WO2016066386A1 - Reacteur comprenant un dispositif de distribution et de separation gaz/liquide solidaires - Google Patents

Reacteur comprenant un dispositif de distribution et de separation gaz/liquide solidaires Download PDF

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WO2016066386A1
WO2016066386A1 PCT/EP2015/073130 EP2015073130W WO2016066386A1 WO 2016066386 A1 WO2016066386 A1 WO 2016066386A1 EP 2015073130 W EP2015073130 W EP 2015073130W WO 2016066386 A1 WO2016066386 A1 WO 2016066386A1
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WO
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gas
liquid
reactor
chimneys
separation device
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/073130
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English (en)
Inventor
Frederic Bazer-Bachi
Cyprien CHARRA
Christophe Boyer
Anne Claire Lucquin
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles filed Critical IFP Energies Nouvelles
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/04—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid passing successively through two or more beds
    • B01J8/0492—Feeding reactive fluids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G49/00—Treatment of hydrocarbon oils, in the presence of hydrogen or hydrogen-generating compounds, not provided for in a single one of groups C10G45/02, C10G45/32, C10G45/44, C10G45/58 or C10G47/00
    • C10G49/002—Apparatus for fixed bed hydrotreatment processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G65/00—Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only
    • C10G65/02—Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural serial stages only

Definitions

  • the invention applies in the field of exothermic or endothermic two-phase reactions, and more particularly to hydrotreatment, hydrodesulfurization, hydrodenitrogenation, hydrocracking, hydrogenation, hydrodearomatization and hydrodemetallation reactions.
  • the present invention more particularly relates to a downflow reactor and its use for the realization of two-phase reactions of the gas / liquid type.
  • Hydrotreating or in the case of sulfur removal, hydrodesulfurization, is typically carried out by treating a hydrocarbon feedstock with hydrogen in the presence of a supported catalyst.
  • the catalyst comprises a Group VI metal with one or more Group VIII metals as promoters spread over a refractory material.
  • the hydrodesulfurization or hydrodenitrogenation catalysts generally comprise molybdenum or tungsten on alumina promoted with a metal such as cobalt, nickel or iron or a combination thereof.
  • Conventional hydrotreating processes generally use a fixed bed reactor in which one or more catalyst beds containing one or more hydrotreatment catalysts are provided.
  • the feedstock and the hydrogen are generally introduced at the top of the reactor and pass through the reactor from top to bottom in co-downflow.
  • the hydrotreatment reaction makes it possible to decompose the impurities, in particular the impurities originating from the hydrocarbons comprising sulfur and / or nitrogen, and possibly to partially eliminate the aromatic hydrocarbon compounds and more. particularly polyaromatic hydrocarbon compounds.
  • reactor configurations have been proposed, and more particularly a configuration for which a process is carried out for the hydrotreatment of a charge of hydrocarbon compounds in the presence of a treatment gas comprising hydrogen produced in a single reactor. consisting of at least two reaction stages, each stage comprising a bed of granular solids comprising a hydrotreatment catalyst, in which each reaction stage is followed by a non-reaction stage.
  • the first reaction stage with respect to the flow of the hydrocarbon feedstock is the last reaction stage with respect to the flow of the process gas, it being understood that the hydrocarbon feedstock and the process gas are both flow in the same direction in the reactor.
  • the charge of hydrocarbon compounds is supplied in the reactor between two beds of granular solids and is then distributed by means of a device for dispensing a mixture of a gaseous phase and a liquid phase (also called here a dispensing device).
  • gas / liquid on a first bed of granular solids (which is the last bed of granular solids for the gas phase).
  • the charge of hydrocarbon compounds passes through the bed of granular solids, partially reacts with the process gas contained in the gas phase, and is then fed into the last bed of granular solids (which is the first bed of granular solids). granular solids for process gas).
  • the charge of reacted hydrocarbon compounds is then separated from the gas phase by means of a device for separating a mixture of a gaseous phase and a liquid phase (also called here gas / liquid separation device).
  • a device for separating a mixture of a gaseous phase and a liquid phase also called here gas / liquid separation device.
  • This type of reactor thus requires the separation and withdrawal of the liquid phase between the two reaction stages, while allowing the passage of the gas phase and a liquid feed in the lower part, as well as the distribution of the two phases on the bed inferior.
  • the height of the reactor must therefore be sufficient to integrate a gas / liquid separator to ensure good separation of the gas phase and the liquid phase, and to allow additional disengagement of the gas phase present in mixture with the liquid phase after phase separation. Therefore, the presence of the gas / liquid and gas / liquid separation devices increases the overall reactor height, which is undesirable from a cost point of view.
  • gaseous phase passing through the gas / liquid separation device must be distributed radially through the gas / liquid distribution device to ensure a homogeneous distribution of said gaseous phase, which requires the presence of a gaseous sky between the two separation and distribution devices, occupying a significant volume in the reactor.
  • An object of the invention is to provide a reactor for carrying out gas / liquid reactions, for example exothermic or endothermic reactions, whose non-reaction stages, ie in particular the gas / liquid distribution and gas / liquid separation devices are more compact, simple to manufacture, while allowing a good optimization of the distribution of the liquid and gaseous phases at the reaction stages (ie the beds of granular solids) and a good optimization of the separation of the liquid and gaseous phases to recover efficiently and controlled the reaction products.
  • the present invention proposes to modify the configuration of the reactor by eliminating the zone of disengagement (ie the space between the gas / liquid separation device and the gas / liquid distribution device), the suppression of this zone of disengagement being made possible by pooling the chimneys of the gas / liquid distribution and gas / liquid separation devices, allowing on the one hand a gain in reactor height, and on the other hand to improve the mechanical strength of the assembly.
  • a first object of the present invention relates to a downflow reactor of at least one liquid phase and at least one gaseous phase comprising an enclosure (E) comprising at least one upper fixed bed of granular solid and at least one lower fixed bed of granular solids separated by an intermediate zone, said intermediate zone comprising:
  • At least one gas / liquid separation device comprising a plate extending radially over the entire section of the chamber (E) and making it possible to retain the liquid phase, at least one means for withdrawing a liquid phase and a plurality chimneys inserted into said plate, said chimneys having at least one head and a base, at least one upper passage section and at least one lower passage section for passing the gas phase;
  • said gas / liquid distribution device situated between said gas / liquid separation device and the lower bed of granular solids, said gas / liquid distribution device comprising a plate, means for conveying a liquid phase, and a plurality of chimneys inserted in said plate, said chimneys comprising at least one head and a base, at least one upper passage section, at least one lower passage section, and at least one lateral passage section allowing the passage of the phase liquid introduced by said conveying means into said chimneys;
  • the space between said plate of said gas / liquid separation device and said plate of said gas / liquid distribution device forms a collection chamber, and in that the number of chimneys of said gas / liquid separation device is equal to the number of chimneys of the gas / liquid distribution device, each of the heads of said chimneys of said gas / liquid dispensing device being integrally connected respectively to each of the bases of said chimneys of said gas / liquid separation device, allowing the formation of a plurality of channels uninterrupted.
  • each of the lower passage sections of said chimneys of said gas / liquid separation device is aligned with each of the upper passage sections of said chimneys of said gas / liquid distribution device.
  • the density of the stacks of the plate of the gas / liquid separation device is between 10 and 700 stacks per square meter, more preferably between 10 and 150.
  • the density of the stacks of the plate of the gas / liquid distribution device is between 10 and 700 stacks per square meter, more preferably between 10 and 150.
  • the gas / liquid distribution device and said gas / liquid separation device are fixed by external fixing means to said reactor.
  • the gas / liquid separation device further comprises at least one withdrawal zone.
  • Said withdrawal zone is preferably located at the periphery of the enclosure (E) of said reactor.
  • said withdrawal zone extends partly below the plate of said gas / liquid separation device.
  • each of the heads of said chimneys of said gas / liquid separation device comprises a cap.
  • Said lateral passage sections of the chimneys of said gas / liquid distribution device are distributed over at least one level, preferably on at least two or three levels.
  • the reactor according to the invention comprises a plurality of baffles located below said chimneys of the gas / liquid distribution device.
  • the plate of the gas / liquid distribution device comprises at least one substantially vertical deflector element, situated on the periphery of the enclosure (E) of said reactor, and facing the exit of the conveying means opening above said plate of the gas / liquid distribution device.
  • the reactor further comprises a gas / liquid distribution device above the upper bed of granular solids.
  • the reactor according to the invention may further comprise a gas / liquid separation device below the lower bed of granular solids.
  • the gas / liquid separation device comprises a bed of inert granular solids.
  • Another object according to the invention relates to a simulated countercurrent hydrotreatment process of a charge of hydrocarbon compounds in the presence of a treatment gas comprising hydrogen produced in a reactor according to the invention, comprising at least two reaction stages, each reaction stage comprising a fixed bed of granular solids comprising a hydrotreating catalyst, which process is carried out in each reaction stage at a temperature of between 300 ° C. and 420 ° C., at a pressure of between 2 and 15 ° C. MPa, at a volumetric hourly velocity of between 0.5 and 5 h -1 , and with a volume ratio between hydrogen and hydrocarbon compounds of between 150 and 1200 Nm 3 / Sm 3 .
  • FIG. 1 schematically illustrates a reactor according to the invention comprising two beds of granular solids, respectively an upper bed of granular solids 13 and a lower bed of granular solids 14 separated by an intermediate zone 10 comprising a gas / liquid separation device 21 and a gas / liquid distribution device 23.
  • FIG. 2 is a detailed representation of the intermediate zone 10 of a reactor according to the prior art.
  • Figure 3 is a detailed representation of the intermediate zone 10 of a reactor according to the invention.
  • the dotted arrow represents the direction of flow of the fresh feedstock in hydrocarbon compounds (C), the solid arrow represents the flow of the gaseous phase containing hydrogen as the process gas.
  • FIG. 4 is a detailed representation of the combination of gas / liquid separation and distribution devices 21 and 23.
  • the description given below as an example of application relates to a downflow reactor suitable for hydrotreatment reactions, and in particular for a hydrotreatment reaction of a diesel fuel feedstock.
  • the device according to the invention can, without departing from the scope of the invention, be used in any reactor in which an exothermic reaction is carried out, and more particularly any hydrotreatment, hydrodesulfurization or hydrodenitrogenation reaction, hydrocracking, hydrogenation, hydrodearomatization or hydrodemetallation.
  • the device according to the invention can also, without departing from the scope of the invention, be used in any other type of reaction, and in particular the athermal or endothermic reactions, and with any type of charge other than diesel fuel, and for example originating from liquid condensates contained in natural gas, crude oils, or cuts extracted from liquid condensates or crude oils.
