FR3066409A1 - Dispositif de melange et de distribution avec injection de fluide de trempe ameliore - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant un moyen de distribution de fluide de trempe amélioré.
Description
DISPOSITIF DE MELANGE ET DE DISTRIBUTION AVEC INJECTION DE FLUIDE DE
TREMPE AMELIORE
Domaine technique
La présente invention s’applique dans le domaine des réactions exothermiques et plus particulièrement aux réactions d’hydrotraitement, d’hydrodésulfuration, d’hydrodéazotation, d’hydrocraquage, d’hydrogénation, d’hydrodéoxygénation, d’hydroisomérisation, d’hydrodéparaffinage ou encore d’hydrodéaromatisation réalisées dans un réacteur en lit fixe. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans un réacteur à écoulement co-courant descendant et son utilisation pour la réalisation de réactions exothermiques.
Etat de la technique
Les réactions exothermiques réalisées par exemple en raffinage et/ou en pétrochimie nécessitent d'être refroidies par un fluide additionnel, appelé fluide de trempe, pour éviter un emballement thermique du réacteur catalytique dans lequel elles sont effectuées. Les réacteurs catalytiques utilisés pour ces réactions comprennent généralement au moins un lit de catalyseur solide. Le caractère exothermique des réactions nécessite de conserver un gradient axial de température homogène sur la section de réacteur, et un gradient radial de température proche de zéro au sein du réacteur afin d'éviter l'existence de points chauds dans le lit de catalyseur compris dans le réacteur. Des zones trop chaudes peuvent diminuer prématurément l'activité du catalyseur et/ou conduire à des réactions non sélectives et/ou conduire à des emballements thermiques. Il est donc important de disposer d'au moins une chambre de mélange dans un réacteur, située entre deux lits de catalyseur, qui permette une répartition homogène en température des fluides sur une section de réacteur et un refroidissement des fluides réactionnels à une température désirée.
Pour effectuer cette homogénéisation l’homme de l’art est souvent conduit à utiliser un agencement spécifique d’internes souvent complexes comportant une introduction du fluide de trempe (ou fluide de quench dans la terminologie anglo-saxonne) la plus homogène possible dans la section du réacteur. Par exemple, le document FR 2 824 495 A1 décrit un dispositif de trempe permettant d’assurer un échange efficace entre le ou les fluide(s) de trempe et le ou les fluide(s) du procédé. Ce dispositif est intégré dans une enceinte et comprend une canne d'injection du fluide de trempe, un baffle de collecte des fluides, la boite de trempe proprement dite, opérant le mélange entre le fluide de trempe et l'écoulement descendant, et un système de distribution composé d'une cuvette perforée et d'un plateau de distribution. La boîte de trempe comporte un déflecteur assurant la mise en mouvement tourbillonnaire des fluides selon une direction sensiblement non radiale et non parallèle à l’axe de ladite enceinte et en aval du déflecteur, dans le sens de circulation du fluide réactionnel, au moins une section de passage de sortie du mélange de fluides formé dans la boîte. Ce dispositif permet de pallier certains inconvénients des différents systèmes de l’art antérieur mais reste encombrant.
Pour remédier au problème d’encombrement, un dispositif de mélange de fluides dans un réacteur à écoulement descendant a été développé, et est décrit dans le document FR 2 952 835 A1. Ce dispositif comprend un moyen de collecte horizontal pourvu d'une conduite de collecte verticale pour recevoir les fluides, un moyen d'injection placé dans la conduite de collecte, et une chambre de mélange annulaire de section circulaire située en aval du moyen de collecte dans le sens de circulation des fluides. La chambre de mélange comprend une extrémité d'entrée reliée à la conduite de collecte et une extrémité de sortie permettant le passage des fluides, ainsi qu’un plateau de pré-distribution horizontal comprenant au moins une cheminée. L’avantage de ce dispositif est qu’il est plus compact que celui décrit précédemment, et permet d’assurer un bon mélange des fluides et une bonne homogénéité en température.
