FR3066410B1 - Dispositif de melange et de distribution avec zone de retournement - Google Patents

Dispositif de melange et de distribution avec zone de retournement 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), une zone de distribution (C), ladite zone de mélange (B) comprenant une enceinte de mélange (15) et une enceinte d'échange (16) des fluides située en-dessous et en communication avec ladite enceinte de mélange (15) via une zone de retournement (26) des fluides.

Description

DISPOSITIF DE MELANGE ET DE DISTRIBUTION AVEC ZONE DE RETOURNEMENT
Domaine technique
La présente invention s’applique dans le domaine des réactions exothermiques et plus particulièrement aux réactions d’hydrotraitement, d’hydrodésulfuration, d’hydrodéazotation, d’hydrocraquage, d’hydrogénation, d’hydrodéoxygénation, d’hydroisomérisation, d’hydrodéparaffinage ou encore d’hydrodéaromatisation réalisées dans un réacteur en lit fixe. L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans un réacteur à écoulement co-courant descendant et son utilisation pour la réalisation de réactions exothermiques.
Etat de la technique
Les réactions exothermiques réalisées par exemple en raffinage et/ou en pétrochimie nécessitent d'être refroidies par un fluide additionnel, appelé fluide de trempe, pour éviter un emballement thermique du réacteur catalytique dans lequel elles sont effectuées. Les réacteurs catalytiques utilisés pour ces réactions comprennent généralement au moins un lit de catalyseur solide. Le caractère exothermique des réactions nécessite de conserver un gradient axial de température homogène sur la section de réacteur, et un gradient radial de température proche de zéro au sein du réacteur afin d'éviter l'existence de points chauds dans le lit de catalyseur compris dans le réacteur. Des zones trop chaudes peuvent diminuer prématurément l'activité du catalyseur et/ou conduire à des réactions non sélectives et/ou conduire à des emballements thermiques. Il est donc important de disposer d'au moins une chambre de mélange dans un réacteur, située entre deux lits de catalyseur, qui permette une répartition homogène en température des fluides sur une section de réacteur et un refroidissement des fluides réactionnels à une température désirée.
Pour effectuer cette homogénéisation l’homme de l’art est souvent conduit à utiliser un agencement spécifique d’internes souvent complexes comportant une introduction du fluide de trempe la plus homogène possible dans la section du réacteur. Par exemple, le document FR 2 824 495 A1 décrit un dispositif de trempe permettant d’assurer un échange efficace entre le ou les fluide(s) de trempe et le ou les fluide(s) du procédé. Ce dispositif est intégré dans une enceinte et comprend une canne d'injection du fluide de trempe, un baffle de collecte des fluides, la boite de trempe proprement dite, opérant le mélange entre le fluide de trempe et le fluide réactionnel s’écoulant de manière descendante, et un système de distribution composé d'une cuvette perforée et d'un plateau de distribution. La boîte de trempe comporte un déflecteur assurant la mise en mouvement tourbillonnaire des fluides selon une direction sensiblement non radiale et non parallèle à l’axe de ladite enceinte et en aval du déflecteur, dans le sens de circulation du fluide réactionnel, au moins une section de passage de sortie du mélange de fluides formé dans la boîte. Ce dispositif permet de pallier certains inconvénients des différents systèmes de l’art antérieur mais reste encombrant.
Pour remédier au problème d’encombrement, un dispositif de mélange de fluides dans un réacteur à écoulement descendant a été développé, et est décrit dans le document FR 2 952 835 A1. Ce dispositif comprend un moyen de collecte horizontal pourvu d'une conduite de collecte verticale pour recevoir les fluides, un moyen d'injection placé dans la conduite de collecte, et une chambre de mélange annulaire de section circulaire située en aval du moyen de collecte dans le sens de circulation des fluides. La chambre de mélange comprend une extrémité d'entrée reliée à la conduite de collecte et une extrémité de sortie permettant le passage des fluides, ainsi qu’un plateau de pré-distribution horizontal comprenant au moins une cheminée. L’avantage de ce dispositif est qu’il est plus compact que celui décrit précédemment, et permet d’assurer un bon mélange des fluides et une bonne homogénéité en température.
