Brevet FR2759302A1 — publié le 19980814

La présente invention concerne une méthode permettant de remplacer un produit avant initialement une propriété donnée et ayant perdu au moins en partie cette propriété par exemple au cours d'un procédé mettant en jeu une réaction chimique, le remplacement s'effectuant sans avoir à arrêter le déroulement du procédé. Elle s'applique en particulier pour remplacer un catalyseur à l'intérieur d'une colonne de distillation catalytique, lorsque le catalyseur après réaction chimique a perdu au moins une grande partie de ses propriétés permettant à la réaction catalytique d'opérer. L'utilisation d'un catalyseur notamment dans des colonnes de distillation catalytique pour réaliser concurremment la réaction chimique et la séparation des produits obtenus est bien connue de l'art antérieur. Le catalyseur peut se présenter sous différentes formes, et être disposé à l'intérieur de la colonne sous forme de paquets, dans des enveloppes, ou encore chargé ou réparti sur des plateaux de type conventionnel. Une colonne peut comporter par exemple une succession d'étages dans lesquels s'effectue la réaction chimique et la séparation des produits. Le catalyseur ou bien le produit participant à une réaction perd, au cours du temps, les propriétés caractéristiques nécessaires et suffisantes permettant à l'opération de s'effectuer, et ceci dans un délai dépendant notamment de la fréquence de son utilisation et des réactions chimiques ou autres mises en jeu. Ainsi, il s'avère nécessaire de le renouveler et/ou de le régénérer de manière à lui rendre ses propriétés initiales, afin de maintenir le rendement des opérations effectuées à l'intérieur des colonnes. L'art antérieur décrit différentes façons de procéder. La manière la plus simple consiste à arrêter le procédé et à régénérer in situ le catalyseur présent à l'intérieur de la colonne et/ou à le remplacer. Cette méthode présente néanmoins l'inconvénient de devoir arrêter le procédé et donc le fonctionnement de la colonne et du fait de la durée des opérations de régénération ou de remplacement de conduire à un coût élevé. Une autre manière consiste à décharger et à recharger le catalyseur sans arrêter le déroulement du procédé. par exemple en suivant une des méthodes décrites dans les brevets US 5.198.196, US 5.510.089 ou encore US 5.133 919 Ces documents enseignent notamment une méthode permettant le déchargement et le chargement d'un catalyseur dans une colonne de distillation ceci en cours de Fonctionnement. Pour cela. la méthode telle qu'elle est décrite dans l'un des trois brevets consiste à soutirer de la colonne de distillation l'ensemble du fluide composé au moins de la phase liquide traversant le catalyseur et des particules solides du catalyseur d'envoyer l'ensemble vers un dispositif de séparation à l'issu duquel la phase liquide épurée des particules solides est renvoyée au niveau de la colonne de distillation et recyclée jusqu's ce que l'ensemble du catalyseur soit évacué du plateau. les particules solides du catalyseur sont ensuite envoyées vers un moyen permettant de les régénérer, par exemple. Le chargement du catalyseur s'effectue en utilisant un liquide pour former avec les particules solides du catalyseur un "slurry" et à envoyer ce "slurry" au niveau des plateaux que l'on a déchargé du catalyseur. Une telle méthode est bien adaptée pour remplacer des catalyseurs qui sont traversés par un fluide composé de la phase liquide et de la phase vapeur ou gazeuse. Elle nécessite cependant des moyens de séparation du catalyseur et de la phase liquide qui peuvent être encombrants et qui contribuent à une augmentation du coût du dispositif. La présente invention propose une méthode plus simple, moins coûteuse, pouvant s'appliquer notamment pour décharger et recharger un catalyseur dans une colonne de distillation, par exemple, comportant des voies distinctes pour la circulation de la phase liquide et de la phase vapeur, le catalyseur étant traversé uniquement ou en majorité par une phase essentiellement liquide, ou de manière plus large une phase essentiellement monophasique. Elle s'applique particulièrement bien pour remplacer un produit participant à une opération par exemple, le produit étant traversé uniquement par