FR3083993A1 - Dispositif de melange et de distribution avec buse d'injection perfectionnee - Google Patents
Dispositif de melange et de distribution avec buse d'injection perfectionnee Download PDFInfo
- Publication number
- FR3083993A1 FR3083993A1 FR1856698A FR1856698A FR3083993A1 FR 3083993 A1 FR3083993 A1 FR 3083993A1 FR 1856698 A FR1856698 A FR 1856698A FR 1856698 A FR1856698 A FR 1856698A FR 3083993 A1 FR3083993 A1 FR 3083993A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- mixing
- enclosure
- distribution
- zone
- fluids
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- B01J8/0446—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 the flow within the beds being predominantly vertical
- B01J8/0449—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 the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds
- B01J8/0453—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 the flow within the beds being predominantly vertical in two or more cylindrical beds the beds being superimposed one above the other
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
Abstract
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), au moins une zone de mélange (B) comprenant une enceinte de mélange (15) et une enceinte d'échange (16), au moins une zone de distribution (C), ladite zone de mélange (B) comprenant une conduite d'injection (8) débouchant sur un moyen de distribution (40) se présentant sous la forme d'au moins un canal de distribution située à l'intérieur de ladite enceinte de mélange (15) comprenant une pluralité d'ouvertures (41) pour le passage du fluide de trempe dans l'enceinte de mélange (15), ledit moyen de distribution (40) s'étendant au moins en partie dans l'enceinte de mélange (15) sur une longueur L1.
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 axial de température homogène sur la section de réacteur, et un gradient radial de température proche de zéro au sein du réacteur afin d'éviter l'existence de points chauds dans le lit de catalyseur compris dans le réacteur. Des zones trop chaudes peuvent diminuer prématurément l'activité du catalyseur et/ou conduire à des réactions non sélectives et/ou conduire à des emballements thermiques. Il est donc important de disposer d'au moins une chambre de mélange dans un réacteur, située entre deux lits de catalyseur, qui permette une répartition homogène en température des fluides sur une section de réacteur et un refroidissement des fluides réactionnels à une température désirée.
Pour effectuer cette homogénéisation l’homme de l’art est souvent conduit à utiliser un agencement spécifique d’internes souvent complexes comportant une introduction du fluide de trempe (ou fluide de quench dans la terminologie anglo-saxonne) la plus homogène possible dans la section du réacteur. Par exemple, le document FR 2 824 495 A1 décrit un dispositif de trempe permettant d’assurer un échange efficace entre le ou les fluide(s) de trempe et le ou les fluide(s) du procédé. Ce dispositif est intégré dans une enceinte et comprend une canne d'injection du fluide de trempe, un baffle de collecte des fluides, la boîte de trempe proprement dite, opérant le mélange entre le fluide de trempe et l'écoulement descendant, et un système de distribution composé d'une cuvette perforée et d'un plateau de distribution. La boîte de trempe comporte un déflecteur assurant la mise en mouvement tourbillonnaire des fluides selon une direction sensiblement non radiale et non parallèle à l’axe de ladite enceinte et en aval du déflecteur, dans le sens de circulation du fluide réactionnel, au moins une section de passage de sortie du mélange de fluides formé dans la boîte. Ce dispositif permet de pallier certains inconvénients des différents systèmes de l’art antérieur mais reste encombrant.
Pour remédier au problème d’encombrement, un dispositif de mélange de fluides dans un réacteur à écoulement descendant a été développé, et est décrit dans le document FR 2 952 835 A1. Ce dispositif comprend un moyen de collecte horizontal pourvu d'une conduite de collecte verticale pour recevoir les fluides, un moyen d'injection placé dans la conduite de collecte, et une chambre de mélange annulaire de section circulaire située en aval du moyen de collecte dans le sens de circulation des fluides. La chambre de mélange comprend une extrémité d'entrée reliée à la conduite de collecte et une extrémité de sortie permettant le passage des fluides, ainsi qu’un plateau de pré-distribution horizontal comprenant au moins une cheminée. L’avantage de ce dispositif est qu’il est plus compact que celui décrit précédemment, et permet d’assurer un bon mélange des fluides et une bonne homogénéité en température.
Dans le but de réduire encore plus l’encombrement du dispositif de mélange et de distribution, une autre solution proposée dans le document FR 3 034 323 est de réaliser un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans lequel la zone de mélange et la zone de distribution des fluides sont situées au même niveau. Un tel dispositif est représenté aux figures 1, 2a et 2b et sera décrit plus en détail ci-après. Plus particulièrement, la zone de mélange comprend une enceinte de mélange de fluides et une enceinte d’échange de 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 de fluides dans l’enceinte de mélange et l’écoulement dudit mélange vers l’enceinte d’échange. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l’enceinte d’échange. Cependant, bien que le dispositif divulgué dans le document FR 3 034 323 présente une bonne efficacité de mélange, l’homogénéisation de la température des fluides en sortie du dispositif de mélange et de distribution peut être améliorée.
Un but de l’invention est de proposer un dispositif de mélange et de distribution de fluides ayant une bonne homogénéité en température des fluides tout en présentant une efficacité de mélange de fluides satisfaisante par rapport aux dispositifs selon l’art antérieur.