Dans le but de réduire encore plus l’encombrement du dispositif de mélange et de distribution, une autre solution proposée dans le document FR 3 034 323 est de réaliser un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans lequel la zone de mélange et la zone de distribution des fluides sont situées au même niveau. Un tel dispositif est représenté aux figures 1, 2a et 2b et sera décrit plus en détail ci-après. Plus particulièrement, la zone de mélange comprend une enceinte de mélange des fluides et une enceinte d’échange des fluides reliée et en communication avec l’enceinte de mélange. L’enceinte de mélange est de préférence située au-dessus de l’enceinte d’échange. Ainsi, la configuration de la zone de mélange permet le mélange des fluides dans l’enceinte de mélange et l’écoulement dudit mélange vers l’enceinte d’échange. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l’enceinte d’échange. Cependant, bien que le dispositif divulgué dans le document FR 3 034 323 présente une bonne efficacité de mélange, l’homogénéisation de la température des fluides en sortie du dispositif de mélange et de distribution peut être améliorée.
Un but de l’invention est de proposer un du dispositif de mélange et de distribution de fluides ayant une bonne homogénéité en température des fluides en tout en présentant une efficacité de mélange de fluides satisfaisante par rapport aux dispositifs selon l’art antérieur.
Objets de l’invention
Un objet selon l’invention concerne un dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant :
- au moins une zone de collecte (A) comprenant au moins un moyen de collecte ;
- au moins une conduite de collecte sensiblement verticale apte à recevoir un fluide réactionnel collecté par ledit moyen de collecte et au moins une conduite d’injection débouchant dans ladite conduite de collecte pour injecter un fluide de trempe ;
- au moins une zone de mélange (B), située en aval de ladite conduite de collecte dans le sens de circulation des fluides et en communication avec ladite conduite de collecte, ladite zone de mélange (B) comprenant au moins une enceinte de mélange des fluides ;
- au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) dans le sens de la circulation des fluides, comprenant un plateau de distribution supportant une pluralité de cheminées ;
- ladite zone de mélange (B) étant située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprenant en outre au moins une enceinte d’échange des fluides reliée et en communication avec ladite enceinte de mélange, ladite enceinte d’échange comprenant au moins une section de passage latéral apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange à ladite zone de distribution (C), caractérisé en ce que ladite conduite d’injection débouche dans ladite conduite de collecte via un moyen de distribution du fluide de trempe comprenant au moins un canal de distribution, en communication avec ladite conduite d’injection, positionné sur au moins une des parois latérales de la conduite de collecte.
De préférence, ledit moyen de distribution du fluide de trempe comprend un canal de distribution, en communication avec ladite conduite d’injection, positionné sur chaque paroi latérale de la conduite de collecte, et un canal de distribution, en communication avec ladite conduite d’injection, positionné sur la paroi transversale de la conduite de collecte.
Plus préférentiellement, ledit moyen de distribution du fluide de trempe comprend en outre un canal de distribution, en communication avec ladite conduite d’injection, positionné sur le fond de la conduite de collecte.
De préférence, ledit moyen de distribution du fluide de trempe comprend en outre une buse débouchant directement dans la conduite de collecte, ladite buse se présentant sous la forme d’un tube comprenant au moins un orifice débouchant dans ladite conduite de collecte. Avantageusement, ladite conduite de collecte est située au même niveau que la zone de mélange (B).
De préférence, ladite enceinte de mélange est située au-dessus de ladite enceinte d’échange.
Avantageusement, la hauteur totale cumulée H’2 de ladite enceinte de mélange et de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 800 mm.
De préférence, la largeur L de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 800 mm. Avantageusement, les sections de passage latéral sont réparties sur au moins deux niveaux. De préférence, ladite enceinte de mélange et ladite enceinte d’échange forment une seule pièce.
Avantageusement, le dispositif selon l’invention comprend un système dispersif des fluides disposé en-dessous dudit plateau de distribution, ledit système dispersif comprenant un moins un moyen de dispersion des fluides se présentant sous la forme d’une grille, l’axe de ladite grille étant perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’enceinte du réacteur.
Avantageusement, ladite enceinte d’échange comprend une pluralité de sections de passage horizontal apte au passage des fluides de ladite zone d’échange au plateau de distribution. Avantageusement, la ou les enceinte(s) de mélange et/ou d’échange la ou les plus proche(s) du plateau de distribution est (sont) situées à une distance « d >> dudit plateau de distribution comprise entre 20 et 150 mm.
Un autre objet selon l’invention concerne un réacteur catalytique à écoulement descendant comportant une enceinte renfermant au moins deux lits fixes de catalyseur séparés par une zone intermédiaire comportant un dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’invention.