  • the charge can be composed of condensates of a gas, a gasoline cut, for example a straight-run gasoline, a kerosene cut or a diesel cut, or a heavy diesel cut also called VGO ("Vacuum Gas Oil" in English terminology).
  • hydrotreatment reactions of a feedstock comprising hydrocarbon compounds are carried out in each reaction stage (i.e. in each fixed bed of granular solids) with the following operating conditions:
  • the reactor according to the invention comprises an enclosure (E) comprising a fixed upper bed of granular solids 13 and a fixed lower bed of granular solids 14 separated by an intermediate zone 10 which will be described in detail hereinafter. -after.
  • the upper and lower granular solids beds 13 and 14 are each supported by a support grid 25 and 26 well known to those skilled in the art.
  • granular solid bed is generally meant a set of solid particles having the shape of grains, these grains may have a cylindrical or spherical shape, and having typical dimensions of the order of a few millimeters, or any other type of extruded other than cylindrical, especially of trilobed or quadrilobed form.
  • the granular solid beds 13 and 14 are preferably catalytic beds.
  • the bed (s) of catalytic granular solids 13 and / or 14 may further comprise at least partly non-catalytic granular solids, at the top and / or at the bottom of the beds, in particular for retaining certain contaminating compounds and / or to improve the phase distribution above the gas / liquid distribution device and / or to prevent the granular solids from passing through the support grid 25 or 26 when the bed of non-catalytic granular solids is at the bottom of the solid beds catalytic granular 13 or 14.
  • the chamber (E) of the reactor is supplied with a gas phase comprising a treatment gas, comprising hydrogen, via the injection line. 11, and a liquid feedstock is supplied with partially hydrotreated hydrocarbon compounds via line 18.
  • the gaseous phase and the liquid feedstock can be mixed upstream of the enclosure (E) of the reactor .
  • an intermediate zone 10 comprising a gas / liquid distribution device 23, into which is sent via line 15 a fresh charge of hydrocarbon compounds (C); and comprising a gas / liquid separation device 21, in which a liquid effluent is withdrawn via line 16 into hydrotreated hydrocarbon compounds (P).
  • the gas phase from the bed of lower granular solids 14 via the line 12.
  • the flows coming from the lines 12 and 17 are separated outside the enclosure (E) of the reactor, and this before the pump 30.
  • the gas phase extracted by the recovery means 12 can then be treated in a washing unit 60 for removing the contaminating compounds, including H 2 S and / or NH 3 in the context of a hydrotreatment reaction.
  • This treatment makes it possible, in particular, for the recycling of hydrogen, which can be sent back over the upper bed of granular solids 13, via the injection line 11.
  • a liquid phase comprising a charge of compounds is recovered at the bottom of the reactor. partially hydrotreated hydrocarbon derived from the bottom granular solids bed 14.
  • the liquid phase comprising the partially hydrotreated hydrocarbon feedstock feeds through line 17, and is injected over the upper granular solids bed 13 via pump 30 and line 18.
  • the process for hydrotreating the fresh feedstock with hydrocarbon compounds (C) is practiced, with regard to FIG. 1, by supplying a fresh feedstock with hydrocarbon compounds (C) above the lower bed of granular solids. by the line 15.
  • the fresh charge of hydrocarbon compounds (C) enters the enclosure (E) of the reactor via line 15 and is distributed, with the gaseous phase comprising the treatment gas coming from the upper bed of granular solids 13, along the upper portion of the bottom bed of granular solids 14 via the gas / liquid distribution device 23 to then pass through the bottom bed of granular solids 14 and undergo the hydrotreatment reaction provided.
  • the feedstock of partially hydrotreated hydrocarbon compounds from the lower bed of granular solids 14 leaves the enclosure (E) of the reactor via line 17; the gaseous phase is sent to a washing unit 60, via the line 12, for example an amine washing unit (not shown here).
  • a washing unit 60 the gaseous phase rich in H 2 S and NH 3 and containing hydrogen is brought into contact with an absorbent solution containing amines. Ammonia NH 3 can be removed before the amine wash.
  • the acid gases are absorbed by the amines, which makes it possible to produce a stream enriched in hydrogen.
  • the washing of the gas phase may be carried out by any other method known to those skilled in the art.
  • the feedstock of partially hydrotreated hydrocarbon compounds is then injected over the upper bed of granular solids 13, via pump 30 and line 18, in order to terminate the hydrotreatment reaction, in the presence of a gaseous phase, comprising a gas. fresh treatment, injected through line 11 above the upper bed of granular solids 13.
  • a gaseous phase comprising a gas. fresh treatment
  • the charge of hydrotreated hydrocarbon compounds (P) and the gas phase from the upper bed of granular solids 13 are then sent to a gas separation device / liquid 21.
  • the reaction product, ie the feedstock Hydrotreated hydrocarbon compounds (P) is recovered via line 16, the gaseous phase is directed towards the gas / liquid distribution device 23 in order to react with a fresh fresh charge of hydrocarbon compounds (C).
  • the intermediate zone comprises a gas / liquid distribution device 23 which makes it possible to ensure a good mixture of the liquid phase (the fresh charge of hydrocarbon compounds (C ) supplied in the reactor via line 15) and the gaseous phase containing hydrogen, and to ensure a good distribution of the mixture of these two phases on the bed of granular solids below, ie the lower bed of granular solids 14.
  • the intermediate zone further comprises a gas / liquid separation device 21 for separating the reaction product from the upper bed of granular solids 13, ie the charge of hydrotreated hydrocarbon compounds (P) withdrawn via the line 16, and the gas phase comprising hydrogen partially charged with inhibiting compounds (NH 3 and H 2 S).
  • the reactor according to the prior art comprises a gas / liquid distribution device 23 and a gas / liquid separation device 21 which are distinct, and therefore increase the total height of the reactor.
  • the number of stacks 40 of the gas / liquid separation device 21 is very substantially less than the number of stacks 50 of the gas / liquid distribution device 23, which consequently requires the presence a gaseous sky to allow to redistribute radially gas passing through the chimneys of the gas / liquid separation device 21 before it arrives on the plate of the gas / liquid distribution device 23.
  • said intermediate zone 10 comprises a gas / liquid separation device 21 and a gas / liquid distribution device 23.
  • the gas / liquid distribution device 23 makes it possible to ensure a good mixture of the liquid phase (the fresh charge of hydrocarbon compounds (C)) and of the gaseous phase comprising hydrogen, and to ensure a good distribution of the mixture of these two phases on the bed of granular solids below, ie the lower bed of granular solids 14.
  • the gas / liquid distribution device 23 comprises a plate 22, extending radially over the entire surface of the enclosure (E) of the reactor.
  • the plate 22 is equipped with a plurality of channels 50 in the form of tubes, generally of substantially cylindrical shape, with a substantially vertical axis of revolution (also called here fireplaces).
  • the chimneys 50 are uniformly distributed over the surface of the plate 22, each of the chimneys 50 comprising a head 51, a base 52, an upper passage section 33 and a lower passage section 34 communicating with the underside of said plateau 22.
  • the density of the Chimneys 50 of the plate 22 may preferably range from 10 to 700 chimneys per square meter, more preferably from 10 to 150 chimneys per square meter.
  • the gas / liquid distribution device 23 further comprises a lateral injection pipe 15 allowing a fresh charge supply of hydrocarbon compounds (C) on the plate 22.
  • the plate 22 may comprise at least one substantially vertical deflector element (not shown in the figures), preferably located at the periphery of the enclosure (E) of the reactor, and more particularly facing the outlet of the conduit 15 opening above the plate 22.
  • This deflector element allows to redistribute at low speed the liquid phase comprising the fresh charge of hydrocarbon compounds (C) supplied to the reactor laterally.
  • an annular zone at the periphery of the plate 22 may be provided to redistribute the flow of the liquid phase arriving laterally at a low speed. US 2004/197245 illustrates such annular areas.
  • each chimney 50 comprises at least one lateral passage section (not shown in the figures), which may be in the form of holes of substantially circular shape, or in the form of slots, allowing the passage of the liquid phase. , comprising the fresh charge of hydrocarbon compounds (C), inside said chimneys 50.
  • the diameter and the number of lateral passage sections are determined and calculated by any technique known to those skilled in the art to maintain the collection chamber 29 (described in detail below) in charge for the smallest liquid flow.
  • the lateral passage sections are distributed over at least one horizontal and / or vertical level, preferably two or three horizontal and / or vertical levels, it being understood that the lowest (vertical) level is situated above the plate 22, at a distance of between 30 and 300 mm from the plateau 22.
  • the (vertical) levels of the Lateral passage can be separated by a height of at least 20 mm.
  • the chimneys 50 comprise between one and four holes per level (horizontal).
  • the chimneys 50 may include weep holes (not shown in the figures), located at the top 51 of the chimneys 50, to evacuate the possible presence of gas in the volume between the enclosure (FIG. E), the plate 20, the plate 22 and the chimneys 50, ie the collection chamber 29 (see FIG. 3) of the fresh charge of hydrocarbon compounds (C) supplied by the pipe 15, as described in more detail hereinafter. -after.
  • the enclosure (E) of the reactor may comprise a plurality of baffles located below said chimneys 50 of the gas / liquid distribution device 23 (not shown in the figures).
  • the chimneys 50 can extend below the plate 22, for a distance typically between 10 and 100 mm.
  • the gas / liquid separation device 21 makes it possible to ensure the separation of the reaction product resulting from the upper bed of granular solids 13, ie the charge of hydrotreated hydrocarbon compounds (P), and the gaseous phase comprising partially charged hydrogen. inhibiting compounds (NH 3 and H 2 S). More particularly, the gas / liquid separation device 21 comprises a plate 20, extending radially over the entire surface of the enclosure (E) of the reactor, and on which there is a plurality of channels 40 in the form of tubes, generally of substantially cylindrical shape, substantially vertical axis of revolution (also called here chimneys 40).
  • the chimneys 40 are distributed uniformly over the surface of the plate 20 of the gas / liquid separation device, each of the chimneys 40 comprising a head 41, a base 42, an upper passage section 32 and a lower passage section 31 communicating with the bottom. said plate 20 of the gas / liquid separation device.
  • the density of the stacks 40 of the plate 20 of the gas / liquid separation device may preferably range from 10 to 700, more preferably from 10 to 150 stacks per square meter, it being understood that the number of stacks 40 of the plate 20 the gas / liquid separation device is equal to the number of chimneys 50 of the plate 22 of the gas / liquid distribution device.
