FR3066410B1 - MIXING AND DISPENSING DEVICE WITH TURNING AREA - Google Patents
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Abstract
Dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant une zone de collecte (A), une zone de mélange (B), une zone de distribution (C), ladite zone de mélange (B) comprenant une enceinte de mélange (15) et une enceinte d'échange (16) des fluides située en-dessous et en communication avec ladite enceinte de mélange (15) via une zone de retournement (26) des fluides.Device for mixing and dispensing fluids for a downflow catalytic reactor, said device comprising a collection zone (A), a mixing zone (B), a distribution zone (C), said mixing zone (B) comprising a mixing chamber (15) and a fluid exchange chamber (16) located below and in communication with said mixing chamber (15) via a fluid reversal zone (26).
Description
DISPOSITIF DE MELANGE ET DE DISTRIBUTION AVEC ZONE DE RETOURNEMENT
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 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 le fluide réactionnel s’écoulant de manière descendante, 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 1a à 1c 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. Le passage des fluides de l’enceinte de mélange à l’enceinte d’échange est une zone sensible du dispositif, car elle donne lieu à un changement important de la direction des fluides, et peut générer une augmentation de la perte de charge. Bien que le dispositif divulgué dans le document FR 3 034 323 présente une bonne efficacité de mélange, ce dernier est perfectible en termes d’homogénéisation des lignes de fluide situées en périphérie de l’enceinte de mélange (i.e. les lignes de courant les plus proches des parois latérales de l’enceinte de mélange). Par ailleurs, un tel dispositif en fonctionnement peut engendrer une perte de charge importante en fonction de la vitesse des fluides circulant entre l’enceinte de mélange et l’enceinte d’échange.
Un but de l’invention est de proposer un dispositif de mélange et de distribution de fluides qui puisse éviter les inconvénients cités ci-avant, tout en restant peu encombrant et en permettant de réaliser une efficacité de mélange et de distribution des fluides au moins aussi bonne que l’art antérieur.
Objets de l’invention
Un premier 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 un moyen 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 située en-dessous et en communication avec ladite enceinte de mélange via une zone de retournement des fluides, ladite enceinte de mélange comprenant un fond, ledit fond comprenant une bordure d’extrémité en communication avec ladite zone de retournement (26) des fluides, et ladite enceinte d’échange comprenant au moins une section de passage latéral supérieur et au moins une section de passage latéral inférieur aptes au passage des fluides de ladite enceinte d’échange à ladite zone de distribution (C), caractérisé en ce que la bordure d’extrémité du fond de l’enceinte de mélange est biseautée et forme un angle (a) par rapport à l’axe longitudinal XX’ de l’enceinte de mélange compris entre 20° et 70°.
De préférence, l’angle (a) est compris entre 30 et 60°.
Avantageusement, la hauteur totale cumulée H2 de ladite enceinte de mélange et de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 800 mm.
Avantageusement, la largeur L de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 800 mm.
De préférence, la section de ladite enceinte de mélange et/ou de ladite enceinte d’échange est en parallélogramme.
Avantageusement, le ratio en volume entre ladite enceinte d’échange et ladite enceinte de mélange (15) est compris entre 5 et 60 %.
De préférence, 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.
De préférence, le dispositif selon l’invention comprend un système dispersif des fluides disposé en-dessous dudit plateau de distribution, ledit système dispersif comprenant au moins un moyen de dispersion des fluides.
Avantageusement, ledit moyen de dispersion est une grille, l’axe de ladite grille étant perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’enceinte du réacteur.
De préférence, l'enceinte de mélange comprend au moins un moyen de déviation sur au moins une ou des paroi(s) interne(s) de ladite enceinte de mélange.
De préférence, l'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.
De préférence, l’enceinte d’échange est située à une distance « d » comprise entre 20 et 150 mm dudit plateau de distribution.
Un autre objet selon l’invention est 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 1a 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 tel que décrit dans le document FR 3 034 323.
La figure 1b représente respectivement une vue détaillée de la zone de mélange (B) du dispositif selon la figure 1a (les traits pointillés représentent les parties non visibles de la zone de mélange, i.e. se trouvant à l’intérieur de ladite zone).
La figure 1c est une vue en perspective de la zone de mélange (B) du dispositif selon la figure 1a.
La figure 2a est une vue en perspective de la zone de mélange (B) du dispositif selon l’invention.
La figure 2b représente une vue en coupe selon l’axe (XXj de la zone de mélange (B) du dispositif selon l’invention tel que présenté en figure 2a.
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 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 (appelé aussi «quench fluid» selon la terminologie anglo-saxonne) 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.