Description des figures
La figure 1 représente une coupe axiale d'un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant au moins deux lits de catalyseur solide, et comprenant un dispositif compact de mélange et de distribution de fluides selon l’invention. La flèche en gras représente le sens d'écoulement des fluides dans le réacteur.
La figure 2a représente une vue détaillée de la zone de mélange (B) du dispositif selon l’invention (les traits hachurés représentent les parties non visibles de la zone de mélange (B), i.e. se trouvant à l’intérieur de ladite zone). Les flèches représentent le sens de l’écoulement des fluides dans la zone de mélange. La figure 2b est une vue en perspective de la zone de mélange (B) du dispositif selon l’invention.
La figure 3a est une vue en coupe transversale de la conduite de collecte du dispositif selon l’invention.
La figure 3b est une vue en coupe longitudinale au niveau de la zone de mélange (B) du dispositif de mélange et de distribution selon l’invention, dans lequel la conduite de collecte est située au même niveau que la zone de mélange (B).
Description détaillée de l’invention
Définitions
Au sens de l’invention, on entend par enceinte de mélange, l’espace dans lequel on réalise le mélange entre un fluide réactionnel et un fluide de trempe.
On entend par enceinte d’échange, l’espace dans lequel un fluide réactionnel et un fluide de trempe mélangés sont en contact direct avec une zone de distribution des fluides via des sections de passage latéral supérieur et inférieur.
Description détaillée
Le dispositif compact de mélange et de distribution selon l'invention est utilisé dans un réacteur dans lequel s'effectuent des réactions exothermiques telles que des réactions d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d'hydrocraquage, d'hydrogénation, d’hydrodéoxygénation, d’hydroisomérisation, d’hydrodéparaffinage ou encore d'hydrodéaromatisation. Généralement, le réacteur a une forme allongée le long d'un axe sensiblement vertical. On fait circuler du haut vers le bas ou du bas vers le haut dudit réacteur au moins un fluide réactionnel (appelé aussi «process fluid» selon la terminologie anglo-saxonne) à travers au moins un lit fixe de catalyseur. Avantageusement, en sortie de chaque lit à l’exception du dernier, le fluide réactionnel est recueilli puis est mélangé à un fluide de trempe dans ledit dispositif avant d'être distribué au lit de catalyseur situé en aval d’un plateau de distribution. L'aval et l'amont sont définis par rapport au sens de l'écoulement du fluide réactionnel. Le fluide réactionnel peut être un gaz ou un liquide ou un mélange contenant du liquide et du gaz ; cela dépend du type de réaction effectuée dans le réacteur.
La Demanderesse a mis au point un perfectionnement du dispositif de mélange et de distribution des fluides selon l’art antérieur permettant de pallier les inconvénients cités ciavant, sans pour autant modifier l’encombrement dudit dispositif, en proposant un dispositif comprenant une conduite de collecte comprenant un moyen de distribution particulier permettant d’une part d’améliorer la distribution du fluide de trempe dans la zone de mélange et d’autre part d’améliorer l’homogénéité des fluides en température (i.e. le fluide réactionnel et le fluide de trempe) tout en présentant une efficacité de mélange des fluides satisfaisante.
