FR3050658A1 - Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d'echange et deflecteurs. - Google Patents

Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d'echange et deflecteurs. Download PDF

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Abstract

Dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant une zone de collecte (A), une zone de mélange (B) comprenant une enceinte de mélange (15) des fluides et une enceinte d'échange (16) des fluides, une zone de distribution (C), ladite enceinte d'échange (16) comprenant au moins une section de passage latéral supérieur (17a) et au moins une section de passage latéral inférieur (17b) aptes au passage des fluides de ladite enceinte d'échange (16) à ladite zone de distribution (C), caractérisé en ce que ladite enceinte d'échange (16) comprend un moyen de déflection des fluides (24) fixé sur ladite enceinte d'échange (16) et situé en aval de la section de passage latéral supérieur (17a), ledit moyen de déflection des fluides (24) formant avec ladite enceinte d'échange (16) un espace (26) formant cuvette.

Description

Domaine technique
La présente invention s’applique dans le domaine des réactions exothermiques et plus particulièrement aux réactions d’hydrotraitement, d’hydrodésulfuration, d’hydrodéazotation, d’hydrocraquage, d’hydrogénation, d’hydrodéoxygénation, d’hydroisomérisation, d’hydrodéparaffinage ou encore d’hydrodéaromatisation réalisées dans un réacteur en lit fixe. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans un réacteur à écoulement co-courant descendant et son utilisation pour la réalisation de réactions exothermiques.
Etat de la technique
Les réactions exothermiques réalisées par exemple en raffinage et/ou en pétrochimie nécessitent d'être refroidies par un fluide additionnel, appelé fluide de trempe, pour éviter un emballement thermique du réacteur catalytique dans lequel elles sont effectuées. Les réacteurs catalytiques utilisés pour ces réactions comprennent généralement au moins un lit de catalyseur solide. Le caractère exothermique des réactions nécessite de conserver un gradient de température homogène au sein du réacteur afin d'éviter l'existence de points chauds dans le lit de catalyseur compris dans le réacteur. Des zones trop chaudes peuvent diminuer prématurément l'activité du catalyseur et/ou conduire à des réactions non sélectives et/ou conduire à des emballements thermiques. Il est donc important de disposer d'au moins une chambre de mélange dans un réacteur, située entre deux lits de catalyseur, qui permette une répartition homogène en température des fluides sur une section de réacteur et un refroidissement des fluides réactionnels à une température désirée.
Pour effectuer cette homogénéisation l’homme de l’art est souvent conduit à utiliser un agencement spécifique d’internes souvent complexes comportant une introduction du fluide de trempe la plus homogène possible dans la section du réacteur. Par exemple, le document FR 2 824 495 A1 décrit un dispositif de trempe permettant d’assurer un échange efficace entre le ou les fluide(s) de trempe et le ou les fluide(s) du procédé. Ce dispositif est intégré dans une enceinte et comprend une canne d'injection du fluide de trempe, un baffle de collecte des fluides, la boite de trempe proprement dite, opérant le mélange entre le fluide de trempe et l'écoulement descendant, et un système de distribution composé d'une cuvette perforée et d'un plateau de distribution. La boîte de trempe comporte un déflecteur assurant la mise en mouvement tourbillonnaire des fluides selon une direction sensiblement non radiale et non parallèle à l’axe de ladite enceinte et en aval du déflecteur, dans le sens de circulation du fluide réactionnel, au moins une section de passage de sortie du mélange de fluides formé dans la boîte. Ce dispositif permet de pallier certains inconvénients des différents systèmes de l’art antérieur mais reste encombrant.
Pour remédier au problème d’encombrement, un dispositif de mélange de fluides dans un réacteur à écoulement descendant a été développé, et est décrit dans le document FR 2 952 835 Al. Ce dispositif comprend un moyen de collecte horizontal pourvu d'une conduite de collecte verticale pour recevoir les fluides, un moyen d'injection placé dans la conduite de collecte, et une chambre de mélange annulaire de section circulaire située en aval du moyen de collecte dans le sens de circulation des fluides. La chambre de mélange comprend une extrémité d'entrée reliée à la conduite de collecte et une extrémité de sortie permettant le passage des fluides, ainsi qu’un plateau de pré-distribution horizontal comprenant au moins une cheminée. L’avantage de ce dispositif est qu’il est plus compact que celui décrit précédemment, et permet d’assurer un bon mélange des fluides et une bonne homogénéité en température.