En se reportant aux figures 1a à 1c, le dispositif de mélange et de distribution selon l’art antérieur 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 est disposé sous le lit de catalyseur 2, par rapport au sens d'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 1b et 1c). Le fluide réactionnel qui s'écoule est par exemple composé d'une phase gaz et d'une phase liquide. Le fluide réactionnel traversant le lit de catalyseur 2 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 sur les figures 1b et 1c), 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 β compris entre ± 5 degrés. Le moyen de collecte 5 (cf. figure 1a) 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 1b et 1c) 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. Le moyen de collecte 5 est distant de la grille de support 3 du lit de catalyseur 2 d'une hauteur H1 (figure la) . La hauteur H1 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 le moyen d’injection 8 (figure 1c) sont situés au niveau de la zone de mélange (B), la hauteur H1 est comprise entre 10 et 500 mm, de préférence entre 10 et 200 mm, plus préférentiellement 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 moyen d’injection 8 sont situés au niveau de la zone de collecte (A), la hauteur H1 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 1b et 1c, 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 du moyen d'injection 8 (cf. figure 1c) débouchant dans ladite conduite de collecte 7.
La zone de mélange (B) comprend en outre une enceinte de mélange 15 (cf. figures 1a et lb) située en aval du moyen de collecte 5 dans le sens de circulation des fluides. L’enceinte de mélange comprend un fond 23 et deux parois latérales 24 s’étendant à partir du fond 23. 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 1b). De même, la conduite d’injection 8 peut déboucher au-dessus de l’enceinte de mélange 15, au même niveau que ladite enceinte, ou directement à l’intérieur de ladite enceinte de mélange 15 par l’intermédiaire d’un dispositif connu de l’homme de métier, par exemple un tube perforé traversant l'enceinte de mélange 15. L’injection du fluide de trempe peut être réalisée à co-courant, en courant croisé, voire en contre-courant par rapport au fluide réactionnel provenant de la zone de collecte (A).
La zone de distribution (C) quant à elle comprend un plateau de distribution 12 supportant une pluralité de cheminées 13. La zone de distribution (C), s’étendant sur une hauteur H3 (cf. figure 1a), 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 destinés au passage séparé de la phase liquide (par les orifices) et la phase gaz (par l’ouverture supérieure) à l’intérieur des cheminées 13, de manière à réaliser leur mélange intime à l’intérieur desdites cheminées 13. 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.
Une caractéristique du dispositif selon l’art antérieur 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 1a et 1b), l’enceinte d’échange 16 étant située en aval de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. Plus particulièrement, l’enceinte d’échange 16 est située au-dessous de l’enceinte de mélange 15.
Les fluides passent de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 au moyen d’une une ouverture 18 située à l’extrémité de sortie des fluides de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides (comme indiqué par les flèches sur la figure 1b). 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 supérieur 17a et inférieur 17b.
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 1b et 1c, l’enceinte d’échange 16, comprend au moins une section de passage latéral supérieur 17a et au moins une section de passage latéral inférieur 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 supérieur 17a et inférieur 17b. Ainsi, seule l’enceinte d’échange 16 est en contact direct avec la zone de distribution (C). Les sections de passage latéral supérieur 17a permettent notamment le passage du gaz de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C) et les sections de passage latéral inférieur 17b permettent notamment le passage du liquide de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C).
Cependant, un tel dispositif peut présenter certains inconvénients notamment en terme de perte de charge lors du passage des fluides entre l’enceinte de mélange 15 et l’enceinte d’échange 16 dans la zone de mélange (B). En effet, le passage des fluides de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 est une zone sensible du dispositif, car elle donne lieu à un changement important de la direction des fluides, et peut générer une augmentation de la perte de charge. Plus particulièrement, le dispositif selon l’art antérieur ne permet pas de réaliser de manière optimale un mélange des fluides dont les lignes de courant sont situées aux extrémités latérales de l’enceinte de mélange (i.e. les lignes de courant les plus proches des parois latérales de l’enceinte de mélange).
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 ci-avant, sans pour autant modifier l’encombrement dudit dispositif, en proposant un dispositif comprenant une zone de mélange dans laquelle l’extrémité de sortie de l’enceinte d’échange adopte une forme spécifique permettant une diminution significative de la perte de charge au niveau dudit dispositif, sans pour autant perdre en terme d’efficacité de mélange des fluides.
En se reportant aux figures 2a et 2b, le dispositif de mélange et de distribution des fluides selon l’invention comprend une zone de mélange (B) comportant 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 du moyen d'injection 8 débouchant dans ladite conduite de collecte 7. La zone de mélange (B) comprend une enceinte de mélange 15 située en aval du moyen de collecte 5 dans le sens de circulation des fluides. La section de l’enceinte de mélange 15 est rectangulaire. Plus particulièrement, l’enceinte de mélange (B) comprend un fond 23 et deux parois latérales 24 s’étendant à partir du fond 23. 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. De même, la conduite d’injection 8 peut déboucher au-dessus de l’enceinte de mélange 15, au même niveau que ladite enceinte, ou directement à l’intérieur de ladite enceinte de mélange 15 par l’intermédiaire d’un dispositif connu de l’homme de métier, par exemple un tube perforé traversant la zone de mélange 15. L’injection du fluide de trempe peut être réalisée à cocourant, en courant croisé, voire en contre-courant par rapport au fluide réactionnel provenant de la zone de collecte (A). La zone de mélange (B) comprend également une enceinte d’échange 16 des fluides, l’enceinte d’échange 16 étant située en aval de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. La section de l’enceinte d’échange 16 est rectangulaire. Selon l’invention, l’enceinte d’échange 16 est située au-dessous de l’enceinte de mélange 15. L’enceinte d’échange 16 comprend un fond 25 et des parois latérales s’étendant depuis le fond 25. Les fluides passent de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 via une ouverture 18 située à l’extrémité de sortie de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. 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. Par ailleurs, l’enceinte d’échange 16, comprend au moins une section de passage latéral supérieur 17a et au moins une section de passage latéral inférieur 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 supérieur 17a et inférieur 17b. Ainsi, seule l’enceinte d’échange 16 est en contact direct avec la zone de distribution (C). Les sections de passage latéral supérieur 17a permettent notamment le passage du gaz de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C) et les sections de passage latéral inférieur 17b permettent notamment le passage du liquide de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C).