La figure 1 représente une coupe axiale d'un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant au moins deux lits de catalyseur solide, et comprenant un dispositif compact de mélange et de distribution de fluides selon l’invention. La flèche en gras représente le sens d'écoulement des fluides dans le réacteur. Le dispositif de mélange et de distribution selon l'invention peut être disposé dans un réacteur 1 de forme allongée le long d’un axe sensiblement vertical dans lequel on fait circuler du haut vers le bas au moins un fluide réactionnel à travers au moins un lit de catalyseur 2. Le dispositif selon l'invention est disposé sous le lit de catalyseur 2, par rapport à l'écoulement du fluide réactionnel dans l'enceinte 1. Une grille de support 3 permet de supporter le lit de catalyseur 2 de manière à dégager une zone de collecte (A) disposée sous le lit de catalyseur 2. La zone de collecte (A) est nécessaire pour permettre le drainage du fluide réactionnel jusqu'à une conduite de collecte 7 (cf. figures 2a et 2b). Le fluide réactionnel qui s'écoule est par exemple composé d'une phase gaz et d'une phase liquide. Plus particulièrement, le fluide réactionnel traversant le lit de catalyseur 2 en amont est collecté par un moyen de collecte 5 (appelé aussi ici baffle de collecte) sensiblement horizontal conduisant à une conduite de collecte 7 sensiblement verticale, disposée soit en-dessous de la zone de collecte (A) au niveau d’une zone appelée zone de mélange (B) (telle que représentée figure 2b), soit au niveau de la zone de collecte (A) (non représentée sur les figures). Par sensiblement vertical(e) et par sensiblement horizontal(e), on entend au sens de la présente invention une variation d'un plan avec la verticale, respectivement l'horizon, d'un angle a compris entre ± 5 degrés. Le moyen de collecte 5 (cf. figure 1) est constitué d'une plaque pleine disposée dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'enceinte sous la grille de support 3 du lit de catalyseur 2. La plaque du moyen de collecte 5 s'étend radialement sur toute la surface du réacteur 1. Elle comporte à une de ses extrémités une ouverture 6 (cf. figures 2a et 2b) à laquelle est reliée ladite conduite de collecte 7. Le moyen de collecte 5 permet de recueillir l'écoulement du fluide réactionnel provenant du lit catalytique 2 en amont et de le diriger vers ladite conduite de collecte 7. Un fluide de trempe est injecté dans la conduite de collecte 7 via une conduite d’injection 8 (cf. figure 2b). Le fluide de trempe peut être liquide ou gazeux ou un mélange contenant du liquide ou du gaz.
Le moyen de collecte 5 est distant de la grille de support 3 du lit de catalyseur 2 d'une hauteur ΗΊ (figure 1). La hauteur ΗΊ est choisie de manière à limiter la perte de charge lors de la collecte du fluide s'écoulant du lit de catalyseur 2 et à limiter la hauteur de garde, i.e. la hauteur formée par le liquide accumulé dans le moyen de collecte 5. La hauteur de garde ne modifie pas le drainage du fluide réactionnel vers la conduite de collecte 7, ni son écoulement dans cette conduite, ni son écoulement à travers le lit catalytique supérieur 2. Lorsque la conduite de collecte 7 et la conduite d’injection 8 sont situées au niveau de la zone de mélange (B), la hauteur ΗΊ est comprise entre 10 et 200 mm, de préférence entre 30 et 150 mm, de manière encore plus préférée entre 40 et 100 mm. Ainsi, le fluide réactionnel issu du lit 2 est contraint dans la zone de collecte (A) à passer par la conduite de collecte 7. Lorsque la conduite de collecte 7 et le la conduite d’injection 8 sont situées au niveau de la zone de collecte (A), la hauteur ΗΊ est comprise entre 10 et 400 mm, de préférence entre 30 et 300 mm, et encore plus préférentiellement entre 50 et 250 mm.
En-dessous de la zone de collecte (A) se trouve une zone de mélange (B) et une zone de distribution (C).
En se reportant aux figures 2a et 2b, la zone de mélange (B) comprend une conduite de collecte 7 sensiblement verticale apte à recevoir le fluide réactionnel collecté par le moyen de collecte 5 et le fluide de trempe provenant de la conduite d’injection 8 (cf. figure 2b) débouchant dans ladite conduite de collecte 7. En se reportant aux figures 3a et 3b, le dispositif selon l’invention comprend une conduite de collecte 7, en communication avec le moyen de collecte 5 et l’enceinte de mélange 15, comprenant un moyen de distribution 40 du fluide de trempe, en communication avec ladite conduite d’injection 8, se présentant sous la forme d’au moins un canal de distribution comprenant une pluralité d’ouvertures 41 pour le passage du fluide de trempe de la conduite d’injection 8 vers la conduite de collecte 7. En se reportant aux figures 3a et 3b, ledit moyen de distribution 40 du fluide de trempe comprend plus particulièrement au moins un canal de distribution 45, en communication avec ladite conduite d’injection 8, positionné sur l’une ou l’autre des parois latérales 42 de la conduite de collecte. De préférence, ledit moyen de distribution comprend un canal de distribution 45, en communication avec ladite conduite d’injection 8, positionné de part et d’autre des parois latérales 42 de la conduite de collecte 7, et un canal de distribution 46, en communication avec ladite conduite d’injection 8, positionné sur la paroi transversale 43 de la conduite de collecte 7. Encore plus préférentiellement, le moyen de distribution 40 comprend un canal de distribution 45, en communication avec ladite conduite d’injection 8, positionné sur chaque paroi latérale 42 de la conduite de collecte, un canal de distribution 46, en communication avec ladite conduite d’injection 8, positionné sur la paroi transversale 43 de la conduite de collecte 7 et un canal de distribution 47, en communication avec ladite conduite d’injection 8, positionné sur le fond 44 de la conduite de collecte 7. Dans chaque mode de réalisation cités ci-avant, les canaux de distribution sont avantageusement en communication fluide les uns des autres. La forme des ouvertures peut être très variable, généralement circulaire ou rectangulaire.
