Brevet FR2836841A1 — publié le 20030912

L'invention concerne un réacteur cylindrique contenant un lit radial de particules d'un solide, en particulier des particules catalytiques, à capacité substantiellement améliorée. Elle concerne aussi l'utilisation de ce réacteur dans un procédé de conversion d'hydrocarbures utilisant un lit radial et en particulier dans un procédé de reformage catalytique d'hydrocarbures. Un réacteur à lit radial de forme cylindrique est équipé de conduits perforés sensiblement parallèles à l'axe du réacteur ou aux génératrices du réacteur cylindrique, appelés scallops en anglais. Les conduits canalisent le gaz verticalement le long de la paroi du réacteur et permettent une diffusion radiale du gaz lors de la traversée du lit du catalyseur, vers un collecteur central récupérant un effluent de réaction. En fond de réacteur, les conduits sont supportés et fixés sur une couronne circulaire pleine, ce qui a pour effet de limiter la diffusion du gaz. De plus, le réacteur à lit radial est fermé à sa partie inférieure par un fond elliptique ou hémisphérique, rempli de billes inertes, et donc tout ce volume occupé est inactif. Enfin, le collecteur central qui récupère le gaz après la traversée du lit catalytique est perforé à 200 mm par exemple au dessus de la ligne de tangence, c'est-àdire du raccordement du fond avec la virole, pour éviter des écoulements préférentiels du gaz entre les conduits et le collecteur central. Ces zones mal irriguées par le gaz et non remplies de catalyseur diminuent donc le volume actif du réacteur et donc sa capacité, son activité et sa durée de fonctionnement. L'objet de l'invention est de remédier aux inconvénients mentionnés. Un autre objet de l'invention est d'augmenter la masse de catalyseur susceptible d'être introduite dans un volume de réacteur et de la rendre la plus active possible, notamment dans la zone de fond. Un autre objet est d'augmenter la durée de fonctionnement des unités. Plus particulièrement, l'invention concerne un réacteur cylindrique à fond de forme courbe contenant un lit radial de particules d'un solide, et comprenant : - une entrée de réacteur (1) ayant un moyen d'alimentation en une charge réactionnelle, - une pluralité de conduits (5) internes perforés, disposés à la périphérie du réacteur et sensiblement parallèles à l'axe du réacteur, raccordés au moyen d'alimentation, les conduits alimentant le lit (2) radial de particules en la charge, - une couronne (8) circulaire supportant les conduits dans le fond inférieur du réacteur, - un collecteur (3) central perforé (7) allongé selon ledit axe recevant un effluent réactionnel résultant de la mise en contact de la charge avec le lit de particules, - le lit de particules situé entre les conduits latéraux et le collecteur, et - une sortie (14) raccordée au collecteur central. Le réacteur est caractérisé en ce que la couronne (8) est percée d'au moins un orifice (9) à l'aplomb de chaque conduit (5) et qu'elle comporte une grille (11) circulaire verticale percée de trous (12) sensiblement étanches aux particules, suspendue à ladite couronne de façon à délimiter avec la paroi du réacteur une chambre (10) annulaire pour la circulation de la charge, la hauteur de la grille étant ajustée de telle façon qu'elle délimite un passage interne entre la grille et le fond du réacteur, ledit passage étant rendu sensiblement étanche aux particules par des moyens d'étanchéité (13) constitués d'un tissu dont la partie supérieure est fixée à la grille et dont la partie inférieure repose sur le fond du réacteur. On a remarqué que dans ces conditions, le volume supplémentaire de particules introduites pouvait représenter jusqu'à 8 à 15% du volume déjà introduit. De plus, le collecteur central pouvait être perforé sur sensiblement toute sa surface disponible. Le volume supplémentaire de particules est irrigué par le gaz traversant la grille circulaire perforée et l'effluent produit peut être évacué par le collecteur central dont la surface de perforation a été substantiellement augmentée. La grille circulaire ne peut pas être soudée au fond du réacteur en raison des problèmes liés à la dilatation différentielle des métaux mis en jeu et de la difficulté à réaliser l'étanchéité au niveau de l'intersection de la grille et du fond du réacteur. Pour remédier à cette difficulté, on assure l'étanchéité aux particules de la grille au contact du fond du réacteur, par un tissu, qui peut être réfractaire ou qui peut être métallique et souple, et qui est fixé à la grille. De préférence le tissu métallique en acier inoxydable peut avoir une maille comprise entre 0,05 et 0,8 fois la taille des particules. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la grille circulaire verticale peut être située sensiblement à la verticale des conduits latéraux, c'est-à-dire à la verticale de l'interface avec le lit de particules. Elle a pour fonction, comme le tissu auquel elle est fixée de laisser passer la charge réactionnelle gazeuse devant traverser le lit de particules, tout en étant parfaitement étanche aux particules. On peut utiliser par exemple une grille Johnson qui convient bien pour cette double fonction. Selon une autre caractéristique du réacteur, la couronne peut être percée d'un orifice dont la section de passage est comprise entre 0,2 et 1 fois la section du conduit latéral. La couronne peut être avantageusement percée de plusieurs orifices à l'aplomb de chaque conduit latéral, dont la section totale de passage est comprise entre 0,2 et 1 fois la section du conduit latéral alimentant le lit radial des particules. Les tissus utilisés selon l'invention sont constitués de fibres généralement en matière céramique réfractaire. Ils ont en général une porosité telle que l'interstice disponible ne dépasse pas 1 mm. Ils sont souples et résistants aux déformations et ils peuvent résister à des températures supérieures à 1. 200 C. Ils peuvent être combinés avec d'autres oxydes de métaux (alcalins, alcalinoterreux, fer, titane, bore, par exemple) augmentant leur résistance mécanique et/ou leur étanchéité. On utilise, par exemple, le textile ZETEX (marque déposée) dont la composition des fibres est avantageusement la suivante : Oxyde de silicium 52-60 % Oxyde de calcium 16-25 % Oxyde d'aluminium........................ 10-13 % Oxyde de bore 8-13 % Oxyde de sodium 0-1 % Oxyde de magnésium 0-6 % et dont la résistance à la traction est par exemple d'environ 17.400 Kg/cm2 à 540 C. On peut utiliser un tissu tricoté à base de fils en acier réfractaire inoxydable par exemple 304 L ou 316 L de la Société GANTOIS Dié-France. Ce tissu a une ouverture de maille de 1 mm et un diamètre de fil de 0,125 mm On peut aussi utiliser le tissu KATISS composé d'une nappe fibre céramique KERLANE 45, résistant jusqu'à plus de 1. 260 C, renforcée sur ses deux faces d'un tissu de verre E (silice). Il a le plus souvent la composition suivante. A1203 47% Si02 52% Fe203+TiO2 0, 20 % CaO + MgO 0, 15% Na20 + K20 0,25 % Le tissu composé de fibres réfractaires CERAFIBER renforcées par des fils d'inconel résistant à 1. 260 C en atmosphère oxydante normale peut aussi être utilisé. Il comprend : A1203 46,5 % Si02 53 % Fe203 0, 1 % Ti02 0,05 % MgO 0,01 % CaO 0,04 % Na2 + K20 0,2 % On a obtenu d'excellents résultats avec les Tissus HEXCEL GENIN 1003 et surtout avec les tissus HEXCEL GENIN 1217 provenant de la société HEXCEL GENIN à Décines-Charpieu en France. La composition de ces tissus est présentée dans le tableau ci-dessous. SI02 AI203 B203 CaO MgO Ti02 Na20 C Hexcel Genin 1003 83, 98 0, 66 0, 20 0, 42 05 0, 35 05 2 Hexcel Genm 1217 24,17 62,37 15, 62 05 05 05 2 On peut également utiliser le tissu de fibre céramique NEXTEL (marque déposée de la Société 3M France dont les caractéristiques sont les suivantes : NEXTEL 312 NEXTEL 440 Composition 62 % AL2 70 % A1203 24 % Si02 28 % Si02 14 % B203 2 % B203 Propriétés mécaniques Résistance à la rupture 1725 Mpa 2070 MpA Propriétés thermiques Temp. en utilisation continue 12000C 13700C On peut aussi utiliser des feutres. A titre d'exemple de feutre métallique, on peut citer le feutre BEKAERT 316 L en acier inoxydable. Dans le cas de réacteur de grand diamètre, le tissu peur être taillé à la hauteur appropriée, sa partie inférieure reposant largement sur le fond inférieur du réacteur. Dans le cas de réacteur de plus faible diamètre, des tissus en forme de secteurs annulaires peuvent être découpés et leurs bords cousus par un fil indestructible à la chaleur. Plus simplement, on peut tailler en partie le tissu perpendiculairement à sa plus grande dimension et laisser superposer les bords. On peut aussi laisser se plier le tissu. Dans tous les cas, l'étanchéité est assurée par le poids des particules qui plaque le tissu contre le fond inférieur du réacteur. L'invention sera mieux comprise au vu de la figure unique représentant l'extrémité inférieure d'un lit radial rempli de particules de solide. Un réacteur (1) de forme allongée contient un lit catalytique (2) disposé entre une cheminée centrale (3) et la virole (4) de ce réacteur. Par la tête du réacteur non représentée sur la figure, une charge pétrolière gazeuse est introduite et est acheminée par une pluralité de conduits (5) internes, appelés scallops à la périphérie du réacteur et sensiblement parallèles à l'axe du réacteur. Ces conduits sont fixés à la virole et sont percés d'une multitude d'orifices (6) en contact avec le lit catalytique, permettant une diffusion radiale du gaz vers une cheminée (3) centrale, elle-même percée jusqu'à son extrémité inférieure d'orifices (7) adaptés à recueillir l'effluent réactionnel. De plus, les conduits (5) sont supportés, au niveau du fond inférieur du réacteur par une couronne (8) circulaire soudée à la virole sensiblement perpendiculaire à la paroi du réacteur, et percée d'au moins un orifice (9) à l'aplomb de chaque conduit, qui permet le passage d'une partie de la charge dans une chambre (10) annulaire située sous la couronne. Cette chambre est délimitée dans sa partie supérieure par la couronne, par une partie du fond inférieur du réacteur et