  • the charge of hydrotreated hydrocarbon compounds (P) resulting from the upper bed of granular solids 13 flows into the gas / liquid separation device 21, in the space delimited by the enclosure (E) of the reactor, the plate 20 and the chimneys 40, thus forming a separation zone 36 of the feedstock of hydrotreated hydrocarbon compounds (P).
  • the liquid feedstock of hydrotreated hydrocarbon compounds (P) is separated from the gaseous phase, and is recovered by withdrawal via the line 16, while the gaseous phase, comprising the treatment gas partially charged with inhibiting compounds (NH 3 and H 2 S) (the latter having passed through the upper bed of granular solids 13) passes through the gas / liquid separation device 21 via the chimneys 40 towards the chimneys 50 of the gas / liquid distribution device 23.
  • the gaseous phase comprising the treatment gas partially charged with inhibiting compounds (NH 3 and H 2 S) (the latter having passed through the upper bed of granular solids 13) passes through the gas / liquid separation device 21 via the chimneys 40 towards the chimneys 50 of the gas / liquid distribution device 23.
  • the chimneys 40 each comprise at their upper portion (head 41) a cap 19 to prevent the liquid charge of hydrotreated hydrocarbon compounds (P) from the upper bed of granular solids 13 flowing into the chimneys 40 and the gas / liquid distribution device 23 and the lower bed of granular solids 14 are passed back.
  • the caps 19 also make it possible to break the gas / liquid phase jets coming from the upper granular solids bed 13.
  • the caps 19 of the chimneys 40 can present in several forms, and may in particular be in the form of larger diameter discs than the diameter of the chimneys 40.
  • the diameter of the caps is greater than or equal to the diameter of the chimneys 40.
  • the gas / liquid separation device 21 may optionally comprise one (or more) withdrawal zone (s) 27 (also called the withdrawal chute) of the charge of hydrotreated hydrocarbon compounds (P), preferably located at the periphery of the the enclosure (E) of the reactor.
  • the withdrawal zone 27 is situated below the plate 20 of the gas / liquid separation device 21, extending downwards from the reactor along the gas / liquid distribution device 23, or even extending downwards from the reactor. to below said gas / liquid distribution device 23.
  • the withdrawal zone 27 communicates directly with the gas / liquid separation device 21 via an opening 28 made on the plate 20.
  • the height of the withdrawal zone is such that it allows the slowing of the liquid flow of the feedstock in hydrotreated hydrocarbon compounds (P) withdrawn via line 16 to allow sufficient de-entrainment of the gaseous phase possibly being in admixture with said charge (P), while reducing the mass of liquid charge to be supported by the plate 20.
  • the chamber (E) of the reactor comprises two withdrawal zones, preferably diametrically opposite.
  • the space situated between the plate 20, the plate 22 and the chimneys 50 forms a collection chamber 29 (see FIG. 3) of the fresh feedstock of hydrocarbon compounds (C) supplied. by the pipe 15, said collecting chamber 29 being able to be completely filled with the liquid phase introduced by the conveying means 15.
  • the number of chimneys 40 of the separation device gas / liquid 21 is equal to the number of chimneys 50 of the gas / liquid distribution device 23, unlike the reactors of the prior art, generally for which the number of chimneys 40 of the gas / liquid separation device 21 is very much lower than the number of chimneys 50 of the gas / liquid distribution device 23 (see Figure 2 for illustration).
  • each of the heads 51 of said chimneys 50 is respectively integrally connected to each of the bases 42 of said chimneys 40, allowing the formation of a plurality of uninterrupted channels (see FIG. and 4).
  • the gas / liquid separation device 21 and the gas / liquid distribution device 23 are directly superimposed on one another so that the lower passage sections 31 chimneys 40 of the gas / liquid separation device 21 are directly superimposed on the upper passage sections 33 of the chimneys 50 of the gas / liquid distribution device 23.
  • the superposition of the chimneys 40 and chimneys 50 thus creates a plurality of uninterrupted channels. substantially vertical axis.
  • each of the lower passage sections 31 of said chimneys 40 of said gas / liquid separation device 21 are superimposed and aligned on each of the upper passage sections 33 of said chimneys 50 of said gas / liquid distribution device 23.
  • the gas / liquid distribution device 23 and the gas / liquid separation device 21 may also be fixed by external fixing means to the reactor, and more particularly fixing flanges (not shown in the figures).
  • external fixing means to the reactor makes it possible to manufacture the gas / liquid separation device 21 and the gas / liquid distribution device 23 outside the reactor.
  • the separation zone 36 and optionally the withdrawal zone 27 of the hydrotreated hydrocarbon compound charge (P) of the gas / liquid separation device 21 may comprise a bed of granular solids inert with the charge of hydrocarbon compounds in order to allow the runoff of said charge to the withdrawal line 16 while avoiding the undesirable entrainment of treatment gas bubbles that may be formed during the impact of the liquid charge of hydrocarbon compounds at the gas / liquid interface in the separation zone 36.
  • the enclosure (E) of the reactor according to the invention may advantageously comprise a gas / liquid distribution device situated above the upper bed of granular solids 13 in order to homogenize the distribution of the feedstock in partially hydrotreated hydrocarbon compounds above of said upper bed of granular solids 13.
  • the structural and dimensional characteristics of the gas / liquid distribution device located above the upper bed of granular solids 13 are similar to those of the gas / liquid distribution device 23, except that does not include means for lateral injection of fresh feedstock into hydrocarbon compounds.
  • the enclosure (E) of the reactor may also comprise, in its upper part or in the reactor head, at least one pre-distribution means, in order to limit the impact of the two-phase jet arriving on the gas / liquid distribution tray located at the above the upper bed of granular solids 13.
  • the enclosure (E) of the reactor according to the invention may advantageously comprise a gas / liquid separation device located below the lower bed of granular solids 14 in order to recover the treatment gas loaded with inhibiting compounds (NH 3 and H 2 S), and to send it to a washing unit 60, via line 12, and to recover the feedstock of partially hydrotreated hydrocarbon compounds to send it to the top of the reactor, above the upper bed of granular solids 13, via the lines 17 and 18 and the pump 30, in order to complete the hydrotreatment reaction of the feedstock with hydrocarbon compounds.
  • the granular solid beds are very generally separated by quenching devices making it possible to reduce the temperature of the phase mixture, more particularly when exothermic reactions take place in the granular solid beds.
  • Quenching fluids may be liquid or gaseous (hydrogen).
  • the quenching devices are located outside the enclosure (E) of the reactor, and more particularly when mixing the flows coming from the injection lines 11 and 18, which makes it possible to limit all the more space in the enclosure of the reactor.
  • the reactor according to the invention can comprise several fixed beds of catalytic granular solids, situated above and / or below the beds of catalytic granular solids 13 and 14. The spaces comprised between the beds of catalytic granular solids can advantageously be occupied by at least one quenching device and / or at least one distributor plate before the entry of said next bed.
  • the gas oil feed hydrotreatment reactions are carried out in each reaction stage (i.e. in each fixed bed of granular solids) with the following operating conditions:
  • VVH Hourly Volumetric Speed (that is to say the ratio between the volume flow rate of the liquid feed with respect to the catalyst volume) of between 0.5 and 5 h -1 ;
  • the liquid velocity in the reaction zone may be at least 2 mm / s, and at most 15 mm / s.
  • the catalysts used in the hydrotreatment reactions may in general comprise a porous mineral support, at least one metal or metal compound of group VIII of the periodic table of the elements (this group notably comprising cobalt, nickel, iron , etc.) and at least one metal or group VIB metal compound of said periodic table (this group comprising in particular molybdenum, tungsten, etc.).
  • the sum of metals or metal compounds, expressed as weight of metal relative to the total weight of the finished catalyst is often between 1 and 50% by weight.
  • the sum of the metals or compounds of metals of group VIII, expressed in weight of metal relative to the weight of the finished catalyst is often between 1 and 15% by weight, preferably between 2 and 10% by weight.
  • the sum of the metals or compounds of Group VIB metals, expressed in weight of metal relative to the weight of the finished catalyst is often between 2 and 50% by weight, preferably between 5 and 40% by weight.
  • the catalysts used in the hydrotreatment reactions may in general comprise a porous mineral support and at least one noble metal or noble metal compound of group VIII of the periodic table of the elements (this group notably comprising the palladium, platinum, rhodium, ruthenium, etc.). Its content is generally between 0.1 and 2% by weight relative to the total weight of the finished catalyst.
  • the porous inorganic support may comprise, without limitation, one of the following compounds: alumina, silica, zirconia, titanium oxide, magnesia, or two compounds chosen from the preceding compounds, for example silica-alumina or alumina-zirconia, or alumina-titanium oxide, or alumina-magnesia, or three or more compounds selected from the foregoing compounds, for example silica-alumina-zirconia or silica-alumina-magnesia.
  • the support may also comprise, in part or in whole, a zeolite.
  • the catalyst comprises a support composed of alumina, or a support composed mainly of alumina (for example from 80 to 99.99% by weight of alumina).
  • the porous support may also comprise one or more other promoter elements or compounds, based for example on phosphorus, magnesium, boron, silicon, or comprising a halogen.
  • the support may, for example, comprise from 0.01 to 20% by weight of B 2 0 3 , or of SiO 2 , or of P 2 O 5 , or of a halogen (for example chlorine or fluorine), or 0, 01 to 20% by weight of an association of several of these promoters.
  • Common catalysts are, for example, catalysts based on cobalt and molybdenum, or on the basis of nickel and molybdenum, or else based on nickel and tungsten, on an alumina support, this support possibly comprising one or more promoters such as than previously mentioned.
  • the catalyst may be in oxide form, that is to say that it has undergone a calcination step after impregnation of the metals on the support.
  • the catalyst may be in an additivated dried form, that is to say that the catalyst has not undergone a calcination step after impregnation of the metals and an organic compound on the support.
  • the organic compound contains oxygen and / or nitrogen.
  • Catalysts in the additive-dried form are generally known to be more active and less tolerant of impurities than catalysts in oxide form. Example: Comparison of the withdrawal configuration and conventional distribution with the racking and integrated dispensing configuration.
  • a reactor comprising a distributor and an integrated gas / liquid separator according to the invention (Reactor B) with a reactor not according to the invention (Reactor A), ie comprising a non-gas / liquid distributor, is compared. integrated in a gas / liquid separator.
  • the comparisons between these two reactors are based on the compactness of the assembly composed of the distributor and the gas / liquid separator.
  • the exemplary reactor is sized to carry out the hydrodesulphurization of a charge of hydrocarbon compounds of diesel type.