Selon un aspect essentiel du dispositif selon l’invention, le fond 23 de l’enceinte de mélange 15 comprend une bordure d’extrémité 27, en communication avec l’enceinte d’échange 16 située en-dessous et en communication avec ladite enceinte de mélange 15, de forme biseautée et forme un angle (a) par rapport à l’axe longitudinal XX’ de l’enceinte de mélange 15 compris entre 20° et 70°, de préférence entre 30‘èt 60°, et encore plus préférentiellement entre 30° et 45°. Une telle forme de la bordure d’atrémité de l’enceinte de mélange 15 permet de créer une zone de retournement 26 dans laquelle les fluides passant de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 s’écoulent dans un mouvement tourbillonnaire, ce qui a pour effet d’améliorer l’efficacité de mélange des fluides, notamment en permettant un mélange entre elles des lignes de courant des fluide situées de part et d’autres des parois latérales de l’enceinte de mélange 15. De plus, une telle configuration de l’enceinte de mélange 15 a pour effet inattendu de diminuer la vitesse des fluides entre l’enceinte de mélange et l’enceinte d’échange, i.e. au niveau de la zone de retournement 26. En diminuant les vitesses de fluides au niveau de la zone de retournement 26, la perte de charge est minimisée.
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. Avantageusement, l’enceinte de mélange 15 et la ou les enceinte(s) d’échange 16 constituent une seule pièce.
La hauteur H2 totale cumulée de ladite enceinte de mélange 15 et de ladite enceinte d’échange 16 (cf. figure 2) est comprise entre 200 et 1500 mm, de préférence entre 200 et 800 mm, plus préférentiellement entre 300 et 750 mm, et encore plus préférentiellement entre 350 et 700 mm.
De préférence, la largeur « L » (cf. figure 3a) de l’enceinte d’échange 16 est comprise entre 200 et 1100 mm, de préférence entre 200 et 800 mm, plus préférentiellement 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 entre 5 et 60 %, de préférence entre 10 et 60%, et encore plus préférentiellement entre 15 et 40%.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, l’enceinte d’échange 16 est posée directement sur le plateau de distribution 12 (telle que représentée par exemple en figure 2). Dans un autre mode de réalisation (non représenté sur les figures), l’enceinte d’échange 16 est située 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 l’enceinte d’échange 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. 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.
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 19 (cf. figure 1) peut comprendre un ou plusieurs dispositifs de dispersion 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 en-dessous 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 ; une diminution significative de la perte de charge grâce à la forme tronquée de l’extrémité de sortie 27 du fond 23 de l’enceinte de mélange 15.
Exemple
Dans les exemples suivants, on compare le dispositif non conforme à l’invention (Dispositif A) avec un dispositif selon l’invention (Dispositif B). Pour les deux dispositifs, on considère que la hauteur H1 de l’espace de collecte (A) est identique et est égale à 120 mm. De même, la conduite de collecte 7 et le moyen d’injection 8 sont situés au même niveau que la zone de mélange (B). De la même manière, la hauteur entre le plateau de distribution 12 et le haut du lit catalytique 14 est fixée à 400 mm. Les comparaisons entre ces deux dispositifs se basent sur la perte de charge et l’efficacité de mélange en faisant circuler une charge gazeuse avec une vitesse d’entrée dans le dispositif de 12 cm/s. Les résultats sont présentés dans le tableau 1 ci-après. L’efficacité de mélange est définie ici comme le ratio entre l’écart maximal de températures en sortie de dispositif et l’écart maximal de températures en entrée de dispositif. Elle représente donc un facteur de réduction des gradients thermiques entre entrée et sortie de dispositif. Une efficacité de 98% signifie que les écarts maximaux de température en sortie de dispositifs sont égaux à 2% des écarts maximaux en entrée.
Tableau 1 : Evaluation des performances des dispositifs selon l’art antérieur et selon l’invention
MIXING AND DISPENSING DEVICE WITH TURNING AREA
Technical area
The present invention applies in the field of exothermic reactions and more particularly to hydrotreating, hydrodesulfurization, hydrodenitrogenation, hydrocracking, hydrogenation, hydrodeoxygenation, hydroisomerization, hydrodewaxing or else hydrodearomatization carried out in a fixed bed reactor. The invention relates more particularly to a device for mixing and dispensing fluids in a downflow co-flow reactor and its use for carrying out exothermic reactions.
