Brevet FR2508817A1 — publié le 19830107

La présente invention concerne un nouveau procédé de mise en mouvement de particules solides dans un milieu liquide ou dans un milieu mixte liquide et gaz. Ce nouveau procédé permet en particulier de diminuer l'importance des investissements nécessaires à l'obtention d'une parfaite homogénéité du milieu. I1 permet par ailleurs de diminuer très substantiellement l'énergie nécessaire pour cette opération et d'assurer éventuellement, un renouvellement en continu ou en discontinu du solide présent. Cette invention est applicable notamment à toutes les opérations de transformation d'une charge liquide qui sont réalisées dans des réacteurs en lit mobile, en lit fluidisé liquide - solide ou en lit fluidisé gaz - liquide - solide (lits "bouillonnants" en particulier), dans lesquelles elle apportera un surcroit d'efficacite, de souplesse de fonctionnement et d'economies d'energie. En particulier, elle s'applique à toutes les reactions de traitements (hydrotraitements par exemple) de charges diverses d'hydrocarbures. La mise en mouvement de particules solides dans un liquide est un problème étudié depuis longtemps. Parmi les différentes techniques utilisées, on peut citer par exemple - L'agitation au moyen d'un système mécanique. L'inconvénient de cette technique résulte, d'une part de l'énergie nécessaire à une agitation efficace, d'autre part du risque éleve de détérioration des particules solides si l'on veut obtenir une bonne homogénéité de tout le milieu. En outre des problèmes délicats d'étanchéité des parties mobiles sont accrus par la présence de solides en mouvement. - la fluidisation du solide par circulation du liquide, ou par circulation de liquide et de gaz dans le cas d'un système triphasique. Il parait utile, pour bien définir le problème, de rappeler que a/ - Dans un système biphasique (solide + liquide), on passe du lit fixe au lit fluidisé en augmentant le débit de circulation de liquide (généralement injecté en courant ascendant) jusqu'à ce que toutes les particules solides soient mises en mouvement permanent par cette circulation de liquide sans qu'elles soient entrainées par le flux liquide. Les débit minimum de liquide nécessaires à cette mise en fluidi sation peuvent être aisément connus. Ces débits dépendent évi demment du type de solide et de ses caractéristiques physiques, ainsi que du liquide et de ses propriétés physiques. On appellera débit minimum du liquide le débit correspondant à la vitesse minimum de circulation de liquide nécessaire pour mettre les solides en mouvement. b/ - Dans un système triphasique (solide + liquide + gaz), le passage du lit fixe au lit mobile ou fluidisé est obtenu par la mise en mouvement du solide à la fois par le débit du liquide et celui du gaz. Dans ces différents cas, l'énergie nécessaire pour obtenir une bonne homogénéité du milieu est donc élevée. Or on a constaté, de façon tout à fait inattendue, que, par exemple en milieu biphasique solide - liquide, l'injection d'une très faible quantité de gaz (actif ou inerte) permet de fluidiser un solide avec un débit de liquide très inférieur au débit minimum de fluidisation par liquide seul. On peut ainsi obtenir cette fluidisation pour des vitesses de circulation de liquide qui sont seulement de 10 à 90 %, et de préférence de 50 à 70 %, de la vitesse minimum habituellement nécessaire avec un liquide seul, grâce à l'injection de très faibles quantités de gaz. Si, à titre d'exemple, on a une vitesse minimum de fluidisation par le liquide seul de 0,01 m3 par m2 de réacteur et par seconde, il est possible d'obtenir cette fluidisation avec un débit liquide de seulement 0,003 à 0,007, ou encore 0,005 à 0,006 m3 de liquide par m2. s à condition d'injecter un débit de gaz de l'ordre par exemple respectivement de 0,0024 à 0,0018 m3 de gaz par m2. s mais d'une façon plus générale de l'ordre de 5 a 80 % ou encore de l'ordre de 30 à 60 % du débit liquide. Si le débit du liquide est choisi inférieur à 10 % du débit minimum de fluidisation par liquide seul, le débit de gaz à injecter pour obtenir la fluidisation ne reste plus aussi faible que celui indiqué précédemment et croit très rapidement. Ainsi, par exemple, dans le cas où la vitesse minimum de fluidisation est de 0,01 m3 par m2.s, si on choisit un débit liquide de 0,0009 m3 par m2.s (soit égal à 9 % du débit minimum), il est nécessaire d'injecter au moins 0,10 m3 par m2.s de gaz pour obtenir le même état de fluidisation, c'està-dire un débit de gaz égal à 5.000 % du débit liquide choisi. Ces résultats sont valables pour des solides de formes variées billes, extrudés, grains de formes diverses, utilisés en tant que catalyseurs, solides actifs ou inertes. Les liquides mis en oeuvre peuvent être de tous types : Solutions aqueuses, liquides organiques ou hydrocarbures. Dans le cas où l'on opère en milieu triphasique