Brevet FR2028557A1 — publié le 19701009

La présente invention concerne des réacteurs à lit flui-disé, c'est-à-dire des réacteurs qui permettent d'effectuer des . réactions chimiques, ou des interactions physiques, en lit flui-disé. 5 Dans des réacteurs à lit fluidisé, le lit est en général supporté sur un plateau horizontal de distribution de gaz, qui peut être un plateau prés.entant .un grand nombre de perforations à travers lesquelles le gaz fluidisant peut être introduit dans le lit. Il est souhaitable que le débit de gaz fluidisant à 10 travers les différentes perforations soit maintenu sensiblement à la même valeur afin d'aboutir à une fluidisation uniforme du lit, et aussi du fait qu'avec un débit de gaz trop faible à travers une perforation quelconque, les particules du lit risquent de pénétrer dans cette perforation et de la colmater. 15 La répartition uniforme, entre les diverses perforations, du gaz fluidisant fourni par une seule source exige que la perte de charge entre la source commune de gaz de fluidisation et l'intérieur du réacteur au-dessus du plateau de distribution soit relativement élevée, habituellement égale au moins à la 20 moitié de la perte de charge qui se produit pendant le passage à travers le lit fluidisé. On peut réaliser la perte de charge désirée en utilisant des orifices ayant des diamètres appropriés. Le gaz de fluidisation peut être amené dans les perforations à travers une boîte à vent dans laquelle s'ouvrent toutes 25 les perforations et, dans ion agencement de ce type, on a proposé de placer les orifices pratiqués sur le dessous du plateau de distribution en concordance avec les perforations. Cependant, un tel montage présente un inconvénient important, à savoir que si un orifice vient à se colmater, il est impossible de le 30 dégager sans démonter la boîte à vent, ce qui exige une interruption du fonctionnement de l'appareil. De plus, à mesure que certains orifices se colmatent, la perte de charge au passage du plateau de distribution devient plus-forte et, si ce plateau est de grande dimension, la force résultante qui s'exerce sur 35 celui-ci peut finalement devenir suffisamment importante pour provoquer une déformation du plateau, à moins naturellement que celui-ci ne soit très épais. Une telle déformation peut avoir des répercussions sérieuses, surtout lorsque le plateau est surmonté d'une couche de matériau réfractaire pour permettre 40 l'utilisation du réacteur pour des réactions, telles que des 70 01745 2 2028557 réactions de chloration, pour lesquelles il est essentiel que la surface supérieure du plateau de distribution ne soit pas exposée au mélange de réaction chaud. Pour éviter que le colmatage des orifices n'augmente la 5 perte de-charge au passage du plateau au point de déformer ce plateau, on peut utiliser une conduite individuelle d'amenée pour chaque perforait-ion, l'orifice étant situé ou "bien sur le dessous du plateau distributeur, ou bien en un autre point de cette conduite d'amenée, mais le surcroît de complexité et,les.frais 10 supplémentaires afférents à un tel montage, ..par rapport à l'utilisation d'une simple boîte à vent, ne seraient justifiés que si l'agencement permettait de dégager les orifices colmatés sans interrompre le fonctionnement de l'appareil. Selon la présente invention, un réacteur à lit flui-15 disé est caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte ayant une paroi de fond destinée à supporter un lit de matière parti-culaire en dedans de l'enceinte et présentant une multiplicité de perforations pour l'introduction du gaz fluidisant; un dispositif à conduits pour amener le gaz fluidisant dans le réac-20 teur; une première série de tubes dont chacun communique par une extrémité avec le dispositif à conduits d'amenée et comporte un orifice, un robinet pouvant être fermé qui est disposé entre le dispositif à conduits et l'orifice et un moyen d'obturation manipulable situé sur le côté de l'orifice qui est éloigné du 25 dispositif à conduits d'amenée, ledit moyen d'obturation étant agencé de manière à permettre le dégagement de l'orifice quand il est ouvert; et une seconde série de tubes, le nombre de tubes dans chaque série étant égal à celui des perforations, chaque tube de la seconde série étant muni d'un robinet pouvant être 30 fermé et communiquant par une extrémité avec un tube différent de la première série en un point situé entre l'orifice et le . moyen d'obturation et, par son autre extrémité, avec une perforation différente. Si, pendant le fonctionnement du réacteur, l'un des 35 orifices se "colmate, on peut isoler cet orifice du dispositif à conduits en fermant