State of the art
The exothermic reactions carried out for example in refining and / or petrochemistry need to be cooled by an additional fluid, called quenching fluid, to prevent thermal runaway of the catalytic reactor in which they are carried out. The catalytic reactors used for these reactions generally comprise at least one solid catalyst bed. The exothermic nature of the reactions requires keeping a homogeneous axial temperature gradient on the reactor section, and a radial temperature gradient close to zero within the reactor in order to avoid the existence of hot spots in the catalyst bed included in the reactor section. the reactor. Areas that are too hot can prematurely decrease the activity of the catalyst and / or lead to non-selective reactions and / or lead to thermal runaway. It is therefore important to have at least one mixing chamber in a reactor, located between two catalyst beds, which allows a uniform temperature distribution of the fluids on a reactor section and a cooling of the reaction fluids to a desired temperature.
To carry out this homogenization, the person skilled in the art is often led to use a specific arrangement of often complex internals comprising an introduction of the most homogeneous quenching fluid possible in the reactor section. For example, the document FR 2 824 495 A1 describes a quenching device for ensuring an effective exchange between the quench fluid (s) and the fluid (s) of the process. This device is integrated in an enclosure and comprises a quenching fluid injection pipe, a fluid collection baffle, the quench box itself, operating the mixing between the quenching fluid and the reaction fluid flowing in a manner descending, and a dispensing system consisting of a perforated bowl and a distribution tray. The quenching box comprises a deflector ensuring the swirling motion of the fluids in a substantially non-radial direction and not parallel to the axis of said chamber and downstream of the deflector, in the direction of circulation of the reaction fluid, at least one section outlet passage of the fluid mixture formed in the box. This device overcomes some disadvantages of the various systems of the prior art but remains cumbersome.
To remedy the congestion problem, a device for mixing fluids in a downflow reactor has been developed, and is described in document FR 2 952 835 A1. This device comprises a horizontal collection means provided with a vertical collection line for receiving the fluids, an injection means placed in the collection line, and an annular mixing chamber of circular section located downstream of the collection means in the flow direction of the fluids. The mixing chamber includes an inlet end connected to the collection conduit and an outlet end for fluid passage, and a horizontal pre-distribution tray including at least one chimney. The advantage of this device is that it is more compact than that described above, and ensures a good mixture of fluids and good temperature homogeneity.
In order to further reduce the size of the mixing and dispensing device, another solution proposed in document FR 3 034 323 is to provide a device for mixing and dispensing fluids in which the mixing zone and the zone fluid distribution are located at the same level. Such a device is shown in Figures 1a to 1c and will be described in more detail below. More particularly, the mixing zone comprises a fluid mixing chamber and a fluid exchange chamber connected to and in communication with the mixing chamber. The mixing chamber is preferably located above the exchange chamber. Thus, the configuration of the mixing zone allows the mixing of the fluids in the mixing chamber and the flow of said mixture to the exchange chamber. The mixture between the reaction fluid and the quenching fluid continues to be effected at the exchange chamber. The passage of fluids from the mixing chamber to the exchange chamber is a sensitive zone of the device, since it gives rise to a major change in the direction of the fluids, and can generate an increase in the pressure drop. Although the device disclosed in document FR 3 034 323 has good mixing efficiency, the latter is perfectible in terms of homogenization of the fluid lines located at the periphery of the mixing chamber (ie the nearest streamlines). sidewalls of the mixing chamber). Moreover, such a device in operation can generate a significant loss of load as a function of the speed of the fluids flowing between the mixing chamber and the exchange chamber.
An object of the invention is to provide a device for mixing and dispensing fluids that can avoid the disadvantages mentioned above, while remaining compact and allowing to achieve fluid mixing and distribution efficiency at least as good as the prior art.
Objects of the invention
A first object according to the invention relates to a device for mixing and dispensing fluids for a downflow catalytic reactor, said device comprising: at least one collection zone (A) comprising at least one collection means; - At least one substantially vertical collection line adapted to receive a reaction fluid collected by said collection means and at least one injection means opening into said collection line for injecting a quenching fluid; at least one mixing zone (B) situated downstream from said collection line in the fluid flow direction and in communication with said collection line, said mixing zone (B) comprising at least one mixing chamber for fluids; at least one distribution zone (C) located downstream of said mixing zone (B) in the direction of fluid flow, comprising a distribution plate supporting a plurality of chimneys; said mixing zone (B) being situated at the same level as the distribution zone (C) and further comprising at least one fluid exchange chamber situated below and in communication with said mixing chamber via a zone of fluid reversal, said mixing chamber comprising a bottom, said bottom including an end edge in communication with said fluid reversal zone (26), and said exchange vessel comprising at least one upper side passage section and the at least one lower lateral passage section capable of passing fluids from said exchange chamber to said distribution zone (C), characterized in that the end edge of the bottom of the mixing chamber is beveled and forms an angle (a) with respect to the longitudinal axis XX 'of the mixing chamber of between 20 ° and 70 °.