  • the dimensions of a reactor adapted to this type of reaction are as follows:
  • the distance between the top of the gas / liquid separation device 21 and the top of the bottom bed of granular solids 14 is calculated for the two reactors.
  • the gas / liquid separation device of the reactor according to the invention does not include a withdrawal zone 27.
  • Disengagement height between the separation device and the gas / liquid distribution device 0.25 m; - Height of the gas / liquid distribution device of 0.30 m;
  • a a gain of 0.25 meter in reactor height makes it possible to substantially increase the quantity of granular solids in the reactor, which has the effect of improving substantially to iso-ferrule, ie at the same reactor vessel height, the volume catalytic and therefore the conversion capacity of the catalytic reactor, or to reduce the size of the reactor chamber.
  • the joining of the gas / liquid device and the gas / liquid separation device allows better mechanical strength of the assembly.

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Abstract

Réacteur à écoulement descendant d'au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse comportant une enceinte (E) comprenant au moins un lit fixe supérieur de solides granulaires (13) et au moins un lit fixe inférieur de solides granulaires (14) séparés par une zone intermédiaire (10), ladite zone intermédiaire (10) comprenant au moins un dispositif de séparation gaz/liquide (21) et au moins un dispositif de distribution gaz/liquide (23), l'espace situé entre le plateau (20) dudit dispositif de séparation gaz/liquide (21) et le plateau (22) dudit dispositif de distribution gaz/liquide (23) forme une chambre de collecte (29).

Description

REACTEUR COMPRENANT UN DISPOSITIF DE DISTRIBUTION ET DE SEPARATION
GAZ/LIQUIDE SOLIDAIRES
Domaine de l'invention
L'invention s'applique dans le domaine des réactions diphasiques exothermiques ou endothermiques, et plus particulièrement aux réactions d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d'hydrocraquage, d'hydrogénation, d'hydrodéaromatisation et d'hydrodémetallation. La présente invention concerne plus particulièrement un réacteur à écoulement descendant et son utilisation pour la réalisation de réactions diphasiques de type gaz/liquide.
Etat de la technique
L'hydrotraitement, ou dans le cas de l'élimination du soufre, l'hydrodésulfuration, est réalisé(e) typiquement par le traitement d'une charge en composés hydrocarbonés avec de l'hydrogène en présence d'un catalyseur supporté. Généralement, dans le cadre d'une hydrodésulfuration, le catalyseur comprend un métal du groupe VI avec un ou plusieurs métaux du groupe VIII en tant que promoteurs répartis sur un matériau réfractaire. Les catalyseurs d'hydrodésulfuration ou d'hydrodéazotation comprennent généralement du molybdène ou du tungstène sur de l'alumine promue par un métal tel que le cobalt, le nickel ou le fer ou une de leurs combinaisons.
Les procédés d'hydrotraitement classiques utilisent généralement un réacteur en lit fixe, dans lequel un ou plusieurs lits catalytiques contenant un ou plusieurs catalyseurs d'hydrotraitement sont disposés. La charge et l'hydrogène sont généralement introduits en tête du réacteur et traversent le réacteur de haut en bas en co-courant descendant. Lorsque la charge et l'hydrogène traversent le réacteur, la réaction d'hydrotraitement permet de décomposer les impuretés, notamment les impuretés provenant des hydrocarbures comportant du soufre et/ou de l'azote et éventuellement d'éliminer partiellement les composés hydrocarbures aromatiques et plus particulièrement les composés hydrocarbures polyaromatiques. La destruction des impuretés conduit à la production d'un produit hydrocarboné hydroraffiné et d'un gaz acide riche en H2S et en NH3, gaz connus pour être des inhibiteurs de la réaction d'hydrogénation et même dans certains cas des poisons des catalyseurs d'hydrotraitement. Les réactions d'hydrogénation les plus faciles ont généralement lieu au niveau de la zone d'alimentation du réacteur, puis deviennent de plus en plus difficiles au fur et à mesure que la charge et l'hydrogène traversent progressivement le réacteur. Cette perte en d'efficacité est due non seulement au fait que la charge d'hydrocarbures comporte de plus en plus de composés soufrés réfractaires aux réactions d'hydrogénation mais également au fait que la phase gaz comprenant de l'hydrogène se charge en composés inhibiteurs (NH3 et H2S) qui diminuent par conséquent la pression partielle d'hydrogène. Des quantités de catalyseurs importantes doivent donc être mises en place afin de compenser cette baisse de réactivité. De nombreuses études ont été réalisées pour développer des catalyseurs plus actifs ainsi que des modèles améliorés de réacteurs pour répondre à une demande croissante en procédé d'hydrotraitement plus efficace. Ainsi, de nombreuses configurations de réacteurs pour la réalisation de réactions d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d'hydrocraquage, d'hydrogénation ou encore d'hydrodéaromatisation ont été proposées. Une de ces configurations consiste en un modèle à contre-courant dans lequel la phase liquide comprenant une charge en composés hydrocarbonés s'écoule vers le bas du réacteur à travers une succession de lits catalytiques, à contre-courant d'une phase gazeuse comprenant un gaz de traitement ascendant, typiquement de l'hydrogène. Cependant, la mise en œuvre de cette configuration est très difficile car le gaz de traitement et les produits gazeux ascendants formés dans le réacteur gênent l'écoulement descendant de la phase liquide en composés hydrocarbonés. Cette gêne au niveau de l'écoulement descendant de la phase liquide crée un engorgement bloquant à terme le passage de ladite phase dans le réacteur.
Ainsi d'autres configurations de réacteur ont été proposées, et plus particulièrement une configuration pour laquelle on réalise un procédé d'hydrotraitement d'une charge en composés hydrocarbonés en présence d'un gaz de traitement comprenant de l'hydrogène réalisé dans un seul réacteur, constitué d'au moins deux étages réactionnels, chaque étage comportant un lit de solides granulaires comportant un catalyseur d'hydrotraitement, dans lequel chaque étage réactionnel est suivi d'un étage non réactionnel. Dans cette configuration, le premier étage réactionnel par rapport à l'écoulement de la charge en composés hydrocarbonés est le dernier étage réactionnel par rapport à l'écoulement du gaz de traitement, étant entendu que la charge en composés hydrocarbonés et le gaz de traitement s'écoulent tous les deux dans le même sens dans le réacteur. Ainsi, la charge en composés hydrocarbonés est approvisionnée dans le réacteur entre deux lits de solides granulaires, puis est distribuée grâce à un dispositif de distribution d'un mélange d'une phase gazeuse et d'une phase liquide (appelé aussi ici dispositif de distribution gaz/liquide) sur un premier lit de solides granulaires (qui est le dernier lit de solides granulaires pour la phase gazeuse). La charge en composés hydrocarbonés traverse le lit de solides granulaires, réagit partiellement avec le gaz de traitement contenu dans la phase gazeuse, puis est approvisionnée dans le dernier lit de solides granulaires (qui est le premier lit de solides granulaires pour le gaz de traitement). La charge en composés hydrocarbonés ayant réagi est séparée ensuite de la phase gazeuse au moyen d'un dispositif de séparation d'un mélange d'une phase gazeuse et d'une phase liquide (appelé aussi ici dispositif de séparation gaz/liquide). Ce type de réacteur nécessite ainsi la séparation et le soutirage de la phase liquide entre les deux étages réactionnels, tout en permettant le passage de la phase gazeuse et d'une alimentation liquide en partie basse, ainsi que la distribution des deux phases sur le lit inférieur. La hauteur du réacteur doit donc être suffisante pour intégrer un séparateur gaz/liquide permettant d'assurer une bonne séparation de la phase gazeuse et de la phase liquide, et afin de permettre un désengagement supplémentaire de la phase gazeuse présente en mélange avec la phase liquide après la séparation des phases. Par conséquent, la présence des dispositifs de distribution gaz/liquide et de séparation gaz/liquide fait augmenter la hauteur totale du réacteur, ce qui n'est pas souhaitable d'un point de vue de coûts. Par ailleurs, la phase gazeuse traversant le dispositif de séparation gaz/liquide doit se répartir radialement à travers le dispositif de distribution gaz/liquide pour assurer une répartition homogène de ladite phase gazeuse, ce qui nécessite la présence d'un ciel gazeux entre les deux dispositifs de séparation et de distribution, occupant un volume non négligeable dans le réacteur. Un but de l'invention est de proposer un réacteur permettant la réalisation de réactions gaz/liquide, par exemple exothermiques ou endothermiques, dont les étages non réactionnels, i.e. en particulier les dispositifs de distribution gaz/liquide et de séparation gaz/liquide sont plus compacts, simples de fabrication, tout en permettant une bonne optimisation de la distribution des phases liquide et gazeuse au niveau des étages réactionnels (i.e. les lits de solides granulaires) et une bonne optimisation de la séparation des phases liquide et gazeuse pour récupérer de manière efficace et contrôlée les produits réactionnels.
La présente invention propose de modifier la configuration du réacteur en supprimant la zone de désengagement (i.e. l'espace entre le dispositif de séparation gaz/liquide et le dispositif de distribution gaz/liquide), la suppression de cette zone de désengagement étant rendue possible par la mutualisation des cheminées des dispositifs de distribution gaz/liquide et de séparation gaz/liquide, permettant d'une part un gain en hauteur de réacteur, et d'autre part d'améliorer la tenue mécanique de l'ensemble. Objets de l'invention
Un premier objet de la présente invention concerne un réacteur à écoulement descendant d'au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse comportant une enceinte (E) comprenant au moins un lit fixe supérieur de solide granulaire et au moins un lit fixe inférieur de solides granulaires séparés par une zone intermédiaire, ladite zone intermédiaire comprenant :
- au moins un dispositif de séparation gaz/liquide comprenant un plateau s'étendant radialement sur toute la section de l'enceinte (E) et permettant de retenir la phase liquide, au moins un moyen de soutirage d'une phase liquide et une pluralité de cheminées insérées dans ledit plateau, lesdites cheminées comportant au moins une tête et une base, au moins une section de passage supérieure et au moins une section de passage inférieure permettant le passage de la phase gazeuse ;
- au moins un dispositif de distribution gaz/liquide, situé entre ledit dispositif de séparation gaz/liquide et le lit inférieur de solides granulaires, ledit dispositif de distribution gaz/liquide comprenant un plateau, un moyen d'acheminement d'une phase liquide et une pluralité de cheminées insérées dans ledit plateau, lesdites cheminées comportant au moins une tête et une base, au moins une section de passage supérieure, au moins une section de passage inférieure, et au moins une section de passage latéral permettant le passage de la phase liquide introduite par ledit moyen d'acheminement à l'intérieur desdites cheminées;
caractérisé en ce que
l'espace situé entre ledit plateau dudit dispositif de séparation gaz/liquide et ledit plateau dudit dispositif de distribution gaz/liquide forme une chambre de collecte, et en ce que le nombre de cheminées dudit dispositif de séparation gaz/liquide est égal au nombre de cheminées du dispositif de distribution gaz/liquide, chacune des têtes desdites cheminées dudit dispositif de distribution gaz/liquide étant reliée respectivement de manière solidaire à chacune des bases desdites cheminées dudit dispositif de séparation gaz/liquide, permettant la formation d'une pluralité de canaux ininterrompus.