le robinet placé dans le tube dans lequel ledit orifice est situé et on peut.isoler cet orifice de l'intérieur du réacteur en fermant le robinet dans le tube associé de la seconde série. Le moyen d'obturation placé dans le tube 40 dans lequel l'orifice est situé peut alors être ouvert ce qui 70 01745 3 2028557 permet de dégager la matière de colmatage tout en limitant à un volume relativement faible l'échappement du gaz de fluidisation. Pour dégager un orifice colmaté, on peut utiliser un 5 gaz comprimé, par exemple de l'air comprimé, ou bien on peut raccorder une source de dépression à l'extrémité du tube dans lequel l'orifice est situé, c'est-à-dire 1'extrémité qui est éloignée du dispositif à conduits d'amenée. Cependant, de la façon la plus avantageuse, le tronçon de chaque tube de la 10 première série, qui s'étend depuis l'orifice jusqu'à l'extrémité du tube qui est éloignée du dispositif à conduits d'amenée, est rectiligne et, quand le moyen d'obturation est ouvert, il permet l'introduction d'une baguette ou d'un élément similaire de nettoyage dans ledit tronçon rectiligne. De préférence, 15 chaque moyen d'obturation consiste en un bouchon amovible qui, quand il est en position, ferme hermétiquement l'extrémité du tube. On peut déterminer les dimensions des orifices de manière qu'en fonctionnement le débit de gaz soit sensiblement 20 uniforme à travers toutes les perforations, ou bien de manière à établir un schéma non uniforme, mais symétrique par rapport au centre de distribution de gaz à travers les diverses perforations (c'est-à-dire un schéma d'écoulement dans lequel le débit de gaz est sensiblement le même à travers toutes les 25 perforations situées à la même distance du centre du plateau de distribution). Comme dans la plupart des cas, le fond du réacteur est circulaire, le dispositif à conduits d'amenée comprend avantageusement une série de* collecteurs placés au-dessous du fond et 30 s'étendant chacun sur une partie de la circonférence de ce fond, les tubes de la première série s'étendant avantageusement à peu près verticalement vers le bas à partir des collecteurs alors que les tubes de la seconde série s'étendent à peu près radialement vers l'intérieur à partir des tubes de la première 35 série et en direction des perforations qui sont situées dans le secteur adjacent du fond. On peut également prévoir des conduites d'alimentation, au moins une pour chaque collecteur, ces conduites étant chargées d'amener le gaz de fluidisation dans les collecteurs à partir d'une ou plusieurs canalisations prin-40 cipales. Ainsi, l'installation peut comporter deux canalisa- 70 01745 4 2028557 tions d'alimentation principales de forme sensiblement semi-circulaires qui, conjointement, entourent pratiquement le réacteur au-dessous du fond et à partir desquelles s'étendent les conduites d'alimentation, une pour chaque collecteur, ces der-5 nières conduites étant dirigées radialement vers l'intérieur et étant réparties à intervalles appropriés de manière à communiquer avec les collecteurs adjacents. De préférence, les robinets dans les tubes de la seconde série sont situés très près des tubes associés de la première série. 10 Comme on l'a déjà dit, l'invention est particulière ment avantageuse lorsque le fond du réacteur est constitué par un plateau distributeur métallique surmonté d'un matériau réfractaire non métallique. De préférence, chaque perforation est munie- d'un dis-15 positif antiretour pour réduire ou empêcher le risque d'infiltration de la matière solide dans les perforations à partir du lit. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre com-20 ment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est une vue de dessous d'un réacteur à lit fluidisé selon l'invention. La figure 2 est une coupe verticale partielle du réacteur et à plus grande échelle que sur la figure 1. 25 La figure 3 est une vue en plan d'une partie du réac teur à plus grande échelle que sur la figure 2. La figure 4 est une vue en élévation de la partie du réacteur représentée sur la figure 3» à la même échelle que sur cette dernière. 30 Dans le mode de réalisation représenté, le réacteur, qui convient pour la chloration de matériaux renfermant du * titane, par exemple du rutile minéral, de l'ilménite, des scories renfermant du titane, ou des concentrés de titane, comprend une enceinte métallique cylindrique 1 qui est montée 35 de façon que son axe soit vertical et qui est revêtue d'une paroi 2 en briques réfractaires. A proximité de l'extrémité inférieure de 1'enceinte 1, un plateau distributeur perforé 3 en acier est disposé horizontalement à travers l'intérieur du réacteur. 