Dans le but de réduire encore plus l’encombrement du dispositif de mélange et de distribution, une autre solution proposée dans la demande française n° 15/52.783 est de réaliser un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans lequel la zone de mélange et la zone de distribution des fluides sont situées au même niveau. Un tel dispositif est représenté aux figures la à 1c et sera décrit plus en détail ci-après.
Cependant, un tel dispositif peut présenter certains inconvénients lorsque le niveau de la phase liquide dans la zone de distribution du dispositif est élevé, pouvant partiellement obstruer les sections de passage latéral apte au passage de la phase gazeuse de la zone de mélange vers la zone de distribution, ce qui entraîne un mauvais écoulement de ladite phase gazeuse vers la zone de distribution, et donc engendre un déséquilibre quant à la répartition homogène des fluides sur le lit de catalyseur situé généralement en-dessous dudit dispositif. Un but de l’invention est de proposer un perfectionnement du dispositif de mélange et de distribution de fluides décrit dans la demande française n° 15/52.783 qui puisse éviter les inconvénients cités ci-avant, tout en restant peu encombrant et en permettant de réaliser une bonne efficacité de mélange et de distribution des fluides.
Objets de l’invention
La présente invention a pour objet un dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant : - au moins une zone de collecte (A) comprenant au moins un moyen de collecte ; - au moins une conduite de collecte sensiblement verticale apte à recevoir un fluide réactionnel collecté par ledit moyen de collecte et au moins un moyen d’injection débouchant dans ladite conduite de collecte pour injecter un fluide de trempe ; - au moins une zone de mélange (B), située en aval de ladite conduite de collecte dans le sens de circulation des fluides et en communication avec ladite conduite de collecte, ladite zone de mélange (B) comprenant au moins un enceinte de mélange des fluides ; - au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) dans le sens de la circulation des fluides, comprenant un plateau de distribution supportant une pluralité de cheminées ; ladite zone de mélange (B) est située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprend en outre au moins une enceinte d’échange des fluides reliée et en communication avec ladite enceinte de mélange, ladite enceinte d’échange comprenant au moins une section de passage latéral supérieur et au moins une section de passage latéral inférieur aptes au passage des fluides de ladite enceinte d’échange à ladite zone de distribution (C), caractérisé en ce que ladite enceinte d’échange comprend en outre un moyen de déflection des fluides fixé sur ladite enceinte d’échange et situé en aval d’au moins une section de passage latéral supérieur dans le sens de la circulation des fluides, ledit moyen de déflection des fluides formant avec ladite enceinte d’échange un espace se présentant sous la forme d’une cuvette.
De préférence, ladite enceinte de mélange est située au-dessus de ladite enceinte d’échange.
Avantageusement, l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides est située au-dessus du dernier niveau des orifices latéraux desdites cheminées par rapport au plateau de distribution.
De préférence, l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides est en outre située en-dessous de l’extrémité supérieure desdites cheminées.
Avantageusement, l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides est située au même niveau que l’extrémité supérieure desdites cheminées.
Avantageusement, ledit moyen de déflection des fluides comprend au moins un orifice apte au passage d’une phase liquide en direction du plateau de distribution.
Avantageusement, chaque section de passage latéral supérieur de ladite boîte d’échange est associée à un moyen de déflection des fluides.
De préférence, la hauteur totale cumulée H2 de ladite enceinte de mélange et de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 1500 mm.
Avantageusement, la largeur L de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 1100 mm.
De préférence, le ratio volume entre ladite enceinte d’échange et ladite enceinte de mélange est comprise entre 5 et 60 %.
Avantageusement, ladite enceinte de mélange et ladite enceinte d’échange forment une seule pièce.
De préférence, ladite enceinte de mélange comprend au moins un moyen de déviation sur au moins une ou des paroi(s) interne(s) de ladite enceinte de mélange.
Avantageusement, ladite enceinte d’échange comprend une pluralité de sections de passage horizontal apte au passage des fluides de ladite zone d’échange au plateau de distribution. De préférence, l’enceinte d’échange est située à une distance « d » du plateau de distribution comprise entre 20 et 150 mm.
Un autre objet selon l’invention concerne un réacteur catalytique à écoulement descendant comportant une enceinte renfermant au moins deux lits fixes de catalyseur séparés par une zone intermédiaire comportant un dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’invention.
Description des figures
La figure la représente une coupe axiale d'un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant au moins deux lits de catalyseur solide, et comprenant un dispositif compact de mélange et de distribution de fluides tel que décrit dans la demande française n° 15/52.783. La figure 1b représente respectivement une vue détaillée de la zone de mélange (B) du dispositif selon la figure la (les traits pointillés représentent les parties non visibles de la zone de mélange, i.e. se trouvant à l’intérieur de ladite zone).
