Brevet FR2561542A1 — publié le 19850927

Z561542 L'invention concerne un appareil perfectionné pour systèmes de réaction à lit fluidisé. Dans des systèmes de réaction à lit fluidisé destinés à une polymérisation exothermique ou à des réactions exothermiques utilisant le milieu de fluidisa- tion pour évacuer la chaleur de réaction (ainsi que pour faire circuler les corps réactionnels), le cycle suivi par les milieux de fluidisation est habituellement extérieur au réacteur et exige des tuyauteries largement dimension- nées, un compresseur de circulation résistant à la pres- sion et un ou plusieurs échangeurs de chaleur places en amont et/ou en aval du compresseur. De plus, une plaque de distribution de gaz à l'origine d'une chute de pres- sion importante est nécessaire, à l'entrée du lit flui- disé, pour assurer une distribution uniforme des milieux de fluidisation. Chaque élément du cycle extérieur exige un sup- port ou une fondation et une installation indépendante. De plus, il faut beaucoup de place pour ces éléments, en particulier dans le cas de gros réacteurs. Par conséquent, un appareil perfectionné peut être utilisé pour l'élimination de la chaleur et la circulation des corps réactionnels, soit dans une réac- tion de polymérisation exothermique, soit dans toute autre réaction chimique sans polymérisation, dans laquelle on souhaite une élimination et/ou une circula- tion des corps réactionnels. Conformément à la présente invention, il est prévu un appareil intégré pour systèmes de réaction à lit fluidisé, comprenant un réacteur qui présente une zone de rupture d'entraînement proche d'une première de ses extrémités, une zone de compression-diffusion pro- che de son autre extrémité et une zone de réaction à lit fluidisé située entre les deux zones précédentes; une conduite d'aspiration de fluide de recyclage montée fixement à l'intérieur du réacteur et destinée à recevoir un fluide de recyclage par une extrémité placée dans la zone de rupture d'entraînement et à décharger le fluide de recyclage à son autre extrémité placée dans la zone de compression-diffusion; et de moyens intégrés et uniques à refroidisseur et plaque de distribution de gaz placés dans le réacteur, à proximité de son extrémité inférieure, les moyens refroidisseurs étant en contact thermique avec le fluide de recyclage déchargé. Par conséquent, l'invention propose une cuve intégrée unique résistant à la pression, destinée au circuit comprenant le réacteur à lit fluidisé et l'appa- reil. L'assemblage d'un ou avantageusement plusieurs des éléments constitutifs suivants du système, en un seul système intégré à lit fluidisé, comprend: 1. L'utilisation d'un échangeur de chaleur intégré (refroidisseur) placé au-dessous du lit fluidisé et servant à supporter ce dernier, cet échangeur de chaleur assumant la fonction, en plus de celle d'un échangeur de chaleur, d'un dispositif de distribution de gaz pour le lit fluidisé. Cet agencement de l'échangeur de chaleur présente l'avantage supplémentaire d'empêcher la rupture d'entraînement de tout liquide de condensation à partir du circuit. 2. L'utilisation d'une cuve unique résistant à la pression pour la réaction en lit fluidisé, l'élimination de la chaleur et le circuit de fluidisation. Une variante consistant à utiliser un échangeur de chaleur à plaque tubulaire et brides, avec enveloppe indépendante, est également prévue. 3. L'utilisation d'un tuyau central ou axial de retour ( à travers le lit fluidisé) pour constituer un conduit permettant au gaz du cycle de s'écouler du dessus du lit fluidisé directement vers la zone de compression-diffusion,située au-dessous du lit fluidisé et des moyens de refroidissement. 4. En variante, l'utilisation du fond du réac- teur comme enveloppe résistant à la pression pour le compresseur du circuit est également décrite. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une élévation avec coupe partielle montrant schématiquement un appareil à réac- teur intégré selon l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale par- tielle d'une forme de réalisation de moyens de refroidis- sement et-d'une conduite de recyclage par aspiration pouvant être utilisésdans le réacteur de la figure 1, conformément à un aspect de l'invention; et la figure 3 est une coupe longitudinale par- tielle d'une autre forme de réalisation des moyens de refroidissement et de la conduite de recyclage par aspiration pouvant être utilisés dans le réacteur de la figure 1, conformément à un autre aspect de l'invention. En référence en particulier à la forme de réalisation de l'appareil montré sur les figures 1 et 2, un réacteur intégré 10 présente une configuration uni- forme, globalement cylindrique, le long-des parties centrale et inférieure 12 et 14 de son corps, et une partie supérieure 16, avantageusement en forme de dôme de diamètre agrandi. La partie supérieure 16 en forme de dôme constitue une zone 18 de rupture d'entraînement située à et à proximité de l'extrémité supérieure du réacteur 10. Un zone 20 à lit fluidisé est prévue au- dessous de la zone 18 de rupture d'entraînement. Des moyens intérieurs 22 de refroidissement sont prévus au-dessous de la zone à lit fluidisé, la surface supé- rieure 24 de ces moyens 22 de refroidissement assumant la fonction de distribution de gaz qui sert à supporter le lit fluidisé par le dessous. Une zone 26 de compression-diffusion est prévue à l'extrémité inférieure du réacteur 12 et des moyens compresseurs 28 sont disposés à proximité de la base de la zone de compression-diffusion 26. Un conduit 30 d'aspiration de fluide de recyclage est positionné fixement, centralement et axia- lement à travers la plus grande partie de la longueur du réacteur 10, à partir d'une entrée évasée 32 située à son extrémité supérieure, dans la zone 18 de rupture d'entraînement, jusqu'à son extrémité inférieure qui aboutit dans les moyens compresseurs 28. Ces derniers comprennent un organe rotatif d'impulsion 36 coopérant avec un anneau diffuseur 34 et entraîné par un moteur 38 de compresseur (extérieur au réacteur 10) par l'intermé- diaire d'un arbre 40. Une bride 42 est prévue dans la base du réac- teur afin de permettre aux éléments du compresseur d'être retirés et d'accéder à proximité de l'anneau diffuseur et du conduit 30 d'aspiration du fluide de recyclage. Dans la forme de réalisation des figures 1 et 2, les conduits d'aspiration du fluide de recyclage passent à travers des moyens refroidisseurs 22 sans qu'il se produise aucun écoulement de fluide entre eux et avec un contact thermique d'échange de chaleur entre le fluide de refroidissement passant dans les moyens de refroidis- sement et le fluide descendant dans le conduit 30 de recyclage. Le conduit 30 de recyclage par aspiration est supporté par les parois du réacteur au moyen d'entretoises 44 de support, à proximité de l'extrémité supérieure de ce conduit, et par les moyens 22 de refroidissement à proximité de son extrémité inférieure. Un trou d'homme ou autre élément analogue 46 est prévu à travers les parois du réacteur 10, dans une position située au-dessus du refroidisseur 22 afin de pouvoir accéder à des fins d'entretien lorsque cela est nécessaire. Le refroidisseur 22 comprend un grand nombre de conduits espacés 48 d'écoulement de fluide s'élevant verticalement à travers ce refroidisseur 22 et fixés, par exemple soudés, par leurs extrémités supérieure et inférieure, respectivement, à des plaques tubulaires annulaires 50 et 52. Des conduits 54 et 56 d'entrée et de sortie de fluide de refroidissement, respectivement, sont pré- vus pour permettre le passage de tout milieu convenable de refroidissement à travers le refroidisseur 22, dans l'espace commun compris entre les conduits 48 d'écoule- ment de fluide. Des conduits d'entrée peuvent être prévus, comme indiqué en 58 et 60, pour le passage d'un corps réactionnel (telle qu'un monomère d'appoint et d'au- tres additifs) vers le réacteur. Le conduit d'entrée 58 peut être utilisé pour introduire un corps réaction- nel dans la zone 26 de compression-diffusion. Le conduit 60 d'entrée peut être utilisé pour introduire un corps réactionnel directement à travers les entretoises 44 de support à l'intérieur du conduit 30 d'aspiration de fluide de recyclage, à proximité de son extrémité supérieure. Plusieurs cornières 62 ou autres peuvent être avantageusement fixées dans une position espacée au- dessus de chaque canal du refroidisseur 22 et de la plaque tubulaire 50 de distribution de gaz afin d'empê- cher le reflux de particules solides du lit fluidisé dans les canaux. Dans la forme de réalisation de la