Dans le but de réduire encore plus l’encombrement du dispositif de mélange et de distribution, une autre solution proposée dans le document FR 3 034 323 est de réaliser un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans lequel la zone de mélange et la zone de distribution des fluides sont situées au même niveau. Un tel dispositif est représenté aux figures 1a à 1c et sera décrit plus en détail ci-après. Plus particulièrement, la zone de mélange comprend une enceinte de mélange des fluides et une enceinte d’échange des fluides reliée et en communication avec l’enceinte de mélange. L’enceinte de mélange est de préférence située au-dessus de l’enceinte d’échange. Ainsi, la configuration de la zone de mélange permet le mélange des fluides dans l’enceinte de mélange et l’écoulement dudit mélange vers l’enceinte d’échange. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l’enceinte d’échange. Le passage des fluides de l’enceinte de mélange à l’enceinte d’échange est une zone sensible du dispositif, car elle donne lieu à un changement important de la direction des fluides, et peut générer une augmentation de la perte de charge. Bien que le dispositif divulgué dans le document FR 3 034 323 présente une bonne efficacité de mélange, ce dernier est perfectible en termes d’homogénéisation des lignes de fluide situées en périphérie de l’enceinte de mélange (i.e. les lignes de courant les plus proches des parois latérales de l’enceinte de mélange). Par ailleurs, un tel dispositif en fonctionnement peut engendrer une perte de charge importante en fonction de la vitesse des fluides circulant entre l’enceinte de mélange et l’enceinte d’échange.
Un but de l’invention est de proposer un dispositif de mélange et de distribution de fluides qui puisse éviter les inconvénients cités ci-avant, tout en restant peu encombrant et en permettant de réaliser une efficacité de mélange et de distribution des fluides au moins aussi bonne que l’art antérieur.
Objets de l’invention
Un premier objet selon l’invention concerne un dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant : - au moins une zone de collecte (A) comprenant au moins un moyen de collecte ; - au moins une conduite de collecte sensiblement verticale apte à recevoir un fluide réactionnel collecté par ledit moyen de collecte et au moins un moyen d’injection débouchant dans ladite conduite de collecte pour injecter un fluide de trempe ; - au moins une zone de mélange (B), située en aval de ladite conduite de collecte dans le sens de circulation des fluides et en communication avec ladite conduite de collecte, ladite zone de mélange (B) comprenant au moins une enceinte de mélange des fluides ; - au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) dans le sens de la circulation des fluides, comprenant un plateau de distribution supportant une pluralité de cheminées ; - ladite zone de mélange (B) étant située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprenant en outre au moins une enceinte d’échange des fluides située en-dessous et en communication avec ladite enceinte de mélange via une zone de retournement des fluides, ladite enceinte de mélange comprenant un fond, ledit fond comprenant une bordure d’extrémité en communication avec ladite zone de retournement (26) des fluides, et ladite enceinte d’échange comprenant au moins une section de passage latéral supérieur et au moins une section de passage latéral inférieur aptes au passage des fluides de ladite enceinte d’échange à ladite zone de distribution (C), caractérisé en ce que la bordure d’extrémité du fond de l’enceinte de mélange est biseautée et forme un angle (a) par rapport à l’axe longitudinal XX’ de l’enceinte de mélange compris entre 20° et 70°.
De préférence, l’angle (a) est compris entre 30 et 60°.
Avantageusement, la hauteur totale cumulée H2 de ladite enceinte de mélange et de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 800 mm.
Avantageusement, la largeur L de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 800 mm.
De préférence, la section de ladite enceinte de mélange et/ou de ladite enceinte d’échange est en parallélogramme.
Avantageusement, le ratio en volume entre ladite enceinte d’échange et ladite enceinte de mélange (15) est compris entre 5 et 60 %.
De préférence, les sections de passage latéral sont réparties sur au moins deux niveaux.
De préférence, ladite enceinte de mélange et ladite enceinte d’échange forment une seule pièce.
De préférence, le dispositif selon l’invention comprend un système dispersif des fluides disposé en-dessous dudit plateau de distribution, ledit système dispersif comprenant au moins un moyen de dispersion des fluides.
Avantageusement, ledit moyen de dispersion est une grille, l’axe de ladite grille étant perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’enceinte du réacteur.