Objets de l’invention
Un objet selon l’invention concerne un dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant :
- au moins une zone de collecte 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 ;
- au moins une conduite d’injection pour injecter un fluide de trempe ;
- au moins une zone de mélange, située en aval du moyen de collecte dans le sens de circulation des fluides, ladite zone de mélange comprenant au moins une enceinte de mélange, de longueur L2, reliée à ladite conduite de collecte ;
- au moins une zone de distribution située en aval de ladite zone de mélange dans le sens de la circulation des fluides, comprenant un plateau de distribution supportant une pluralité de cheminées ; caractérisé en ce que ladite conduite d’injection débouche sur un moyen de distribution du fluide de trempe située à l’intérieur de ladite enceinte de mélange se présentant sous la forme d’au moins un canal de distribution comprenant une pluralité d’ouvertures pour le passage du fluide de trempe dans l’enceinte de mélange, ledit moyen de distribution s’étendant au moins en partie dans l’enceinte de mélange sur une longueur L1, étant entendu que L1 <L2.
Avantageusement, le ratio entre la longueur L1 du moyen de distribution se situant dans l’enceinte de mélange et la longueur L2 de l’enceinte de mélange est compris entre 1 et 90%.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, la zone de mélange comprend en outre au moins une enceinte d’échange des fluides, de longueur L3, reliée et en communication avec ladite enceinte de mélange, ladite enceinte d’échange comprenant au moins une section de passage apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange à ladite zone de distribution.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, ledit moyen de distribution du fluide de trempe se présente sous la forme d’un canal rectiligne s’étendant le long de l’axe longitudinal de l’enceinte de mélange.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, ledit moyen de distribution du fluide de trempe se présente sous la forme d’un canal tronconique s’évasant vers l’extrémité dudit canal dans le sens de la circulation des fluides.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, ledit moyen de distribution du fluide de trempe se présente sous la forme d’un canal hélicoïdal.
Avantageusement, ledit moyen de distribution comprend une pluralité d’ouvertures réparties uniformément sur toute la surface dudit moyen de distribution.
Avantageusement, la longueur L3 de ladite enceinte d’échange est strictement supérieure à la longueur L2 de ladite enceinte de mélange de manière à créer un plafond au niveau de ladite enceinte d’échange, ledit plafond comprenant au moins une ouverture apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange vers une zone de distribution.
Avantageusement, l’enceinte d’échange comprend une pluralité de sections de passage latéral sur ses parois latérales apte au passage des fluides de la zone de mélange à la zone de distribution.
Avantageusement, la zone de mélange et la zone de distribution sont situées au même niveau.
Avantageusement, la largeur de ladite enceinte d’échange est comprise entre 200 et 800 mm.
Avantageusement, ladite enceinte de mélange et ladite enceinte d’échange forment une seule pièce.
Un autre objet selon l’invention concerne un réacteur catalytique à écoulement descendant comportant une enceinte renfermant au moins deux lits fixes de catalyseur séparés par une zone intermédiaire comportant un dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’invention.
Description des figures
La figure 1 représente une coupe axiale d'un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant au moins deux lits de catalyseur solide, et comprenant un dispositif compact de mélange et de distribution de fluides d’un mode de réalisation selon l’invention. La flèche en gras représente le sens d'écoulement des fluides dans le réacteur.
La figure 2a représente une vue détaillée de la zone de mélange (B) d’un mode de réalisation du dispositif selon l’invention (les traits hachurés représentent les parties non visibles de la zone de mélange (B), i.e. se trouvant à l’intérieur de ladite zone). Sur cette figure, le moyen de distribution du fluide de trempe n’est pas représenté.
La figure 2b est une vue en perspective de la zone de mélange (B) du dispositif selon l’invention.
La figure 3a est une vue en coupe longitudinale au niveau de la zone de mélange (B) d’un dispositif de mélange et de distribution selon un mode de réalisation selon l’invention (moyen de distribution rectiligne).
La figure 3b est une vue en coupe longitudinale au niveau de la zone de mélange (B) d’un dispositif de mélange et de distribution selon l’art antérieur.
La figure 4 est une vue en coupe longitudinale au niveau de la zone de mélange (B) d’un dispositif de mélange et de distribution selon un mode de réalisation de l’invention (moyen de distribution tronconique dans l’enceinte de mélange).
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale au niveau de la zone de mélange (B) d’un dispositif de mélange et de distribution selon un mode de réalisation de l’invention (moyen de distribution hélicoïdal).
La figure 6 est une vue en perspective du dispositif de mélange et de distribution selon un mode de réalisation particulier. Dans ce mode de réalisation, la longueur L3 de ladite enceinte d’échange est strictement supérieure à la longueur de ladite enceinte de mélange de manière à créer un plafond au niveau de ladite enceinte d’échange, ledit plafond comprenant au moins une ouverture apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange vers une zone de distribution (C).
La figure 7 est une vue de dessus d’une enceinte de mélange d’un dispositif de mélange et de distribution selon un mode de réalisation particulier selon l’invention.
