en contact avec les catalyseurs afin de produire un effluent. L'effluent diffuse à travers le tamis cylindrique interne 17 (ou ensemble de collecte) et ensuite confiné dans l'espace de collecte 19 d'où il est évacué en tant que produit en dehors du réacteur par l'orifice 4 situé en fond du réacteur.

10 Selon l'invention, les lits catalytiques 13, 14 comprennent un catalyseur dont la composition est différente. Par exemple lorsque les catalyseurs sont constitués d'une charge métallique déposé sur un support, les catalyseurs des lits catalytiques peuvent avoir un support de composition différente et/ou avoir une composition métallique différente et/ou contenir une quantité de métaux différent et/ou présenter une surface spécifique différente.

15 Ainsi avec le réacteur selon l'invention la charge d'hydrocarbures est susceptible d'être traitée avec deux catalyseurs différents afin de subir des transformations chimiques différentes en fonction de la hauteur de la zone catalytique. Selon l'invention, la zone catalytique peut bien entendu comprendre N catalyseurs différents avec N supérieur ou égal à 2.

20 Par ailleurs selon l'invention, les lits catalytiques 13, 14 présentent un taux de vide et/ou un diamètre équivalent moyen des particules de catalyseur qui sont différent, c'est-à-dire que la différence relative des taux de vide est d'au moins 0.5%, de préférence d'au moins 1% et la différence relative des diamètres équivalents moyens est d'au moins 5%, de préférence d'au moins 10%.

25 Selon un mode de réalisation alternatif de la figure 2, le tamis externe 16 peut être remplacé par une ensemble de conduits (ou "scallop" selon la terminologie anglo-saxonne) comme évoqué plus haut. La figure 3 montre une autre forme de réalisation du réacteur selon l'invention qui diffère de 30 celui de la figure 2 par la disposition de l'ensemble de collecte. Dans le cas présenté, le tamis cylindrique externe 16 est formé par l'ensemble de collecte. Le réacteur de la figure 3 est, comme indiqué, configuré pour travailler avec un écoulement ascendant du fluide gazeux et selon une direction radiale centrifuge (c'est-à-dire du centre vers la périphérie du réacteur). La charge d'hydrocarbures est ainsi envoyée par le fond du réacteur via l'orifice 4 35 et se répartit dans l'espace cylindrique 19. La charge d'hydrocarbures diffuse ensuite à 3033264 8 travers l'espace (ou la zone catalytique) annulaire 12 en passant au travers du tamis interne 17. Pendant son passage radial dans la zone annulaire 12, la charge d'hydrocarbures rentre en contact avec les catalyseurs des lits fixes 13 et 14 afin de produire un effluent. L'effluent diffuse à travers le tamis cylindrique externe 16 (ou ensemble de collecte) et est ensuite 5 confiné dans l'espace annulaire externe 18 (espace de collecte) d'où il est évacué, en tant que produit, en dehors du réacteur par l'orifice 3 situé en tête du réacteur 2. Il est bien entendu possible de décliner le réacteur selon l'invention, de sorte qu'il fonctionne avec un écoulement descendant du fluide gazeux et selon une direction radiale centrifuge (c'est-à-dire du centre vers la périphérie du réacteur) ou bien encore avec un écoulement 10 radial ascendant du fluide gazeux et selon une direction radiale centripète (c'est-à-dire de la périphérie vers le centre du réacteur). Conformément à l'invention, le réacteur comprend un ensemble de collecte de l'effluent produit par la réaction catalytique qui a lieu au sein de chaque lit catalytique fixe de la zone 15 catalytique. L'ensemble de collecte 8 est configuré et placé par rapport aux lits catalytiques de manière à recueillir ledit effluent gazeux après la traversée radiale des lits catalytiques et inclut N zones associées respectivement aux N lits catalytiques fixes. Selon l'invention, deux zones adjacentes ont des porosités différentes qui sont adaptées au taux de vide et/ou au diamètre équivalent moyen du catalyseur du lit fixe.