par une grille (11) circulaire percée de trous (12), type grille JOHNSON, sensiblement verticale et suspendue à la couronne, sensiblement à la verticale des conduits, c'est à dire à la verticale de l'interface avec le lit. La charge circule ainsi dans les conduits alimentant le réacteur et dans la chambre via les orifices (9). La chambre alimente le fond inférieur du réacteur via la grille (11). Cette grille (11) peut être à l'aplomb du conduit latéral (5) ou sensiblement décalée vers la cheminée centrale (3) et avantageusement située à une distance de la cheminée, comprise entre e et 0,8 e, e étant l'épaisseur du lit radial au niveau des conduits. La hauteur de la grille est telle qu'elle n'atteint pas le fond du réacteur. L'espace ou passage ainsi aménagé est rendu sensiblement étanche aux particules du lit par la fixation sur la grille, par boulonnage, par exemple d'un tissu 13 réfractaire référencé @ NEXTEL (3M) dont la composition de fibres est la suivante : NEXTEL 312 NEXTEL 440 Composition 62 % Ab03 70 % A 24 % Si02 28 % Si02 14 % B203 2 % B203 Propriétés mécaniques Résistance à la rupture 1725 Mpa 2070 Mpa Propriétés thermiques Temp. En utilisation continue 1200 C 13700C La partie inférieure du tissu repose sur le fond du réacteur et y reste appliquée par le poids des particules catalytiques. Le diamètre ou la plus petite dimension des orifices (6) sur les conduits (5) ou des orifices (12) sur la grille (11) est ajustée de façon que les particules ne puissent pénétrer dans les conduits ou dans la chambre annulaire (10). En revanche, ces orifices ainsi que le tissu sont perméables aux gaz et permettent à ceux-ci de traverser le lit du catalyseur de manière sensiblement radiale jusqu'aux orifices (7) de la cheminée (3). Les orifices (6) et (12) ont typiquement des dimensions de fentes de 0,8 x 20 mm pour les plaques perforées et pour les grilles JOHNSON des largeurs de fentes de Imm. Un effluent de réaction est récupéré par la cheminée et est soutiré par un trou inférieur 14 communiquant avec celle-ci. Des billes (14) inertes réfractaires peuvent être introduites dans la partie inférieure de la chambre annulaire (10) pour éventuellement éviter les remontées accidentelles de particules. REVENDICATIONS 1-Réacteur cylindrique à fond de forme courbe, contenant un lit radial de particules d'un solide et comprenant : - une entrée de réacteur (1) ayant un moyen d'alimentation en une charge réactionnelle, - une pluralité de conduits (5) internes perforés, disposés à la périphérie du réacteur et sensiblement parallèles à l'axe du réacteur, raccordés au moyen d'alimentation, les conduits alimentant le lit (2) radial de particules, en la charge. - une couronne (8) circulaire supportant les conduits dans le fond inférieur du réacteur, - un collecteur (3) central perforé (7) allongé selon ledit axe recevant un effluent réactionnel résultant de la mise en contact de la charge avec le lit de particules, - le lit de particules situé entre les conduits et le collecteur, - une sortie (14) raccordée au collecteur central, le réacteur étant caractérisé en ce que la couronne (8) est percée d'au moins un orifice (9) à l'aplomb de chaque conduit (5) et qu'elle comporte une grille (11) circulaire verticale percée de trous (12) sensiblement étanches aux particules, suspendue à ladite couronne de façon à délimiter avec la paroi du réacteur une chambre (10) annulaire pour la circulation de la charge, la hauteur de la grille étant ajustée de telle façon qu'elle délimite un passage interne entre la grille et le fond du réacteur, ledit passage étant rendu sensiblement étanche aux particules par des moyens d'étanchéité (13) constitués d'un tissu dont la partie supérieure est fixée à la grille et dont la partie inférieure repose sur le fond du réacteur. 2-Réacteur selon la revendication 1, dans lequel le tissu est un tissu réfractaire. 3-Réacteur selon la revendication 1, dans lequel le tissu est un tissu métallique souple. 4-Réacteur selon l'une des revendications 2 et 3, dans lequel le tissu métallique et le tissu réfractaire ont une maille comprise entre 0,05 et 0,8 fois la taille des particules. 5-Réacteur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la grille circulaire verticale est située sensiblement à la verticale des conduits latéraux. 6-Réacteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la couronne est percée d'un orifice dont la section de passage est comprise entre 0, 2 et 1 fois la section du conduit latéral. 7-Réacteur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la couronne est percée de plusieurs orifices à l'aplomb de chaque conduit latéral dont la section totale de passage est comprise entre 0, 2 et 1 fois la section du conduit latéral. 8-Réacteur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la grille verticale est une grille JOHNSON. 9-Réacteur selon l'une des revendications 1 et 2 dans lequel le tissu est un tissu NEXTEL@. 10-Utilisation du réacteur selon l'une des revendications 1 à 9 dans un procédé de réformage catalytique des hydrocarbures.