La figure 1c est une vue en perspective de la zone de mélange (B) du dispositif selon la figure la.
La figure 2 représente une coupe axiale d'un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant au moins deux lits de catalyseur solide, et comprenant un dispositif compact de mélange et de distribution de fluides selon l’invention, ce dernier comprenant des moyens de déflection des fluides 24.
La figure 3 est une représentation en coupe du dispositif de mélange et de distribution selon l’invention, du plateau de distribution 12 et des cheminées 13. Les flèches représentent les directions d’écoulement des fluides de l’enceinte d’échange à la zone de distribution (C).
La figure 4 est une représentation d’un mode de réalisation particulier du dispositif selon l’invention dans lequel les moyens de déflection des fluides 24 comprennent en outre au moins un orifice 20 apte au passage de la phase liquide en direction du plateau de distribution 12.
La figure 5 est une représentation en perspective d’un moyen de déflection des fluides 24 selon un mode particulier de réalisation selon l’invention.
Description détaiiiée de l’invention
Le dispositif compact de mélange et de distribution selon l'invention est utilisé dans un réacteur dans lequel s'effectuent des réactions exothermiques telles que des réactions d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d'hydrocraquage, d'hydrogénation, d’hydrodéoxygénation, d’hydroisomérisation, d’hydrodéparaffinage ou encore d'hydrodéaromatisation. Généralement, le réacteur a une forme allongée le long d'un axe sensiblement vertical. On fait circuler du haut vers le bas dudit réacteur au moins un fluide réactionnel (appelé aussi «process fluid» selon la terminologie anglo-saxonne) à travers au moins un lit fixe de catalyseur. Avantageusement, en sortie de chaque lit à l’exception du dernier, le fluide réactionnel est recueilli puis est mélangé à un fluide de trempe (appelé aussi «quench fluid» selon la terminologie anglo-saxonne) dans ledit dispositif avant d'être distribué au lit de catalyseur situé en aval d’un plateau de distribution. L'aval et l'amont sont définis par rapport au sens de l'écoulement du fluide réactionnel. Le fluide réactionnel peut être un gaz ou un liquide ou un mélange contenant du liquide et du gaz ; cela dépend du type de réaction effectuée dans le réacteur.
En se reportant aux figures la à 1c, le dispositif de mélange et de distribution selon l’art antérieur peut être disposé dans un réacteur 1 de forme allongée le long d’un axe sensiblement vertical dans lequel on fait circuler du haut vers le bas au moins un fluide réactionnel à travers au moins un lit de catalyseur 2. Le dispositif est disposé sous le lit de catalyseur 2, par rapport à l'écoulement du fluide réactionnel dans l'enceinte 1. Une grille de support 3 permet de supporter le lit de catalyseur 2 de manière à dégager une zone de collecte (A) disposée sous le lit de catalyseur 2. La zone de collecte (A) est nécessaire pour permettre le drainage du fluide réactionnel jusqu'à une conduite de collecte 7 (cf. figures 1b et 1c). Le fluide réactionnel qui s'écoule est par exemple composé d'une phase gaz et d'une phase liquide. Le fluide réactionnel traversant le lit de catalyseur 2 est collecté par un moyen de collecte 5 (appelé aussi ici baffle de collecte) sensiblement horizontal conduisant à une conduite de collecte 7 sensiblement verticale, disposée soit en-dessous de la zone de collecte (A) au niveau d’une zone appelée zone de mélange (B) (telle que représentée sur les figures 1b et 1c), soit au niveau de la zone de collecte (A) (non représentée sur les figures). Par sensiblement vertical(e) et par sensiblement horizontal(e), on entend au sens de la présente invention une variation d'un plan avec la verticale, respectivement l'horizon, d'un angle a compris entre ± 5 degrés. Le moyen de collecte 5 (cf. figure la) est constitué d'une plaque pleine disposée dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'enceinte sous la grille de support 3 du lit de catalyseur 2. La plaque du moyen de collecte 5 s'étend radialement sur toute la surface du réacteur 1. Elle comporte à une de ses extrémités une ouverture 6 (cf. figures 1b et 1c) à laquelle est reliée ladite conduite de collecte 7. Le moyen de collecte 5 permet de recueillir l'écoulement du fluide réactionnel provenant du lit catalytique 2 en amont et de le diriger vers ladite conduite de collecte 7. Le moyen de collecte 5 est distant de la grille de support 3 du lit de catalyseur 