Avantageusement, chacune des sections de passage inférieure desdites cheminées dudit dispositif de séparation gaz/liquide est alignée sur chacune des sections de passage supérieure desdites cheminées dudit dispositif de distribution gaz/liquide.
Avantageusement, la densité des cheminées du plateau du dispositif de séparation gaz/liquide est comprise entre 10 et 700 cheminées par mètre carré, de manière plus préférée est comprise entre 10 et 150. Avantageusement, la densité des cheminées du plateau du dispositif de distribution gaz/liquide est comprise entre 10 et 700 cheminées par mètre carré, de manière plus préférée est comprise entre 10 et 150.
De préférence, le dispositif de distribution gaz/liquide et ledit dispositif de séparation gaz/liquide sont fixés par des moyens de fixation externes audit réacteur.
Avantageusement, le dispositif de séparation gaz/liquide comprend en outre au moins une zone de soutirage. Ladite zone de soutirage est située de préférence en périphérie de l'enceinte (E) dudit réacteur. Selon une variante de réalisation, ladite zone de soutirage s'étend en partie en-dessous du plateau dudit dispositif de séparation gaz/liquide.
Avantageusement, chacune des têtes desdites cheminées dudit dispositif de séparation gaz/liquide comprend un chapeau.
Lesdites sections de passage latéral des cheminées dudit dispositif de distribution gaz/liquide sont réparties sur au moins un niveau, de préférence sur au moins deux ou trois niveaux.
Avantageusement, le réacteur selon l'invention comprend une pluralité de déflecteurs situés en-dessous desdites cheminées du dispositif de distribution gaz/liquide.
De préférence, le plateau du dispositif de distribution gaz/liquide comprend au moins un élément déflecteur sensiblement vertical, situé en périphérie de l'enceinte (E) dudit réacteur, et faisant face à la sortie du moyen d'acheminement débouchant au-dessus dudit plateau du dispositif de distribution gaz/liquide.
Avantageusement, le réacteur comprend en outre un dispositif de distribution gaz/liquide au- dessus du lit supérieur de solides granulaires. Le réacteur selon l'invention peut comprendre en outre un dispositif de séparation gaz/liquide au-dessous du lit inférieur de solides granulaires.
Avantageusement, le dispositif de séparation gaz/liquide comprend un lit de solides granulaires inertes.
Un autre objet selon l'invention concerne un procédé d'hydrotraitement en contre-courant simulé d'une charge en composés hydrocarbonés en présence d'un gaz de traitement comprenant de l'hydrogène réalisé dans un réacteur selon l'invention, comprenant au moins deux étages réactionnels, chaque étage réactionnel comportant un lit fixe de solides granulaires comportant un catalyseur d'hydrotraitement, lequel procédé étant réalisé dans chaque étage réactionnel à une température comprise entre 300°C et 420°C, à une pression comprise entre 2 et 15 MPa, à une vitesse volumétrique horaire comprise entre 0,5 et 5 h"1 , et avec un rapport volumique entre l'hydrogène et les composés hydrocarbonés compris entre 150 et 1200 Nm3/Sm3. Description des figures
La figure 1 illustre de manière schématique un réacteur selon l'invention comprenant deux lits de solides granulaires, respectivement un lit supérieur de solides granulaires 13 et un lit inférieur de solides granulaires 14 séparés par un zone intermédiaire 10 comprenant un dispositif de séparation gaz/liquide 21 et un dispositif de distribution gaz/liquide 23.
La figure 2 est une représentation détaillée de la zone intermédiaire 10 d'un réacteur selon l'art antérieur.
La figure 3 est une représentation détaillée de la zone intermédiaire 10 d'un réacteur selon l'invention. La flèche en pointillée représente le sens d'écoulement de la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C), la flèche en trait plein représente l'écoulement de la phase gazeuse comportant l'hydrogène en tant que gaz de traitement.
La figure 4 est une représentation détaillée de la combinaison des dispositifs de séparation et de distribution gaz/liquide 21 et 23.
Description détaillée de l'invention
De manière à mieux comprendre l'invention, la description donnée ci-après à titre d'exemple d'application concerne un réacteur à écoulement descendant adapté pour les réactions d'hydrotraitement, et notamment pour une réaction d'hydrotraitement d'une charge gazole. Bien entendu, le dispositif selon l'invention peut, sans sortir du cadre de l'invention, être utilisé dans tout réacteur dans lequel on réalise une réaction exothermique, et plus particulièrement toute réaction d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d'hydrocraquage, d'hydrogénation, d'hydrodéaromatisation ou encore d'hydrodémetallation. Le dispositif selon l'invention peut également, sans sortir du cadre de l'invention, être utilisé dans toute autre type de réaction, et notamment les réactions athermiques ou endothermiques, et avec tout type de charge autre que gazole, et par exemple provenant de condensais liquides contenus dans un gaz naturel, de pétroles bruts, ou de coupes extraites de condensais liquides ou de pétroles bruts. Par exemple, la charge peut être composée de condensais d'un gaz, d'une coupe essence, par exemple une essence de distillation directe, d'une coupe kérosène ou d'une coupe gazole, ou encore d'une coupe de gazole lourde, aussi appelée VGO (« Vacuum Gas Oil » selon la terminologie anglo-saxonne).
Typiquement les réactions d'hydrotraitement d'une charge comprenant des composés hydrocarbonés sont réalisées dans chaque étage réactionnel (i.e. dans chaque lit fixe de solides granulaires) avec les conditions opératoires suivantes :
- température comprise entre 250°C et 450°C ;
- pression comprise entre 0,5 et 30 MPa (5 et 300 bars) ; - Vitesse Volumétrique Horaire VVH (c'est-à-dire le rapport entre le débit volumique de la charge liquide par rapport au volume de catalyseur) comprise entre 0,1 et 20 h"1 ;
- rapport volumique entre l'hydrogène (en Normaux m3 , c'est-à-dire en m3 à 0°C et 0,1 MPa (1 bar)) et les composés hydrocarbonés (en Standard m3, c'est-à-dire en m3 à 15°C et 0,1 MPa (1 bar)) dans le réacteur H2/HC compris entre 50 et 2000 (Nm3/Sm3).
En se rapportant à la figure 1 , le réacteur selon l'invention comporte une enceinte (E) comprenant un lit fixe supérieur de solides granulaires 13 et un lit fixe inférieur de solides granulaires 14 séparés par une zone intermédiaire 10 qui sera décrite en détail ci-après. Les lits supérieur et inférieur de solides granulaires 13 et 14 sont supportés chacun par une grille de support 25 et 26 bien connue de l'homme du métier. Par lit de solides granulaires, on entend généralement un ensemble de particules solides ayant la forme de grains, ces grains pouvant avoir une forme cylindrique ou sphérique, et ayant des dimensions typiques de l'ordre de quelques millimètres, ou encore tout autre type d'extrudés autre que cylindriques, notamment de forme trilobée ou quadrilobée. Ces solides granulaires présentent généralement une activité catalytique, sauf indication contraire dans le cadre de la présente invention. Les lits de solides granulaires 13 et 14 sont de préférence des lits catalytiques. Le(s) lit(s) de solides granulaires catalytiques 13 et/ou 14 peuvent en outre comprendre au moins en partie des solides granulaires non catalytiques, en tête et/ou en fond de lits, notamment pour retenir certains composés contaminants et/ou pour améliorer la distribution des phases au-dessus du dispositif de distribution gaz/liquide et/ou pour empêcher le passage des solides granulaires à travers la grille de support 25 ou 26 lorsque le lit de solides granulaires non catalytiques est en fond des lits de solides granulaires catalytiques 13 ou 14. Au-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13, on approvisionne l'enceinte (E) du réacteur d'une phase gazeuse comportant un gaz de traitement, comprenant de l'hydrogène, via la ligne d'injection 11 , et on approvisionne une charge liquide en composés hydrocarbonés partiellement hydrotraités via la ligne 18. Alternativement, la phase gazeuse et la charge liquide peuvent être mélangées en amont de l'enceinte (E) du réacteur. Entre les lits supérieurs et inférieurs de solides granulaires 13 et 14 se trouve une zone intermédiaire 10, comprenant un dispositif de distribution gaz/liquide 23, dans lequel on envoie via la conduite 15 une charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) ; et comprenant un dispositif de séparation gaz/liquide 21 , dans lequel on soutire via la ligne 16 un effluent liquide en composés hydrocarbonés hydrotraités (P). Au-dessous du lit inférieur de solides granulaires 14, on récupère la phase gazeuse issue du lit de solides granulaires inférieur 14 via la ligne 12. De préférence, les flux issus des lignes 12 et 17 sont séparés à l'extérieur de l'enceinte (E) du réacteur, et cela avant la pompe 30. La phase gazeuse extraite par le moyen de récupération 12 peut ensuite être traitée dans une unité de lavage 60 permettant d'éliminer les composés contaminants, et notamment le H2S et/ou le NH3 dans le cadre d'une réaction d'hydrotraitement. Ce traitement permet notamment le recyclage de l'hydrogène, pouvant être renvoyé au-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13, via la ligne d'injection 11. Par ailleurs, on récupère en fond du réacteur une phase liquide comprenant une charge en composés hydrocarbonés partiellement hydrotraités issue du lit de solides granulaires inférieur 14. La phase liquide comprenant la charge en composés hydrocarbonés partiellement hydrotraités traverse la conduite 17, et est injectée au-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13 via la pompe 30 et la ligne 18.