Preferably, the angle (a) is between 30 and 60 °.
Advantageously, the cumulative total height H2 of said mixing chamber and said exchange chamber is between 200 and 800 mm.
Advantageously, the width L of said exchange chamber is between 200 and 800 mm.
Preferably, the section of said mixing chamber and / or said exchange chamber is in parallelogram.
Advantageously, the volume ratio between said exchange chamber and said mixing chamber (15) is between 5 and 60%.
Preferably, the lateral passage sections are distributed over at least two levels.
Preferably, said mixing chamber and said exchange chamber form a single piece.
Preferably, the device according to the invention comprises a fluid dispersive system disposed below said distribution plate, said dispersive system comprising at least one means for dispersing the fluids.
Advantageously, said dispersing means is a grid, the axis of said grid being perpendicular to the longitudinal axis of the reactor enclosure.
Preferably, the mixing chamber comprises at least one deflection means on at least one or inner wall (s) of said mixing chamber.
Preferably, the exchange chamber comprises a plurality of horizontal passage sections capable of passing fluids from said exchange zone to the distribution plate.
Preferably, the exchange chamber is located at a distance "d" of between 20 and 150 mm from said distribution plate.
Another object according to the invention is a downflow catalytic reactor comprising an enclosure containing at least two fixed catalyst beds separated by an intermediate zone comprising a device for mixing and dispensing fluids according to the invention.
Description of figures
FIG. 1a shows an axial section of a downflow catalytic reactor comprising at least two solid catalyst beds, and comprising a compact device for mixing and dispensing fluids as described in document FR 3 034 323.
FIG. 1b represents respectively a detailed view of the mixing zone (B) of the device according to FIG. 1a (the dotted lines represent the non-visible parts of the mixing zone, ie being inside said zone).
Figure 1c is a perspective view of the mixing zone (B) of the device according to Figure 1a.
Figure 2a is a perspective view of the mixing zone (B) of the device according to the invention.
FIG. 2b represents a sectional view along the axis (XX) of the mixing zone (B) of the device according to the invention as shown in FIG. 2a.
Detailed description of the invention Definitions
Within the meaning of the invention, the term "mixing chamber" means the space in which mixing is carried out between a reaction fluid and a quenching fluid.
By exchange chamber is meant the space in which a mixed reaction fluid and quench fluid are in direct contact with a fluid distribution zone via upper and lower lateral passage sections.
detailed description
The compact mixing and dispensing device according to the invention is used in a reactor in which exothermic reactions such as hydrotreatment, hydrodesulphurization, hydrodenitrogenation, hydrocracking, hydrogenation, hydrogenation, hydrotreatment, hydrotreatment, hydrotreatment, hydrotreatment, hydrotreatment, hydrothermalization, hydrogenation, hydrotreatment hydrodeoxygenation, hydroisomerization, hydrodewaxing or even hydrodearomatization. Generally, the reactor has an elongate shape along a substantially vertical axis. From the top to the bottom of said reactor is circulated at least one reaction fluid (also called "process fluid" according to the English terminology) through at least one fixed bed of catalyst. Advantageously, leaving each bed except the last, the reaction fluid is collected and is then mixed with a quench fluid (also called "quench fluid" according to English terminology) in said device before being distributed to the catalyst bed located downstream of a distribution tray. The downstream and the upstream are defined with respect to the flow direction of the reaction fluid. The reaction fluid may be a gas or a liquid or a mixture containing liquid and gas; this depends on the type of reaction carried out in the reactor.