De préférence, l'enceinte de mélange comprend au moins un moyen de déviation sur au moins une ou des paroi(s) interne(s) de ladite enceinte de mélange.
De préférence, l'enceinte d’échange comprend une pluralité de sections de passage horizontal apte au passage des fluides de ladite zone d’échange au plateau de distribution.
De préférence, l’enceinte d’échange est située à une distance « d » comprise entre 20 et 150 mm dudit plateau de distribution.
Un autre objet selon l’invention est un réacteur catalytique à écoulement descendant comportant une enceinte renfermant au moins deux lits fixes de catalyseur séparés par une zone intermédiaire comportant un dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’invention.
Description des figures
La figure 1a représente une coupe axiale d'un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant au moins deux lits de catalyseur solide, et comprenant un dispositif compact de mélange et de distribution de fluides tel que décrit dans le document FR 3 034 323.
La figure 1b représente respectivement une vue détaillée de la zone de mélange (B) du dispositif selon la figure 1a (les traits pointillés représentent les parties non visibles de la zone de mélange, i.e. se trouvant à l’intérieur de ladite zone).
La figure 1c est une vue en perspective de la zone de mélange (B) du dispositif selon la figure 1a.
La figure 2a est une vue en perspective de la zone de mélange (B) du dispositif selon l’invention.
La figure 2b représente une vue en coupe selon l’axe (XXj de la zone de mélange (B) du dispositif selon l’invention tel que présenté en figure 2a.
Description détaillée de l’invention Définitions
Au sens de l’invention, on entend par enceinte de mélange, l’espace dans lequel on réalise le mélange entre un fluide réactionnel et un fluide de trempe.
On entend par enceinte d’échange, l’espace dans lequel un fluide réactionnel et un fluide de trempe mélangés sont en contact direct avec une zone de distribution des fluides via des sections de passage latéral supérieur et inférieur.
Description détaillée
Le dispositif compact de mélange et de distribution selon l'invention est utilisé dans un réacteur dans lequel s'effectuent des réactions exothermiques telles que des réactions d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d’hydrocraquage, d'hydrogénation, d’hydrodéoxygénation, d’hydroisomérisation, d’hydrodéparaffinage ou encore d'hydrodéaromatisation. Généralement, le réacteur a une forme allongée le long d'un axe sensiblement vertical. On fait circuler du haut vers le bas dudit réacteur au moins un fluide réactionnel (appelé aussi «process fluid» selon la terminologie anglo-saxonne) à travers au moins un lit fixe de catalyseur. Avantageusement, en sortie de chaque lit à l’exception du dernier, le fluide réactionnel est recueilli puis est mélangé à un fluide de trempe (appelé aussi «quench fluid» selon la terminologie anglo-saxonne) dans ledit dispositif avant d'être distribué au lit de catalyseur situé en aval d’un plateau de distribution. L'aval et l'amont sont définis par rapport au sens de l'écoulement du fluide réactionnel. Le fluide réactionnel peut être un gaz ou un liquide ou un mélange contenant du liquide et du gaz ; cela dépend du type de réaction effectuée dans le réacteur.