Sur les figures 2 à 7, les flèches représentent le sens de l’écoulement des fluides dans la zone de mélange.
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.
Description détaillée
Le dispositif compact de mélange et de distribution selon l'invention est utilisé dans un réacteur dans lequel s'effectuent des réactions exothermiques telles que des réactions d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d'hydrocraquage, d'hydrogénation, d’hydrodéoxygénation, d’hydroisomérisation, d’hydrodéparaffinage ou encore d'hydrodéaromatisation. Généralement, le réacteur a une forme allongée le long d'un axe sensiblement vertical. On fait circuler du haut vers le bas ou du bas vers le haut dudit réacteur au moins un fluide réactionnel (appelé aussi «process fluid» selon la terminologie anglo-saxonne) à travers au moins un lit fixe de catalyseur. Avantageusement, en sortie de chaque lit à l’exception du dernier, le fluide réactionnel est recueilli puis est mélangé à un fluide de trempe dans ledit dispositif avant d'être distribué au lit de catalyseur situé en aval d’un plateau de distribution. L'aval et l'amont sont définis par rapport au sens de l'écoulement du fluide réactionnel. Le fluide réactionnel peut être un gaz ou un liquide ou un mélange contenant du liquide et du gaz ; cela dépend du type de réaction effectuée dans le réacteur.
La Demanderesse a mis au point un perfectionnement du dispositif de mélange et de distribution de fluides selon l’art antérieur permettant de pallier les inconvénients cités ciavant, tout en diminuant l’encombrement du dispositif, en proposant un dispositif comprenant une conduite de collecte comprenant un moyen de distribution particulier permettant d’une part d’améliorer la distribution du fluide de trempe dans la zone de mélange et d’autre part d’améliorer l’homogénéité des fluides en température (i.e. le fluide réactionnel et le fluide de trempe) tout en présentant une efficacité de mélange des fluides satisfaisante.
La figure 1 représente une coupe axiale d'un réacteur catalytique à écoulement descendant comprenant au moins deux lits de catalyseur solide, et comprenant un dispositif compact de mélange et de distribution de fluides selon un mode de réalisation selon l’invention (tel qu’illustré plus précisément aux figures 2a, 2b). La flèche en gras représente le sens d'écoulement des fluides dans le réacteur. Le dispositif de mélange et de distribution selon l'invention peut être disposé dans un réacteur 1 de forme allongée le long d’un axe sensiblement vertical dans lequel on fait circuler du haut vers le bas au moins un fluide réactionnel à travers au moins un lit de catalyseur 2. Le dispositif selon l'invention est disposé sous le lit de catalyseur 2, par rapport à l'écoulement du fluide réactionnel dans l'enceinte 1. Une grille de support 3 permet de supporter le lit de catalyseur 2 de manière à dégager une zone de collecte (A) disposée sous le lit de catalyseur 2. La zone de collecte (A) est nécessaire pour permettre le drainage du fluide réactionnel jusqu'à une conduite de collecte 7 (cf. figures 2a et 2b). Le fluide réactionnel qui s'écoule est par exemple composé d'une phase gaz et d'une phase liquide. Plus particulièrement, le fluide réactionnel traversant le lit de catalyseur 2 en amont est collecté par un moyen de collecte 5 (appelé aussi ici baffle de collecte) sensiblement horizontal conduisant à une conduite de collecte 7 sensiblement verticale, disposée soit en-dessous de la zone de collecte (A) au niveau d’une zone appelée zone de mélange (B) (telle que représentée figure 2b), soit au niveau de la zone de collecte (A) (non représentée sur les figures). Par sensiblement vertical(e) et par sensiblement horizontal(e), on entend au sens de la présente invention une variation d'un plan avec la verticale, respectivement l'horizon, d'un angle a compris entre ± 5 degrés. Le moyen de collecte 5 (cf. figure 1) est constitué d'une plaque pleine disposée dans le plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de l'enceinte sous la grille de support 3 du lit de catalyseur 2. La plaque du moyen de collecte 5 s'étend radialement sur toute la surface du réacteur 1. Elle comporte à une de ses extrémités une ouverture 6 (cf. figures 2a et 2b) à laquelle est reliée ladite conduite de collecte 7. Le moyen de collecte 5 permet de recueillir l'écoulement du fluide réactionnel provenant du lit catalytique 2 en amont et de le diriger vers ladite conduite de collecte 7. Le dispositif comprend en outre une conduite d’injection 8 pour injecter un fluide de trempe.