zone d'ap- pareil de la figure 3, le conduit 30 d'aspiration de fluide de recyclage ne traverse pas physiquement, en tant que tel, le refroidisseur 22, comme c'est le cas dans la forme de réalisation de la figure 2. Les extré- mités évasées 64 et 66 du conduit 30 sont fixées, par exemple soudées, aux plaques tubulaires supérieure inférieure 50 et 52 du refroidisseur 22 et elles commu- niquent avec plusieurs canaux 48 du refroidisseur 22 recouverts par les extrémités évasées 64 et 66 du conduit 30. Les autres conduits de fluide du refroidis- seur sont utilisables pour permettre le passage d'un fluide s'écoulant vers le haut, comme montré dans la forme de réalisation de la figure 2. Dans les deux formes de réalisation des figures 1 et 2 et celle de la figure 3, des moyens d'entrée sont prévus à travers les parois du réacteur 10 et 68 pour l'introduction d'une matière de réaction dans la zone du lit fluidisé. De plus, des moyens d'évacuation du produit sont prévus en 70 à travers les parois du réacteur 10 de chacune des formes de réalisation repré- sentées. En fonctionnement, l'appareil intégré perfec- tionné selon l'invention utilise un écoulement de fluide qui monte de la zone 26 de compression-diffusion par les canaux 48 du refroidisseur 22 vers la zone 20 à lit fluidisé o les particules du lit fluidisé sont mises en suspension jusqu'au niveau indiqué en 72 sur la figure 1. L'écoulement ascendant du fluide se poursuit à travers la zone 18 de rupture d'entraînement du réac- teur o les solides se séparent du fluide. Le courant de fluide descend par l'entrée évasée 32 dans le conduit d'aspiration 30 de fluide de recyclage, sous l'effet du compresseur proche de la base du réacteur. Un écoulement d'évacuation se produit du conduit de fluide à travers le compresseur 36, l'anneau diffuseur 34 fermant le circuit de recyclage du fluide. Cet appareil intégré permet, en variante, l'addition de monomère d'appoint par l'intermédiaire du conduit 58 ou du conduit 60, directement dans le conduit 30 de recyclage par aspiration. On a conçu des unités utilisant l'appareil intégré à réacteur selon l'invention présentant des hauteurs de réacteur atteignant 30 mètres, une longueur de lit fluidisé du réacteur de 13,2 mètres et un diamètre de 4,2 mètres, un refroidisseur d'une hauteur d'environ 6 mètres (dans la forme de réalisation de la figure 1) et utilisant environ 1000 conduits d'écoulement de fluide d'environ 2,5 centimètres de diamètre, espacés de 38 mm, d'axe en axe. Un tel appareil est conçu pour la polymé- risation d'alpha-oléfines et il utilise une vitesse, dans le tube de recyclage, supérieure à 15 mètres par seconde. Les avantages de l'appareil selon l'invention résident dans un coût d'investissement réduit et dans des coûts de fonctionnement réduits des réacteurs à lit fluide. En particulier, cette conception a pour résultat: (a) de minimiser l'énergie demandée par le compresseur en réduisant la chute de pression dans le circuit de gaz; (b) de faciliter la conception modulaire du système de réaction; (c) de permettre une fabrication et un assem- blage en usine de l'ensemble du système à réacteur, compresseur et refroidisseur (d) d'éliminer l'enveloppe et les fondations du compresseur; (e) d'éliminer les canalisations extérieures, les joints de dilatation et les structures de support du compresseur; (f) d'éliminer les fondations indépendantes pour le refroidisseur; et (g) de minimiser les sollicitations des services techniques. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil intégré pour systèmes de réaction à lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il comporte un réacteur (10) présentant une zone (18) de rupture d'en- traînement à proximité d'une première de ses extrémités, une zone (26) de compression-diffusion à proximité de son autre extrémité et une zone (20) de réaction à lit fluidisé située entre les deux zones précédentes, un conduit (30) d'aspiration de fluide de recyclage monté fixement à l'intérieur du réacteur et prévu pour un écoulement d'entrée de fluide de recyclage par une pre- mière extrémité de ce conduit placée dans la zone de rupture d'entraînement, et un écoulement de décharge du fluide de recyclage par son autre extrémité placée dans la zone de compression-diffusion, et des moyens (22) de refroidissement et de distribution de gaz placés dans le réacteur, à proximité de son extrémité inférieure, les moyens de refroidissement étant en contact thermi- que avec le fluide de recyclage déchargé. 