20 Dans le contexte de l'invention, la porosité d'une zone est définie comme étant le rapport entre la surface perméable totale de ladite zone (i.e. la surface totale des ouvertures) et la surface totale développée par ladite zone. Selon un mode de réalisation, l'ensemble de collecte comprend une grille de forme 25 cylindrique jouant le rôle d'un tamis qui est poreux au gaz et imperméable aux catalyseurs des lits catalytiques et qui comporte N zones associées respectivement aux N lits fixes catalytiques. Par exemple la grille est formé par un assemblage de fils métalliques profilés disposés parallèlement les uns aux autres le long de l'axe vertical et maintenus solidaires entre eux par un ensemble d'anneaux de support métalliques horizontaux soudés aux fils 30 verticaux en tout point de contact avec ces derniers. L'agencement des fils verticaux et des anneaux support définissent les ouvertures de la grille. Ainsi la porosité des zones de la grille peut être contrôlée en jouant sur le pas entre les fils verticaux et les anneaux de support. Alternativement, la grille peut être obtenue par l'assemblage de plusieurs éléments de grille de porosités différentes.

35 3033264 9 Selon un autre mode de réalisation représenté à la figure 4, l'ensemble de collecte comporte une grille de forme cylindrique de porosité uniforme sur toute sa hauteur,perméable au gaz et imperméable aux catalyseurs des lits catalytiques et un tube cylindrique poreux au gaz qui est supporté par la grille cylindrique et disposé de manière concentrique par rapport à la 5 grille. Dans ce mode de réalisation, le tube cylindrique poreux au gaz comprend N zones associées respectivement aux N lits fixes catalytiques et dans lequel deux zones adjacentes ont des porosités différentes qui sont adaptées au taux de vide et/ou du diamètre équivalent moyen du catalyseur du lit fixe. Selon une mode de réalisation alternatif, le tube cylindrique 10 est réalisé par assemblage de tubes de porosité différente.