Le moyen de collecte 5 est distant de la grille de support 3 du lit de catalyseur 2 d'une hauteur ΗΊ (figure 1). La hauteur ΗΊ est choisie de manière à limiter la perte de charge lors de la collecte du fluide s'écoulant du lit de catalyseur 2 et à limiter la hauteur de garde, i.e. la hauteur formée par le liquide accumulé dans le moyen de collecte 5. La hauteur de garde ne modifie pas le drainage du fluide réactionnel vers la conduite de collecte 7, ni son écoulement dans cette conduite, ni son écoulement à travers le lit catalytique supérieur 2. Lorsque la conduite de collecte 7 et la conduite d’injection 8 sont situées au niveau de la zone de mélange (B), la hauteur ΗΊ est comprise entre 10 et 200 mm, de préférence entre 30 et 150 mm, de manière encore plus préférée entre 40 et 100 mm. Ainsi, le fluide réactionnel issu du lit 2 est contraint dans la zone de collecte (A) à passer par la conduite de collecte 7. Lorsque la conduite de collecte 7 et le la conduite d’injection 8 sont situées au niveau de la zone de collecte (A), la hauteur ΗΊ est comprise entre 10 et 400 mm, de préférence entre 30 et 300 mm, et encore plus préférentiellement entre 50 et 250 mm.
En-dessous de la zone de collecte (A) se trouve une zone de mélange (B) et une zone de distribution (C). Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, la zone de mélange (B) et la zone de distribution (C) sont situées au même niveau. Cependant, la zone de mélange (B) peut être située au-dessus de la zone de distribution (C) sans que cela ne modifie la portée de l’invention.
En se reportant aux figures 2a, 2b et 6, 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 (cf. figure 2b) débouchant dans ladite conduite de collecte 7. Dans ce mode de réalisation, la zone de mélange (B) comprend une enceinte de mélange 15 des fluides, de longueur L2, reliée et en communication avec une enceinte d’échange 16 des fluides, de longueur L3 (cf. figures 1 et 2a), l’enceinte d’échange 16 étant située en aval de l’enceinte de mélange 15 dans le sens de la circulation des fluides. Au sens de l’invention, on entend par enceinte de mélange 15, l’espace dans lequel on réalise le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe. On entend par enceinte d’échange 16, l’espace dans lequel le fluide réactionnel et le fluide de trempe mélangés sont en contact direct avec la zone de distribution (C) via des sections de passage 31 ou 17 (décrites ci-après) [cf. figure 2a ou 6]. La zone de distribution (C) quant à elle comprend un plateau de distribution 12 supportant une pluralité de cheminées 13. Le dispositif selon l’invention comprend en outre une enceinte d’échange 16, comprend au moins une section de passage 31 ou 17 apte au passage des fluides de la zone de mélange (B) à la zone de distribution (C). Ainsi, seule l’enceinte d’échange 16 est en contact direct avec la zone de distribution (C).
Selon un aspect essentiel du dispositif selon l’invention (cf. figure 3a), ladite conduite d’injection 8 débouche sur un moyen de distribution 40 du fluide de trempe se présentant sous la forme d’au moins un canal de distribution comprenant une pluralité d’ouvertures 41 pour le passage du fluide de trempe dans l’enceinte de mélange 15, ledit moyen de distribution 40 s’étendant au moins en partie dans l’enceinte de mélange 15 sur une longueur L1. Le fluide de trempe peut être liquide ou gazeux ou un mélange contenant du liquide ou du gaz. La forme des ouvertures 41 du moyen de distribution 40 peut être très variable, généralement circulaire ou rectangulaire. Les ouvertures 41 peuvent être réparties uniformément sur toute la surface dudit moyen de distribution 40. Cette disposition particulière du moyen de distribution 40 permet d’augmenter la surface d’échange entre le fluide de procédé s’écoulant dans l’enceinte de mélange 15 et la surface extérieure du moyen de distribution 40 dans lequel se trouve le fluide de trempe. Il en résulte un meilleur refroidissement du fluide de procédé par rapport à une configuration selon l’art antérieur (tel qu’illustrée en figure 3b) dans lequel le moyen de distribution 40 du fluide de trempe débouche directement dans la conduite de collecte 7. Par ailleurs, la présence du moyen de distribution 40 directement dans l’enceinte de mélange 15 permet également d’augmenter la surface d’échange entre le fluide de trempe et le fluide de procédé et donc d’augmenter l’efficacité des transferts de chaleur entre ces deux fluides.
Il est possible alors de réduire la taille de l’enceinte de mélange 15 (et en conséquence de l’enceinte d’échange 16), et donc de réduire l’encombrement dudit dispositif dans le réacteur. La compacité du dispositif selon l’invention permet alors d’augmenter le nombre de cheminées de distribution 13 situées sur le plateau de distribution 12 compris dans la zone de distribution (C).
Dans un mode de réalisation selon l’invention (tel qu’illustré en figure 3a), le moyen de distribution 40 se présente sous la forme d’un canal rectiligne s’étendant le long de l’axe longitudinal de l’enceinte de mélange 15.
Dans un mode de réalisation selon l’invention (tel qu’illustré en figure 4), le moyen de distribution 40 se présente sous la forme d’un canal tronconique qui va en s’évasant vers l’extrémité 42 dudit canal dans le sens de la circulation des fluides. Cette forme particulière du moyen de distribution permet d’augmenter d’autant plus la surface d’échange entre le fluide de procédé situé dans l’enceinte de mélange 15 et la surface extérieure du canal, par rapport à un moyen de distribution se présentant sous la forme d’un canal rectiligne, et permet aussi de modifier l’écoulement des fluides pour augmenter l’efficacité du mélange.