En se reportant aux figures 1a à 1c, le dispositif de mélange et de distribution selon l’art antérieur peut être disposé dans un réacteur 1 de forme allongée le long d’un axe sensiblement vertical dans lequel on fait circuler du haut vers le bas au moins un fluide réactionnel à travers au moins un lit de catalyseur 2. Le dispositif est disposé sous le lit de catalyseur 2, par rapport au sens d'écoulement du fluide réactionnel dans l'enceinte 1. Une grille de support 3 permet de supporter le lit de catalyseur 2 de manière à dégager une zone de collecte (A) disposée sous le lit de catalyseur 2. La zone de collecte (A) est nécessaire pour permettre le drainage du fluide réactionnel jusqu'à une conduite de collecte 7 (cf. figures 1b et 1c). Le fluide réactionnel qui s'écoule est par exemple composé d'une phase gaz et d'une phase liquide. Le fluide réactionnel traversant le lit de catalyseur 2 est collecté par un moyen de collecte 5 (appelé aussi ici baffle de collecte) sensiblement horizontal conduisant à une conduite de collecte 7 sensiblement verticale, disposée soit en-dessous de la zone de collecte (A) au niveau d’une zone appelée zone de mélange (B) (telle que représentée sur les figures 1b et 1c), soit au niveau de la zone de collecte (A) (non représentée sur les figures). Par sensiblement vertical(e) et par sensiblement horizontal(e), on entend au sens de la présente invention une variation d'un plan avec la verticale, respectivement l'horizon, d'un angle β compris entre ± 5 degrés. Le moyen de collecte 5 (cf. figure 1a) est constitué d'une plaque pleine disposée dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'enceinte sous la grille de support 3 du lit de catalyseur 2. La plaque du moyen de collecte 5 s'étend radialement sur toute la surface du réacteur 1. Elle comporte à une de ses extrémités une ouverture 6 (cf. figures 1b et 1c) à laquelle est reliée ladite conduite de collecte 7. Le moyen de collecte 5 permet de recueillir l'écoulement du fluide réactionnel provenant du lit catalytique 2 en amont et de le diriger vers ladite conduite de collecte 7. Le moyen de collecte 5 est distant de la grille de support 3 du lit de catalyseur 2 d'une hauteur H1 (figure la) . La hauteur H1 est choisie de manière à limiter la perte de charge lors de la collecte du fluide s'écoulant du lit de catalyseur 2 et à limiter la hauteur de garde, i.e. la hauteur formée par le liquide accumulé dans le moyen de collecte 5. La hauteur de garde ne modifie pas le drainage du fluide réactionnel vers la conduite de collecte 7, ni son écoulement dans cette conduite, ni son écoulement à travers le lit catalytique supérieur 2. Lorsque la conduite de collecte 7 et le moyen d’injection 8 (figure 1c) sont situés au niveau de la zone de mélange (B), la hauteur H1 est comprise entre 10 et 500 mm, de préférence entre 10 et 200 mm, plus préférentiellement entre 30 et 150 mm, de manière encore plus préférée entre 40 et 100 mm. Ainsi, le fluide réactionnel issu du lit 2 est contraint dans la zone de collecte (A) à passer par la conduite de collecte 7. Lorsque la conduite de collecte 7 et le moyen d’injection 8 sont situés au niveau de la zone de collecte (A), la hauteur H1 est comprise entre 10 et 400 mm, de préférence entre 30 et 300 mm, et encore plus préférentiellement entre 50 et 250 mm. En-dessous de la zone de collecte (A) se trouve une zone de mélange (B) et une zone de distribution (C). En se reportant aux figures 1b et 1c, la zone de mélange (B) comprend une conduite de collecte 7 sensiblement verticale apte à recevoir le fluide réactionnel collecté par le moyen de collecte 5 et le fluide de trempe provenant du moyen d'injection 8 (cf. figure 1c) débouchant dans ladite conduite de collecte 7.
La zone de mélange (B) comprend en outre une enceinte de mélange 15 (cf. figures 1a et lb) située en aval du moyen de collecte 5 dans le sens de circulation des fluides. L’enceinte de mélange comprend un fond 23 et deux parois latérales 24 s’étendant à partir du fond 23. La conduite de collecte 7, qui est en communication avec l'enceinte de mélange 15, peut être située au-dessus de l’enceinte de mélange 15 ou au même niveau que ladite enceinte. De préférence, la conduite de collecte 7 est située au même niveau que l’enceinte de mélange 15 (cf. notamment figure 1b). De même, la conduite d’injection 8 peut déboucher au-dessus de l’enceinte de mélange 15, au même niveau que ladite enceinte, ou directement à l’intérieur de ladite enceinte de mélange 15 par l’intermédiaire d’un dispositif connu de l’homme de métier, par exemple un tube perforé traversant l'enceinte de mélange 15. L’injection du fluide de trempe peut être réalisée à co-courant, en courant croisé, voire en contre-courant par rapport au fluide réactionnel provenant de la zone de collecte (A).