10 La figure 4 est une vue en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe vertical AX de l'ensemble de collecte 8, qui détaille la configuration d'un ensemble de collecte 8. La grille 9 est constituée d'un assemblage de fils métalliques profilés 22 disposés parallèlement les uns aux autres le long de l'axe vertical de l'ensemble de collecte. Par exemple le profil des fils peut être en V comme indiqué sur la figure 4. Cependant les fils peuvent avoir d'autres 15 formes comme par exemple être de section circulaire. Les fils verticaux 22 présentent une première face 23 et une seconde face opposée 24. Dans le cadre de l'invention, la première face 23 se rapporte à la face qui est en contact avec les particules de catalyseur du lit catalytique lorsque l'ensemble de collecte 8 est mis en oeuvre dans un réacteur radial. La seconde face 24, qui peut être désigné par le vocable "dos", 20 correspond à la face qui n'est pas en contact avec le lit de catalyseur lorsque l'ensemble de collecte est mis en oeuvre dans un réacteur radial. Les fils profilés 22 sont maintenus solidaires entre eux par un ensemble d'anneaux de support métalliques 25 horizontaux soudés à la seconde face 24 des fils verticaux en tout point de contact avec ces derniers. Les anneaux de support 25 sont de préférence régulièrement disposés le long de la hauteur 25 de la grille 9. Grâce à cet agencement des fils verticaux 22 et des anneaux support 25, la grille 9 présente une paroi ajourée sur sa périphérie. La disposition des fils 22 et des anneaux 25 est telle que les ouvertures formées sont aptes à laisser diffuser un fluide gazeux tout en retenant les particules de catalyseur. L'ensemble de collecte 8 comporte en outre un tube cylindrique 10, accolé contre ladite grille 30 9. Plus précisément, le tube 10 est solidarisé, par exemple pour soudure ou rivetage, du côté "dos" des fils profilés 22 via les anneaux de support 25. Comme indiqué sur les figures 2, 3 et 5, le tube cylindrique comporte deux zones 26 et 27 à porosité contrôlée qui sont associées respectivement aux lits catalytiques 13 et 14 et dont 35 hauteur correspondent respectivement aux hauteurs des lits catalytiques 13 et 14. Le tube 3033264 10 cylindrique peut être obtenu à partir d'une feuille métallique qui est enroulée ou pliée à 360°. Selon une mode de réalisation alternatif, le tube cylindrique 10 est réalisé par assemblage de tubes de porosité différente. En référence à la figure 5, les zones 26 et 27 du tube cylindrique 10 comporte une pluralité 5 de trous traversant 28 qui autorise le passage du fluide gazeux qui a diffusé radialement à travers les lits catalytiques 13 et 14 et la grille 9. Selon l'invention, les zones 26 et 27 du tube cylindrique 10 présentent des porosités différentes l'une de l'autre. Dans le cadre de l'invention, la porosité d'une zone du tube est définie par le rapport entre la surface perméable totale de ladite zone (i.e. la surface totale des trous) et la surface totale 10 développée par ladite zone. A titre d'exemple, si une zone présente une surface totale développée de 1 m2 et comporte 50 trous traversant de 1,12 cm de rayon, la porosité de ladite zone est égale à : P = (50 x (7t x (1,12.10-2)2)) / (1) = 0,02 15 La porosité des différentes zones du tube cylindrique qui sont respectivement associées aux lits catalytiques peut être réglée au moyen des paramètres telles que la densité de trous traversant (c'est-à-dire le nombre de trous par m2 de surface développée par la zone) ou encore la taille des trous traversant. Selon l'invention, les trous traversant peuvent être répartis sur la surface de la zone avec un pas régulier entre les trous et en formant un 20 réseau régulier par exemple en triangle ou en carré. Il est à noter que dans le cadre de l'invention, les trous traversant peuvent présenter une section de forme quelconque, par exemple circulaire, triangle, carré ou encore rectangle. L'ensemble de collecte selon l'invention présente donc une porosité évolutive qui permet d'ajuster la perte de charge globale au niveau de l'ensemble de collecte en fonction du taux 25 de vide des lits catalytiques et/ou du diamètre moyen équivalent des catalyseurs qui composent les lits catalytiques. La porosité de l'ensemble de collecte sera adaptée pour créer une perte de charge individuelle à chaque zone associée à un lit catalytique qui permette que la charge gazeuse soit distribuée de manière homogène sur la hauteur totale de la zone catalytique afin d'éviter la formation de chemins préférentiels pour le fluide gazeux.

30 Dans le contexte de l'invention, le taux de vide d'un lit catalytique peut être déterminé par mesure de la perte de charge à travers ce lit en en appliquant la relation d'Ergun, reliant la perte de charge à la densité du lit catalytique. Le taux de vide peut également être déterminé par des mesures de la masse de catalyseur contenue dans un volume prédéfini, étant 35 attendue que la densité du grain catalytique est connue.

3033264 11 Le diamètre équivalent moyen d'une particule de catalyseur peut être déterminée par l'homme du métier à partir d'analyses granulométrique effectuées sur un échantillon moyen de particules. Selon l'invention, les règles de construction d'un ensemble de collecte tiendront ainsi 5 notamment compte du fait que la perte de charge subie par une charge gazeuse qui traverse un lit catalytique est d'autant plus importante que le taux de vide dudit lit est faible (toutes choses étant égales par ailleurs). De même la perte charge essuyée par la charge gazeuse dans le lit catalytique dépend également de paramètres granulométriques comme par exemple le diamètre équivalent 10 moyen des particules qui composent le lit. Généralement, à taux de chargement équivalent d'un lit catalytique et toutes choses étant égales par ailleurs, la perte de charge dans ledit lit est d'autant plus importante que le diamètre équivalent moyen des particules est petit. L'homme du métier prendra également compte du type de mise oeuvre du réacteur dans 15 lequel est placé l'ensemble de collecte. En effet, dans le cas de figure où le fluide gazeux circule selon un mouvement ascendant et radial, celui-ci subit une perte de charge plus importante en tête du réacteur dans le cas où la perte de charge dans la zone de distribution de la charge n'est pas négligeable. Au contraire dans la situation où le fluide gazeux se déplace selon un mouvement radial descendant, la perte de charge subie est plus marquée 20 en fond du réacteur qu'en tête du réacteur. Ainsi pour garantir une perte de charge globale uniforme sur la hauteur des lits catalytiques, il conviendra de tenir compte également de l'agencement selon l'axe verticale des lits catalytiques fixes et du type de mise en oeuvre du réacteur.