une phase essentiellement liquide ou essentiellement vapeur. L'invention concerne une méthode permettant de remplacer un catalyseur à l'intérieur d'une colonne de réaction catalytique tout en opérant la réaction catalytique dans laquelle on introduit un fluide comportant les réactifs au moins au niveau d'une zone de réaction catalytique comportant un catalyseur disposé sur un plateau, ledit fluide se présentant sous forme essentiellement monophasique, de façon telle qu'il traverse le catalyseur, on sépare les produits obtenus du reste du fluide. Elle est caractérisée en ce que (a) on dérive le fluide essentiellement monophasique de manière à éviter son passage à travers le catalyseur, (b) on évacue le catalyseur ayant perdu au moins une partie de ses propriétés de la colonne. (c) on introduit une quantité de catalyseur sensiblement égale à la quantité dc catalyseur déchargée, et (c)on fait circuler à nouveau le fluide essentiellement monophasique à travers le catalyseur. Selon un mode de mise en oeuvre de la méthode, la colonne étant à une pression donnée, on met l'enceinte de décharge à une pression sensiblement identique à celle de la colonne. On peut dériver ou dévier le fluide essentiellement monophasique en un ou plusieurs endroits de la colonne catalytique. Selon un mode de mise en oeuvre de la méthode, on peut utiliser au moins une zone de réaction auxiliaire dans laquelle on dérive le fluide essentiellement monophasique provenant d'au moins une zone de réaction, on décharge alors le catalyseur disposé dans la ou les zones de réaction et on recharge ces zones de réaction avec une quantité sensiblement identique à la quantité de catalyseur déchargé. La zone de réaction auxiliaire peut être située à l'extérieur de la colonne ou encore faire partie de la colonne, cette dernière pouvant comprendre une zone destinée à jouer le rôle de la zone sur laquelle on effectue le remplacement du catalyseur de manière à conserver le même nombre de zones actives en cours de fonctionnement. On peut décharger le catalyseur usagé et rechercher les plateaux de catalyseur en utilisant la gravitation. Selon un mode de mise en oeuvre du procédé, on utilise par exemple un moyen auxiliaire pour aider à la décharge du catalyseur de manière à vider en majorité le plateau catalytique. Ceci peut être particulièrement utile lorsque l'effet gravitaire est insuffisant, ceci notamment en fonction de la nature des produits ou du catalyseur et/ou lorsqu'il est nécessaire de vider en totalité le lit catalytique. L'invention concerne aussi une méthode permettant de remplacer un produit ayant perdu une partie de ses propriétés, tel qu'un catalyseur, ledit produit participant à un procédé mettant en jeu une opération chimique, ledit produit étant traversé en majorité par une phase essentiellement monophasique lors du fonctionnement. Elle est caractérisée en ce que (a) on dérive au moins en majorité la phase essentiellement monophasique de manière à éviter son passage à travers ledit produit, (b) on évacue ledit produit ayant perdu au moins une partie de ses propriétés initiales, (c) on introduit une nouvelle quantité de produit de manière à remplacer la quantité de produit extraite au cours de l'étape (b), et (d) on rétablit la circulation de la phase essentiellement monophasique à travers le produit. L'invention concerne aussi un système ou dispositif permettant de remplacer un produit réactif disposé à l'intérieur d'une enceinte à l'intérieur de laquelle s'opère une réaction, le remplacement étant réalisé sans arrêter nécessairement le fonctionnement. Il est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de dévier le fluide essentiellement monophasique traversant le produit réactif, des moyens permettant de décharger le produit réactif usagé, des moyens permettant d'introduire un produit neuf à l'intérieur de l'enceinte dans une quantité sensiblement identique à la quantité de produits évacuée. Selon un mode de réalisation l'enceinte est une colonne de distillation catalytique et le produit est un catalyseur. Par rapport à l'art antérieur, la méthode de chargement, déchargement du catalyseur présente notamment les avantages suivants elle permet de remplacer le catalyseur et de le charger sans arrêter le procédé, celle offre un dispositif plus simple et moins coûteux, les parcours des phases essentiellement liquide et essentiellement vapeur étant séparés à l'intérieur du catalyseur. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description donnée ci-après à titre d'exemples de réalisation, dans le cadre d'applications nullement limitatives, en se référant aux dessins annexés où - la figure I schématise une colonne de distillation catalytique, et - la figure 2 montre une vue en coupe d'un détail du dispositif selon l'invention équipé de moyens permettant de remplacer le catalyseur. De manière à mieux faire comprendre la méthode de remplacement d'un produit usagé en cours de fonctionnement d'un appareil, selon l'invention, les exemples donnés ci-après en relation avec les figures concernent une opération de remplacement d'un catalyseur dans une colonne de distillation catalytique sans arrêter le fonctionnement de cette colonne. La figure I rappelle très rapidement la structure d'une colonne de distillation catalytique, qui est par exemple semblable à celle décrite dans le brevet FR 2.737.132 du demandeur. Toutefois, sans sortir de l'invention, il est possible de mettre en oeuvre la méthode telle que décrite dans la présente demande dans toute colonne permettant de réaliser simultanément une réaction chimique et une séparation, notamment par distlllatlon. des produits obtenus où le catalyseur est traversé uniquement pal une phase essentiellement liquide, la phase vapeur ou gazeuse étant elle déviée du catalyseul-. La colonne catalytique décrite à la Figure I comporte, par exemple trois zones. une zone catalytique C dans laquelle s'effectue la réaction chimique et la séparation dans des zones distinctes, dans cet exemple de réalisation la séparation est une opération de distillation, un sommet ou zone de rectification S et une base ou zone d'épuisement B. Le sommet S est muni par exemple d'une conduite 1 ou ligne d'évacuation des vapeurs des constituants les plus volatils et d'une conduite 2 permettant d'introduire une fraction liquide formée par exemple par une fraction au moins des vapeurs condensées dans l'échangeur Es. Au niveau de la base B se trouvent une ligne 3 ou conduite permettant d'évacuer des constituants les moins volatils sous forme liquide. et une ligne 4 permettant d'introduire une fraction vapeur générée par exemple par vaporisation partielle d'au moins une partie des constituants dans l'échangeur Eb. Elle est également équipée d'une ou plusieurs conduites pour l'introduction éventuelle de tout ou partie des réactifs. La zone catalytique C reçoit, de manière interne, une phase liquide générée par le reflux introduit au niveau de la zone de distillation réactive et une phase vapeur générée par la vapeur de rebouillage introduite par exemple au niveau de la base de distillation. Il est aussi possible d'introduire de manière externe, par exemple, à au moins un niveau, un apport éventuel d'au moins un des réactifs, pur ou dilué par exemple d'alcool dans le cas de l'utilisation du dispositif en synthèse d'éthers, cette variante de réalisation n'est pas représentée sur la figure. La figure 2 montre une vue en coupe d'une partie de la colonne selon l'invention équipée notamment de moyens permettant de remplacer le catalyseur sans arrêter l'opération de distillation catalytique. La partie de la colonne décrite sur cette figure comporte, par exemple, deux doublets Dl, D2 disposés l'un au-dessus de l'autre. Le mot doublet désigne un ensemble composé d'au moins une zone de réaction Z comportant le catalyseur et de la zone de distillation permettant de séparer les produits obtenus. La colonne présente, par exemple, une paroi cylindrique 5, formant une enceinte dans laquelle on dispose les doublets. Chacun des doublets D1 et D2 comporte par exemple une zone de réaction Z comprenant notamment le catalyseur et au moins une zone de distillation D permettant d'opérer la séparation. La zone de distillation D est par exemple disposée entre un plateau dc tlistillatlon int.l leul Di et un plateau de distillation supérieur Ds. Le fluide comportant les réactifs et se présentant sous forme essentiellement monophasique, par exemple sous forme essentiellement liquide. est introduit dans la zone réactive par un déversoir