Brevet FR2276370A1 — publié le 19760123

La présente invention a trait aux réacteurs à lit fluidi- fié. On sait qu'à mesure que le gaz naturel se raréfies ou tout au moins devient d'extraction plus difficile ou onéreuse) il apparatt indispensable de trouver des appareils et des procédés capables de produire des gaz combustibles naturels de remplacement dans des conditions économiques. En général, les gaz à haute teneur en éthane et méthane, qui peuvent servir de produit de remplacement de ces gaz naturels s'obtiennent en faisant réagir un fuel ou hydrocarbure liquide et de hydrogène sous des températures et pressions élevées. L'hydrocarbure que l'on peut utiliser dans ce procédé sommairement exposé peut Aetre du pétrole brut, du fuel distillé ou d'autres huiles d'hydrocarbures.Une des méthodes adoptées pour faire réagir le fuel avec lthydrogène consiste à introduire le mélange de fuel et d'hydrogène dans un réacteur contenant une couche ou un lit fluidifié, composé de particules de coke , les température et pression à l'intérieur de ce réacteur jetant suffisamment- élevées pour produire la réaction nécessaire. D'usage de tels réacteurs pose plusieurs problèmes. Un mélange non-uniforme.de fuel, d'hydrogène et de particules.de coke fludifié peut déterminer de fortes concentrations de fuel dans certaines zones de-'la couche fluidifiée. Attendu .que.la réaction entre-le fuel de lthydrogène dégage une quantité importante de chaleur, de telles fortes eoncentrations locales- de fuel risquent de se traduire par de très hautes températures locales (t'points chauds") qui nuisent sérieusement au rendement désiré en gaz et diminuent le rendement du procédé. Un mélange non-uniforme de fuel, d'hydrogène et de particules de coke formant lelit fluidifié peut aussi aboutir à l'ag- glomération de ces particules de coke et à la formation de dépits carbonés à l'intérieur du réacteur. Cette agglomeratioF de particules fluidifiées de coke détermine une défluidification des particules, ce qui limite également le rendement du procédé. Si le contact entre i'alimentation en fuel et les particules de coke.n'atteint pas un degré suffisant d'uniformité,.une.partie du fuel-traverse le lit fluidifié sans produire une réaction suffisamment complète avec l'hydrogène, ce qui forme des dép8ts decoke qui tendent à freiner ou interdire le passage du gaz à travers le- réacteur. T.tun des buts de la- présente invention consiste à éviter les inconvénients constatés dans l'art antérieur et qui ont été évoqués ci-dessus. A cet effet la partie inférieure du lit fluidifié est équipée de plusieurs tuyaux de montée dont la section transversale est suffisamment petite pour qutà n'importe quel moment une fraction des particules de coke puisse s'grever dans ces tuyaux à une allure suffisante pour promouvoir un mélange pratiquement complet de l'hydrocarbure et des particules de coke. Sur le dessin annexé la figure 1 montre une vue en élévation latérale et coupe partielle d'un réacteur réalisé conformément à la présente invention, et la figure 2 montre en coupe transversale, faite ment au niveau de la ligne 2-2 de la figure 1, du mme réacteur. Sur la figure l on a représenté un réacteur 10 à lit ou couche fluidifié réalisé conformément à la présente invention. Ce réacteur comporte plusieurs tuyaux d'admission 12 qui traversent le fond 14 du réacteur et s'élèvent à l'intérieur de celui-ci.Chaque tuyau d'admission 12 formé un ensemble comprenant plus particulièrement un tuyau 16 d'alimentation en fuel ou hydrocarbure, disposé à l'intérieur d'un tuyau coaxial 18 de plus grande section qui sert à introduire l'hydrogène gazeux. Ce gaz alimente les tuyaux grâce à des tubulures 20 et s'élève à l'intérieur des tuyaux d'alimentation en gaz 18 Jusqutaux extrémités supérieures 22 de ceux-ci, où le gaz sort des tuyaux et pénètre à l'intérieur du réacteur proprement dit.Le fuel ou hydrocarbure s'élève Jus qu'aulx extrémités 24 des tuyaux d'alimentation en fuel où il sort également de ces tuyaux et pénètre à l'intérieur du réacteur. Le mélange de fuel et de gaz réagit pour former un gaz à haute teneur en méthane et en éthane à I'intérieur de l'enveloppe latérale 26 du réacteur 10 dans une couche fludifiée 30 qui s'étend à partir du fond du réacteur Jusqutau niveau supérieur indiqué par le trait interrompu 32. Le gaz ainsi formé s'élève ensuite à travers une conduite centrale 34 pour atteindre un séparateur 36, de préférence du type cyclone, pour parvenir finalement à une conduite de sortie ou d'évacuation 38 raccordée à une tubulure de sortie 40. Pour pouvoir maintenir les particules de coke à l'état fludifié dans le lit fluidifié 30, on introduit de l'hydrogène gazeux à travers des conduites à parois perforées 42 qui traver sent la paroi latérale du réacteur 10 Jusqu'aux endroits où l'hydrogène entre en contact avec les particules de coke. Bien entendu, ces conduites ne sont perforées que dans leurs parties qui se trouvent à l'intérieur de l'enveloppe 26 du réacteur 10. Pour