Dans un mode de réalisation selon l’invention (tel que représenté en figure 5), le moyen de distribution 40 se présente sous la forme d’un canal hélicoïdal (i.e. sous la forme d’un serpentin hélicoïdal). Cette forme particulière du moyen de distribution permet d’augmenter encore plus la surface d’échange entre le fluide de procédé situé dans l’enceinte de mélange 15 et la surface extérieure du canal par rapport à un moyen de distribution se présentant sous la forme d’un canal rectiligne, et permet aussi de modifier l’écoulement des fluides pour augmenter l’efficacité du mélange.
Plus particulièrement, le ratio entre la longueur totale L1 du moyen de distribution 40 se situant dans l’enceinte de mélange 15 et la longueur L2 de l’enceinte de mélange 15 est compris entre 1% et 90%, de préférence entre 2% et 50%.
Dans un mode de réalisation particulier, l’enceinte d’échange 16 peut également comprendre sur ses parois latérales des sections de passage latéral 17 apte au passage des fluides de la zone de mélange (B) à la zone de distribution (C).
Dans un mode de réalisation selon l’invention, la longueur L3 de ladite enceinte d’échange est strictement supérieure à la longueur L2 de ladite enceinte de mélange 15 de manière à créer un plafond 30 au niveau de ladite enceinte d’échange 16, ledit plafond 30 comprenant au moins une ouverture 31 apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange 16 vers une zone de distribution (C), tel que représenté en figure 6. Un tel agencement du dispositif selon l’invention permet, en créant une ouverture 31 sur le plafond 30 sur l’enceinte d’échange, de mieux gérer le débit des fluides, notamment de type gaz, sortant de l’enceinte d’échange 16, et donc de limiter l’impact du débit des fluides sur le plateau de distribution 12 de la zone de distribution (C). De préférence, le rapport entre la longueur L2 de l’enceinte de mélange 15 et la longueur L3 de l’enceinte d’échange 16 est compris entre 0,1 et 0,9, de préférence entre 0,3 et 0,9. Avantageusement, le pourcentage en surface occupé par la ou les ouverture(s) 31 est comprise entre 20 et 100% par rapport à la surface totale du plafond 30, de préférence entre 30 et 80% en surface. Dans un mode de réalisation particulier selon l’invention, le pourcentage en surface de ladite ouverture 31 est égal à 100 % de la surface totale du plafond 30 et ce qui signifie que le plafond est totalement ouvert sur la zone de distribution (C).
Avantageusement, l’enceinte d’échange 16 peut comprendre des sections de passage latéral et au moins une ouverture 31 sur le plafond 30 de ladite enceinte d’échange. Avantageusement, les sections de passage latéral 17 sont réparties sur au moins deux niveaux.
La section de l’enceinte de mélange 15 et celle de l’enceinte d’échange 16 peut être de section à quatre côtés, de préférence de section trapézoïdale et plus préférentiellement de section en parallélogramme, ou bien de section circulaire. Par section trapézoïdale, on entend toute section à quatre côtés dont deux côtés opposés de ladite section sont parallèles. Par section en parallélogramme, on entend toute section à quatre côtés dont les côtés opposés de ladite section sont parallèles deux à deux, par exemple la section en parallélogramme peut être une section rectangulaire, une section carrée, ou une section en losange. Par section circulaire, on entend une section en forme de cercle ou en ovale. Quelle que soit la forme de la section de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16, la hauteur ou le diamètre de ladite chambre sera choisie de manière à limiter au maximum la perte de charge et de manière à limiter l'encombrement spatial dans le réacteur. Avantageusement, la section de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 est rectangulaire. La section rectangulaire des enceintes, outre une faisabilité mécanique facilitée, permet leur fabrication et leur assemblage partiel à l’extérieur du réacteur, tout en permettant par la suite leur insertion dans le réacteur de manière aisée.
La forme de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 peut être quelconque. Les parois de l’enceinte de mélange 15 et de l’enceinte d’échange 16 peuvent notamment se propager dans une direction droite (forme en « I >>), ou être courbée (forme en « C >>) ou encore présenter des angles (forme en « L >>). La zone de mélange (B) peut être située à tout endroit au niveau de la zone de distribution (C). Par exemple, la zone de mélange (B) peut être positionnée au centre de la zone de distribution (C) ou peut être décalée de cette dernière position. Ainsi, la longueur de l’enceinte de mélange et d’échange est déterminée par l’homme du métier en fonction de leur position dans l’enceinte du réacteur 1. Avantageusement, les extrémités des enceintes de mélange 15 et d’échange 16 ne sont pas en contact avec la paroi de l’enceinte du réacteur 1, de manière à permettre la circulation des fluides sur le plateau de distribution 12 de part et d’autre des enceintes de mélange 15 et d’échange 16.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, l’enceinte de mélange 15 est située au-dessus de ladite enceinte d’échange 16 (telle que représentée en figure 1, 2a et 2b). Au moins une ouverture 18 (cf. figure 2a) est aménagée dans la zone de mélange (B) pour permettre le passage du mélange des fluides de l’enceinte de mélange 15 vers l'enceinte d’échange 16 (comme indiqué par les flèches sur la figure 2a). La position, la forme et la dimension de l’ouverture sont choisies par l’homme du métier afin de limiter la perte de charge lors de l’écoulement du mélange des fluides.