2 d'une hauteur H1 (figure la) . La hauteur H1 est choisie de manière à limiter la perte de charge lors de la collecte du fluide s'écoulant du lit de catalyseur 2 et à limiter la hauteur de garde, i.e. la hauteur formée par le liquide accumulé dans le moyen de collecte 5. La hauteur de garde ne modifie pas le drainage du fluide réactionnel vers la conduite de collecte 7, ni son écoulement dans cette conduite, ni son écoulement à travers le lit catalytique supérieur 2. Lorsque la conduite de collecte 7 et le moyen d’injection 8 (figure 1c) sont situés au niveau de la zone de mélange (B), la hauteur H1 est comprise entre 10 et 500 mm, de préférence entre 10 et 200 mm, plus préférentiellement entre 30 et 150 mm, de manière encore plus préférée entre 40 et 100 mm. Ainsi, le fluide réactionnel issu du lit 2 est contraint dans la zone de collecte (A) à passer par la conduite de collecte 7. Lorsque la conduite de collecte 7 et le moyen d’injection 8 sont situés au niveau de la zone de collecte (A), la hauteur H1 est comprise entre 10 et 400 mm, de préférence entre 30 et 300 mm, et encore plus préférentiellement entre 50 et 250 mm. En-dessous de la zone de collecte (A) se trouve une zone de mélange (B) et une zone de distribution (C). En se reportant aux figures 1b et 1c, la zone de mélange (B) comprend une conduite de collecte 7 sensiblement verticale apte à recevoir le fluide réactionnel collecté par le moyen de collecte 5 et le fluide de trempe provenant du moyen d'injection 8 (cf. figure 1c) débouchant dans ladite conduite de collecte 7.
La zone de mélange (B) comprend en outre une enceinte de mélange 15 (cf. figures la et lb) située en aval du moyen de collecte 5 dans le sens de circulation des fluides. La conduite de collecte 7, qui est en communication avec l'enceinte de mélange 15, peut être située au-dessus de l’enceinte de mélange 15 ou au même niveau que ladite enceinte. De préférence, la conduite de collecte 7 est située au même niveau que l’enceinte de mélange 15 (cf. notamment figure 1b). De même, la conduite d’injection 8 peut déboucher au-dessus de l’enceinte de mélange 15, au même niveau que ladite enceinte, ou directement à l’intérieur de ladite enceinte de mélange 15 par l’intermédiaire d’un dispositif connu de l’homme de métier, par exemple un tube perforé traversant la zone de mélange 15. L’injection du fluide de trempe peut être réalisé à co-courant, en courant croisé, voire en contre-courant par rapport au fluide réactionnel provenant de la zone de collecte (A).
La zone de distribution (C) quant à elle comprend un plateau de distribution 12 supportant une pluralité de cheminées 13. La zone de distribution (C), s’étendant sur une hauteur H3 (cf. figure la), comprenant un plateau de distribution 12 (appelée aussi ici plateau distributeur ou plaque de distribution) et une pluralité de cheminées 13. Plus précisément, les cheminées 13 sont ouvertes à leur extrémité supérieure par une ouverture supérieure et présentent le long de leur paroi latérale une série d’orifices latéraux 21 destinés au passage séparé de la phase liquide (par les orifices) et la phase gaz (par l’ouverture supérieure) à l’intérieur des cheminées 13, de manière à réaliser leur mélange intime à l’intérieur desdites cheminées 13. La forme des orifices latéraux 21 peut être très variable, généralement circulaire ou rectangulaire, ces orifices étant préférentiellement répartis sur chacune des cheminées selon plusieurs niveaux sensiblement identiques d’une cheminée à l’autre, généralement au moins un niveau, et de préférence de 1 à 10 niveaux, de manière à permettre l’établissement d’une interface aussi régulière que possible entre la phase gaz et la phase liquide.
Une caractéristique majeure du dispositif selon l’art antérieur réside dans la mise en place de la zone de mélange (B) au même niveau que la zone de distribution (C), et en ce que ladite zone de mélange (B) est constituée d’une enceinte de mélange 15 des fluides reliée et en communication avec une enceinte d’échange 16 des fluides (cf. figures la et 1b), l’enceinte d’échange 16 étant située en aval de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. On entend par enceinte de mélange 15, l’espace dans lequel on réalise le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe. On entend par enceinte d’échange 16, l’espace dans lequel le fluide réactionnel et le fluide de trempe mélangés sont en contact direct avec la zone de distribution (C) via les sections de passage latéral supérieur 17a et inférieur 17b.