central 10 relié à une descente 11. La descente est par exemple située sensiblement au centre de la colonne ou du doublet et débouche dans un dispositif de distribution 12 à partir duquel le fluide comportant les réactifs est envoyé pour être réparti à l'intérieur du lit catalytique ou catalyseur 13, de manière à traverser le lit catalytique du bas vers le haut. Le catalyseur peut se présenter sous la forme d'un lit catalytique maintenu en place par exemple à l'aide de moyens 14, 15 adaptés pour que le lit ne déborde pas au cours du fonctionnement de la colonne, tels que des grilles de type Johnson s'étendant sur la majorité de la surface du lit catalytique. Entre la grille 15 et la partie supérieure du lit catalytique on laisse de préférence un espace vide. Lors de son passage dans le lit catalytique, la réaction de catalyse est opérée et on obtient en sortie du lit catalytique, un fluide essentiellement liquide comportant notamment les produits obtenus au cours de la réaction catalytique et aussi les autres produits qui n'ont pas réagi, ces derniers pouvant se trouver en excès. La fraction essentiellement liquide se déverse vers la zone de distillation D située en dessous de la zone de réaction Z à travers par exemple un espace ou passage 17 formé par une partie de la paroi de l'enceinte 18 de la zone de réaction et une paroi externe 19 disposée par rapport à la paroi de l'enceinte 18 de manière à former une ou plusieurs zones d'écoulement 17. Au niveau de la zone de distillation, le fluide essentiellement liquide arrive sur le plateau de distillation supérieur Ds comportant par exemple un rebord de débordement 20 et une descente 2 1 sensiblement centrale qui permet le passage du fluide essentiellement liquide à séparer, du plateau de distillation supérieur vers le plateau de distillation inférieur. Le plateau peut être équipé de chicanes ayant pour fonction d'atténuer d'éventuelles turbulences dans la fraction essentiellement liquide débouchant du passage 17. En sortie de la zone de distillation on se trouve en présence d'une fraction liquide comportant les produits obtenus lors de la réaction catalytique et une fraction vapeur. La fraction liquide est ensuite envoyée, par l'intermédiaire d'une voie de passage formée par exemple par le bord 72 du déversoir du plateau inférieur ct la paroi de la colonne par exemple, vers un autre doublet D situé par exemple en dessous alors que la fraction vapeur est évacuée vers le haut de la colonne sans traverser le lit catalytique, par une autre voie de passage formée en partie au moins par la paroi de la colonne et la paroi externe de la zone réactive. La fraction gazeuse progresse de manière ascendante à l'intérieur de la colonne en passant par des voies de circulation 25 distinctes des voies de passage 17 de la fraction essentiellement liquide avant d'être évacuée en tête de la colonne. De manière à opérer le remplacement du catalyseur sans arrêter le fonctionnement de la colonne et conserver ainsi un rendement maximum au niveau du procédé, la colonne est par exemple équipée de moyens qui vont permettre notamment: - de dévier la phase essentiellement liquide ou monophasique et empêcher son passage à travers le catalyseur de manière notamment à obtenir un catalyseur débarrassé au moins en majorité de la phase essentiellement liquide ou monophasique, - de décharger le catalyseur ayant perdu ses propriétés initiales nécessaires pour que la réaction puisse s'effectuer, - de charger un nouveau catalyseur en quantité suffisante pour obtenir un rendement de fonctionnement sensiblement identique au rendement initial. Une manière de procéder consiste à équiper la colonne de moyens adaptés et à la relier à un système comportant les éléments nécessaires pour décharger le catalyseur, par exemple un réseau comportant un ou plusieurs moyens de communication de l'enceinte et notamment de la zone réactive avec l'extérieur tels que des conduits qui peuvent être reliés à un conduit principal 24 relié respectivement à une enceinte de décharge 23 et de manière identique un circuit de distribution d'un catalyseur provenant d'une enceinte extérieure vers l'espace dont on a évacué le catalyseur, comportant par exemple un conduit principal 26 relié à une enceinte 25 contenant