25 De préférence on ajustera la perte de charge au niveau de l'ensemble de collecte de façon à assurer une perte de charge minimale permettant d'assurer une bonne répartition du gaz le long de l'ensemble de collecte. Les pertes de charge des différentes zones de l'ensemble de collecte sont généralement ajustées entre 10 et 200 mBars, préférentiellement entre 20 et 100 mBars.

30 Il est à noter que dans le cadre de l'invention, lorsque la zone catalytique comprend plus de deux lits fixes, alors deux lits fixes adjacents comprennent des catalyseurs de compositions différentes et présentent un taux de vide et/ou un diamètre équivalent moyen du catalyseur différents.

3033264 12 Par exemple un lit catalytique selon l'invention peut comporter deux types de catalyseurs A et B qui sont disposés dans des lits fixe de manière alternée : ABAB... Alternativement, un lit catalytique peut comprendre N lits fixes comportant chacun un catalyseur différents (N catalyseurs différents A, B, C, etc) et prendre une configuration du 5 type ABC. Exemple Le reformage d'une charge de densité moyenne de 2,8 kg.rn-3 et de viscosité moyenne de 10 0,015 cP est effectuée dans un réacteur possédant une grille externe de 2400 mm de diamètre et un collecteur central de diamètre 1200 mm, pour une hauteur totale de 10m. Dans ce réacteur, deux lits catalytiques de 5 m de hauteur sont chargés. Le premier lit catalytique est constitué d'un catalyseur sous formes de billes d'un diamètre de 3,5 mm, avec un chargement dense caractérisé par un taux de vide de 38%. Le second lit catalytique 15 est constitué d'un catalyseur sous forme d'extrudés de diamètre équivalent de 2 mm, avec un chargement dense caractérisé par taux de vide de 40%. Selon l'art antérieur, dans un premier temps, le tube cylindrique installé sur la zone de collecte est inchangé (perforations de section circulaire de 7 mm de diamètre, avec un pas 20 triangulaire de 50 mm). Des simulations de l'écoulement de la charge dans ce réacteur, avec le logiciel COMSOL Multiphysics®, ont montré, pour une vitesse d'entrée superficielle moyenne de la charge de 0,4 m.s-1 dans une direction centripète, que les vitesses de sortie des lits catalytiques étaient différentes : 0,774 m.s-1 en sortie du premier lit, 0,826 m.s-1 en sortie du second lit, soit 6,8% d'écart relatif.

