Brevet FR2166167A1 — publié le 19730810

Dans les appareils de réaction servant à l'exécution de procédés chimiques endo-thermiques et exo-thermiques dans lesquels une opération de réaction s'effectue entre un gaz et une masse granuleuse servant de catalyseur, le catalyseur usé au bout d'un certain temps doit être enlevé pour la régénération ou pour le remplacement de la portée de l'appareil de réaction. Pour changer la totalité du catalyseur qui se trouve dans un réacteur tubulaire dans un grand nombre de tubes de contact disposés verticalement, l'appareil de réaction devait Jusqu'à présent en général être arrêté pendant un certain laps de temps. L'ouverture des hottes, l'enlèvement des organes de fermeture des divers tubes, le vidage du catalyseur usé et le remplissage avec un nouveau catalyseur, ainsi que finalement la refermeture des hottes peut durer plusieurs jours ou même des semaines. On a on conséquence également déjà rassemblé deux ou plusieurs appas reils de réaction en une seule installation et on les arrêtait successivement pour le changement du catalyseur, de sorte qu'il y avait toujours au moins un appareil de réaction en fonctionnement. I1 existe aussi des dispositifs dans lesquels le catalyseur est changé en continu pendant le fonctionnement du fait qu'il est conduit dans une circulation à travers la chambre de réaction et une chambre de régénération. Pour cela, il faut toutefois une très grande quantité de catalyseurs lorsqutil faut évacuer ou ramener la chaleur absorbée ou cédée au cours de l'opération de réaction à l'extérieur de la chambre de réaction. Des installations de circulation pour de si grandes quantités de catalyses atteignant, par exemple, 600.000 Kg/h à des températures de 300 à 5000C sont coûteuses et sujettes à dérangement. En outre, dans un appareil de réaction de ce genre dans lequel le catalyseur est amené comme à l'habitude d'en haut à travers une hotte servant de chambre de chargement et est enauite évacué par en bas par une hotte disposée en cet endroit, on a utilisé pour obtenir une grande uniformité en ce qui concerne la distribution du catalyseur sur les divers tubes et aussi en ce qui concerne son mouvement dans les tubes un produit gazeux supplémentaire qui est conduit dans le sens ascendant à travers le catalyseur et amène celui-ci à couler en méme temps. Par rapport à ce dispositif, l'invention est basée sur la considération que le catalyseur est bien changé avantageusement pendant le fonctionnement de l'appareil de réaction, mais que ce changement doit s'effectuer, pour des motifs économiques, de façon qu'à chaque fois seulement une quantité partielle relativement faible du catalyseur se trouve en régénération à l'extérieur de l'appareil de réaction.Pour pouvoir exécuter cette mesure d'une manière strie en fonctionnement et ordonnée, l'invention en liaison avec des appareils de réaction dans lesquels le catalyseur est amené d'en haut dans les tubes de contact pendant le fonctionnement et évacué par en bas, est caractérisé par un organe de commande disposé au-dessous du fond à tubes, constitué par au moins une plaque obturateur présentant des trous ouverts et des trous constitués à la manière d'un tamis, qui peut être déplacé périodiquement dans le sens horizontal, en avant, entrains avantageusement par voie hydraulique. Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, l'organe de commande se trouvant du côté de sortie est constitué par une plaque perforée en liaison avec une plaque obturateur, l'une des deux plaques étant mobile. Il peut aussi y avoir un second organe de commande constitué également par une plaque perforée en liaison avec une plaque obturateur, qui est placé à une distance déterminée au-dessous du premier. Un vérin hydraulique sert avantageusement à la manoeuvre de la plaque obturateur et de la plaque perforée. En outre, il est recommandable de disposer un sas avec obturateur d'entrée et obturateur de sortie commandés à chaque fois. Il y a enfin