Le procédé d'hydrotraitement de la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) est mise en pratique, pour ce qui est de la figure 1 , en approvisionnant une charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) au-dessus du lit inférieur de solides granulaires 14 par la conduite 15. La charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) entre dans l'enceinte (E) du réacteur par la conduite 15 et est distribuée, avec la phase gazeuse comprenant le gaz de traitement provenant du lit supérieur de solides granulaires 13, le long de la partie supérieure du lit inférieur de solides granulaires 14 via le dispositif de distribution gaz/liquide 23 pour passer ensuite à travers le lit inférieur de solides granulaires 14 et subir la réaction d'hydrotraitement prévue. La charge en composés hydrocarbonés partiellement hydrotraités issue du lit inférieur de solides granulaires 14 sort de l'enceinte (E) du réacteur via la conduite 17 ; la phase gazeuse est quant à elle envoyée dans une unité de lavage 60, via la ligne 12, par exemple une unité de lavage aux aminés (non représentée ici). Dans l'unité de lavage aux aminés, la phase gazeuse riche en H2S et NH3 et contenant de l'hydrogène est mise en contact avec une solution absorbante contenant des aminés. L'ammoniaque NH3 peut être éliminé avant le lavage aux aminés. Lors de la mise en contact, les gaz acides sont absorbés par les aminés, ce qui permet de produire un flux enrichi en hydrogène. Bien entendu, le lavage de la phase gazeuse pourra être effectué par tout autre procédé connu de l'homme de métier. La charge en composés hydrocarbonés partiellement hydrotraités est ensuite injectée au-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13, via la pompe 30 et la conduite 18, afin de terminer la réaction d'hydrotraitement, en présence d'une phase gazeuse, comportant un gaz de traitement frais, injectée par la conduite 11 au-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13. La charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) et la phase gazeuse issues du lit supérieur de solides granulaires 13 sont ensuite envoyées dans un dispositif de séparation gaz/liquide 21. Le produit réactionnel, i.e. la charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P), est récupéré via la conduite 16, la phase gazeuse est quant à elle dirigée vers le dispositif de distribution gaz/liquide 23 afin de réagir avec une nouvelle charge fraîche en composés hydrocarbonés (C).
En se rapportant à la figure 2, représentant un réacteur selon l'art antérieur, la zone intermédiaire comprend un dispositif de distribution gaz/liquide 23 qui permet d'assurer un bon mélange de la phase liquide (la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) approvisionnée dans le réacteur via la ligne 15) et de la phase gazeuse comportant de l'hydrogène, et d'assurer une bonne distribution du mélange de ces deux phases sur le lit de solides granulaires situé en-dessous, i.e. le lit inférieur de solides granulaires 14. La zone intermédiaire comprend en outre un dispositif de séparation gaz/liquide 21 permettant d'assurer la séparation du produit réactionnel issu du lit supérieur de solides granulaires 13, i.e. la charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) soutiré via la ligne 16, et de la phase gazeuse comportant de l'hydrogène partiellement chargée en composés inhibiteurs (NH3 et H2S). Le réacteur selon l'art antérieur comprend un dispositif de distribution gaz/liquide 23 et un dispositif de séparation gaz/liquide 21 qui sont distincts, et donc faisant augmenter la hauteur totale du réacteur. Par ailleurs, dans les réacteurs de l'art antérieur, le nombre de cheminées 40 du dispositif de séparation gaz/liquide 21 est très sensiblement inférieur au nombre de cheminées 50 du dispositif de distribution gaz/liquide 23, ce qui nécessite par conséquent la présence d'un ciel gazeux pour permettre de redistribuer radialement le gaz passant par les cheminées du dispositif de séparation gaz/liquide 21 avant son arrivée sur le plateau du dispositif de distribution gaz/liquide 23.
En se rapportant à la figure 3, représentant la zone intermédiaire 10 d'un réacteur selon l'invention, ladite zone intermédiaire 10 comprend un dispositif de séparation gaz/liquide 21 et un dispositif de distribution gaz/liquide 23.
Le dispositif de distribution gaz/liquide 23 permet d'assurer un bon mélange de la phase liquide (la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C)) et de la phase gazeuse comportant de l'hydrogène, et d'assurer une bonne distribution du mélange de ces deux phases sur le lit de solides granulaires situé en-dessous, i.e. le lit inférieur de solides granulaires 14.
Plus particulièrement, le dispositif de distribution gaz/liquide 23 comprend un plateau 22, s'étendant radialement sur toute la surface de l'enceinte (E) du réacteur. Le plateau 22 est équipé d'une pluralité de canaux 50 se présentant sous la forme de tubes, généralement de forme sensiblement cylindrique, d'axe de révolution sensiblement vertical (appelés aussi ici cheminées). Les cheminées 50 sont réparties uniformément sur la surface du plateau 22, chacune des cheminées 50 comprenant une tête 51 , une base 52, une section de passage supérieure 33 et une section de passage inférieure 34 communiquant avec le dessous dudit plateau 22. La densité des cheminées 50 du plateau 22 peut aller, de préférence, de 10 à 700 cheminées par mètre carré, de manière plus préférée de 10 à 150 cheminées par mètre carré.
Le dispositif de distribution gaz/liquide 23 comprend en outre une conduite d'injection latérale 15 permettant un approvisionnement en charge fraîche de composés hydrocarbonés (C) sur le plateau 22. Avantageusement, le plateau 22 peut comprendre au moins un élément déflecteur sensiblement vertical (non représenté sur les figures), situé de préférence en périphérie de l'enceinte (E) du réacteur, et plus particulièrement face à la sortie de la conduite 15 débouchant au-dessus du plateau 22. Cet élément déflecteur permet de redistribuer à faible vitesse la phase liquide comprenant la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) approvisionnée dans le réacteur latéralement. Avantageusement, une zone annulaire en périphérie du plateau 22 (non représentée sur les figures) peut être prévue pour redistribuer à faible vitesse le flux de la phase liquide arrivant latéralement. Le document US 2004/197245 illustre de telles zones annulaires.
La phase gazeuse, issue du lit supérieur de solides granulaires 13, traverse les cheminées 50 en passant par leur section de passage supérieure 33 puis leur section de passage inférieure 34, pour se diriger vers le lit inférieur de solides granulaires 14. La phase liquide, i.e. la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C), traverse le plateau 22 en passant par les cheminées 50, via leur section de passage inférieure 34, pour s'écouler en co-courant avec la phase gazeuse vers le lit inférieur de solides granulaires 14. Pour être réalisable, chaque cheminée 50 comprend au moins une section de passage latéral (non représentée sur les figures), pouvant se présenter sous la forme de trous de forme sensiblement circulaire, ou sous forme de fentes, permettant le passage de la phase liquide, comprenant la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C), à l'intérieur desdites cheminées 50. Le diamètre et le nombre de sections de passage latéral sont déterminées et calculées selon toute technique connue de l'homme du métier de façon à maintenir la chambre de collecte 29 (décrite en détail ci-après) en charge pour le plus petit débit liquide.
Les sections de passage latéral sont réparties sur au moins un niveau horizontal et/ou vertical, de préférence deux ou trois niveaux horizontaux et/ou verticaux, étant entendu que le niveau (vertical) le plus bas est situé au-dessus du plateau 22, à une distance comprise entre 30 et 300 mm par rapport au plateau 22. Les niveaux (verticaux) des sections de passage latéral peuvent, quant à eux, être séparés d'une hauteur d'au moins 20 mm. Dans un mode de réalisation selon l'invention, les cheminées 50 comprennent entre un et quatre trous par niveau (horizontal). Ainsi, le dispositif de distribution 23 selon l'invention permet une très grande flexibilité par rapport aux variations de débits. L'écoulement descendant de la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) dans les cheminées 50 est représenté par les flèches en pointillés situées sur la figure 3. L'écoulement descendant de la phase gazeuse (H2) est représentée par la flèche représentée en trait plein sur la figure 3. Avantageusement, les cheminées 50 peuvent comprendre des trous de pleurage (non représentés sur les figures), situées en tête 51 des cheminées 50, pour évacuer la présence éventuelle de gaz dans le volume compris entre l'enceinte (E), le plateau 20, le plateau 22 et les cheminées 50, i.e. la chambre de collecte 29 (cf. figure 3) de la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) approvisionnée par la conduite 15, telle que décrite plus en détail ci-après.
Avantageusement, l'enceinte (E) du réacteur peut comprendre une pluralité de déflecteurs situés en-dessous desdites cheminées 50 du dispositif de distribution gaz/liquide 23 (non représentés sur les figures).
Avantageusement, les cheminées 50 peuvent se prolonger en-dessous du plateau 22, sur une distance comprise typiquement entre 10 et 100 mm. Le dispositif de séparation gaz/liquide 21 permet d'assurer la séparation du produit réactionnel issu du lit supérieur de solides granulaires 13, i.e. la charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P), et de la phase gazeuse comportant de l'hydrogène partiellement chargée en composés inhibiteurs (NH3 et H2S). Plus particulièrement, le dispositif de séparation gaz/liquide 21 comprend un plateau 20, s'étendant radialement sur toute la surface de l'enceinte (E) du réacteur, et sur lequel se trouve une pluralité de canaux 40 se présentant sous la forme de tubes, généralement de forme sensiblement cylindrique, d'axe de révolution sensiblement vertical (appelés aussi ici cheminées 40).
Les cheminées 40 sont réparties uniformément sur la surface du plateau 20 du dispositif de séparation gaz/liquide, chacune des cheminées 40 comprenant une tête 41 , une base 42, une section de passage supérieure 32 et une section de passage inférieure 31 communiquant avec le dessous dudit plateau 20 du dispositif de séparation gaz/liquide. La densité des cheminées 40 du plateau 20 du dispositif de séparation gaz/liquide peut aller, de préférence, de 10 à 700, de manière plus préférée de 10 à 150 cheminées par mètre carré, étant entendu que le nombre de cheminées 40 du plateau 20 du dispositif de séparation gaz/liquide est égal au nombre de cheminées 50 du plateau 22 du dispositif de distribution gaz/liquide. La charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) issue du lit supérieur de solides granulaires 13 s'écoule dans le dispositif de séparation gaz/liquide 21 , dans l'espace délimitée par l'enceinte (E) du réacteur, le plateau 20 et les cheminées 40, formant ainsi une zone de séparation 36 de la charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P). La phase gazeuse, partiellement chargée en composés inhibiteurs (NH3 et H2S), issue du lit supérieur de solides granulaires 13, s'écoule vers le lit inférieur de solides granulaires 14 via les cheminées 40 en traversant les sections de passage supérieur 32 et les sections de passage inférieur 31. Ainsi, lors du fonctionnement du réacteur, la charge liquide en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) est séparée de la phase gazeuse, et est récupérée par soutirage via la ligne 16, alors que la phase gazeuse, comprenant le gaz de traitement partiellement chargé en composés inhibiteurs (NH3 et H2S) (ce dernier ayant traversé le lit supérieur de solides granulaires 13), traverse le dispositif de séparation gaz/liquide 21 via les cheminées 40 en direction des cheminées 50 du dispositif de distribution gaz/liquide 23.