La configuration de la zone de mélange (B) permet le mélange des fluides dans l’enceinte de mélange 15 et l’écoulement dudit mélange vers l’enceinte d’échange 16. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l’enceinte d’échange 16. En se reportant aux figures 1b et 1c, l’enceinte d’échange 16, comprend au moins une section de passage latéral supérieur 17a et au moins une section de passage latéral inférieur 17b apte au passage des fluides de la zone de mélange (B) à la zone de distribution (C). De préférence, l’enceinte de mélange 16 comprend au moins deux sections de passage latéral supérieur 17a et inférieur 17b. Ainsi, seule l’enceinte d’échange 16 est en contact direct avec la zone de distribution (C). Les sections de passage latéral supérieur 17a permettent notamment le passage du gaz de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C) et les sections de passage latéral inférieur 17b permettent notamment le passage du liquide de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C). L’enceinte de mélange 15 peut également être située en-dessous de la dite enceinte d’échange 16 (non représentée sur les figures). Au moins une ouverture 18 (cf. figure 1b) est aménagée dans la zone de mélange (B) pour permettre le passage du mélange des fluides de l’enceinte de mélange 15 vers l'enceinte d’échange 16. L’enceinte de mélange 15 peut être située au-dessus de ladite enceinte d’échange 16 (telle que représentée aux figures la, 1b et 1c).
Cependant, un tel dispositif peut présenter certains inconvénients lorsque le niveau de la phase liquide dans la zone de distribution du dispositif est tel qu’il recouvre partiellement, voir totalement, les sections de passage latéral supérieur 17a de l’enceinte d’échange 16 qui permettent notamment le passage de la phase gaz de la zone de mélange (B) vers la zone de distribution (C), ce qui peut engendrer un déséquilibre quant à la répartition des fluides (gaz et liquide) dans la zone de distribution (C) et entraîner alors une répartition non homogène des fluides sur le lit de catalyseur 14 situé en aval de la zone de mélange (C) dans le sens de la circulation des fluides.
La Demanderesse a mis au point un perfectionnement du dispositif de mélange et de distribution des fluides selon l’art antérieur permettant de pallier les inconvénients cités ci-avant, sans pour autant modifier l’encombrement dudit dispositif, en insérant au moins un moyen de déflection des fluides 24 au niveau de l’enceinte d’échange 16 de la zone de distribution (B), en aval d’au moins une section de passage latéral supérieur 17a, dans le sens de la circulation des fluides. L’agencement du moyen de déflection des fluides 24 sur l’enceinte d’échange 16 crée un espace 26 se présentant sous la forme d’une cuvette ouverte sur la zone de distribution (C) par le haut, au niveau de sa partie supérieure (cf. figure 3).
Plus particulièrement, en se reportant à la figure 2, le moyen de déflection des fluides 24 est fixé, de préférence, à l’extérieur de l’enceinte d’échange 16, i.e. en aval de la section de passage latéral supérieur 17a dans le sens de la circulation des fluides. Ledit moyen de déflection des fluides 24 permet de guider le fluide gaz vers la partie supérieure de la zone de distribution (C) pour que ce dernier puisse entrer à l’intérieur des cheminées 13 via leurs ouvertures supérieures (non représentées sur les figures), et cela plus particulièrement lorsque le niveau de la phase liquide dans la zone de distribution (C) est tel qu’il obstruerait complètement ou en partie les sections de passage latéral 17a de l’enceinte d’échange 16 si un tel de moyen de déflection 24 n’est pas prévu en sortie desdites sections de passage latéral supérieur 17a. En effet, si le niveau de phase liquide dans la zone de distribution (C) est tel que l’interface gaz/liquide 23 dans ladite zone de distribution (C) est située au-dessus des sections de passage latéral supérieur 17a, la phase gazeuse comprise dans l’enceinte d’échange 16 ne peut pas traverser lesdites sections de passage latéral 17a, ce qui empêche la réalisation d’un mélange intime entre la phase gaz et la phase liquide dans les cheminées 13. De la même manière, si le niveau de phase liquide dans la zone de distribution (C) est tel que l’interface gaz/liquide 23 dans ladite zone de distribution (C) se situe au niveau des sections de passage latéral 17a, la quantité de phase gaz traversant les sections de passages latéral supérieur 17a sera nettement inférieure à la quantité de phase gaz pouvant normalement traverser lesdites sections dans le cas où aucune phase liquide ne traverse les sections de passage latéral supérieur 17a.