40 Toute la surface supérieure du plateau distributeur 3 70 01745 5 2028557 est recouverte d'un matériau réfractaire et l'ensemble formé par le plateau 3 et le matériau réfractaire constitue le fond du réacteur, la partie périphérique du plateau étant surmontée du mur réfractaire 2 alors que la partie restante de ce plateau 5 est recouverte de blocs réfractaires 4 dont les sections horizontales dans le bas et dans le milieu sont hexagonales (sauf en ce qui concerne les blocs périphériques qui doivent être découpés pour s'adapter au profil de la paroi 2). Les parties médianes des blocs hexagonaux 4 présentent une section hori-10 zontale légèrement réduite, les intervalles ainsi ménagés entre les parties médianes des blocs 4 étant comblés par une matière de jointoyage (non représentée). Les parties supérieures des blocs 4 sont délimitées par des faces triangulaires qui se rencontrent en un sommet commun. 15 Chaque bloc 4 présente un alésage axial 5 qui part de la face inférieure du bloc pour aboutir à un point dans la partie supérieure de ce bloc où l'alésage débouche dans trois alésages latéraux 6 dont les extrémités extérieures s'ouvrent dans les faces triangulaires alternées. Les alésages axiaux 5 20 dans les blocs 4 sont coaxiaux avec les perforations dans le plateau distributeur 3. Un tel fond comprenant un plateau métallique perforé surmonté de blocs hexagonaux en un matériau réfractaire non métallique est décrit dans le brevet britannique ÏT° 1.047.57^ • 25 A travers chaque perforations du plateau distributeur 3 passe un tube 7 dont l'extrémité supérieure se termine au même niveau que la surface supérieure du plateau. Au-dessous du plateau distributeur 3? chaque tube 7 descend verticalement sur une certaine distance et ensuite fait un coude pour se pour-30 suivre horizontalement et à peu près radialement vers 1'extérieur jusqu'à un point situé au voisinage de la périphérie du réacteur, où ce tube se raccorde à un tube droit vertical 8, ce dernier s'ouvrant dans la partie inférieure de l'un de plusieurs collecteurs courbes 9-35 Chaque collecteur est muni d'équerres perforées 10 qui sont boulonnées à des pattes 11 descendant d'un de deux éléments de. fond, éléments qui sont indiqués par la référence 12 et dont le rôle est à la fois de supporter la partie centrale principale du plateau distributeur 3 et d'établir un 40 joint hermétique entre ladite partie et la partie périphérique 70 01745 6 2028557 du plateau. Autour et légèrement au-dessous des collecteurs 9 sont disposées deux canalisations principales d'alimentation 13 de forme sensiblement semi-circulaire et dont les extrémités d'en-5 trée sont très rapprochées alors que leurs extrémités opposées sont fermées. La communication entre l'intérieur des canalisations 13 et les collecteurs 9 est assurée par des conduites d'alimentation courtes 14, à raison d'une pour chaque collecteur 9? qui s'étendent radialement vers l'intérieur à partir 10 des canalisations 13 et ensuite tournent vers le haut pour pénétrer dans des ouvertures pratiquées dans les parties terminales inférieures des collecteurs 9« Chaque tube faisant partie de la série de tubes verticaux 8 est muni, au-dessus du point où il est réuni au tube 15 7 associé (les tubes 7 formant une seconde série de tubes dont le nombre est le même que celui des tubes 8 de la première série), d'un robinet 15 pouvant être fermé et situé au-dessus d'une plaque à orifice 16; chaque tube 8 est muni, au-dessous du point où il est réuni au tube 7 associé, d'un moyen d'obtu-20 ration 17 qui est sous forme d'un bouchon amovible et qui, une fois en position, ferme hermétiquement l'extrémité du tube 8. De même, chaque tube 7 de 'la seconde série comporte, à proximité du point où il est réuni au tube 8 associé de la première série, un robinet 18 pouvant être fermé. 25 En fonctionnement normal, les robinets 15 et 18 sont ouverts et l'obturateur 17 est en position. Ainsi, le gaz de fluidisation peut s'écouler des collecteurs 9 aux perforations pratiquées dans le plateau distributeur 3 à travers les tubes 7 et 8, les orifices dans les plaques 16 assurant une perte de charge 30 suffisante pour garantir la distribution désirée du gaz de fluidisation entre les diverses paires de tubes associés 7 et 8. Si l'orifice dans l'une des plaques 16 se colmate, on ferme le robinet 15 dans ce même tube 8 de même que le robinet 18 dans le tube 7 associé. On peut alors enlever l'obturateur 17 35 correspondant pour permettre de dégager l'orifice, par exemple en faisant passer une baguette de nettoyage ou un élément analogue dans cet orifice, ou en introduisant un ajutage placé à l'extrémité d'une canalisation d'air comprimé dans le" tube 8 dont l'orifice est colmaté. On peut ainsi dégager un orifice 40 sans interrompre le fonctionnement de l'appareil tout entier ne laissant s'échapper qu'une petite quantité de gaz fluidisant. 