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de refroidissement servent également de distributeur de gaz et sont destinés à supporter le lit fluidisé. 3. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la zone de rupture d'entraînement présente un diamètre qui dépasse celui des autres zones du réacteur. 4. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'un compresseur (28) est en outre placé à intérieur du réacteur, à ladite autre extrémité du conduit d'aspiration de fluide de recyclage. 5. Appareil selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les canaux des moyens de distribution de gaz comprennent des éléments de protection à distance (62) placés au-dessus d'eux afin d'empêcher le reflux de particules solides à partir du lit fluidisé à travers ces canaux. 6. Appareil pour systèmes de réaction à lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il comporte un réacteur (10) présentant une zone (18) de rupture d'entraînement à proximité d'une première de ses extrémités, une zone (26) de compression-diffusion à proximité de l'autre extrémité, une zone (20) de réaction à lit fluidisé comprise entre les deux zones précédentes, un conduit (30) d'aspiration de fluide de recyclage monté fixement à l'intérieur du réacteur et prévu pour l'écoulement d'entrée du fluide de recyclage par une première de ses extrémités placée dans la zone de rupture d'entraînement, et l'écou- lement de décharge du fluide de recyclage par son autre extrémité placée dans la zone de compression-diffusion, des moyens intégrés et uniques (22) de refroidissement et de distribution de gaz placés dans le réacteur, à proximité de son extrémité inférieure, les moyens de refroidissement étant en contact thermique avec le conduit d'aspiration de fluide de recyclage, et un compresseur (28) placé dans le réacteur, à ladite autre extrémité du conduit d'aspiration de fluide de recyclage. 7. Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le diamètre de la zone de rupture d'en- trainement dépasse celui des autres zones du réacteur. 8. Appareil selon la revendication 6, caracté- risé en ce que les canaux des moyens de refroidissement et de distribution de gaz sont équipés d'éléments de protection à distance (62) places au-dessus d'eux afin d'empêcher le reflux de particules solides dudit lit fluidisé à travers ces canaux. 9. Appareil pour systèmes de réaction à lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il comporte un réacteur (10) présentant une zone (18) de rupture d'entraînement à proximité d'une première de ses extrémités, une zone (26) de compression-diffusion à proximité de l'autre 1 1 extrémité, une zone de réaction à lit fluidisé placée entre les deux zones précédentes, un conduit (30) d'aspiration de fluide de recyclage monté fixement à l'intérieur du réacteur et prévu pour l'écoulement d'entrée d'un fluide de recyclage par une première de ses extrémités placée dans la zone de rupture d'entral- nement et un écoulement de décharge du fluide de recy- clage par son autre extrémité placée dans la zone de compressiondiffusion, des moyens intégrés et uniques (22) de refroidissement et de distribution de gaz placés dans le réacteur, à proximité de son extrémité inférieure, les moyens de refroidissement étant en contact thermique avec le conduit d'aspiration de fluide de recyclage, un compresseur (28) placé dans le réacteur, à ladite autre extrémité du conduit d'aspira- tion de fluide de recyclage, des moyens (58, 60) d'entrée de fluide en communication soit avec l'intérieur du conduit d'aspiration de recyclage, soit avec la zone de séparation afin d'introduire un fluide réactionnel d'appoint dans le réacteur, et des moyens (70) de décharge de produit traversant la paroi du réacteur à proximité du lit fluidisé afin d'évacuer le produit de réaction. 10. Appareil selon la revendication 9, caracté- risé en ce que les canaux des moyens de refroidissement et de distribution de gaz sont équipés d'éléments de protection à distance (62) placés au-dessus d'eux afin d'empêcher le reflux de particules solides du lit fluidisé dans ces canaux.