Referring to FIGS. 1a to 1c, the mixing and dispensing device according to the prior art can be arranged in a reactor 1 of elongate shape along a substantially vertical axis in which it is circulated from top to bottom at less a reaction fluid through at least one catalyst bed 2. The device is disposed under the catalyst bed 2, with respect to the direction of flow of the reaction fluid in the chamber 1. A support grid 3 supports the catalyst bed 2 so as to clear a collection zone (A) disposed under the catalyst bed 2. The collection zone (A) is necessary to allow the drainage of the reaction fluid to a collection line 7 (cf. Figures 1b and 1c). The flowing reaction fluid is for example composed of a gas phase and a liquid phase. The reaction fluid passing through the catalyst bed 2 is collected by a collecting means 5 (here also called collection baffle) substantially horizontal, leading to a substantially vertical collection line 7 disposed either below the collection zone (A). at an area called mixing zone (B) (as shown in Figures 1b and 1c), or at the collection zone (A) (not shown in the figures). By substantially vertical (e) and substantially horizontal (e) is meant in the sense of the present invention a variation of a plane with the vertical, respectively the horizon, an angle β between ± 5 degrees. The collection means 5 (see FIG. 1a) consists of a solid plate disposed in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the chamber under the support grid 3 of the catalyst bed 2. The plate of the collection means 5 extends radially over the entire surface of the reactor 1. It comprises at one of its ends an opening 6 (see Figures 1b and 1c) to which is connected said collection pipe 7. The collection means 5 allows to collect the flowing the reaction fluid from the catalytic bed 2 upstream and directing it towards said collection pipe 7. The collecting means 5 is remote from the support grid 3 of the catalyst bed 2 by a height H1 (FIG. . The height H1 is chosen so as to limit the pressure drop during the collection of the fluid flowing from the catalyst bed 2 and to limit the guard height, ie the height formed by the liquid accumulated in the collection means 5. The guard height does not modify the drainage of the reaction fluid to the collection pipe 7, nor its flow in this pipe, nor its flow through the upper catalytic bed 2. When the collecting pipe 7 and the injection means 8 (Figure 1c) are located at the mixing zone (B), the height H1 is between 10 and 500 mm, preferably between 10 and 200 mm, more preferably between 30 and 150 mm, even more preferably between 40 and 100 mm. Thus, the reaction fluid from the bed 2 is forced in the collection zone (A) to pass through the collection pipe 7. When the collection pipe 7 and the injection means 8 are located at the collection zone (A), the height H1 is between 10 and 400 mm, preferably between 30 and 300 mm, and even more preferably between 50 and 250 mm. Below the collection zone (A) is a mixing zone (B) and a distribution zone (C). Referring to FIGS. 1b and 1c, the mixing zone (B) comprises a substantially vertical collecting pipe 7 capable of receiving the reaction fluid collected by the collecting means 5 and the quenching fluid coming from the injection means 8 ( see Figure 1c) opening into said collection pipe 7.
The mixing zone (B) further comprises a mixing chamber 15 (see FIGS. 1a and 1b) located downstream of the collecting means 5 in the direction of circulation of the fluids. The mixing chamber comprises a bottom 23 and two side walls 24 extending from the bottom 23. The collecting pipe 7, which is in communication with the mixing chamber 15, can be located above the mixing chamber 15 or at the same level as said enclosure. Preferably, the collection pipe 7 is situated at the same level as the mixing enclosure 15 (see in particular FIG. 1b). Similarly, the injection pipe 8 may open above the mixing chamber 15, at the same level as said enclosure, or directly inside said mixing chamber 15 via a known device the person skilled in the art, for example a perforated tube passing through the mixing chamber 15. The injection of the quenching fluid can be carried out in co-current, in cross-flow, or even in counter-current with respect to the reaction fluid from from the collection area (A).
The distribution zone (C) as for it comprises a distribution plate 12 supporting a plurality of chimneys 13. The distribution zone (C), extending over a height H3 (see Figure 1a), comprises a distribution plate 12 (here also referred to as a distributor plate or distribution plate) and a plurality of chimneys 13. More specifically, the chimneys 13 are open at their upper end through an upper opening and have along their side wall a series of lateral orifices intended in the separate passage of the liquid phase (through the orifices) and the gas phase (through the upper opening) inside the chimneys 13, so as to achieve their intimate mixing inside said chimneys 13. The shape of the orifices lateral can be very variable, generally circular or rectangular, these orifices being preferentially distributed on each of the chimneys according to several substantially identical levels. and from one stack to another, generally at least one level, and preferably from 1 to 10 levels, so as to allow the establishment of as regular a interface as possible between the gas phase and the liquid phase.
A feature of the device according to the prior art lies in the introduction of the mixing zone (B) at the same level as the distribution zone (C), and in that said mixing zone (B) consists of a fluid mixing chamber 15 connected and in communication with a fluid exchange chamber 16 (see FIGS. 1a and 1b), the exchange chamber 16 being situated downstream of the mixing chamber 15 in the direction of the circulation of fluids. More particularly, the exchange chamber 16 is situated below the mixing chamber 15.
The fluids pass from the mixing chamber 15 to the exchange chamber 16 by means of an opening 18 located at the fluid outlet end of the mixing chamber 15 in the direction of the fluid circulation. (as indicated by the arrows in Figure 1b). Mixing chamber 15 is understood to mean the space in which the mixing between the reaction fluid and the quenching fluid is carried out. By exchange chamber 16 is meant the space in which the mixed reaction fluid and quench fluid are in direct contact with the dispensing zone (C) via the upper and lower side passage sections 17b and 17b.
The configuration of the mixing zone (B) allows the mixing of the fluids in the mixing chamber 15 and the flow of said mixture to the exchange chamber 16. The mixing between the reaction fluid and the quenching fluid continues. at the level of the exchange chamber 16. Referring to FIGS. 1b and 1c, the exchange chamber 16 comprises at least one upper lateral passage section 17a and at least one lower lateral passage section. 17b suitable for the passage of fluids from the mixing zone (B) to the distribution zone (C). Preferably, the mixing chamber 16 comprises at least two upper lateral passage sections 17a and 17b lower. Thus, only the exchange chamber 16 is in direct contact with the distribution zone (C). The upper lateral passage sections 17a in particular allow the passage of the gas from the exchange chamber 16 to the distribution zone (C) and the lower lateral passage sections 17b allow in particular the passage of the liquid from the exchange chamber 16 to the distribution area (C).