la possibilité de disposer des tubes perforés au moins à une extrémité des tubes de contact. Il suffit alors, en liaison avec ceux-ci, d'une plaque perforée mobile comportant des trous ouverts à l'extrémité inférieure des tubes de contact munis de tubes perforés. Plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées schématiquement à titre d'exemples aux dessins annexés. La fig. 1 est une coupe longitudinale d'un appareil de réaction comportant un dispositif pour le changement du catalyseur. La fig. 2 illustre un détail constructif relatif à une réa- lisation particulière de l'organe de commande. La fig. 3 est une coupe longitudinale d'une autre réalisa tion de l'ensemble de l'appareil de réaction. Suivant la fig. 1, un faisceau de tubes de contact verticaux 2 qui sont fixés de façon étanche dans un fond supérieur 3 et dans un fond inférieur 4, se trouve dans un récipient de réac -tion 1. Une hotte supérieure 5 et une hotte inférieure 6 se raccordent à ces fonds à tubes. La hotte supérieure 5 est reliée à son extrémité supérieure rétrécie à un réservoir 7 duquel un conduit 8 mène à un sas 9. Ce sas 9 peut être obturé tant du côté d'entrée par rapport à un conduit 10 qu'également du côté sortie par rapport au réservoir 7 par des obturateurs 11 et 12. De façon correspondante, un conduit 13 mène de la hotte inférieure 6 à un sas 14 qui peut également être obturé du côté d'entrée par un obturateur 15 et du côté sortie par un obturateur 16. Plusieurs tubes distributeurs 17 s'étendant du réservoir 7 jusque un peu devant le fond à tubes supérieur 3, sont disposés dans la hotte supérieure 5. Les tubes distributeurs 17 sont dirigés conformément à la section augmentant de haut en bas de la hotte 5 de façon qu'ils soient placés en face les uns des autres par leurs extrémités inférieures à distances régulières de la surface totale du fond à tubes supérieur 3. Le nombre de tubes distributeurs 17 est inférieur au nombre de tubes de contact 2, de sorte que les tubes distributeurs ne sont pas dirigés sur les embouchures des tubes de contact, mais principalement entre les sections placées entre ceux-ci du fond à tubes 3. Immédiatement au-dessous du fond à tubes inférieur 4 parallèlement à celui-ci se trouve une plaque obturateur 18 qui présente un groupe de trous ouverts 19 et un groupe de trous en tamis 20. Ces deux sortes de trous sont disposées alternativement à égale distance comme les tubes de contact 2. Un vérinhyirauli que 21 sert d'élément de commande pour la plaque obturateur 18 mobile en va et vient. Une tubulure 22 est reliée à la hotte supérieure 5 et une tubulure 23 à la hotte inférieure 6 pour l'amenée et l'évacuation de gaz de réaction puis une tubulure 24 est reliée à la zone du récipient de réaction 1 un peu au-dessous du fond à tubes supérieur 3 ,et une tubulure 25 est reliée à ce récipient un peu audessus du fond à tubes inférieur 4 pour l'amenée et l'évacuation d'un fluide véhicule de chaleur. Lors de la commande de cet appareil de réaction, les tubes de contact 2 sont remplis de la façon usuelle d'une masse de catalyseur granuleuse qui est traversée par un gaz de réaction. Il se produit alors une transformation chimique du gaz dans laquelle de la chaleur est consommée ou produite (procédé endo-thermique ou exo-thermique). Dans le premier cas, il faut donc amener de la chaleur de l'extérieur ce qui se fait au moyen du fluide véhicule thermique amené par la tubulure 24 à haute température dans l'es- pace entourant les tubes de contact 2 et par le fluide véhicule thermique évacué par la tubulure 25 à plus basse température, ce fluide pouvant être, par exemple, une masse fondue saline, de l'huile ou de l'eau. Le gaz de réaction est introduit par la tubulure 22 dans la hotte supérieure 5, il entre par le fond à tubes supérieur 3 dans les tubes de contact 2 et quitte ceux-ci à l'extrémité inférieure par la plaque obturateur 18, après quoi il est à nouveau évacué de la hotte inférieure 6 par la tubulure 23. Tandis