Dans un mode de réalisation particulier selon l’invention (non représenté sur les figures), le moyen de distribution du fluide de trempe 40 tel que décrit ci-avant peut être complété d’une buse débouchant directement dans la conduite de collecte 7, ladite buse consistant en un tube comprenant au moins un orifice débouchant dans ladite conduite de collecte 7. De préférence, ladite buse comprend une pluralité d’orifices réparties uniformément sur toute la surface dudit tube. La forme des orifices peut être très variable, généralement circulaire ou rectangulaire, ces orifices étant préférentiellement répartis uniformément sur toute la surface de la buse. Lorsque le dispositif selon l’invention comprend une buse disposée dans la conduite de collecte, en plus du moyen de distribution 40 du fluide de trempe, on injecte de préférence au moins 5% en volume, de préférence 10% en volume de fluide de trempe par ladite buse par rapport au volume total de volume de fluide injecté dans la conduite de collecte 7.
Par ailleurs, la zone de mélange (B) comprend en outre une enceinte de mélange 15 (cf. figures 1 et 2a) située en aval du moyen de collecte 5 dans le sens de circulation des fluides. La conduite de collecte 7, qui est en communication avec l'enceinte de mélange 15, peut être située au-dessus de l’enceinte de mélange 15 ou au même niveau que ladite enceinte. De préférence, la conduite de collecte 7 est située au même niveau que l’enceinte de mélange 15 (cf. notamment figure 2a).
La zone de distribution (C) quant à elle comprend un plateau de distribution 12 supportant une pluralité de cheminées 13.
Une caractéristique de l’invention réside dans la mise en place de la zone de mélange (B) au même niveau que la zone de distribution (C), et en ce que ladite zone de mélange (B) est constituée d’une enceinte de mélange 15 des fluides reliée et en communication avec une enceinte d’échange 16 des fluides (cf. figures 1 et 2a), l’enceinte d’échange 16 étant située en aval de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. Au sens de l’invention, on entend par enceinte de mélange 15, l’espace dans lequel on réalise le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe. On entend par enceinte d’échange 16, l’espace dans lequel le fluide réactionnel et le fluide de trempe mélangés sont en contact direct avec la zone de distribution (C) via les sections de passage latéral 17a et/ou 17b (décrites ci-après).
La configuration de la zone de mélange (B) permet le mélange des fluides dans l’enceinte de mélange 15 et l’écoulement dudit mélange vers l’enceinte d’échange 16. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l’enceinte d’échange 16. En se reportant aux figures 2a et 2b, l’enceinte d’échange 16, comprend au moins une section de passage latéral 17a ou 17b apte au passage des fluides de la zone de mélange (B) à la zone de distribution (C). De préférence, l’enceinte de mélange 16 comprend au moins deux sections de passage latéral 17a et 17b. Ainsi, seule l’enceinte d’échange 16 est en contact direct avec la zone de distribution (C). Les sections de passage latéral 17a permettent notamment le passage du liquide de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C) et les sections de passage latéral 17b permettent notamment le passage du gaz de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C).