solide - liquide gaz, on opère avec des débits de gaz et de liquide sensiblement identiques à ceux indiqués précédemment ; on déterminera le débit liquide minimum nécessaire à l'agitation des particules solides, sans utilisation du gaz réactionnel, et, conformément à l'invention, on utilisera un débit liquide (exprimé en m3 de liquide par m2.s) compris entre 10 et 90 %, de préférence entre 50 et 70 % de la valeur du débit liquide minimum ainsi déterminé, le débit de gaz étant ensuite choisi de façon à ce qu'il représente (exprimé en m3 gazeux par m2.s) 5 à 80 %, et de préférence 30 à 60 %, du débit liquide utilisé. En outre, on a découvert que l'adjonction de faibles quantités de certains adjuvants liquides est encore susceptible d'améliorer le rendement énergétique. Ainsi par exemple les adjuvants de flottation (tels que les alkylarylsulfonates, l'acide lignosulfonique, les sulfures de pétrole, les sels sulfureux), en faisant varier les propriétés interfaciales entre le liquide, le gaz et le solide, permettent de modifier la mouillabilité des solides par les liquides. On facilite ainsi l'accrochage des bulles de gaz par les particules solides du lit. Ces particules se trouvent allégées au sein du milieu et leur mise en mouvement se trouve donc facilitée. Ces adjuvants peuvent avoir un comportement inerte ou éventuellement faire partie des réactifs. L'intérêt de cette mise en oeuvre particulière est de diminuer encore sensiblement les débits de fluides nécessaires à la mise en mouvement des solides. Tout ceci a pour conséquences d'entraîner à la fois - une réduction de la hauteur de l'installation par un facteur de 0,1 à 0,9, - Une diminution de la capacité utile des organes de mise en mouvement des fluides de l'ordre de 0,1 à 0,9 et de l'énergie nécessaire au fonctionnement de ces appareils dans les mêmes proportions et une grande. amélioration de la souplesse de l'installation puisque les débits liquides peuvent varier dans des proportions importantes par exemple de 1 à 3, sans entraîner de modifications sensibles de la mobilité des particules. EXEMPLE 1 Le procédé de l'invention peut être utilisé avantageusement pour le traitement catalytique de charges liquides telles que des bruts pétroliers, particulièrement en hydrotraitement, en réacteur cylindrique où le liquide et le gaz injectés circulent en courant ascendant. On choisit les paramètres physiques suivants, à titre d'exemple Réacteur de diamètre 0,60 m, catalyseur sur billes d'alumine de diamètre moyen 1,4 mm ; caractéristiques du liquide à la température de fonctionnement : densité 700 Kg/m3, viscosité 1 cst (10 6 m2/s) à 1000 C ; gaz : mélange riche en hydrogène de densité 0,09 g/m3 dans les conditions TPN. Le débit minimum de fluidisation par le liquide seul est de 0,002 m3/s. Le débit minimum de fluidisation par le gaz seul est de 0,057 m3/s (TPN). En utilisant les résultats de la présente invention, on se fixe comme débit liquide 0,001 m3/s soit 50 % du débit minimum de fluidisation. Les particules solides sont alors immobiles et le lit est fixe. Si maintenant on injecte le mélange gazeux riche en hydrogène avec un débit (TPN) de 0,0008 m3 par seconde, les particules solides sont mises en mouvement et le fonctionnement du réacteur est assuré. EXEMPLE II On se propose, en milieu aqueux, d'effectuer l'oxydation catalytique de sulfite de sodium par l'air dans un réacteur cylindrique de diamètre 0,30 m a l'aide d'un catalyseur déposé sur support d'alumine de diamètre moyen 1,4 mm. Le dépit minimum de fluidisation par le liquide seul est de 6,7.10-4m3 par seconde. On ajuste le débit de liquide à 70 % de cette valeur soit environ 4,6.10-4 m3 par seconde. Le lit reste fixe pour le débit ainsi choisi. Si maintenant, on injecte l'air avec un débit T.P.N. de seulement 3,2.10-4 m3 par seconde, le solide est mis en fluidisation et le réacteur est en état de fonctionnement. REVENDICATIONS 1. - Procédé de mise en mouvement de particules solides dans un milieu liquide ou dans un milieu liquide - gaz, à l'aide d'un gaz inerte ou réactionnel, caractérisé en ce que, après avoir déterminé le débit minimum de liquide nécessaire à l'agitation des particules solides, on opère avec un débit de liquide, exprimé en m3 de liquide par m2 de section et par seconde, compris entre 10 et 90 % du débit dit minimum et avec un débit de gaz, exprimé en m3 de gaz par m2 de section et par seconde, compris entre 5 et 80 % de la valeur du débit utilisé de liquide. 2. - Procédé selon la revendication 1 dans lequel le débit liquide utilisé est compris entre 50 et 70 % de la valeur du débit liquide dit minimum. 3. - Procédé selon la revendication 2 dans lequel le débit de gaz est compris entre 30 et 60 % dudit débit utilisé de liquide. 4. - Procédé selon l'une des revendications 1 a 3 dans lequel on ajoute dans le milieu au moins un adjuvant liquide de flottation.