que le gaz de réaction peut également sortir dans la position visible à la fig. 1 de la plaque obturateur 18 par ses trous 20 en tamis des tubes de contact 2, ces trous forment un barrage pour la masse granuleuse du catalyseur. Pour changer le catalyseur à des intervalles de temps relativement courts chaque fois par quantités partielles relativement faibles en vue de la régénération, la plaque obturateur 18 est animée d'un mouvement de va et vient à une cadence convenable à l'aide du vérin hydraulique 21, de sorte qu'alternativement les trous en tamis 20 et les trous ouverts 19 viennent se placer de niveau avec les tubes de contact 2. La quantité partielle du catalyseur tombant par les trous ouverts 19 de la plaque obturateur 18 des extrémités inférieures des tubes de contact 2, tandis que le reste du catalyseur continue à glisser en même temps dans ces tubes, est remplacée par une quantité partielle correspondante de catalyseurs frais provenant du stock se trouvant sur le fond à tubes supérieur 3 dans des petits canes a, le stock ou provision est recomplèté à partir du réservoir 7 en passant par les tubes distributeurs 17. Les deux sas 9, 14 avec leurs admissions et leurs sorties contrôlées par obturateurs assurent enfin le passage réglé du catalyseur et son éloignement de la zone de l'appareil de-réaction ainsi que sa préparation à l'état régénéré Il n'est pas nécessaire de traiter les autres détails qui servent à compléter la circulation du catalyseur depuis la sortie du sas inférieur 14 en passant par un dispositif de régénération jusqu'à sa rentrée dans le sas supérieur 9. Le cas échéant, au lieu de réutiliser un catalyseur régénéré on peut amener en tout ou en partie un nouveau catalyseur à l'appareil de réaction.Il est seulement essentiel en tout cas que le changement se fasse à chaque fois avec des quantitéa partielles relativement faibles et que de beaucoup la majeure partie de la quantité totale se trouve toujours à l'intérieur du récipient de réaction 1. De cette façon, il est possible d'assurer un fonctionnement particulièrement économique avec seulement une faible dépense en construction et en énergie pour ramener et régénérer le catalyseur. La fig. 2 montre une partie des tubes de contact 2 et de leur fond inférieur 4. Il yaàune faible distance au-dessous du fond à tubes une plaque à obturateur 26 disposée fixement ett étroitement au-dessous de celle-ci > une plaque perforée réglable 27. La plaque à obturateur 26 présente, comme dans la réalisation de la fig. 1, des trous ouverts 19 et des trous de tamis 20 tandis que la plaque perforée 27 ne présente que des trous ouverts 28. Lorsque dans la position représentée les trous 28 de la plaque perforée 27 coincident avec les trous en tamis 20 de la plaque obturateurs 26 et les trous 19 de cette dernière sont couvs seul le gaz de réaction peut sortir des extrémités inférieures des tubes de contact 2 mais non le catalyseur.La sortie du catalyseur n'est également possible que lorsque la plaque peforée 27 est amenée dans l'autre position dans laquelle ces trous coincident avec les trous ouverts 19 de la plaque obturateur 26. A une distance un peu plus grande tout à fait déterminée au-dessous le même organe de commande, à savoir une plaque obturateur fixe 26' et une plaque perforée mobile 27' sont encore disposées. Mais ce dispositif doublé devant être actionné alternativement au sens d'un sas n'a à etre prévu que lorsqu'il importe d'assurer un dosage précis de la quantité de catalyseurs à laisser passer à chaque fois qui correspond au volume de l'espace ménagé entre les deux organes de commande, limité vers 11 extérieur par l'enveloppe non représentée de la hotte inférieure (fig.1). A la place des plaques obturateur fixes 26,26' et des plaques perforées mobiles 27,27' on peut aussi inversement disposer les plaques obturateur mobiles et les plaques perforées ftoes. Dans la réalisation suivant la fig. 3, le récipient de réac -tion 29 s'étend au-delà des deux fonds