Avantageusement, l’enceinte de mélange 15 et la ou les enceinte(s) d’échange 16 constituent une seule pièce.
Selon l’invention, la hauteur H’2 totale cumulée de ladite enceinte de mélange 15 et de ladite enceinte d’échange 16 est comprise entre 200 et 800 mm, de préférence entre 300 et 750 mm, et encore plus préférentiellement entre 350 et 700 mm.
De préférence, la largeur « L >> (cf. figure 2a) de l’enceinte d’échange 16 est comprise entre 200 et 800 mm, de préférence entre 250 et 700 mm, et encore plus préférentiellement entre 300 et 600 mm.
Le ratio des volumes (en %) entre l’enceinte de mélange 15 et l’enceinte d’échange 16 est compris entre 10 et 90 %, de préférence entre 50 et 90%, et encore plus préférentiellement entre 75 et 90%.
Dans un autre mode de réalisation selon l’invention (tel qu’illustré en figure 7), la zone de mélange (B) ne comprend qu’une enceinte de mélange 15, i.e. elle ne comprend pas d’enceinte d’échange. Dans ce mode de réalisation, l’enceinte de mélange 15 est de forme annulaire, située de préférence à une distance d1 de l’enceinte du réacteur, la distance d1 variant de 2 % à 20 % du diamètre du réacteur. L’extrémité de sortie de l’enceinte de mélange 15 débouche directement dans la zone de distribution (C).
La zone de distribution (C), s’étendant sur une hauteur H’3 (cf. figure 1), comprend un plateau de distribution 12 (appelé aussi ici plateau distributeur ou plaque de distribution) et une pluralité de cheminées 13. Plus précisément, les cheminées 13 sont ouvertes à leur partie supérieure par une ouverture supérieure et présentent le long de leur paroi latérale une série d’orifices latéraux (non représentée sur les figures) destinés au passage séparé de la phase liquide (par les orifices) et la phase gaz (par l’ouverture supérieure) à l’intérieur des cheminées, de manière à réaliser leur mélange intime à l’intérieur desdites cheminées. La forme des orifices latéraux peut être très variable, généralement circulaire ou rectangulaire, ces orifices étant préférentiellement répartis sur chacune des cheminées selon plusieurs niveaux sensiblement identiques d’une cheminée à l’autre, généralement au moins un niveau, et de préférence de 1 à 10 niveaux, de manière à permettre l’établissement d’une interface aussi régulière (plane) que possible entre la phase gaz et la phase liquide.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, la ou les enceinte(s) 15 ou 16 la ou les plus proche(s) du plateau de distribution 12 est (sont) posée(s) directement sur le plateau de distribution 12 (cf. figure 1).
Dans un autre mode de réalisation (non représenté sur les figures), la ou les enceinte(s) 15 et/ou 16 la ou les plus proche(s) du plateau de distribution 12 est (sont) situées à une distance « d >> dudit plateau de distribution 12, de préférence comprise entre 20 et 150 mm, et plus préférentiellement comprise entre 30 et 80 mm. L’espace compris entre le plateau de distribution 12 et la ou les enceintes 15 et/ou 16 permet la distribution des fluides sur toute la surface du plateau distributeur 12, et donc permet d’homogénéiser la distribution du mélange des fluides sur toute la section du réacteur au-dessus du lit de catalyseur 14 situé en aval du dispositif de mélange et de distribution, dans le sens de la circulation des fluides. Dans ce mode de réalisation, l’enceinte d’échange 16 peut comprendre en sa partie inférieure des sections de passage longitudinal afin que le mélange des fluides puisse s’écouler vers le plateau de distribution 12.
Alternativement, lorsque l’enceinte d’échange 16 est directement posée sur le plateau de distribution 12, ladite enceinte d’échange peut comprendre en sa partie inférieure des sections de passage longitudinal (non représentées sur les figures) afin que le mélange des fluides puisse traverser directement le plateau de distribution 12. Bien entendu, le nombre, la forme et la taille des sections de passage longitudinal sont choisis de manière en ce qu’une fraction minoritaire du flux de mélange de fluides traverse lesdites sections de passage longitudinal. Les sections de passage longitudinal peuvent prendre indifféremment la forme d’orifices et/ou de fentes.
De préférence, l’enceinte de mélange 15 peut comprendre au moins un moyen de déviation (non représenté sur les figures) sur au moins une des paroi(s) internes de ladite enceinte de mélange. La présence d’au moins un moyen de déviation du mélange de fluides traversant ladite enceinte de mélange 15 permet d’augmenter la surface d’échange entre les deux phases et donc l’efficacité des transferts de chaleur et de matière entre les phases liquides et/ou gazeuses traversant ladite enceinte de mélange 15. Ledit moyen de déviation peut se présenter sous plusieurs formes géométriques permettant d’améliorer l’efficacité de l’enceinte de mélange, étant entendu que lesdites formes permettent une déviation au moins en partie du trajet du mélange de fluides traversant ladite enceinte d’échange 15. Par exemple, le moyen de déviation peut se présenter sous la forme d’une chicane, de section triangulaire, carré, rectangulaire, ovoïdale ou toute autre forme de section. Le moyen de déviation peut également se présenter sous la forme d’une ou plusieurs ailette(s) ou bien d’une ou plusieurs pale(s) fixe(s) ou bien d’une grille.