La forme du moyen de déflection 24 peut être quelconque tant que cette dernière crée avec l’enceinte d’échange 16 de la zone de mélange (B) un espace 26 se présentant sous la forme d’une cuvette permettant l’écoulement de la phase gaz vers les ouvertures supérieures des cheminées 13 et permettant d’empêcher l’obstruction partielle ou totale des sections de passage latéral supérieur 17a par la phase liquide comprise dans la zone de distribution (C). De préférence, l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides 24 est située au-dessus du dernier niveau des orifices latéraux 21 des cheminées 13 afin d’empêcher l’entrée de la phase liquide comprise dans la zone de distribution (C) dans l’espace 26 (cf. figures 3 et 4).
De préférence, l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides 24 est située au même niveau ou en-dessous de l’extrémité supérieure desdites cheminées 13, mais tout en étant située au-dessus du dernier niveau des orifices latéraux 21 desdites cheminées 13.
Selon un mode de réalisation particulier du dispositif selon l’invention, le moyen de déflection des fluides 24 comprend en outre au moins un orifice 20 permettant le passage de la phase liquide éventuellement comprise dans l’espace 26 en direction du plateau de distribution 12 (cf. figures 4 et 5). Ainsi, lorsqu’au moins une partie de la phase liquide comprise dans l’enceinte d’échange 16 se dirige vers la zone de distribution (C) en traversant les sections de passage latéral supérieur 17a, cette partie peut être évacuée de l’espace 26 via l’orifice 20. Le nombre, la forme et la taille des orifices 20 peuvent être très variables et sont choisis de manière à permettre l’établissement d’une interface aussi régulière que possible entre la phase gaz et la phase liquide.
Dans un mode de réalisation particulier selon l’invention, chaque section de passage latéral supérieur 17a de l’enceinte d’échange 16 comprend un moyen de déflection des fluides 24 qui lui est propre.
Selon l’invention, la section de l’enceinte de mélange 15 et celle de l’enceinte d’échange 16 peuvent être de section à quatre côtés, de préférence de section trapézoïdale et plus préférentiellement de section en parallélogramme, ou bien de section circulaire. Par section trapézoïdale, on entend toute section à quatre côtés dont deux côtés opposés de ladite section sont parallèles deux à deux. Par section en parallélogramme, on entend toute section à quatre côtés dont les côtés opposés de ladite section sont parallèles deux à deux, par exemple la section en parallélogramme peut être une section rectangulaire, une section carrée, ou une section en losange. Par section circulaire, on entend une section en forme de cercle ou en ovale. Quelle que soit la forme de la section de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16, la hauteur ou le diamètre desdites enceintes sera choisie de manière à limiter au maximum la perte de charge et de manière à limiter l'encombrement spatial dans le réacteur. Avantageusement, la section de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 est rectangulaire (cf. figures 2 à 5). La section rectangulaire des enceintes, outre une faisabilité mécanique facilitée, permet leur fabrication et leur assemblage partiel à l’extérieur du réacteur, tout en permettant par la suite leur insertion dans le réacteur de manière aisée.
La forme des parois de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 peut être quelconque. Les parois de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 peuvent notamment se propager dans une direction droite (forme en « I »), ou être courbée (forme en « C >>) ou encore présenter des angles (forme en « L »). La zone de mélange (B) peut être située à tout endroit au niveau de la zone de distribution (C). Par exemple, la zone de mélange (B) peut être positionnée au centre de la zone de distribution (C) ou peut être décalée de cette dernière position. Ainsi, la longueur de l’enceinte de mélange et d’échange est déterminé par l’homme du métier en fonction de leur position dans l’enceinte du réacteur 1. Avantageusement, les extrémités des enceintes de mélange 15 et d’échange 16 ne sont pas en contact avec la paroi de l’enceinte du réacteur 1, de manière à permettre la circulation des fluides sur le plateau de distribution 12 de part et d’autre des enceintes de mélange 15 et d’échange 16. Avantageusement, l’enceinte de mélange 15 et la ou les enceinte(s) d’échange 16 constituent une seule pièce.
La hauteur H2 totale cumulée de ladite enceinte de mélange 15 et de ladite enceinte d’échange 16 (cf. figure 2) est comprise entre 200 et 1500 mm, de préférence entre 200 et 800 mm, plus préférentiellement entre 300 et 750 mm, et encore plus préférentiellement entre 350 et 700 mm.
De préférence, la largeur « L >> (cf. figure 3a) de l’enceinte d’échange 16 est comprise entre entre 200 et 1100 mm, de préférence entre 200 et 800 mm, plus préférentiellement entre 250 et 700 mm, et encore plus préférentiellement entre 300 et 600 mm.