La section de l’enceinte de mélange 15 et celle de l’enceinte d’échange 16 peut être de section à quatre côtés, de préférence de section trapézoïdale et plus préférentiellement de section en parallélogramme, ou bien de section circulaire. Par section trapézoïdale, on entend toute section à quatre côtés dont deux côtés opposés de ladite section sont parallèles deux à deux. Par section en parallélogramme, on entend toute section à quatre côtés dont les côtés opposés de ladite section sont parallèles deux à deux, par exemple la section en parallélogramme peut être une section rectangulaire, une section carrée, ou une section en losange. Par section circulaire, on entend une section en forme de cercle ou en ovale. Quelle que soit la forme de la section de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16, la hauteur ou le diamètre de ladite chambre sera choisie de manière à limiter au maximum la perte de charge et de manière à limiter l'encombrement spatial dans le réacteur. Avantageusement, la section de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 est rectangulaire. La section rectangulaire des enceintes, outre une faisabilité mécanique facilitée, permet leur fabrication et leur assemblage partiel à l’extérieur du réacteur, tout en permettant par la suite leur insertion dans le réacteur de manière aisée.
La forme de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 peut être quelconque. Les parois de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 peuvent notamment se propager dans une direction droite (forme en « I »), ou être courbée (forme en « C >>) ou encore présenter des angles (forme en « L >>). La zone de mélange (B) peut être située à tout endroit au niveau de la zone de distribution (C). Par exemple, la zone de mélange (B) peut être positionnée au centre de la zone de distribution (C) ou peut être décalée de cette dernière position. Ainsi, la longueur de l’enceinte de mélange et d’échange est déterminée par l’homme du métier en fonction de leur position dans l’enceinte du réacteur 1. Avantageusement, les extrémités des enceintes de mélange 15 et d’échange 16 ne sont pas en contact avec la paroi de l’enceinte du réacteur 1, de manière à permettre la circulation des fluides sur le plateau de distribution 12 de part et d’autre des enceintes de mélange 15 et d’échange 16.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, l’enceinte de mélange 15 est située au-dessus de ladite enceinte d’échange 16 (telle que représentée en figure 1, 2a et 2b). Au moins une ouverture 18 (cf. figure 2a) est aménagée dans la zone de mélange (B) pour permettre le passage du mélange des fluides de l’enceinte de mélange 15 vers l'enceinte d’échange 16 (comme indiqué par les flèches sur la figure 2a). La position, la forme et la dimension de l’ouverture sont choisies par l’homme du métier afin de limiter la perte de charge lors de l’écoulement du mélange des fluides.
Avantageusement, l’enceinte de mélange 15 et la ou les enceinte(s) d’échange 16 constituent une seule pièce.
Selon l’invention, la hauteur H’2 totale cumulée de ladite enceinte de mélange 15 et de ladite enceinte d’échange 16 est comprise entre 200 et 800 mm, de préférence entre 300 et 750 mm, et encore plus préférentiellement entre 350 et 700 mm.
De préférence, la largeur « L >> (cf. figure 2a) de l’enceinte d’échange 16 est comprise entre 200 et 800 mm, de préférence entre 250 et 700 mm, et encore plus préférentiellement entre 300 et 600 mm.
Le ratio des volumes (en %) entre la ou les enceinte(s) d’échange 16 et l’enceinte de mélange 15 est compris de préférence entre 5 et 60 %, plus préférentiellement entre 10 et 50%.
La zone de distribution (C), s’étendant sur une hauteur H’3 (cf. figure 1), comprend un plateau de distribution 12 (appelée aussi ici plateau distributeur ou plaque de distribution) et une pluralité de cheminées 13. Plus précisément, les cheminées 13 sont ouvertes à leur extrémité supérieure par une ouverture supérieure et présentent le long de leur paroi latérale une série d’orifices latéraux (non représentée sur les figures) destinés au passage séparé de la phase liquide (par les orifices) et la phase gaz (par l’ouverture supérieure) à l’intérieur des cheminées, de manière à réaliser leur mélange intime à l’intérieur desdites cheminées. La forme des orifices latéraux peut être très variable, généralement circulaire ou rectangulaire, ces orifices étant préférentiellement répartis sur chacune des cheminées selon plusieurs niveaux sensiblement identiques d’une cheminée à l’autre, généralement au moins un niveau, et de préférence de 1 à 10 niveaux, de manière à permettre l’établissement d’une interface aussi régulière que possible entre la phase gaz et la phase liquide.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, la ou les enceinte(s) 15 ou 16 la ou les plus proche(s) du plateau de distribution 12 est (sont) posée(s) directement sur le plateau de distribution 12 (cf. figure 1).