La zone de distribution (C) quant à elle comprend un plateau de distribution 12 supportant une pluralité de cheminées 13. La zone de distribution (C), s’étendant sur une hauteur H3 (cf. figure 1a), comprend un plateau de distribution 12 (appelée aussi ici plateau distributeur ou plaque de distribution) et une pluralité de cheminées 13. Plus précisément, les cheminées 13 sont ouvertes à leur extrémité supérieure par une ouverture supérieure et présentent le long de leur paroi latérale une série d’orifices latéraux destinés au passage séparé de la phase liquide (par les orifices) et la phase gaz (par l’ouverture supérieure) à l’intérieur des cheminées 13, de manière à réaliser leur mélange intime à l’intérieur desdites cheminées 13. La forme des orifices latéraux peut être très variable, généralement circulaire ou rectangulaire, ces orifices étant préférentiellement répartis sur chacune des cheminées selon plusieurs niveaux sensiblement identiques d’une cheminée à l’autre, généralement au moins un niveau, et de préférence de 1 à 10 niveaux, de manière à permettre l’établissement d’une interface aussi régulière que possible entre la phase gaz et la phase liquide.
Une caractéristique du dispositif selon l’art antérieur réside dans la mise en place de la zone de mélange (B) au même niveau que la zone de distribution (C), et en ce que ladite zone de mélange (B) est constituée d’une enceinte de mélange 15 des fluides reliée et en communication avec une enceinte d’échange 16 des fluides (cf. figures 1a et 1b), l’enceinte d’échange 16 étant située en aval de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. Plus particulièrement, l’enceinte d’échange 16 est située au-dessous de l’enceinte de mélange 15.
Les fluides passent de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 au moyen d’une une ouverture 18 située à l’extrémité de sortie des fluides de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides (comme indiqué par les flèches sur la figure 1b). On entend par enceinte de mélange 15, l’espace dans lequel on réalise le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe. On entend par enceinte d’échange 16, l’espace dans lequel le fluide réactionnel et le fluide de trempe mélangés sont en contact direct avec la zone de distribution (C) via les sections de passage latéral supérieur 17a et inférieur 17b.
La configuration de la zone de mélange (B) permet le mélange des fluides dans l’enceinte de mélange 15 et l’écoulement dudit mélange vers l’enceinte d’échange 16. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l’enceinte d’échange 16. En se reportant aux figures 1b et 1c, l’enceinte d’échange 16, comprend au moins une section de passage latéral supérieur 17a et au moins une section de passage latéral inférieur 17b apte au passage des fluides de la zone de mélange (B) à la zone de distribution (C). De préférence, l’enceinte de mélange 16 comprend au moins deux sections de passage latéral supérieur 17a et inférieur 17b. Ainsi, seule l’enceinte d’échange 16 est en contact direct avec la zone de distribution (C). Les sections de passage latéral supérieur 17a permettent notamment le passage du gaz de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C) et les sections de passage latéral inférieur 17b permettent notamment le passage du liquide de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C).
Cependant, un tel dispositif peut présenter certains inconvénients notamment en terme de perte de charge lors du passage des fluides entre l’enceinte de mélange 15 et l’enceinte d’échange 16 dans la zone de mélange (B). En effet, le passage des fluides de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 est une zone sensible du dispositif, car elle donne lieu à un changement important de la direction des fluides, et peut générer une augmentation de la perte de charge. Plus particulièrement, le dispositif selon l’art antérieur ne permet pas de réaliser de manière optimale un mélange des fluides dont les lignes de courant sont situées aux extrémités latérales de l’enceinte de mélange (i.e. les lignes de courant les plus proches des parois latérales de l’enceinte de mélange).
La Demanderesse a mis au point un perfectionnement du dispositif de mélange et de distribution des fluides selon l’art antérieur permettant de pallier les inconvénients cités ci-avant, sans pour autant modifier l’encombrement dudit dispositif, en proposant un dispositif comprenant une zone de mélange dans laquelle l’extrémité de sortie de l’enceinte d’échange adopte une forme spécifique permettant une diminution significative de la perte de charge au niveau dudit dispositif, sans pour autant perdre en terme d’efficacité de mélange des fluides.
