Brevet FR2691954A1 — publié le 19931210

La présente invention concerne un dispositif, à récipient vibrant, de chargement d'un catalyseur dans un réacteur à entrée tubulaire. Le problème que vise à résoudre la présente invention concerne ie remplissage des réacteurs comportant une entrée tubulaire pour le catalyseur dans le cas où le catalyseur se présente sous forme d'extrudés ou de pastilles sensiblement cylindriques de diamètre (d), et de hauteur (h) de préférence supérieure ou égale au diamètre (d) et habituellement inférieure ou égale à 2 fois ce diamètre, et où l'entrée tubulaire du réacteur a un diamètre (D) relativement petit et par exemple inférieur à 6 fois le diamètre (d) de la pastille. Le dispositif de la présente invention a, en particulier, été conçu pour le remplissage des tubes des réacteurs multitubulaires qui sont en général utilisés dans l'industrie pour effectuer des réactions catalytiques fortement endothermiques ou fortement exothermiques.Le plus souvent ces réacteurs multitubulaires comportent des tubes dont le diamètre interne ne dépasse pas 50 millimètre (mm) et souvent 25 mm, chaque tube comportant un système de fermeture avec un raccord permettant leur remplissage à travers un orifice de diamètre réduit d'un facteur allant le plus souvent de 2 à 6 par rapport au diamètre interne du tube. A titre d'exemple du problème à résoudre, on peut mentionner le cas particulièrement difficile du remplissage d'un réacteur multitubulaire, utilisé en particulier pour la fabrication d'hydrogène ultra pur, qui comporte des tubes ayant un diamètre interne d'environ 23 mm, un volume d'environ 400 centimètres cube, dont l'entrée a un diamètre d'environ 8 mm et que l'on veut remplir avec un catalyseur sous forme de pastilles cylindriques de diamètre 4 mm et de hauteur 4 mm. Chaque tube de ce réacteur contiendra environ 5600 pastilles. Dans le cas d'un réacteur de taille modeste comprenant 20 tubes, si les pastilles sont introduites une à une à la main, le temps nécessaire au remplissage est de l'ordre de 24 heures, soit environ 3 jours de travail. L'appareil mis au point par la demanderesse permet d'effectuer ce remplissage en introduisant les pastilles une à une, donc sans risque de blocage, avec une vitesse très largement supérieure. L'appareil mis au point par la demanderesse utilise un récipient ou bol vibrant, selon une technologie connue en soi, qui est monté sur un support générant des vibrations qui impriment aux pastilles un mouvement de rotation autour de l'axe du système. Ce mouvement conduit les pastilles à s'engager sur une gorge hélicoïdale placée sur la face interne de la paroi latérale du récipient, et à s'élever progressivement jusqu'à la fin de cette gorge vers le sommet du récipient. Cette gorge peut être soit en saillie sur ia paroi du récipient, soit en creux dans cette paroi. L'objet principal de la présente invention est ainsi un dispositif décrit ci-après en liaison avec les figures qui ne sont qu'une représentation schématique d'un mode de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif. L'invention concerne ainsi un dispositif, à récipient vibrant (1), de chargement d'un catalyseur sous forme d'extrudés ou de pastilles sensiblement cylindriques dont la hauteur (h) est de préférence sensiblement égale ou supérieure au diamètre (d) de la section droite du cylindre et de préférence inférieure à 2 fois ce diamètre (d), dans un réacteur comportant au moins une entrée tubulaire de diamètre (D) supérieur au diamètre (d) de la pastille et inférieur à 6 fois le diamètre (d) de la pastille, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient vibrant (1) pouvant contenir au moins une partie des pastilles du catalyseur à charger, ledit récipient comportant sur sa face interne au moins une gorge (2) dont la face inférieure (3), dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient, est sensiblement horizontale ou inclinée vers l'extérieur du récipient, ladite gorge ayant une profondeur (p) supérieure au diamètre (d) de la pastille et inférieure à 2 fois ce diamètre, une hauteur (h) supérieure au diamètre de la pastille et inférieure à 2 fois ce