Avantageusement, les cheminées 40 comprennent chacune en leur partie haute (tête 41 ) un chapeau 19 afin d'éviter que la charge liquide en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) issue du lit supérieur de solides granulaires 13 s'écoule dans les cheminées 40 et ne retraverse le dispositif de distribution gaz/liquide 23 et le lit inférieur de solides granulaires 14. Les chapeaux 19 permettent en outre de briser les jets de phase gaz/liquide provenant du lit de solides granulaires supérieur 13. Les chapeaux 19 des cheminées 40 peuvent se présenter sous plusieurs formes, et peuvent notamment se présenter sous la forme de disques de diamètre plus large que le diamètre des cheminées 40. Avantageusement, le diamètre des chapeaux est supérieur ou égal au diamètre des cheminées 40.
Le dispositif de séparation gaz/liquide 21 peut éventuellement comprendre une (ou plusieurs) zone(s) de soutirage 27 (appelée aussi goulotte de soutirage) de la charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P), disposée(s) de préférence en périphérie de l'enceinte (E) du réacteur. La zone de soutirage 27 est située au-dessous du plateau 20 du dispositif de séparation gaz/liquide 21 , s'étendant vers le bas du réacteur le long du dispositif de distribution gaz/liquide 23, voire s'étendant vers le bas du réacteur jusqu'en dessous dudit dispositif de distribution gaz/liquide 23. La zone de soutirage 27 communique directement avec le dispositif de séparation gaz/liquide 21 via une ouverture 28 réalisée sur le plateau 20. Avantageusement, la hauteur de la zone de soutirage est telle qu'elle permet le ralentissement du débit liquide de la charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) soutirée via la ligne 16 pour permettre un dés-entrainement suffisant de la phase gazeuse pouvant être éventuellement en mélange avec ladite charge (P), tout en réduisant la masse de charge liquide à supporter par le plateau 20. Dans un mode de réalisation particulier, l'enceinte (E) du réacteur comprend deux zones de soutirage, de préférence diamétralement opposées.
Selon un aspect essentiel du réacteur selon l'invention, l'espace situé entre le plateau 20, le plateau 22 et les cheminées 50 forme une chambre de collecte 29 (cf. figure 3) de la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C) approvisionnée par la conduite 15, ladite chambre de collecte 29 étant apte à être entièrement remplie de la phase liquide introduite par le moyen d'acheminement 15. Selon un autre aspect essentiel du réacteur selon l'invention, le nombre de cheminées 40 du dispositif de séparation gaz/liquide 21 est égal au nombre de cheminées 50 du dispositif de distribution gaz/liquide 23, contrairement aux réacteurs de l'art antérieur, généralement pour lesquels le nombre de cheminées 40 du dispositif de séparation gaz/liquide 21 est très largement inférieur au nombre de cheminées 50 du dispositif de distribution gaz/liquide 23 (cf. figure 2 pour illustration). Selon encore un autre aspect essentiel du réacteur selon l'invention, chacune des têtes 51 desdites cheminées 50 est respectivement reliée de manière solidaire à chacune des bases 42 desdites cheminées 40, permettant la formation d'une pluralité de canaux ininterrompues (cf. figures 3 et 4). Dans un mode de réalisation particulier (cf. figure 4), le dispositif de séparation gaz/liquide 21 et le dispositif de distribution gaz/liquide 23 sont directement superposés l'un sur l'autre de telle sorte que les sections de passage inférieure 31 des cheminées 40 du dispositif de séparation gaz/liquide 21 sont directement superposées sur les sections de passage supérieures 33 des cheminées 50 du dispositif de distribution gaz/liquide 23. La superposition des cheminées 40 et des cheminées 50 créée ainsi une pluralité de canaux ininterrompus d'axe sensiblement vertical. La superposition des dispositifs gaz/liquide 21 et 23 permet de mutualiser les cheminées 40 et 50 entre elles, supprimant ainsi l'espace compris entre ces deux dispositifs (zone de désengagement), et donc permettant de réduire de manière significative le volume occupé par ces dispositifs dans l'enceinte (E) du réacteur. Selon un mode de réalisation préféré, chacune des sections de passage inférieure 31 desdites cheminées 40 dudit dispositif de séparation gaz/liquide 21 sont superposées et alignées sur chacune des sections de passage supérieure 33 desdites cheminées 50 dudit dispositif de distribution gaz/liquide 23. Afin de limiter tout risque de fuite de la charge liquide en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) du plateau 20 dans la chambre de collecte 29 contenant la charge fraîche en composés hydrocarbonés (C), des moyens de fixations situés à l'extérieur de l'enceinte (E) du réacteur sont avantageusement utilisés. Ainsi, le dispositif de distribution gaz/liquide 23 et le dispositif de séparation gaz/liquide 21 peuvent être également fixés par des moyens de fixation externes au réacteur, et plus particulièrement des brides de fixation (non représentées sur les figures). De plus, l'utilisation de moyens de fixation externes au réacteur permet de fabriquer le dispositif de séparation gaz/liquide 21 et le dispositif de distribution gaz/liquide 23 en dehors du réacteur.
Avantageusement, la zone de séparation 36 et éventuellement la zone de soutirage 27 de la charge en composés hydrocarbonés hydrotraités (P) du dispositif de séparation gaz/liquide 21 peuvent comprendre un lit de solides granulaires inertes avec la charge en composés hydrocarbonés afin de permettre le ruissellement de ladite charge vers la conduite de soutirage 16 tout en évitant l'entraînement non souhaitable de bulles de gaz de traitement pouvant se former éventuellement lors de l'impact de la charge liquide de composés hydrocarbonés au niveau de l'interface gaz/liquide dans la zone de séparation 36.
L'enceinte (E) du réacteur selon l'invention peut comprendre avantageusement un dispositif de distribution gaz/liquide situé au-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13 afin d'homogénéiser la répartition du la charge en composés hydrocarbonés partiellement hydrotraités au-dessus dudit lit supérieur de solides granulaires 13. Les caractéristiques structurelles et dimensionnelles du dispositif de distribution gaz/liquide situé en-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13 sont similaires de celles du dispositif de distribution gaz/liquide 23, sauf en ce qu'il ne comprend pas de moyen d'injection latérale de charge fraîche en composés hydrocarbonés. L'enceinte (E) du réacteur peut également comporter dans sa partie supérieure ou en tête de réacteur, au moins un moyen de pré-distribution, afin de limiter l'impact du jet diphasique arrivant sur le plateau de distribution gaz/liquide situé au- dessus du lit supérieur de solides granulaires 13.
L'enceinte (E) du réacteur selon l'invention peut comprendre avantageusement un dispositif de séparation gaz/liquide situé au-dessous du lit inférieur de solides granulaires 14 afin de récupérer le gaz de traitement chargé en composés inhibiteurs (NH3 et H2S), et de l'envoyer dans une unité de lavage 60, via la conduite 12, et de récupérer la charge en composés hydrocarbonés partiellement hydrotraités pour l'envoyer en tête de réacteur, au-dessus du lit supérieur de solides granulaires 13, via les lignes 17 et 18 et la pompe 30, afin de terminer la réaction d'hydrotraitement de la charge en composés hydrocarbonés. Par ailleurs, selon l'art antérieur, les lits de solides granulaires sont très généralement séparés par des dispositifs de trempe permettant de diminuer la température du mélange des phases, plus particulièrement lorsque des réactions exothermiques ont lieu dans les lits de solides granulaires. Les fluides de trempe (appelé aussi fluide de quench selon la terminologie anglo-saxonne) utilisés peuvent être de nature liquide ou gazeux (hydrogène). Dans le cadre du réacteur selon l'invention, les dispositifs de trempe sont situés à l'extérieur de l'enceinte (E) du réacteur, et plus particulièrement lors du mélange des flux issus des lignes d'injection 11 et 18, ce qui permet de limiter d'autant plus l'encombrement dans l'enceinte du réacteur. Bien entendu, le réacteur selon l'invention peut comprendre plusieurs lits fixes de solides granulaires catalytiques, situés au-dessus et/ou au-dessous des lits de solides granulaires catalytiques 13 et 14. Les espaces compris entres les lits de solides granulaires catalytiques peuvent être avantageusement occupés par au moins un dispositif de trempe et/ou au moins un plateau distributeur avant l'entrée dudit lit suivant.
Procédé d'hydrotraitement d'une charge qazole
Dans ce qui suit, on décrit un procédé d'hydrotraitement d'une charge gazole pouvant être réalisé dans le réacteur selon l'invention. Bien entendu, ce procédé d'hydrotraitement n'est en aucun cas une limitation, le réacteur pouvant être utilisé à tout autre type de procédé que celui d'hydrotraitement, ainsi qu'à tout autre type de charge liquide à hydrotraiter.
Les réactions d'hydrotraitement de charge gazole sont réalisées dans chaque étage réactionnel (i.e. dans chaque lit fixe de solides granulaires) avec les conditions opératoires suivantes :
- température comprise entre 300°C et 420°C ;
- pression comprise entre 2 et 15 MPa (20 et 150 bars) ;
- Vitesse Volumétrique Horaire VVH (c'est-à-dire le rapport entre le débit volumique de la charge liquide par rapport au volume de catalyseur) comprise entre 0,5 et 5 h"1 ;
- rapport volumique entre l'hydrogène (en Normaux m3 , c'est-à-dire en m3 à 0°C et 0,1 MPa (1 bar)) et les composés hydrocarbonés (en Standard m3, c'est-à-dire en m3 à 15°C et 0,1 MPa (1 bar)) dans le réacteur H2/HC compris entre 150 et 1200 (Nm3/Sm3) ;
- de préférence, la vitesse liquide dans la zone réactionnelle peut être au minimum de 2 mm/s, et au maximum de 15 mm/s. Les catalyseurs mis en œuvre dans les réactions d'hydrotraitement peuvent comporter en général un support minéral poreux, au moins un métal ou composé de métal du groupe VIII de la classification périodique des éléments (ce groupe comprenant notamment le cobalt, le nickel, le fer, etc..) et au moins un métal ou composé de métal du groupe VIB de ladite classification périodique (ce groupe comprenant notamment le molybdène, le tungstène, etc.). La somme des métaux ou composés métalliques, exprimé en poids de métal par rapport au poids total du catalyseur fini est souvent comprise entre 1 et 50 % poids. La somme des métaux ou composés de métaux du groupe VIII, exprimée en poids de métal par rapport au poids du catalyseur fini est souvent comprise entre 1 et 15 % poids, de préférence entre 2 et 10% poids. La somme des métaux ou composés de métaux du groupe VIB, exprimée en poids de métal par rapport au poids du catalyseur fini est souvent comprise entre 2 et 50% poids, de préférence entre 5 et 40% poids.