En se reportant aux figures 2a et 2b, le dispositif de mélange et de distribution des fluides selon l’invention comprend une zone de mélange (B) comportant une conduite de collecte 7 sensiblement verticale apte à recevoir le fluide réactionnel collecté par le moyen de collecte 5 et le fluide de trempe provenant du moyen d'injection 8 débouchant dans ladite conduite de collecte 7. La zone de mélange (B) comprend une enceinte de mélange 15 située en aval du moyen de collecte 5 dans le sens de circulation des fluides. La section de l’enceinte de mélange 15 est rectangulaire. Plus particulièrement, l’enceinte de mélange (B) comprend un fond 23 et deux parois latérales 24 s’étendant à partir du fond 23. La conduite de collecte 7, qui est en communication avec l'enceinte de mélange 15, peut être située au-dessus de l’enceinte de mélange 15 ou au même niveau que ladite enceinte. De préférence, la conduite de collecte 7 est située au même niveau que l’enceinte de mélange 15. De même, la conduite d’injection 8 peut déboucher au-dessus de l’enceinte de mélange 15, au même niveau que ladite enceinte, ou directement à l’intérieur de ladite enceinte de mélange 15 par l’intermédiaire d’un dispositif connu de l’homme de métier, par exemple un tube perforé traversant la zone de mélange 15. L’injection du fluide de trempe peut être réalisée à cocourant, en courant croisé, voire en contre-courant par rapport au fluide réactionnel provenant de la zone de collecte (A). La zone de mélange (B) comprend également une enceinte d’échange 16 des fluides, l’enceinte d’échange 16 étant située en aval de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. La section de l’enceinte d’échange 16 est rectangulaire. Selon l’invention, l’enceinte d’échange 16 est située au-dessous de l’enceinte de mélange 15. L’enceinte d’échange 16 comprend un fond 25 et des parois latérales s’étendant depuis le fond 25. Les fluides passent de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 via une ouverture 18 située à l’extrémité de sortie de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. La configuration de la zone de mélange (B) permet le mélange des fluides dans l’enceinte de mélange 15 et l’écoulement dudit mélange vers l’enceinte d’échange 16. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l’enceinte d’échange 16. Par ailleurs, l’enceinte d’échange 16, comprend au moins une section de passage latéral supérieur 17a et au moins une section de passage latéral inférieur 17b apte au passage des fluides de la zone de mélange (B) à la zone de distribution (C). De préférence, l’enceinte de mélange 16 comprend au moins deux sections de passage latéral supérieur 17a et inférieur 17b. Ainsi, seule l’enceinte d’échange 16 est en contact direct avec la zone de distribution (C). Les sections de passage latéral supérieur 17a permettent notamment le passage du gaz de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C) et les sections de passage latéral inférieur 17b permettent notamment le passage du liquide de l’enceinte d’échange 16 à la zone de distribution (C).
Selon un aspect essentiel du dispositif selon l’invention, le fond 23 de l’enceinte de mélange 15 comprend une bordure d’extrémité 27, en communication avec l’enceinte d’échange 16 située en-dessous et en communication avec ladite enceinte de mélange 15, de forme biseautée et forme un angle (a) par rapport à l’axe longitudinal XX’ de l’enceinte de mélange 15 compris entre 20° et 70°, de préférence entre 30‘èt 60°, et encore plus préférentiellement entre 30° et 45°. Une telle forme de la bordure d’atrémité de l’enceinte de mélange 15 permet de créer une zone de retournement 26 dans laquelle les fluides passant de l’enceinte de mélange 15 à l’enceinte d’échange 16 s’écoulent dans un mouvement tourbillonnaire, ce qui a pour effet d’améliorer l’efficacité de mélange des fluides, notamment en permettant un mélange entre elles des lignes de courant des fluide situées de part et d’autres des parois latérales de l’enceinte de mélange 15. De plus, une telle configuration de l’enceinte de mélange 15 a pour effet inattendu de diminuer la vitesse des fluides entre l’enceinte de mélange et l’enceinte d’échange, i.e. au niveau de la zone de retournement 26. En diminuant les vitesses de fluides au niveau de la zone de retournement 26, la perte de charge est minimisée.
Avantageusement, les extrémités des enceintes de mélange 15 et d’échange 16 ne sont pas en contact avec la paroi de l’enceinte du réacteur 1, de manière à permettre la circulation des fluides sur le plateau de distribution 12 de part et d’autre des enceintes de mélange 15 et d’échange 16. Avantageusement, l’enceinte de mélange 15 et la ou les enceinte(s) d’échange 16 constituent une seule pièce.