25 Selon l'invention, deux tubes perforés adaptés ont été installés en face des lits catalytiques : les premier et second tubes comportent respectivement des trous de section circulaire de 6,8 mm et de 7,3 mm de diamètre, qui sont agencés avec un pas triangulaire de 50 mm. Le déséquilibre des vitesses en sortie est fortement réduit : 0,800 m.s-1 en sortie du premier lit, 30 0,801 m.s-1 en sortie du second lit, soit 0,1% d'écart relatif. La mise en oeuvre d'un tube présentant des zones à porosité différente en fonction du lit catalytique permet donc d'uniformiser le champ de vitesse moyen entre les deux lits catalytiques et par voie de conséquence de limiter la formation des chemins préférentiels 35 pour le fluide gazeux au niveau des lits catalytiques fixes.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Réacteur (1) à circulation radiale de fluide gazeux comprenant : - une enveloppe externe (2) définissant une enceinte s'étendant selon un axe principal vertical comprenant au moins une zone catalytique (12) contenant N lits fixes de catalyseur (26,27) disposés de manière étagée selon l'axe principal vertical, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, dans lequel les catalyseurs de deux lits fixes adjacents sont de compositions différentes et dans lequel deux lits fixes adjacents présentent un taux de vide et/ou un diamètre équivalent moyen du catalyseur différents; - des moyens d'entrée d'un fluide gazeux; - des moyens de soutirage d'un effluent réactionnel; - un ensemble de collecte vertical (8) de l'effluent réactionnel disposé de manière adjacente à la zone catalytique; et dans lequel l'ensemble de collecte comporte N zones, chaque zone étant associée à un lit fixe de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes qui est fonction du taux de vide et/ou du diamètre équivalent moyen du catalyseur du lit fixe afin de créer une distribution homogène des vitesses du fluide gazeux sur la hauteur de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes.
2. 2. Réacteur selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble de collecte comprend une grille cylindrique (9) verticale perméable au fluide gazeux et imperméable aux catalyseurs et la grille comporte N zones, chaque zone étant associée à un lit fixe de la zone catalytique, et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes.
3. 3. Réacteur selon la revendication 1, dans lequel l'ensemble de collecte comprend une grille cylindrique (9) verticale perméable au fluide gazeux et imperméable aux catalyseurs et un tube cylindrique vertical perméable au gaz (10) supporté par ladite grille (9) et disposé de manière concentrique par rapport à ladite grille (9) et le tube cylindrique (10) comprend N zones, chaque zone étant associée à un lit fixe de la zone catalytique et dans lequel au moins deux zones adjacentes ont des porosités différentes qui est fonction du taux de vide et/ou du diamètre équivalent moyen du catalyseur du lit fixe. 3033264 14
4. 4. Réacteur selon la revendication 3, dans lequel chaque zone du tube cylindrique comporte des trous traversant (28) et dans lequel le nombre et/ou la dimension des trous traversant sont différents d'une zone à l'autre.
5. 5. Réacteur selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel la grille (9) est formée par 5 une pluralité de fils verticaux (22) espacés les uns des autres et solidarisés à une pluralité d'anneaux de support horizontaux (25) et le tube cylindrique (10) est solidaire des anneaux de support horizontaux (25).
6. 6. Réacteur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la zone catalytique est de forme annulaire définie par un tamis externe cylindrique (16) et un tamis 10 interne cylindrique (17) placé à distance du tamis externe (16), les tamis étant perméables au gaz et imperméables aux catalyseurs.
7. 7. Réacteur selon la revendication 6, dans lequel le tamis externe (16) est constitué par un assemblage de conduits en forme de coquille perméables au fluide gazeux et imperméables aux catalyseurs. 15
8. 8. Réacteur selon la revendication 6, dans lequel le tamis externe de la zone catalytique (12) est constitué par l'ensemble de collecte (8) et ledit réacteur est configuré pour fonctionner avec le fluide gazeux qui s'écoule selon un mouvement ascendant ou descendant et selon une direction radiale centrifuge.
9. 9. Réacteur selon la revendication 6, dans lequel le tamis interne (17) de la zone 20 catalytique (12) est constitué par l'ensemble de collecte (8) et ledit réacteur est configuré pour fonctionner avec le fluide gazeux qui s'écoule selon un mouvement ascendant ou descendant et selon une direction radiale centripète.
10. 10. Procédé de conversion d'une charge d'hydrocarbures gazeuse mettant en oeuvre un réacteur selon l'une des revendications précédentes, comprenant les étapes 25 suivantes: - 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 les lits catalytiques de manière à produire un effluent gazeux; et 30 - on soutire ledit effluent après son passage à travers l'ensemble de collecte.
11. 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la réaction de conversion est choisie parmi le reformage catalytique, l'isomérisation squelettale d'oléfines, la métathèse pour la production de propylène, l'oligocraquage.35