En-dessous du plateau de distribution 12, un système de dispersion peut être positionné de manière à distribuer les fluides uniformément sur le lit de catalyseur 14 situé en aval dudit système. Le système de dispersion peut comprendre un ou plusieurs dispositifs de dispersion 19 (cf. figure 1) pouvant être associé à chaque cheminée 13, être en commun à plusieurs cheminées 13, ou encore être en commun à l’ensemble des cheminées 13 du plateau de distribution 12. Chaque dispositif de dispersion 19 a une géométrie sensiblement plane et horizontale, mais peut avoir un périmètre de forme quelconque. Par ailleurs, chaque dispositif de dispersion 19 peut être situé à différentes hauteurs. Avantageusement, ledit dispositif de dispersion se présente sous la forme de grilles, et/ou peut comprendre éventuellement des déflecteurs. Avantageusement, l’axe de la ou des grille(s) 19 est préférentiellement perpendiculaire à l’axe longitudinal de l'enceinte du réacteur afin d’améliorer la distribution du mélange des fluides sur toute la section radiale de l’enceinte du réacteur. La distance séparant le système de dispersion du lit de solides granulaires situé immédiatement au-dessous est choisie de manière à conserver l’état de mélange des phases gazeuse et liquide autant que possible tel qu’il est en sortie des cheminées 13.
De préférence, la distance entre le plateau de distribution 12 et lit de catalyseur 14 située endessous dudit plateau de distribution est comprise entre 50 et 400 mm, de préférence entre 100 et 300 mm. La distance entre le plateau de distribution 12 et ledit dispositif de dispersion 19 est comprise entre 0 et 400 mm, de préférence entre 0 et 300 mm.
Dans un mode de réalisation particulier, le plateau de distribution 12 est posé sur le dispositif de dispersion 19.
Par rapport aux dispositifs décrits dans l’art antérieur, et encore plus particulièrement par rapport au dispositif divulgué dans le document FR 3 034 323, le dispositif de mélange et de distribution selon l’invention présente une bonne efficacité thermique et une bonne efficacité de mélange des fluides du fait de la présence du moyen de distribution 40 du fluide de trempe dans l’enceinte de mélange 15, tel que décrit ci-avant.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. 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)- au moins une conduite d’injection (8) pour injecter un fluide de trempe ;au moins une zone de mélange (B), située en aval du moyen de collecte (5) dans le sens de circulation des fluides, ladite zone de mélange (B) comprenant au moins une enceinte de mélange (15), de longueur L2, reliée à ladite conduite de collecte (7) ;- 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) ;caractérisé en ce que ladite conduite d’injection (8) débouche sur un moyen de distribution (40) du fluide de trempe située à l’intérieur de ladite enceinte de mélange (15) se présentant sous la forme d’au moins un canal de distribution comprenant une pluralité d’ouvertures (41) pour le passage du fluide de trempe dans l’enceinte de mélange (15), ledit moyen de distribution (40) s’étendant au moins en partie dans l’enceinte de mélange (15) sur une longueur L1, étant entendu que L1<L2.
- 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le ratio entre la longueur L1 du moyen de distribution (40) se situant dans l’enceinte de mélange (15) et la longueur L2 de l’enceinte de mélange (15) est compris entre 1 et 90%.
- 3. Dispositif selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la zone de mélange (B) comprend en outre au moins une enceinte d’échange (16) des fluides, de longueur L3, reliée et en communication avec ladite enceinte de mélange (15), ladite enceinte d’échange (16) comprenant au moins une section de passage (17,31) apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange (16) à ladite zone de distribution (C).
- 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit moyen de distribution (40) du fluide de trempe se présente sous la forme d’un canal rectiligne s’étendant le long de l’axe longitudinal de l’enceinte de mélange (15).
- 5. Dispositif selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel ledit moyen de distribution (40) du fluide de trempe se présente sous la forme d’un canal tronconique s’évasant vers l’extrémité (42) dudit canal dans le sens de la circulation des fluides.
- 6. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit moyen de distribution (40) du fluide de trempe se présente sous la forme d’un canal hélicoïdal.
- 7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ledit moyen de distribution (40) comprend une pluralité d’ouvertures (41) réparties uniformément sur toute la surface dudit moyen de distribution (40).
- 8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, dans lequel la longueur L3 de ladite enceinte d’échange (16) est strictement supérieure à la longueur L2 de ladite enceinte de mélange (15) de manière à créer un plafond (30) au niveau de ladite enceinte d’échange (16), ledit plafond (30) comprenant au moins une ouverture (31) apte au passage des fluides de ladite enceinte d’échange (16) vers une zone de distribution (C).