La hauteur H2 totale cumulée de ladite enceinte de mélange 15 et de ladite enceinte d’échange 16 (cf. figure 2) est comprise entre 200 et 1500 mm, de préférence entre 200 et 800 mm, plus préférentiellement entre 300 et 750 mm, et encore plus préférentiellement entre 350 et 700 mm.
De préférence, la largeur « L » (cf. figure 3a) de l’enceinte d’échange 16 est comprise entre 200 et 1100 mm, de préférence entre 200 et 800 mm, plus préférentiellement entre 250 et 700 mm, et encore plus préférentiellement entre 300 et 600 mm.
Le ratio des volumes (en %) entre la ou les enceinte(s) d’échange 16 et l’enceinte de mélange 15 est compris entre 5 et 60 %, de préférence entre 10 et 60%, et encore plus préférentiellement entre 15 et 40%.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, l’enceinte d’échange 16 est posée directement sur le plateau de distribution 12 (telle que représentée par exemple en figure 2). Dans un autre mode de réalisation (non représenté sur les figures), l’enceinte d’échange 16 est située à une distance « d » dudit plateau de distribution 12, de préférence comprise entre 20 et 150 mm, et plus préférentiellement comprise entre 30 et 80 mm. L’espace compris entre le plateau de distribution 12 et l’enceinte d’échange 16 permet la distribution des fluides sur toute la surface du plateau distributeur 12, et donc permet d’homogénéiser la distribution du mélange des fluides sur toute la section du réacteur au-dessus du lit de catalyseur 14 situé en aval du dispositif de mélange et de distribution, dans le sens de la circulation des fluides. Dans ce mode de réalisation, l’enceinte d’échange 16 peut comprendre en sa partie inférieure des sections de passage longitudinal afin que le mélange des fluides puisse s’écouler vers le plateau de distribution 12. Bien entendu, le nombre, la forme et la taille des sections de passage longitudinal sont choisis de manière en ce qu’une fraction minoritaire du flux de mélange de fluides traverse lesdites sections de passage longitudinal. Les sections de passage longitudinal peuvent prendre indifféremment la forme d’orifices et/ou de fentes.
En-dessous du plateau de distribution 12, un système de dispersion peut être positionné de manière à distribuer les fluides uniformément sur le lit de catalyseur 14 situé en aval dudit système. Le système de dispersion 19 (cf. figure 1) peut comprendre un ou plusieurs dispositifs de dispersion pouvant être associé à chaque cheminée 13, être en commun à plusieurs cheminées 13, ou encore être en commun à l’ensemble des cheminées 13 du plateau de distribution 12. Chaque dispositif de dispersion 19 a une géométrie sensiblement plane et horizontale, mais peut avoir un périmètre de forme quelconque. Par ailleurs, chaque dispositif de dispersion 19 peut être situé à différentes hauteurs. Avantageusement, ledit dispositif de dispersion se présente sous la forme de grilles, et/ou peut comprendre éventuellement des déflecteurs. Avantageusement, l’axe de la ou des grille(s) 19 est préférentiellement perpendiculaire à l’axe longitudinal de l'enceinte du réacteur afin d’améliorer la distribution du mélange des fluides sur toute la section radiale de l’enceinte du réacteur. La distance séparant le système de dispersion du lit de solides granulaires situé immédiatement au-dessous est choisie de manière à conserver l’état de mélange des phases gazeuse et liquide autant que possible tel qu’il est en sortie des cheminées 13.
De préférence, la distance entre le plateau de distribution 12 et lit de catalyseur 14 située en-dessous dudit plateau de distribution est comprise entre 50 et 400 mm, de préférence entre 100 et 300 mm. La distance entre le plateau de distribution 12 et ledit dispositif de dispersion 19 est comprise entre 0 et 400 mm, de préférence entre 0 et 300 mm. Dans un mode de réalisation particulier, le plateau de distribution 12 est posé sur le dispositif de dispersion 19.