Selon une autre variante, les catalyseurs mis en œuvre dans les réactions d'hydrotraitement peuvent comporter en général un support minéral poreux et au moins un métal noble ou composé de métal noble du groupe VIII de la classification périodique des éléments (ce groupe comprenant notamment le palladium, le platine, le rhodium, le ruthénium, etc.). Sa teneur est généralement comprise entre 0,1 et 2 % poids par rapport au poids total du catalyseur fini.
Le support minéral poreux peut comprendre, de façon non limitative, l'un des composés suivants : alumine, silice, zircone, oxyde de titane, magnésie, ou deux composés choisis parmi les composés précédents, par exemple silice-alumine ou alumine-zircone, ou alumine- oxyde de titane, ou alumine-magnésie, ou trois composés ou plus choisis parmi les composés précédents, par exemple silice-alumine-zircone ou silice-alumine-magnésie. Le support peut également comprendre, en partie ou en totalité, une zéolite. De préférence, le catalyseur comporte un support composé d'alumine, ou un support composé principalement d'alumine (par exemple de 80 à 99,99% poids d'alumine). Le support poreux peut comprendre également un ou plusieurs autres éléments ou composés promoteurs, à base par exemple de phosphore, de magnésium, de bore, de silicium, ou comprenant un halogène. Le support peut par exemple comprendre de 0,01 à 20% poids de B203, ou de Si02, ou de P205, ou d'un halogène (par exemple du chlore ou du fluor), ou 0,01 à 20% poids d'une association de plusieurs de ces promoteurs. Des catalyseurs courants sont par exemple des catalyseurs à base de cobalt et de molybdène, ou bien à base de nickel et de molybdène, ou bien à base de nickel et de tungstène, sur un support alumine, ce support pouvant comprendre un ou plusieurs promoteurs tels que précédemment cités. Le catalyseur peut être sous forme oxyde, c'est-à-dire qu'il a subi une étape de calcination après imprégnation des métaux sur le support. Alternativement, le catalyseur peut être sous forme séchée additivée, c'est-à-dire que le catalyseur n'a pas subi d'étape de calcination après imprégnation des métaux et d'un composé organique sur le support. Généralement le composé organique contient de l'oxygène et/ou de l'azote. Les catalyseurs sous forme séchée additivée sont généralement connus pour être plus actifs et moins tolérants aux impuretés que les catalyseurs sous forme oxyde. Exemple : Comparaison de la configuration de soutirage et distribution classique avec la configuration soutirage et distribution intégrée.
Dans l'exemple suivant, on compare un réacteur comprenant un distributeur et un séparateur gaz/liquide intégrés selon l'invention (Réacteur B) avec un réacteur non conforme à l'invention (Réacteur A), i.e. comprenant un distributeur gaz/liquide non intégré à un séparateur gaz/liquide. Les comparaisons entre ces deux réacteurs se basent sur la compacité de l'ensemble composé du distributeur et du séparateur gaz/liquide. Ces exemples sont présentés ici à titre d'illustration et ne limitent en aucune manière la portée de l'invention.
Le réacteur servant d'exemple est dimensionné pour la réalisation de l'hydrodésulfuration d'une charge en composés hydrocarbonés de type gazole. Les dimensions d'un réacteur adapté à ce type de réaction sont les suivantes :
- diamètre de l'enceinte (E) du réacteur : 2,50 m ;
- hauteur du lit supérieur de solides granulaires 13 : 5,00 m ;
- hauteur du lit inférieur de solides granulaires 14 : 5,00 m.
Dans ce qui suit, on calcule pour les deux réacteurs, la distance entre le haut du dispositif de séparation gaz/liquide 21 et le haut du lit inférieur de solides granulaires 14. Pour cette comparaison, le dispositif de séparation gaz/liquide du réacteur selon l'invention ne comprend pas de zone de soutirage 27.
Caractéristiques dimensionnelles du réacteur non conforme à l'invention (Réacteur A) :
- Hauteur du dispositif de séparation gaz/liquide : 1 ,40 m sur le plateau du dispositif de séparation gaz/liquide ;
Hauteur de désengagement entre le dispositif de séparation et le dispositif de distribution gaz/liquide : 0,25 m ; - Hauteur du dispositif de distribution gaz/liquide de 0,30 m ;
- Hauteur entre le dispositif de distribution gaz/liquide et le lit inférieur de solides granulaires : 0,40 m. Distance entre le haut du dispositif de séparation gaz/liquide et le haut du lit inférieur de solides granulaires : 2,35 mètres.
Caractéristiques dimensionnelles du réacteur conforme à l'invention (Réacteur B) :
- Hauteur du dispositif de séparation gaz/liquide : 1 ,40 m sur le plateau du dispositif de séparation gaz/liquide ;
Hauteur du dispositif de distribution gaz/liquide de 0,30 m ;
Hauteur de entre le dispositif de distribution gaz/liquide et le lit inférieur de solides granulaires : 0,40 m. Distance entre le haut du dispositif de séparation gaz/liquide et le haut du lit inférieur de solides granulaires : 2,10 mètres.
Du fait de l'absence de la zone de désengagement dans le réacteur B selon l'invention, et grâce à la mutualisation des cheminées 40 du dispositif de séparation gaz/liquide 21 et des cheminées 50 du dispositif de distribution gaz/liquide 23, un gain de 0,25 mètre en hauteur de réacteur permet d'augmenter substantiellement la quantité de solides granulaires dans le réacteur, ce qui a pour effet d'améliorer sensiblement à iso-virole, i.e. à hauteur d'enceinte de réacteur identique, le volume catalytique et donc la capacité de conversion du réacteur catalytique, ou bien de réduire la taille de l'enceinte du réacteur. De plus, la solidarisation du dispositif gaz/liquide et du dispositif de séparation gaz/liquide permet une meilleure tenue mécanique de l'assemblage.

Claims

REVENDICATIONS
Réacteur à écoulement descendant d'au moins une phase liquide et au moins une phase gazeuse comportant une enceinte (E) comprenant au moins un lit fixe supérieur de solides granulaires (13) et au moins un lit fixe inférieur de solides granulaires (14) séparés par une zone intermédiaire (10), ladite zone intermédiaire (10) comprenant :
- au moins un dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) comprenant un plateau (20) s'étendant radialement sur toute la section de l'enceinte (E) et permettant de retenir la phase liquide, au moins un moyen de soutirage d'une phase liquide (16) et une pluralité de cheminées (40) insérées dans ledit plateau (20), lesdites cheminées (40) comportant au moins une tête (41 ) et une base (42), au moins une section de passage supérieure (32) et au moins une section de passage inférieure (31 ) permettant le passage de la phase gazeuse ;
- au moins un dispositif de distribution gaz/liquide (23), situé entre ledit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) et le lit inférieur de solides granulaires (14), ledit dispositif de distribution gaz/liquide (23) comprenant un plateau (22), un moyen d'acheminement (15) d'une phase liquide et une pluralité de cheminées (50) insérées dans ledit plateau (22), lesdites cheminées (50) comportant au moins une tête (51 ) et une base (52), au moins une section de passage supérieure (33), au moins une section de passage inférieure (34), et au moins une section de passage latéral permettant le passage de la phase liquide introduite par ledit moyen d'acheminement (15) à l'intérieur desdites cheminées (50) ;
caractérisé en ce que
l'espace situé entre ledit plateau (20) dudit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) et ledit plateau (22) dudit dispositif de distribution gaz/liquide (23) forme une chambre de collecte (29), et en ce que le nombre de cheminées (40) du plateau (20) dudit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) est égal au nombre de cheminées (50) du plateau (22) dudit dispositif de distribution gaz/liquide (23), chacune des têtes (51 ) desdites cheminées (50) dudit dispositif de distribution gaz/liquide étant reliée respectivement de manière solidaire à chacune des bases (42) desdites cheminées (40) dudit dispositif de séparation gaz/liquide, permettant la formation d'une pluralité de canaux ininterrompus.
Réacteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chacune des sections de passage inférieure (31 ) desdites cheminées (40) dudit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) est alignée sur chacune des sections de passage supérieure (33) desdites cheminées (50) dudit dispositif de distribution gaz/liquide (23).
3. Réacteur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la densité des cheminées (40) du plateau (20) dudit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) et/ou la densité des cheminées (50) du plateau (22) dudit dispositif de distribution gaz/liquide (23) est comprise entre 10 et 700 cheminées par mètre carré, de manière plus préférée est comprise entre 10 et 150.
4. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif de distribution gaz/liquide (23) et ledit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) sont fixés par des moyens de fixation externes audit réacteur.
5. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) comprend en outre au moins une zone de soutirage (27).
6. Réacteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite zone de soutirage (27) est située en périphérie de l'enceinte (E) dudit réacteur.
7. Réacteur selon les revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite zone de soutirage (27) s'étend en partie en-dessous du plateau (20) dudit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ).
8. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chacune des têtes (41 ) desdites cheminées (40) dudit dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) comprend un chapeau (19).
9. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que lesdites sections de passage latérale desdites cheminées (50) sont réparties sur au moins un niveau, de préférence sur au moins deux ou trois niveaux.
10. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de déflecteurs situés en-dessous desdites cheminées (50) du dispositif de distribution gaz/liquide (23).
1 1 . Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le plateau (22) du dispositif de distribution gaz/liquide (23) comprend au moins un élément déflecteur sensiblement vertical, situé en périphérie de l'enceinte (E) dudit réacteur, et faisant face à la sortie du moyen d'acheminement (15) débouchant au- dessus dudit plateau (22) du dispositif de distribution gaz/liquide (23).
12. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de distribution gaz/liquide au-dessus du lit supérieur de solides granulaires (13).
13. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif de séparation gaz/liquide au-dessous du lit inférieur de solides granulaires (14). 14. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le dispositif de séparation gaz/liquide (21 ) comprend un lit de solides granulaires inertes.
15. Procédé d'hydrotraitement en contre-courant simulé d'une charge en composés hydrocarbonés en présence d'un gaz de traitement comprenant de l'hydrogène réalisé dans un réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comprenant au moins deux étages réactionnels, chaque étage réactionnel comportant un lit fixe de solides granulaires comportant un catalyseur d'hydrotraitement, lequel procédé étant réalisé dans chaque étage réactionnel à une température comprise entre 300°C et 420°C, à une pression comprise entre 2 et 15
MPa, à une vitesse volumétrique horaire comprise entre 0,5 et 5 h"1 , et avec un rapport volumique entre l'hydrogène et les composés hydrocarbonés compris entre 150 et 1200 Nm3/Sm3.
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