- 9. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 8, dans lequel l’enceinte d’échange (16) comprend une pluralité de sections de passage latéral (17) sur ses parois latérales apte au passage des fluides de la zone de mélange (B) à la zone de distribution (C).
- 10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la zone de mélange (B) et la zone de distribution (C) sont situées au même niveau.
- 11. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la largeur de ladite enceinte d’échange (16) est comprise entre 200 et 800 mm.
- 12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que ladite enceinte de mélange (15) et ladite enceinte d’échange (16) forment une seule pièce.
- 13. 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 12.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1856698A FR3083993A1 (fr) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Dispositif de melange et de distribution avec buse d'injection perfectionnee |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1856698 | 2018-07-19 | ||
| FR1856698A FR3083993A1 (fr) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Dispositif de melange et de distribution avec buse d'injection perfectionnee |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3083993A1 true FR3083993A1 (fr) | 2020-01-24 |
Family
ID=63638082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1856698A Pending FR3083993A1 (fr) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Dispositif de melange et de distribution avec buse d'injection perfectionnee |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3083993A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016050409A1 (fr) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | IFP Energies Nouvelles | Dispositif compact de mélange de fluides |
| FR3034323A1 (fr) * | 2015-04-01 | 2016-10-07 | Ifp Energies Now | Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d'echange |
| FR3050658A1 (fr) * | 2016-04-29 | 2017-11-03 | Ifp Energies Now | Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d'echange et deflecteurs. |
-
2018
- 2018-07-19 FR FR1856698A patent/FR3083993A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016050409A1 (fr) * | 2014-09-29 | 2016-04-07 | IFP Energies Nouvelles | Dispositif compact de mélange de fluides |
| FR3034323A1 (fr) * | 2015-04-01 | 2016-10-07 | Ifp Energies Now | Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d'echange |
| FR3050658A1 (fr) * | 2016-04-29 | 2017-11-03 | Ifp Energies Now | Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d'echange et deflecteurs. |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3075444B1 (fr) | Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d echange | |
| EP3075443B1 (fr) | Dispositf de mélange et de distribution comprenant un plâteau de distribution avec ouvertures périphériques | |
| FR3001899A1 (fr) | Dispositif d'injection et de melange de fluides dans un reacteur a ecoulement descendant. | |
| EP3277417A1 (fr) | Dispositif compact de melange et de distribution combine de fluides pour un reacteur catalytique | |
| CA2343845C (fr) | Dispositif de distribution d'un melange polyphasique sur un lit de solide granulaire comportant un element brise-jet poreux | |
| WO2013017804A1 (fr) | Plateau distributeur d'un gaz et d'un liquide, reacteur equipe d'un tel plateau et utilisation dudit plateau | |
| FR3050658A1 (fr) | Dispositif de melange et de distribution avec zones de melange et d'echange et deflecteurs. | |
| WO2010007265A1 (fr) | Dispositif de filtration et de predistribution pour reacteur a lit catalytique fixe et son utilisation | |
| FR2533937A1 (fr) | Procede et dispositif d'hydroconversion d'hydrocarbures | |
| EP0064459A1 (fr) | Procédé et dispositif pour soutirer des particules solides et introduire une charge liquide à la partie inférieure d'une zone de contact | |
| FR2807676A1 (fr) | Sous-ensemble polyfonctionnel assurant la mise en contact, la distribution de matiere et l'echange de chaleur et/ou de matiere d'au moins une phase gazeuse et d'au moins une phase liquide | |
| CA2462450C (fr) | Dispositif de distribution d'un melange polyphasique sur un lit de solide granulaire comportant un element brise jet poreux a rebords | |
| FR2520634A1 (fr) | Procede et dispositif pour soutirer des particules solides et introduire une charge liquide a la partie inferieure d'une zone de contact | |
| EP2813283A1 (fr) | Dispositif de distribution d'un fluide | |
| FR2933877A1 (fr) | Reacteur de traitement ou d'hydrotraitement avec un lit granulaire ainsi qu'une phase essentiellement liquide et une phase essentiellement gazeuse traversant le lit | |
| WO2016050409A1 (fr) | Dispositif compact de mélange de fluides | |
| EP2647425B1 (fr) | Réacteur catalytique avec dispositif de trempe muni d'une injection tangentielle d'un fluide de trempe | |
| FR3066409B1 (fr) | Dispositif de melange et de distribution avec injection de fluide de trempe ameliore | |
| FR3015965A1 (fr) | Convertisseur d'ammoniac comportant une paroi tubulaire interne | |
| FR3066411B1 (fr) | Dispositif de melange et de distribution avec systeme d'equilibrage des fluides | |
| FR3083993A1 (fr) | Dispositif de melange et de distribution avec buse d'injection perfectionnee | |
| EP3694639B1 (fr) | Dispositif de melange et de distribution avec ouverture longitudinale | |
| EP3536398B1 (fr) | Dispositif de melange d'un fluide pour un lit catalytique | |
| FR3066410B1 (fr) | Dispositif de melange et de distribution avec zone de retournement | |
| FR3043339A1 (fr) | Dispositif de filtration et de distribution pour reacteur catalytique |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200124 |
|
| RX | Complete rejection |
Effective date: 20210802 |