Par rapport aux dispositifs décrits dans l’art antérieur, et encore plus particulièrement par rapport au dispositif divulgué dans le document FR 3 034 323, le dispositif de mélange et de distribution selon l’invention présente les avantages suivants : une bonne compacité du fait de l’intégration à la même hauteur de la zone de mélange et de la zone de distribution des fluides ; une bonne efficacité thermique et une bonne efficacité de mélange des fluides ; une diminution significative de la perte de charge grâce à la forme tronquée de l’extrémité de sortie 27 du fond 23 de l’enceinte de mélange 15.
Exemple
Dans les exemples suivants, on compare le dispositif non conforme à l’invention (Dispositif A) avec un dispositif selon l’invention (Dispositif B). Pour les deux dispositifs, on considère que la hauteur H1 de l’espace de collecte (A) est identique et est égale à 120 mm. De même, la conduite de collecte 7 et le moyen d’injection 8 sont situés au même niveau que la zone de mélange (B). De la même manière, la hauteur entre le plateau de distribution 12 et le haut du lit catalytique 14 est fixée à 400 mm. Les comparaisons entre ces deux dispositifs se basent sur la perte de charge et l’efficacité de mélange en faisant circuler une charge gazeuse avec une vitesse d’entrée dans le dispositif de 12 cm/s. Les résultats sont présentés dans le tableau 1 ci-après. L’efficacité de mélange est définie ici comme le ratio entre l’écart maximal de températures en sortie de dispositif et l’écart maximal de températures en entrée de dispositif. Elle représente donc un facteur de réduction des gradients thermiques entre entrée et sortie de dispositif. Une efficacité de 98% signifie que les écarts maximaux de température en sortie de dispositifs sont égaux à 2% des écarts maximaux en entrée.
Tableau 1 : Evaluation des performances des dispositifs selon l’art antérieur et selon l’invention

Claims (14)

  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 une enceinte de mélange (15) des fluides ; - au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) dans le sens de la circulation des fluides, comprenant un plateau de distribution (12) supportant une pluralité de cheminées (13) ; - ladite zone de mélange (B) étant située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprenant en outre au moins une enceinte d’échange (16) des fluides située en-dessous et en communication avec ladite enceinte de mélange (15) via une zone de retournement (26) des fluides, ladite enceinte de mélange (15) comprenant un fond (23), ledit fond (23) comprenant une bordure d’extrémité (27) en communication avec ladite zone de retournement (26) des fluides, et 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 la bordure d’extrémité (27) du fond (23) de l’enceinte de mélange (15) est biseautée et forme un angle (a) par rapport à l’axe longitudinal XX’ de l’enceinte de mélange (15) compris entre 20° et 70°.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’angle (a) est compris entre 30 et 60°.
  3. 3. Dispositif selon les revendications 1 ou 2, 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 800 mm.
  4. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la largeur L de ladite enceinte d’échange (16) est comprise entre 200 et 800 mm.
  5. 5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section de ladite enceinte de mélange (15) et/ou de ladite enceinte d’échange (16) est en parallélogramme.
  6. 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ratio volume entre ladite enceinte d’échange (16) et ladite enceinte de mélange (15) est compris entre 5 et 60 %.
  7. 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les sections de passage latéral (17a,17b) sont réparties sur au moins deux niveaux.
  8. 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite enceinte de mélange (15) et ladite enceinte d’échange (16) forment une seule pièce.
  9. 9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comprend un système dispersif des fluides disposé en-dessous dudit plateau de distribution (12), ledit système dispersif comprenant un moins un moyen de dispersion (19) des fluides.
  10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit moyen de dispersion (19) est une grille, l’axe de ladite grille étant perpendiculaire à l’axe longitudinal de l’enceinte du réacteur.
  11. 11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, 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).
  12. 12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite enceinte d’échange (16) comprend une pluralité de sections de passage horizontal apte au passage des fluides de ladite zone d’échange (16) au plateau de distribution (12).
  13. 13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce l’enceinte d’échange (16) est située à une distance « d » comprise entre 20 et 150 mm du plateau de distribution (12).
  14. 14. Réacteur catalytique à écoulement descendant comportant une enceinte (1) renfermant au moins deux lits fixes de catalyseur (2,14) séparés par une zone intermédiaire comportant un dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’une quelconque des revendications 1 à 13.
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