However, such a device may have certain drawbacks in particular in terms of pressure drop during the passage of fluids between the mixing chamber 15 and the exchange chamber 16 in the mixing zone (B). Indeed, the passage of the fluids from the mixing chamber 15 to the exchange chamber 16 is a sensitive zone of the device, since it gives rise to a major change in the direction of the fluids, and can generate an increase in the loss of charge. More particularly, the device according to the prior art does not make it possible to optimally achieve a mixture of fluids whose current lines are located at the lateral ends of the mixing chamber (ie the current lines closest to the side walls mixing chamber).
The Applicant has developed an improvement of the device for mixing and dispensing fluids according to the prior art to overcome the drawbacks mentioned above, without changing the size of said device, by proposing a device comprising a zone of mixture in which the outlet end of the exchange chamber adopts a specific form allowing a significant decrease in the pressure drop at said device, without losing in terms of fluid mixing efficiency.
With reference to FIGS. 2a and 2b, the device for mixing and dispensing the fluids according to the invention comprises a mixing zone (B) comprising a substantially vertical collection line 7 capable of receiving the reaction fluid collected by the collecting means 5 and the quenching fluid from the injection means 8 opening into said collection line 7. The mixing zone (B) comprises a mixing chamber 15 located downstream of the collecting means 5 in the direction of flow of the fluids. The section of the mixing chamber 15 is rectangular. More particularly, the mixing chamber (B) comprises a bottom 23 and two side walls 24 extending from the bottom 23. The collection pipe 7, which is in communication with the mixing chamber 15, can be located above the mixing chamber 15 or at the same level as said enclosure. Preferably, the collection line 7 is located at the same level as the mixing chamber 15. Similarly, the injection line 8 can open above the mixing chamber 15, at the same level as said chamber, or directly inside said mixing chamber 15 via a device known to those skilled in the art, for example a perforated tube passing through the mixing zone 15. The injection of the quenching fluid can be carried out at cocurrent, cross flow or even countercurrent to the reaction fluid from the collection zone (A). The mixing zone (B) also comprises a fluid exchange chamber 16, the exchange chamber 16 being located downstream of the mixing chamber 15 in the direction of fluid flow. The section of the exchange chamber 16 is rectangular. According to the invention, the exchange chamber 16 is located below the mixing chamber 15. The exchange chamber 16 comprises a bottom 25 and side walls extending from the bottom 25. The fluids pass from the mixing chamber 15 to the exchange chamber 16 via an opening 18 at the outlet end of the mixing chamber 15 in the direction of fluid flow. The configuration of the mixing zone (B) allows the mixing of the fluids in the mixing chamber 15 and the flow of said mixture to the exchange chamber 16. The mixing between the reaction fluid and the quenching fluid continues. at the level of the exchange chamber 16. Furthermore, the exchange chamber 16 comprises at least one upper lateral passage section 17a and at least one lower lateral passage section 17b suitable for the passage of fluids. from the mixing zone (B) to the distribution zone (C). Preferably, the mixing chamber 16 comprises at least two upper lateral passage sections 17a and 17b lower. Thus, only the exchange chamber 16 is in direct contact with the distribution zone (C). The upper lateral passage sections 17a in particular allow the passage of the gas from the exchange chamber 16 to the distribution zone (C) and the lower lateral passage sections 17b allow in particular the passage of the liquid from the exchange chamber 16 to the distribution area (C).
According to an essential aspect of the device according to the invention, the bottom 23 of the mixing chamber 15 comprises an end edge 27, in communication with the exchange chamber 16 located below and in communication with said enclosure of mixture 15, beveled shape and forms an angle (a) relative to the longitudinal axis XX 'of the mixing chamber 15 between 20 ° and 70 °, preferably between 30'et 60 °, and even more preferentially between 30 ° and 45 °. Such a shape of the atremity edge of the mixing chamber 15 makes it possible to create a turning zone 26 in which the fluids passing from the mixing chamber 15 to the exchange chamber 16 flow in a movement. swirling, which has the effect of improving the mixing efficiency of the fluids, in particular by allowing a mixture of fluid flow lines located on either side of the side walls of the mixing chamber 15. moreover, such a configuration of the mixing chamber 15 has the unexpected effect of reducing the speed of the fluids between the mixing chamber and the exchange chamber, ie at the level of the turning zone 26. By decreasing the speeds of fluids at the turnaround zone 26, the pressure drop is minimized.
Advantageously, the ends of the mixing and exchange chambers 16 are not in contact with the wall of the chamber of the reactor 1, so as to allow the circulation of the fluids on the distribution plate 12 on either side mixing chambers 15 and exchange 16. Advantageously, the mixing chamber 15 and the exchange chamber (s) 16 constitute a single piece.