à tubes 31 et 32 recevant les extrémités supérieures et les extrémités inférieures des tubes de contact 30 jusqu'à deux autres fonds à-tubes 33 et 34. Des tubes tamiseurs 35 et 36 s'étendent entre les deux fonds des tubes supérieurs et les deux fonds des tubes inférieurs en venant cotncider avec les tubes de contact 30. Une tubulure 37 et respectivement 38 est reliée dans la région de ce tube tamiseur à l'enveloppe du récipient de réaction 29. Deux autres tubulures 39-40 se trouvent, comme dans la réalisation de la fig. 1 dans la zone des tubes de contact 30 situés entre les deux autres fonds à tubes 31-32. Quelques tôles de réparation 43-44 se trouvent (i la place des tubes de répartition 17 de la fig. 1) dans les hottes 41 et 42 reliées en haut et en bas au récipient de réaction 29. En outre, les deux hottes débouchent dans des tubulures centrales 45 et 46 par lesquelles le catalyseur est amené et respectivement évacué. Immédiatement au-dessous du fond à tubes inférieur 34 et parallèlement à lui se trouve une plaque perforée 47 qui présente des trous 48 dans les intervalles ménagés entre les tubes de contact 30, et qui peut recevoir un mouvement de va et vient à l'aide d'un vérin hydraulique 49. Cette plaque perforée a le mê- me rôle que la plaque obturateur 18 de la fig. 1 en ce qui concerne l'évacuation s'effectuant à intervalles de temps déterminés de petites quantités partielles du catalyseur usé à partir des tubes de contact 30. Dans cette réalisation, le gaz de réaction est amené par la tubulure inférieure 38 et ré-évacué après avoir parcouru les tubes filtrants inférieurs 36, les tubes de contact 30 de haut en bas et les tubes filtrants supérieurs 35 par la tubulure supérieure 37. Le fluide véhicule thermique servant à amener ou évacuer de la chaleur consommée ou se produisant dans les tubes de contact 30 entre par la tubulure 39 et ressort par la tubulure 40. Le gaz de réaction peut aussi être conduit en présence des conditions de fonctionnement appropriées à cet effet en directîn contraire par les tubes de contact 2 ou 30, c'est-à-dire, dans la réalisation de la fig. 1 de bas en haut et dans la réalisa- tion de la fig. 3 de haut en bas. REVENDICAIION$ 1 - Dispositif de changement automatique du catalyseur dans des appareils de réaction servant à l'exécution de procédés chimiques endo-thermiques ou exo-thermiques dans lesquels le catalyseur est amené pendant le fonctionnement d'en haut dans les tubes de contact et est évacué par en bas, caractérisé par un organe de commande disposé au-dessous du fond à tubes 4, 34, qui est constitué par au moins une plaque obturateur 18, 47, présentant des trous ouverts 19 et des trous en tamis 20, cet organe obturateur pouvant être-déplacé périodiquement dans le sens horizonal, de préférence par commande hydraulique. 2 - Dispositif suivant la revendication 1 ,caractérisé par un organe de commande placé du côté sortie constitué par une plaque perforée 27 en combinaison avec une plaque obturateur 26, l'une des deux plaques étant mobile. 3 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2,caractérisé par un second organe de commande également constitué par une plaque perforée 27' en liaison avec une plaque obturateur 26' qui est disposée à une distance déterminée au-dessous du premier. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3,caractérisé par un vérin hydraulique 21 servant à manoeuvrer la plaque obturateur 18,26,26' ou la plaque perforée 27,27'. 5 - Dispositif suivant la revendication 1,caractérisé par un sas 9,14 muni de soupapes d'entrée et de sortie commandées 11,12,15,16, associé à l'entrée et à la sortie. 6 - Dispositif suivant la revendication 1,caractérisé par des tubes en tamis 35,36 à au moins une des extrémités des tubes de contact 30. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications,1 à 6 caractérisé par une plaque perforée mobile 47 présentant des trous 48 à ltextrémixé inférieure des tubes de contact 30 munis de tubes tamiseurs 36.