Dans un autre mode de réalisation (non représenté sur les figures), la ou les enceinte(s) 15 et/ou 16 la ou les plus proche(s) du plateau de distribution 12 est (sont) situées à une distance « d >> dudit plateau de distribution 12, de préférence comprise entre 20 et 150 mm, et plus préférentiellement comprise entre 30 et 80 mm. L’espace compris entre le plateau de distribution 12 et la ou les enceintes 15 et/ou 16 permet la distribution des fluides sur toute la surface du plateau distributeur 12, et donc permet d’homogénéiser la distribution du mélange des fluides sur toute la section du réacteur au-dessus du lit de catalyseur 14 situé en aval du dispositif de mélange et de distribution, dans le sens de la circulation des fluides. Dans ce mode de réalisation, l’enceinte d’échange 16 peut comprendre en sa partie inférieure des sections de passage longitudinal afin que le mélange des fluides puisse s’écouler vers le plateau de distribution 12.
Alternativement, lorsque l’enceinte d’échange 16 est directement posée sur le plateau de distribution 12, ladite enceinte d’échange peut comprendre en sa partie inférieure des sections de passage longitudinal (non représentées sur les figures) afin que le mélange des fluides puisse traverser directement le plateau de distribution 12. Bien entendu, le nombre, la forme et la taille des sections de passage longitudinal sont choisis de manière en ce qu’une fraction minoritaire du flux de mélange de fluides traverse lesdites sections de passage longitudinal. Les sections de passage longitudinal peuvent prendre indifféremment la forme d’orifices et/ou de fentes.
De préférence, l’enceinte de mélange 15 peut comprendre au moins un moyen de déviation (non représenté sur les figures) sur au moins une des paroi(s) internes de ladite enceinte de mélange. La présence d’au moins un moyen de déviation du mélange de fluides traversant ladite enceinte de mélange 15 permet d’augmenter la surface d’échange entre les deux phases et donc l’efficacité des transferts de chaleur et de matière entre les phases liquides et/ou gazeuses traversant ladite enceinte de mélange 15. Ledit moyen de déviation peut se présenter sous plusieurs formes géométriques permettant d’améliorer l’efficacité de l’enceinte de mélange, étant entendu que lesdites formes permettent une déviation au moins en partie du trajet du mélange de fluides traversant ladite enceinte d’échange 15. Par exemple, le moyen de déviation peut se présenter sous la forme d’une chicane, de section triangulaire, carré, rectangulaire, ovoïdale ou toute autre forme de section. Le moyen de déviation peut également se présenter sous la forme d’une ou plusieurs ailette(s) ou bien d’une ou plusieurs pale(s) fixe(s) ou bien d’une grille.
En-dessous du plateau de distribution 12, un système de dispersion peut être positionné de manière à distribuer les fluides uniformément sur le lit de catalyseur 14 situé en aval dudit système. Le système de dispersion peut comprendre un ou plusieurs dispositifs de dispersion 19 (cf. figure 1) pouvant être associé à chaque cheminée 13, être en commun à plusieurs cheminées 13, ou encore être en commun à l’ensemble des cheminées 13 du plateau de distribution 12. Chaque dispositif de dispersion 19 a une géométrie sensiblement plane et horizontale, mais peut avoir un périmètre de forme quelconque. Par ailleurs, chaque dispositif de dispersion 19 peut être situé à différentes hauteurs. Avantageusement, ledit dispositif de dispersion se présente sous la forme de grilles, et/ou peut comprendre éventuellement des déflecteurs. Avantageusement, l’axe de la ou des grille(s) 19 est préférentiellement perpendiculaire à l’axe longitudinal de l'enceinte du réacteur afin d’améliorer la distribution du mélange des fluides sur toute la section radiale de l’enceinte du réacteur. La distance séparant le système de dispersion du lit de solides granulaires situé immédiatement au-dessous est choisie de manière à conserver l’état de mélange des phases gazeuse et liquide autant que possible tel qu’il est en sortie des cheminées 13.
De préférence, la distance entre le plateau de distribution 12 et lit de catalyseur 14 située endessous dudit plateau de distribution est comprise entre 50 et 400 mm, de préférence entre 100 et 300 mm. La distance entre le plateau de distribution 12 et ledit dispositif de dispersion 19 est comprise entre 0 et 400 mm, de préférence entre 0 et 300 mm.