diamètre, et s'enroulant hélicoïdalement vers le haut à partir du fond du récipient jusqu'à une sortie tubulaire (4) traversant la paroi dudit récipient vibrant dont le diamètre interne (dj) est au moins égal au diamètre (d) des pastilles de catalyseur et au plus égal à 2 fois le diamètre (d) desdites pastilles, ladite sortie tubulaire (4) étant reliée à l'entrée tubulaire du réacteur (ni cette liaison, ni le réacteur ne sont représentés sur les figures) par un moyen permettant le transfert des pastilles depuis ladite sortie jusqu'à ladite entrée et caractérisé en outre en ce que ledit récipient vibrant (1) est monté sur un support (5) générant des vibrations qui impriment aux pastilles un mouvement de rotation autour de l'axe (XX') du système entraînant lesdites pastilles à s'engager dans ladite gorge et à s'élever progressivement au moins jusqu'à la sortie tubulaire (4) dudit récipient. Le plus souvent les pastilles de catalyseur que l'on charge pourront avoir une hauteur (h) sensiblement égale à leur diamètre (d). Le support générant des vibrations est un système classique bien connu de l'homme de métier tel que par exemple les moteurs à balourds, les systèmes vibrants électromagnétiques (excités par un cycle variable, avec création d'impulsions) ou encore les excitatrices à balourds. L'amplitude (latérale) du mouvement de vibration ainsi communiqué à l'ensemble (déplacement latéral des parois du récipient) peut par exemple être d'environ 0,1 à environ 15 mm et sera le plus souvent d'environ 0,2 à environ 6 mm. La liaison entre la sortie du récipient vibrant et l'entrée du réacteur est par exemple assurée par un tuyau flexible ou par tout autre moyen permettant d'acheminer les pastilles une à une depuis la sortie du récipient vibrant jusqu'à l'entrée du réacteur. Dans la plupart des cas de fonctionnement du dispositif selon la présente invention un certain nombre de pastilles franchissent le niveau de la sortie (4) c'est pourquoi il est préférable de prévoir après la sortie tubulaire et à proximité de celle-ci un moyen permettant de recycler au sein du récipient vibrant les pastilles non évacuées par ladite sortie tubulaire. Ce moyen peut être n'importe quel moyen bien connu de l'homme du métier et on peut citer à titre d'exemple d'un tel moyen le prolongement de la gorge après ladite sortie tubulaire soit sous la forme d'une gorge dont la face, dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient est sensiblement inclinée vers l'intérieur du récipient, soit sous la forme d'une gorge dont la profondeur diminue progressivement jusqu'à une valeur inférieure à la valeur du diamètre de la pastille (par exemple jusqu'à une valeur nulle). On peut encore citer comme exemple d'un tel moyen le prolongement de la gorge débouchant sur un renfoncement ayant une profondeur équivalente ou supérieure à celle de la gorge, une hauteur supérieure à celle de la gorge, une largeur supérieure au diamètre de la pastille et dont la face, dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient est à un niveau inférieur à celui de la face inférieure de ladite gorge. Dans le cas le plus fréquent où le récipient comporte plusieurs gorges celles-ci déboucheront toutes dans le renfoncement (10). Ce cas est celui illustré sur la figure 3C. Dans une forme particulière de cette réalisation la face du renfoncement dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient est sensiblement horizontale ou inclinée vers l'intérieur du récipient. Dans une forme préférée de réalisation telle qu'illustrée sur la figure 1 le récipient a la forme d'un cône tronqué à base circulaire dont la paroi interne fait un angle a avec la verticale d'environ 1 à environ 80 degrés d'angle et de préférence d'environ 10 à 45 degrés d'angle. Ce dispositif comporte un fond circulaire ayant la forme d'un cône dont le sommet est dirigée vers le haut et dont l'angle au sommet ss est d'environ 10 à environ 179 et de préférence d'environ 120 à environ 175 degrés d'angle. Cette forme préférée du fond du récipient permet à toutes les pastilles d'atteindre la paroi du récipient et ainsi d'être convoyées par la gorge vers la sortie (4) et donc