un catalyseur. Pour des raisons de clarté de la description, les conduits équipant la colonne et permettant de décharger le catalyseur sont référencés 30 et les vannes les équipant 31, alors que les conduits permettant le chargement et les vannes équipant ces conduits sont référencés 40 et 41. La colonne est pourvue de moyens permettant de dévier la circulation du fluide des lits catalytiques. Ces moyens comportent par exemple un ou plusieurs conduits 50 disposés, au niveau d'un doublet D1, de préférence en aval du moyen de distribution 12 (lorsque l'on considère le sens de circulation du fluide à travers le catalyseur), de façon à éviter ou empêcher le passage de la phase essentiellement liquide dans le lit catalytique. Une vanne 5 1 équipant ce conduit est dans un état ouvert lorsque l'on cherche à dévier la circulation du fluide du lit catalytique et dans un état fermé en cours de fonctionnement normal de la colonne catalytique. Le conduit 50 est relié par exemple à un conduit principal 60 qui est en liaison avec tous les conduits identiques au conduit 50. c'est-à-dire aux conduits permettant d'empêcher la circulation du fluide à travers le catalyseur. Le fluide dérivé du lit catalytique au niveau du doublet D1 est ensuite envoyé par exemple dans le doublet D, situé juste en dessous, par un conduit de type 52 muni d'une vanne 53, débouchant à un niveau de la colonne voisin de la descente centrale du second doublet, pour que la phase essentiellement liquide et déviée du catalyseur du doublet D1 arrive au niveau du plateau de distillation supérieur pour se déverser par la descente centrale de ce doublet. A ce moment le catalyseur ne comporte pratiquement plus de fluide monophasique ayant été dévié. On peut alors ouvrir la vanne 31 de manière à laisser le passage du catalyseur usagé dans le conduit 30 jusqu'à l'enceinte de décharge 23 ou alors vers un autre endroit. Après décharge de la majeure partie du catalyseur, la vanne 31 ouverte est refermée, et on commande l'ouverture de la vanne 41 qui équipe le conduit 40 situé au niveau du doublet D1 et qui va permettre d'opérer le chargement de la zone réactive du doublet D1 et de remplacer sensiblement la totalité du catalyseur usagé par un catalyseur contenu dans l'enceinte de chargement 24. Une fois la quantité de catalyseur neuf, rechargé au niveau du lit catalytique, on ferme la vanne 51 de manière à rétablir la circulation du fluide à l'intérieur du catalyseur neuf et de fait à laisser la réaction s'opérer. Les différents conduits 30, 40, 50,... traversent par exemple la paroi de la colonne et la paroi de l'enceinte contenant le catalyseur, les endroits de passage des conduits étant de préférence munis de moyens permettant de conserver l'étanchéité de l'ensemble. Les moyens de décharge du catalyseur usagé et les moyens de chargement du catalyseur de remplacement précédemment mentionnés et permettant d'effectuer sous l'effet gravitaire, sont par exemple associés à des dispositifs aidant au phénomène de gravité. Avantageusement, les enceintes sont portées à une pression sensiblement identique à la pression régnant à l'intérieur de la colonne. Il est aussi possible d'équiper les moyens précédemment décrits de dispositifs tels que des SAS qui vont permettre notamment de réaliser la transition lorsque la colonne et l'enceinte se trouvent à des pressions différentes. Dans le cas de catalyseurs se présentant sous une forme ou une consistance insuffisante pour procéder au remplacement en utilisant uniquement l'effet gravitaire, il est possible de prévoir des moyens auxiliaires permettant d'aider à l'effet gravitaire. Il est bien entendu que, sans sortir du cadre de l'invention, la méthode de remplacement, sans procéder à l'arrêt de production de la colonne, peut être réalisée quelque soit le sens de circulation des fluides et notamment le sens de circulation de la phase liquide à l'intérieur du lit catalytique. Dans ce cas, par exemple, le dispositif permettant la répartition et la distribution de la phase essentiellement liquide se trouve situé au-dessus du lit catalytique et la ligne de déviation permettant de dévier la phase essentiellement liquide du lit catalytique se trouve en aval de ce disposition de distribution. Le remplacement du