Dans un mode de réalisation particulier, le plateau de distribution 12 est posé sur le dispositif de dispersion 19.
Par rapport aux dispositifs décrits dans l’art antérieur, et encore plus particulièrement par rapport au dispositif divulgué dans le document FR 3 034 323, le dispositif de mélange et de distribution selon l’invention présente les avantages suivants :
une bonne compacité du fait de l’intégration à la même hauteur de la zone de mélange et de la zone de distribution des fluides ;
une bonne efficacité thermique et une bonne efficacité de mélange des fluides du fait de la présence du moyen de distribution 40 du fluide de trempe dans la conduite de collecte 7, tel que décrit ci-avant.
Claims (14)
1. Dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant :
au moins une zone de collecte (A) comprenant au moins un moyen de collecte (5);
- au moins une conduite de collecte (7) sensiblement verticale apte à recevoir un fluide réactionnel collecté par ledit moyen de collecte (5) et au moins une conduite d’injection (8) débouchant dans ladite conduite de collecte (7) pour injecter un fluide de trempe ;
- au moins une zone de mélange (B), située en aval de ladite conduite de collecte (7) dans le sens de circulation des fluides et en communication avec ladite conduite de collecte (7), ladite zone de mélange (B) comprenant au moins une enceinte de mélange (15) des fluides ;
- au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) dans le sens de la circulation des fluides, comprenant un plateau de distribution (12) supportant une pluralité de cheminées (13) ;
- ladite zone de mélange (B) étant située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprenant en outre au moins une enceinte d’échange (16) des fluides reliée et en communication avec ladite enceinte de mélange (15), ladite enceinte d’échange (16) comprenant au moins une section de passage latéral (17a,17b) apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange (16) à ladite zone de distribution (C), caractérisé en ce que ladite conduite d’injection (8) débouche dans ladite conduite de collecte (7) via un moyen de distribution (40) du fluide de trempe comprenant au moins un canal de distribution (45), en communication avec ladite conduite d’injection (8), positionné sur au moins une des parois latérales (42) de la conduite de collecte (7).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de distribution (40) du fluide de trempe comprend un canal de distribution (45), en communication avec ladite conduite d’injection (8), positionné sur chaque paroi latérale (42) de la conduite de collecte (7), et un canal de distribution (46), en communication avec ladite conduite d’injection (8), positionné sur la paroi transversale (43) de la conduite de collecte (7).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de distribution (40) du fluide de trempe comprend en outre un canal de distribution (47), en communication avec ladite conduite d’injection (8), positionné sur le fond (44) de la conduite de collecte (7).
4. Dispositif selon les revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit moyen de distribution (40) du fluide de trempe comprend en outre une buse débouchant directement dans la conduite de collecte (7), ladite buse se présentant sous la forme d’un tube comprenant au moins un orifice débouchant dans ladite conduite de collecte (7).
5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite conduite de collecte (7) est située au même niveau que la zone de mélange (B).
6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite enceinte de mélange (15) est située au-dessus de ladite enceinte d’échange (16).
7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la hauteur totale cumulée H’2 de ladite enceinte de mélange (15) et de ladite enceinte d’échange (16) est comprise entre 200 et 800 mm.
8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la largeur L de ladite enceinte d’échange (16) est comprise entre 200 et 800 mm.
9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les sections de passage latéral (17a,17b) sont réparties sur au moins deux niveaux.
10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite enceinte de mélange (15) et ladite enceinte d’échange (16) forment une seule pièce.
11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend un système dispersif des fluides disposé en-dessous dudit plateau de distribution (12), ledit système dispersif comprenant un moins un moyen de dispersion (19) des fluides se présentant sous la forme d’une grille, l’axe de ladite grille étant perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’enceinte du réacteur.
12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite enceinte d’échange (16) comprend une pluralité de sections de passage horizontal apte au passage des fluides de ladite zone d’échange (16) au plateau de distribution (12).
13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la ou les enceinte(s) de mélange (15) ou d’échange (16) la ou les plus proche(s) du plateau de distribution (12) est (sont) situées à une distance « d >> dudit plateau de distribution (12) comprise entre 20 et 150 mm.
14. Réacteur catalytique à écoulement descendant comportant une enceinte (1) renfermant au moins deux lits fixes de catalyseur (2,14) séparés par une zone intermédiaire comportant un dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
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