vers l'entrée tubulaire du réacteur. Le récipient comporte au moins une gorge s'enroulant habituellement sur au moins un huitième de pas et par exemple sur au moins un quart de pas ou sur au moins un demi pas (entre le fond du récipient et la sortie tubulaire (4)). Le plus souvent la largeur du pas est d'environ 0,01 fois à environ 1 fois la hauteur interne (H) du récipient. Le plus souvent la gorge s'enroule sur au moins un pas entre le fond du récipient et la sortie tubulaire (4) et de préférence sur au moins 2 pas. II est préférable d'utiliser un récipient vibrant comportant une pluralité de gorges sensiblement parallèles entre elles reliées chacune à une sortie tubulaire. Dans cette forme de réalisation il sera possible de remplir simultanément plusieurs tubes du réacteur et donc de diminuer notablement le temps nécessaire au chargement complet du réacteur. La ou les sorties tubulaires du dispositif ont le plus souvent une orientation particulière telle que l'axe de chaque sortie tubulaire (4) fait un angle avec la face interne du récipient d'environ 1 à environ 179 et de préférence d'environ 45 à environ 135 degrés d'angle et un angle cl avec la tangente au fond (f) de la gorge d'environ 0 à environ 180 et de préférence d'environ 5 à environ 90 degrés d'angle. L'exemple suivant, décrit en liaison avec les figures illustre l'invention sans en limiter la portée. Sur les figures 1, 2, 3A, 3B et 3C les organes similaires sont désignés par les mêmes chiffres et lettres de référence.La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif selon l'invention comportant un récipient vibrant (1) monté sur un socle (5) générant les vibrations. La figure 2 est une vue partielle et détaillée (en coupe verticale) de 2 gorges. La figure 3A est une coupe horizontale selon l'axe AA' représenté sur la figure 1 de l'une des sorties (4) d'une gorge (2). La figure 3B est une coupe verticale détaillée de l'une des sorties (4) de l'une des gorges (2). La figure 3C est une coupe verticale détaillée effectuée au niveau du renfoncement (10) immédiatement après les sorties (4) des gorges (2). Exemple On utilise un dispositif tel que schématisé sur les figures pour remplir un réacteur comportant 20 tubes avec un catalyseur sous forme de pastilles cylindriques de 4 mm de diamètre et de 4 mm de hauteur. Chaque tube a un diamètre interne de 23 mm, un volume d'environ 400 centimètres cube et une entrée dont le diamètre est d'environ 8 mm. Le récipient vibrant (1) a la forme d'un tronc de cône ayant un angle de 26 degrés d'angle une hauteur (H) de 130 mm, un diamètre à la base de 250 mm et un diamètre au sommet de 365 mm. II comporte 4 gorges parallèles entre elles de hauteur (h) égale à 5 mm, de profondeur (p) égale à 5,3 mm et distantes les unes des autres de 3 mm. Le pas de chaque gorge est de 60 mm et chaque gorge s'enroule depuis le fond jusqu'à une sortie (4) sur 2 pas.Chaque sortie a un diamètre interne de 6 mm et est reliée par un tuyau flexible de même diamètre interne à une entrée d'un tube du réacteur. Chaque sortie fait un angle 6 avec la face interne du récipient égal à 70 degrés d'angle et un angle ç avec la direction du fond (f) de la gorge égal à 150 degrés d'angle Le fond du récipient à la forme d'un cône dont l'angle au sommet'3 est égal à 174 degrés d'angle. Le support générant des vibrations est un système électromagnétique avec ressorts mécaniques de rappel qui permet des amplitudes latérales variant entre 0,2 et 2 mm. Au cours du fonctionnement, lors de la phase de chargement des tubes, les amplitudes des vibrations générées par le support ont été fixées à 0,5 mm. Dans ces conditions le remplissage du réacteur qui nécessite 5 phases de fonctionnement du récipient vibrant a été réalisé en 1 heure. REVENDICATIONS 1 - Dispositif, à récipient vibrant (1), de chargement d'un catalyseur sous forme d'extrudés ou de pastilles sensiblement cylindriques dont la hauteur (h) est de préférence sensiblement égale ou supérieure au diamètre (d) de la section droite du cylindre, dans un réacteur comportant au moins une entrée tubulaire de diamètre (D) supérieur au diamètre (d) de la pastille et inférieur à 6 