catalyseur en cours de fonctionnement d'une colonne peut être effectué sur un ou plusieurs lits catalytiques en même temps, une ou plusieurs zones réactives. Il est aussi possible de prévoir dans certains variantes de dispositifs un ou plusieurs doublets auxiliaires à travers lesquels on fait circuler la phase liquide déviée du lit à remplacer, ces doublets pouvant être intégrés ou non à l'intérieur de la colonne. La méthode décrite en relation aux figures 1 et 2 peut être mise en oeuvre sans sortir du cadre de l'invention pour tout type de dispositif comportant au moins une zone réactive à l'intérieur de laquelle se trouve un produit participant à un réaction et qui perd ses propriétés dans le temps. REVENDICATIONS 1 - Méthode permettant de remplacer un catalyseur à l'intérieur d'une colonne de réaction catalytique tout en opérant la réaction catalytique dans laquelle on introduit un fluide comportant les réactifs au moins au niveau d'une zone de réaction catalytique comportant un catalyseur disposé sur un plateau, ledit fluide se présentant sous forme essentiellement monophasique, de façon telle qu'il traverse le catalyseur, on sépare les produits obtenus du reste du fluide, caractérisée en ce que - on dérive le fluide essentiellement monophasique de manière à éviter son passage à travers le catalyseur, - on évacue le catalyseur ayant perdu au moins une partie de ses propriétés de la colonne, - on introduit une quantité de catalyseur sensiblement égale à la quantité de catalyseur déchargée, et - on fait circuler à nouveau le fluide essentiellement monophasique à travers le catalyseur. 2 - Méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la colonne est à une pression donnée et en ce que on met l'enceinte de décharge à une pression sensiblement identique à celle de la colonne. 3 - Méthode selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'on dérive le fluide essentiellement monophasique en un ou plusieurs endroits de la colonne. 4 - Méthode selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'on utilise au moins une zone de réaction auxiliaire dans laquelle on dérive le fluide essentiellement monophasique provenant d'au moins une zone de réaction, on décharge alors le catalyseur disposé dans la ou les zones de réaction et on recharge ces zones de réaction avec une quantité sensiblement identique à la quantité de catalyseur déchargé. 5 - Méthode selon l'une des revendications de 1 à 4, caractérisée en ce que l'on décharge le catalyseur usagé et on recharge le catalyseur en utilisant la gravitation. 6 - Méthode selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'on utilise un moyen auxiliaire pour aider à la décharge du catalyseur de manière à vider en majorité le plateau catalytique. 7 - Méthode permettant de remplacer un produit ayant perdu une partie de ses propriétés, tel qu'un catalyseur, ledit produit participant à un procédé mettant en jeu une opération chimique, ledit produit étant traversé en majorité par une phase essentiellement monophasique lors du fonctionnement, caractérisée en ce que (a) on dérive au moins en majorité la phase essentiellement monophasique de manière à éviter son passage à travers ledit produit, (b) on évacue ledit produit ayant perdu au moins une partie de ses propriétés initiales, (c) on introduit une nouvelle quantité de produit de manière à remplacer la quantité de produit extraite au cours de l'étape (b), et (d) on rétablit la circulation de la phase essentiellement monophasique à travers le produit. 8 - Dispositif permettant le remplacement d'un produit réactif disposé à l'intérieur d'une enceinte (5) à l'intérieur de laquelle s'opère une réaction, le remplacement étant réalisé sans arrêter nécessairement le fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (50, 51, 60, 52, 53) permettant d'empêcher le fluide essentiellement monophasique de traverser le produit réactif, des moyens (30, 31) permettant de décharger le produit réactif usagé, des moyens (20, 21) permettant d'introduire un produit neuf à l'intérieur de l'enceinte dans une quantité sensiblement identique à la quantité de produits évacué. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite enceinte est une colonne de distillation catalytique et ledit produit est un catalyseur.