obtenir une phase dense du lit fluidifié 30 aux endroits où les particules de coke se déplacent lentement et aussi à travers une phase de section transversale suffisante, afin que la réaction soit totale il est prévu suivant l'invention un cylindre élévateur supérieur 46. Ainsi, les particules de coke s'élèvent à travers ce cylindre élévateur 46 sous lteffet de la pression du gaz pénétrant dans la partie inférieure du réacteur. Les particules qui parviennent au sommet du lit fluidifié 30 subissent une inversion du sens d'écoulement afin de redescendre dans l'lnter- valle annulaire ménagé entre le cylindre élévateur 46 et les parois latérales 26. On a déJà expliqué comment une diminution du rendement et l'apparition de la cokéfraction dans la zone voisine de la sortie dans des réacteurs à lit fluidifié sont fréquemment dQes à un mélange insuffisant du fuel et des particules de coke dans ce lit fluidifié. A cet effet, plusieurs tubes élévateurs-mélangeurs 50 sont prévus dans la partie inférieure du réacteur 10 à lit fluidifié. Ces tubes 50 représentés en plan sur la figure 2 sont disposés coaxialement par rapport aux ensembles de tuyaux d'admission 12, comprenant chacun, comme on l'a vu plus haut, un tuyau 16 d'a limentation en fuel entouré d'un tuyau coaxial 18par iSrodubelyhxs gène gazeux qui s'étend vers le haut dans les tubes 50 à un niveau supérieur à la base des tubes élévateurs mélangeurs 50 qui s'étendent au dessus du niveau du tube supérieur 46. Cette disposition particulière permet à certaines particules de coke qui descendent entre le cylindre-élévateur 46 et la paroi ou enveloppe latérale 26 du réacteur de parcourir tout le traJet voulu à l'intérieur du réacteur Jusqu'à un niveau suffisamment bas pour que ces particules de coke puissent ensuite remonter à l'intérieur des tubes élévateurs-mélangeurs 50, après quoi une fraction de ces particules inversent leur sens d'écoulement pour redescendre à l'extérieur des tubes élévateurs-mélangeurs 50 Jusqutau fond du réacteur, avant de poursuivre leur ascension à travers le cylindre-élévateur supérieur 46. Ces inversions de sens d'écoulement et l'effet de frottement créé par les particules qui franchissent les tubes éléva teurs-mélangeurs 50 produisent une certaine turbulence qui mélange très intimement le fuel aux particules de coke. Grâce à cette disposition; chacune des particules qui composent le lit fluidifié 30 traverse à un moment ou un autre à une vitesse relativement élevée l'un des tubes élévateurs-mélangeurs 50, en raison de la section relativement réduite qutatteint le courant ascendant de ces particules à travers ces tubes 50. En outre, une fraction des particules sortant des tubes élévateursmélangeurs 50 subit une inversion de leur sens d'écoulement pour redescendre, et ensuite remonter à travers les tubes 50. I1 en résulte un degré de turbulence tel que le fuel qui alimente le réacteur par les tuyaux 16 se mélange intimement et totalement aux particules de coke. Cela résoud du même coup les problèmes de faible rendement et de cokéfaction qui ont été exposés plus haut. Bien que la description qui précède se réfère à un mode préféré de réalisation de l'invention, il est évident pour tout homme de l'art que d'autres modes de réalisation ainsi que de nombreuses variantes peuvent autre imaginés sans sortir toutefois du cadre de l'invention tel que le définissent les revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Réacteur à lit fluidifié produisant un gaz à haute teneur en éthane et en méthane, comprenant un récipient clos 26, une entrée 42 pour introduire un hydrocarbure liquide et de l'hydrogène gazeux, située près du fond dudit récipient; une sortie 38 pour diriger le produit gazeux vers l'extérieur dudit récipient aw.fins d'utilisation, sortie qui est située près du sommet du récipient caractérisé en ce qutil comprend des tubes mélangeurs-élévateurs 50 qui s'étendent verticalement dans la partie inférieure du récipient de façon que l'entrée soit située coaxialement par rapport à ces tubes et que lthydrocarbure liquide et llhydrogène soient introduits dans ces tubes ; un cylindreélévateur 46 situé verticalement au-dessus de chaque tube mélsn, geur élévateur 50 et de section transversale très supérieure à celle de ce tube, afin-que du coke formant le lit fluidifié s1élè- ve de façon continue à travers les tubes mélangeurs-élévateurs 50 et le cylindre-élévateur supérieur 46, pour redescendre dans Ies intervalles situés à l'extérieur de ce tube élévateur, 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base de ce cylindre-élévateur supérieur 46 est située légèrement au-dessous du sommet des tubes élévateurs mélangeurs 50. 3. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs tubes élévateurs-mélangeurs 50. 4. Réacteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un séparateur du type cyclone disposé entre le cylindre élévateur 36 supérieur et ladite sortie pour empêcher les particules de coke du lit fluidifié d'atteindre ladite sortie.