70 01745 7 2028557 REVENDICATIONS 1.- Réacteur à lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte ayant une paroi de fond destinée à supporter un lit de matière particulaire en dedans de l'enceinte 5 et présentant une multiplicité de perforations pour l'introduction du gaz fluidisant; un dispositif à conduits pour amener le gaz fluidisant dans le réacteur; une première série de tubes dont chacun communique par une extrémité avec le dispositif à conduits d'amenée et comporte un orifice, un robinet pouvant - .10 être fermé qui est disposé entre le dispositif à conduits et l'orifice et un moyen d'obturation manipulable situé sur le côté de l'orifice qui est éloigné du dispositif à conduits d'amenée, ledit moyen d'obturation étant agencé de manière à permettre le dégagement de l'orifice quand il est ouvert; et une seconde 15 série de tubes, le nombre de tubes dans chaque série étant égal à celui des perforations, chaque tube de la seconde série étant muni d'un robinet pouvant être fermé et communiquant par une extrémité avec un tube différent de la première série en un point situé entre l'orifice et le moyen d'obturation et, par 20 son autre extrémité, avec une perforation différente. 2.- Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon de chaque tube de la première série, qui s'étend de l'orifice à l'extrémité du tube qui est éloignée du dispositif à conduits d'amenée, est rectiligne et en ce que 25 quand le moyen d'obturation est ouvert, il permet l'introduction d'une baguette ou d'un élément similaire de nettoyage dans ledit tronçon rectiligne. 3.- Réacteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque moyen d'obturation consiste en un bouchon 30 amovible qui, quand il est en position, ferme hermétiquement l'extrémité du tube. 4.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisé en ce que les dimensions des orifices sont déterminées de manière à établir en fonctionnement, un débit 35 de gaz sensiblement uniforme à travers toutes les perforations. 5.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisé en ce que les dimensions des orifices sont déterminées de manière à établir, en fonctionnement, un schéma non uniforme, mais symétrique par rapport au centre de distri- 40 bution de gaz à travers les diverses perforations. 70 01745 8 2028557 6.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5> caractérisé en ce que son fond est circulaire et le dispositif à conduits d'amenée comprend une série de collecteurs placés au-dessus du fond et s'étendant chacun sur une partie 5 de la circonférence de ce fond, les tubes de la première série s'étendant à peu près verticalement en direction du fond en partant des collecteurs, alors que les tubes de la seconde série s'étendent à peu près radialement vers l'intérieur en partant des tubes de la première série et en direction des per-10 forations qui sont situées dans le secteur adjacent du fond. 7.- Réacteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on prévoit des conduites d'alimentation, à raison d'au moins une pour chaque collecteur, qui sont agencées de façon à amener le gaz de fluidisation dans les collecteurs à partir 15 d'une ou plusieurs canalisations principales. 8.- Réacteur selon la revendication 7» caractérisé en ce qu'on prévoit deux canalisations d'alimentation principales de forme sensiblement semi-circulaire qui, conjointement, entourent pratiquement le réacteur au-dessous du fond et à partir 20 desquelles les conduites d'alimentation s'étendent radialement vers 11 intérieur à intervalles -les unes des autres de manière à venir en communication avéc les collecteurs adjacents. 9.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les robinets dans les tubes de 25 la seconde série sont situés très près des tubes associés de la première série. 10.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9) caractérisé en ce que le fond du réacteur est constitué par un plateau de distribution métallique surmonté d'un matériau 30 réfractaire non métallique. 11.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications v 1 à 10, caractérisé en ce que chaque perforation est munie d'un dispositif antiretour pour réduire ou empêcher le risque d'infiltration de la matière solide dans les perforations à partir 35 du lit. 12.- Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il convient pour la chloration de matériaux contenant du titane.