The cumulative total height H2 of said mixing chamber 15 and of said exchange chamber 16 (see FIG. 2) is between 200 and 1500 mm, preferably between 200 and 800 mm, more preferably between 300 and 750 mm, and more preferably between 350 and 700 mm.
Preferably, the width "L" (see FIG. 3a) of the exchange chamber 16 is between 200 and 1100 mm, preferably between 200 and 800 mm, more preferably between 250 and 700 mm, and even more preferentially. between 300 and 600 mm.
The ratio of the volumes (in%) between the exchange chamber (s) 16 and the mixing chamber 15 is between 5 and 60%, preferably between 10 and 60%, and even more preferably between 15 and 60%. 40%.
In one embodiment of the invention, the exchange chamber 16 is placed directly on the distribution plate 12 (as shown for example in Figure 2). In another embodiment (not shown in the figures), the exchange chamber 16 is located at a distance "d" from said distribution plate 12, preferably between 20 and 150 mm, and more preferably between 30 and 150 mm. and 80 mm. The space between the distribution plate 12 and the exchange chamber 16 allows the distribution of the fluids over the entire surface of the distributor plate 12, and thus makes it possible to homogenize the distribution of the fluid mixture over the entire section of the reactor above the catalyst bed 14 located downstream of the mixing and dispensing device, in the direction of fluid flow. In this embodiment, the exchange chamber 16 may comprise at its bottom portion longitudinal passage sections so that the fluid mixture can flow to the distribution plate 12. Of course, the number, shape and the size of the longitudinal passage sections are selected so that a minor fraction of the fluid mixture stream passes through said longitudinal passage sections. The longitudinal passage sections may take the form of orifices and / or slots.
Below the distribution tray 12, a dispersion system may be positioned to distribute the fluids evenly over the catalyst bed 14 downstream of said system. The dispersion system 19 (see FIG. 1) can comprise one or more dispersing devices that can be associated with each chimney 13, be in common with several chimneys 13, or be in common with all the chimneys 13 of the distribution 12. Each dispersing device 19 has a substantially flat and horizontal geometry, but may have a perimeter of any shape. Furthermore, each dispersing device 19 can be located at different heights. Advantageously, said dispersing device is in the form of grids, and / or may optionally comprise deflectors. Advantageously, the axis of the grid (s) 19 is preferably perpendicular to the longitudinal axis of the reactor enclosure in order to improve the distribution of the fluid mixture over the entire radial section of the reactor enclosure. The distance separating the dispersion system from the bed of granular solids situated immediately below is chosen so as to keep the mixing state of the gaseous and liquid phases as far as possible as it is at the outlet of the chimneys 13.
Preferably, the distance between the distribution plate 12 and catalyst bed 14 located below said distribution plate is between 50 and 400 mm, preferably between 100 and 300 mm. The distance between the distribution plate 12 and said dispersing device 19 is between 0 and 400 mm, preferably between 0 and 300 mm. In a particular embodiment, the distribution tray 12 is placed on the dispersion device 19.
Compared to the devices described in the prior art, and even more particularly with respect to the device disclosed in the document FR 3,034,323, the mixing and dispensing device according to the invention has the following advantages: a good compactness due to integration at the same height of the mixing zone and the fluid distribution zone; good thermal efficiency and good mixing efficiency of the fluids; a significant decrease in the pressure drop due to the truncated shape of the outlet end 27 of the bottom 23 of the mixing chamber 15.
Example
In the following examples, the device not according to the invention (Device A) is compared with a device according to the invention (Device B). For both devices, it is considered that the height H1 of the collection space (A) is identical and is equal to 120 mm. Similarly, the collection line 7 and the injection means 8 are located at the same level as the mixing zone (B). In the same way, the height between the distribution plate 12 and the top of the catalytic bed 14 is set at 400 mm. The comparisons between these two devices are based on the pressure drop and the mixing efficiency by circulating a gaseous charge with a speed of entry into the device of 12 cm / s. The results are shown in Table 1 below. The mixing efficiency is defined here as the ratio between the maximum temperature difference at the device outlet and the maximum temperature difference at the device inlet. It therefore represents a reduction factor of the thermal gradients between input and output device. An efficiency of 98% means that the maximum temperature deviations at the device output are equal to 2% of the maximum input gaps.
Table 1: Evaluation of the performances of the devices according to the prior art and according to the invention
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1754354A FR3066410B1 (en) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | MIXING AND DISPENSING DEVICE WITH TURNING AREA |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1754354A FR3066410B1 (en) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | MIXING AND DISPENSING DEVICE WITH TURNING AREA |
| FR1754354 | 2017-05-17 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3066410A1 FR3066410A1 (en) | 2018-11-23 |
| FR3066410B1 true FR3066410B1 (en) | 2019-06-28 |
Family
ID=59070977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1754354A Active FR3066410B1 (en) | 2017-05-17 | 2017-05-17 | MIXING AND DISPENSING DEVICE WITH TURNING AREA |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3066410B1 (en) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2017
- 2017-05-17 FR FR1754354A patent/FR3066410B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3066410A1 (en) | 2018-11-23 |
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