fois le diamètre (d) de la pastille, caractérisé en ce qu'il comporte un récipient vibrant (1) pouvant contenir au moins une partie des pastilles du catalyseur à charger, ledit récipient comportant sur sa face interne au moins une gorge (2) dont la face inférieure (3), dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient, est sensiblement horizontale ou inclinée vers l'extérieur du récipient, ladite gorge ayant une profondeur (p) supérieure au diamètre (d) de la pastille et inférieure à 2 fois ce diamètre, une hauteur (h) supérieure au diamètre de la pastille et inférieure à 2 fois ce diamètre, et s'enroulant hélicoïdalement vers le haut à partir du fond du récipient jusqu'à une sortie tubulaire (4) traversant la paroi dudit récipient vibrant, la sortie tubulaire (4) ayant un diamètre interne (di) au moins égal au diamètre (d) des pastilles de catalyseur et au plus égal à 2 fois le diamètre (d) desdites pastilles, ladite sortie tubulaire (4) étant reliée à l'entrée tubulaire du réacteur par un moyen permettant le transfert des pastilles depuis ladite sortie jusqu'à ladite entrée et caractérisé en outre en ce que ledit récipient vibrant (1) est monté sur un support (5) générant des vibrations qui impriment aux pastilles un mouvement de rotation autour de l'axe (XX') du système entraînant lesdites pastilles à s'engager dans ladite gorge et à s'élever progressivement au moins jusqu'à ia sortie tubulaire (4) dudit récipient. 2 - Dispositif selon la revendication 1 comportant après la sortie tubulaire et à proximité de celle-ci un moyen de récupération permettant de recycler au sein du récipient vibrant les pastilles non évacuées par ladite sortie tubulaire. 3 - Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le moyen de récupération des pastilles non évacuées par la sortie tubulaire est un prolongement de la gorge après ladite sortie tubulaire soit sous la forme d'une gorge dont la face, dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient est sensiblement inclinée vers l'intérieur du récipient, soit sous la forme d'une gorge dont la profondeur diminue progressivement jusqu'à une valeur inférieure à la valeur du diamètre de la pastille. 4 - Dispositif selon la revendication 2 dans lequel le moyen de récupération des pastilles non évacuées par la sortie tubulaire est un prolongement de la gorge débouchant sur un renfoncement (10) ayant une profondeur équivalente ou supérieure à celle de la gorge, une hauteur supérieure à celle de la gorge, une largeur supérieure au diamètre de la pastille et dont la face, dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient est à un niveau inférieur à celui de la face inférieure de ladite gorge. 5 - Dispositif selon la revendication 4 dans lequel la face du renfoncement dirigée vers le bas et vers l'intérieur du récipient est sensiblement horizontale ou inclinée vers l'intérieur du récipient. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le récipient à la forme d'un cône tronqué à base circulaire dont la paroi interne fait un angle avec la verticale d'environ 1 à environ 80 degrés d'angle. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le récipient comporte un fond circulaire ayant la forme d'un cône dont le sommet est dirigée vers le haut et dont l'angle au sommet ss est d'environ 10 à environ 179 et de préférence d'environ 120 à environ 175 degrés d'angle. 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel le récipient comporte au moins une gorge, s'enroulant sur au moins un huitième de pas, dont le pas a une largeur d'environ 0,01 fois à environ 1 fois la hauteur interne (H) du récipient. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel le récipient comporte une pluralité de gorges sensiblement parallèles entre elles reliées chacune à une sortie tubulaire. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel l'axe de la sortie tubulaire (4) fait un angle 3 avec la face interne du récipient d'environ 1 à environ 179 et de préférence d'environ 45 à environ 135 degrés d'angle et un angle ç avec la direction du fond (f) de la gorge d'environ 0 à environ 180 et de préférence d'environ 5 à environ 90 degrés d'angle.