Le ratio des volumes (en %) entre la ou les enceinte(s) d’échange 16 et l’enceinte de mélange 15 est compris entre 5 et 60 %, de préférence entre 10 et 60%, et encore plus préférentiellement entre 15 et 40%.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, l’enceinte d’échange 16 est posée directement sur le plateau de distribution 12 (telle que représentée par exemple en figure 2). Dans un autre mode de réalisation (non représenté sur les figures), l’enceinte d’échange 16 est située à une distance « d » dudit plateau de distribution 12, de préférence comprise entre 20 et 150 mm, et plus préférentiellement comprise entre 30 et 80 mm. L’espace compris entre le plateau de distribution 12 et l’enceinte d’échange 16 permet la distribution des fluides sur toute la surface du plateau distributeur 12, et donc permet d’homogénéiser la distribution du mélange des fluides sur toute la section du réacteur au-dessus du lit de catalyseur 14 situé en aval du dispositif de mélange et de distribution, dans le sens de la circulation des fluides. Dans ce mode de réalisation, l’enceinte d’échange 16 peut comprendre en sa partie inférieure des sections de passage longitudinal afin que le mélange des fluides puisse s’écouler vers le plateau de distribution 12. Bien entendu, le nombre, la forme et la taille des sections de passage longitudinal sont choisis de manière en ce qu’une fraction minoritaire du flux de mélange de fluides traverse lesdites sections de passage longitudinal. Les sections de passage longitudinal peuvent prendre indifféremment la forme d’orifices et/ou de fentes.
De préférence, l’enceinte de mélange 15 peut comprendre au moins un moyen de déviation (non représenté sur les figures) sur au moins une des paroi(s) internes de ladite enceinte de mélange. La présence d’au moins un moyen de déviation du mélange de fluides traversant ladite enceinte de mélange 15 permet d’augmenter la surface d’échange entre les deux phases et donc l’efficacité des transferts de chaleur et de matière entre les phases liquides et/ou gazeuses traversant ladite enceinte de mélange 15. Ledit moyen de déviation peut se présenter sous plusieurs formes géométriques permettant d’améliorer l’efficacité de l’enceinte de mélange, étant entendu que lesdites formes permettent une déviation au moins en partie du trajet du mélange de fluides traversant ladite enceinte d’échange 15. Par exemple, le moyen de déviation peut se présenter sous la forme d’une chicane, de section triangulaire, carré, rectangulaire, ovoïdale ou toute autre forme de section. Le moyen de déviation peut également se présenter sous la forme d’une ou plusieurs ailette(s) ou bien d’une ou plusieurs pale(s) fixe(s) ou bien d’une grille.
En-dessous du plateau de distribution 12, un système de dispersion peut être positionné de manière à distribuer les fluides uniformément sur le lit de catalyseur 14 situé en aval dudit système. Le système de dispersion peut comprendre un ou plusieurs dispositifs de dispersion 19 (cf. figure 2) pouvant être associé à chaque cheminée 13, être en commun à plusieurs cheminées 13, ou encore être en commun à l’ensemble des cheminées 13 du plateau de distribution 12. Chaque dispositif de dispersion 19 a une géométrie sensiblement plane et horizontale, mais peut avoir un périmètre de forme quelconque. Par ailleurs, chaque dispositif de dispersion 19 peut être situé à différentes hauteurs. Avantageusement, ledit dispositif de dispersion se présente sous la forme de grilles, et/ou peut comprendre éventuellement des déflecteurs. Avantageusement, l’axe de la ou des grille(s) 19 est préférentiellement perpendiculaire à l’axe longitudinal de l'enceinte du réacteur afin d’améliorer la distribution du mélange des fluides sur toute la section radiale de l’enceinte du réacteur. La distance séparant le système de dispersion du lit de solides granulaires situé immédiatement au-dessous est choisie de manière à conserver l’état de mélange des phases gazeuse et liquide autant que possible tel qu’il est en sortie des cheminées 13.
De préférence, la distance entre le plateau de distribution 12 et lit de catalyseur 14 située en-dessous dudit plateau de distribution est comprise entre 50 et 400 mm, de préférence entre 100 et 300 mm. La distance entre le plateau de distribution 12 et ledit dispositif de dispersion 19 est comprise entre 0 et 400 mm, de préférence entre 0 et 300 mm. Dans un mode de réalisation particulier, le plateau de distribution 12 est posé sur le dispositif de dispersion 19.
Par rapport aux dispositifs décrits dans l’art antérieur, et encore plus particulièrement par rapport au dispositif divulgué dans la demande française n° 15/52.783, le dispositif de mélange et de distribution selon l’invention présente les avantages suivants : une bonne compacité du fait de l’intégration à la même hauteur de la zone de mélange et de la zone de distribution des fluides ; une bonne efficacité thermique et une bonne efficacité de mélange des fluides O grâce à l'écoulement du mélange des fluides dans une zone de mélange comprenant une enceinte de mélange, comportant éventuellement des moyens de déviation des fluides, et une ou plusieurs enceinte(s) d’échange située(s) au niveau du plateau de distribution, et O grâce à la présence de moyens de déflections des fluides au niveau de la section de passage latéral supérieur de l’enceinte d’échange, permettant à la fois de guider la phase gaz issue de l’enceinte d’échange vers l’extrémité supérieure des cheminées du plateau de distribution, et d’empêcher la phase liquide comprise dans la zone de distribution de venir obstruer les sections de passage latéral supérieur de l’enceinte d’échange.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant : au moins une zone de collecte (A) comprenant au moins un moyen de collecte (5); - au moins une conduite de collecte (7) sensiblement verticale apte à recevoir un fluide réactionnel collecté par ledit moyen de collecte (5) et au moins un moyen d’injection (8) débouchant dans ladite conduite de collecte (7) pour injecter un fluide de trempe ; - au moins une zone de mélange (B), située en aval de ladite conduite de collecte (7) dans le sens de circulation des fluides et en communication avec ladite conduite de collecte (7), ladite zone de mélange (B) comprenant au moins un enceinte de mélange (15) des fluides ; - au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) dans le sens de la circulation des fluides, comprenant un plateau de distribution (12) supportant une pluralité de cheminées (13) ouvertes à leur extrémité supérieure par une ouverture supérieure et présentant le long de leur paroi latérale une série d’orifices latéraux (21) ; ladite zone de mélange (B) est située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprend en outre au moins une enceinte d’échange (16) des fluides reliée et en communication avec ladite enceinte de mélange (15), ladite enceinte d’échange (16) comprenant au moins une section de passage latéral supérieur (17a) et au moins une section de passage latéral inférieur (17b) aptes au passage des fluides de ladite enceinte d’échange (16) à ladite zone de distribution (C), caractérisé en ce que ladite enceinte d’échange (16) comprend en outre un moyen de déflection des fluides (24) fixé sur ladite enceinte d’échange (16) et situé en aval d’au moins une section de passage latéral supérieur (17a) dans le sens de la circulation des fluides, ledit moyen de déflection des fluides (24) formant avec ladite enceinte d’échange (16) un espace (26) se présentant sous la forme d’une cuvette.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enceinte de mélange (15) est située au-dessus de ladite enceinte d’échange (16).
  3. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides (24) est située au-dessus du dernier niveau des orifices latéraux (21) desdites cheminées (13) par rapport au plateau de distribution (12).
  4. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides (24) est en outre située en-dessous de l’extrémité supérieure desdites cheminées (13).
  5. 5. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’extrémité supérieure dudit moyen de déflection des fluides (24) est située au même niveau que l’extrémité supérieure desdites cheminées (13).
  6. 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit moyen de déflection des fluides (24) comprend au moins un orifice (20) apte au passage d’une phase liquide en direction du plateau de distribution (12).
  7. 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque section de passage latéral supérieur (17a) de ladite boîte d’échange (16) est associée à un moyen de déflection des fluides (24).
  8. 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la hauteur totale cumulée H2 de ladite enceinte de mélange (15) et de ladite enceinte d’échange (16) est comprise entre 200 et 1500 mm.
  9. 9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la largeur L de ladite enceinte d’échange (16) est comprise entre 200 et 1100 mm.
  10. 10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le ratio volume entre ladite enceinte d’échange (16) et ladite enceinte de mélange (15) est comprise entre 5 et 60 %.
  11. 11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite enceinte de mélange (15) et ladite enceinte d’échange (16) forment une seule pièce.
  12. 12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite enceinte de mélange (15) comprend au moins un moyen de déviation sur au moins une ou des paroi(s) interne(s) de ladite enceinte de mélange (15).
  13. 13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite enceinte d’échange (16) comprend une pluralité de sections de passage horizontal apte au passage des fluides de ladite zone d’échange (16) au plateau de distribution (12).
  14. 14. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l’enceinte d’échange (16) est située à une distance « d » du plateau de distribution (12) comprise entre 20 et 150 mm.
  15. 15. Réacteur catalytique à écoulement descendant comportant une enceinte (1) renfermant au moins deux lits fixes de catalyseur (2,14) séparés par une zone intermédiaire comportant un dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’une quelconque des revendications 1 à 14.
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