Brevet FR3063439A1 — publié le 20180907

- 1 - SYSTEME DE COUVERTURE POUR UN GARNISSAGE DE PARTICULES SOLIDES ET REACTEUR COMPORTANT UN TEL SYSTEME DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention se rapporte à un réacteur pour effectuer des réactions chimiques en phase gazeuse à des température et pression déterminées. Plus particulièrement, l'invention concerne un réacteur de type «flux radial » permettant le reformage de coupes pétrolières comme, par exemple, la fabrication d'essence à haut degré d'octane à partir de naphtas. ARRIERE-PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION Il a déjà été proposé d'utiliser un réacteur de type radial, de forme cylindrique où le fluide est introduit par une dentelure périphérique dans l'épaisseur d'un garnissage particulaire à base de catalyseur, de forme annulaire, également appelé « lit catalytique ». Ce fluide traverse le garnissage radialement et l'effluent est collecté dans une cheminée centrale perforée passant verticalement au centre du garnissage et à de laquelle l'effluent est ensuite évacué. La partie au-dessus du garnissage est généralement composée d'un chapeau coiffant la cheminée, d'une jupe étanche en tissu réfractaire posée sur le garnissage garantissant que le fluide passe par la dentelure périphérique et d'une couche de billes inertes posée sur la jupe étanche pour maintenir cette dernière contre le garnissage. La conception de ce type de réacteur impose l'utilisation de tissus réfractaires généralement en fibres céramiques courtes de verre qui sont cancérogènes. De plus, les tissus réfractaires sont particulièrement fragiles et peuvent se déchirer pendant la fabrication ce qui impose leur remplacement à chaque cycle. En outre, pendant la fabrication, ces tissus réfractaires peuvent parfois ne pas pouvoir 25 suivre toutes les déformations du garnissage induit par un remplissage insuffisamment dense du garnissage préalablement à la fabrication. RESUME DE L'INVENTION L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un nouveau système de couverture pour un garnissage de particules solides qui est exempt 30 d'éléments cancérogènes, réutilisable plusieurs cycles, adaptable à plusieurs grandeurs de réacteur et qui est capable d'épouser les déformations du garnissage. A cet effet, l'invention se rapporte à un système de couverture pour un garnissage de particules solides caractérisé en ce qu'il comporte une structure articulée et une enveloppe annulaire couvrant la structure articulée, l'enveloppe étant formée par des 35 plaques métalliques montées mobiles entre elles de manière étanche, la structure 3063439 - 2 - articulée comportant des jupes métalliques formant des cercles concentriques articulés permettant de supporter les plaques de l'enveloppe et de s'adapter aux déformations du garnissage, et des éléments métalliques formant des entretoises articulées permettant de maintenir un écartement entre les cercles concentriques articulés et de s'adapter aux 5 déformations du garnissage. Avantageusement selon l'invention, le système de couverture pour un garnissage de particules solides utilise des pièces métalliques qui sont exemptes d'éléments cancérogènes. De plus, ces pièces métalliques sont plus résistantes que des tissus réfractaires ce qui permet de les réutiliser pendant plusieurs cycles. Enfin, ces pièces 10 métalliques étant articulées les unes par rapport aux autres, il est possible d'en choisir le nombre afin de s'adapter à différentes grandeurs de réacteur mais également d'être mobiles les unes par rapport aux autres afin de pouvoir rester en permanence contre le garnissage même si des déformations ont lieu pendant la fabrication. Selon d'autres caractéristiques optionnelles de réalisation de l'invention : 15 - la structure articulée comporte entre 3 et 6 cercles concentriques articulés ; - chaque cercle concentrique articulé comporte entre 3 et 10 jupes métalliques qui sont mobiles les unes par rapport aux autres ; - la structure articulée comporte entre 3 et 8 entretoises articulées ; - chaque entretoise articulée comporte entre 2 et 5 éléments métalliques qui sont 20 mobiles les uns par rapport aux autres ; - l'enveloppe comporte entre 7 et 27 plaques métalliques ; - les plaques métalliques forment des secteurs de couronne ; - les plaques métalliques sont montées mobiles entre elles de manière étanche à l'aide de cordons de fibre céramique ; - la structure articulée comporte un croisillon à chaque intersection entre les cercles concentriques articulés et les entretoises ; - chaque croisillon comporte quatre extrémités libres montées pivotantes chacune avec une jupe métallique ou un élément métallique. De plus, l'invention se rapporte à un réacteur chimique comportant une enceinte 30 munie d'une dentelure interne périphérique, d'une cheminée centrale et d'un compartiment comprenant un garnissage de particules solides, caractérisé en ce que le réacteur chimique comporte un système de couverture tel que présenté plus haut monté entre la dentelure interne périphérique et un couvercle coiffant la cheminée. Selon d'autres caractéristiques optionnelles de réalisation de l'invention : 35 - le système de couverture est monté de manière étanche contre le couvercle à l'aide de moyens d'étanchéité ; le système de couverture comporte en outre une cloison montée sur une partie 3063439 - 3 - périphérique de l'enveloppe en faisant face à la dentelure interne périphérique afin de former un interstice entre la cloison et la dentelure interne périphérique agencé pour recevoir des billes inertes. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 On va maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et à l'appui des figures annexées sur lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe d'un réacteur selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle et agrandie de la figure 1 centrée sur un système de couverture selon l'invention ; 10 - la figure 3 est une vue de dessus d'une enveloppe du système de couverture selon l'invention; - la figure 4 est une vue en perspective, avant montage, d'une partie de structure articulée du système de couverture selon l'invention ; - la figure 5 est une vue de dessus, après montage, d'une partie de structure 15 articulée du système de couverture selon l'invention ; - la figure 6 est une vue partielle et agrandie de la figure 2 montrant l'interaction entre l'enveloppe et la structure articulée du système de couverture selon l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes 20 références, éventuellement additionné d'un indice. La description de leur structure et de leur fonction n'est donc pas systématiquement reprise. Dans tout ce qui suit, les orientations sont en référence à la position du réacteur à la figure 1. En particulier, les termes « supérieur », « inférieur », « gauche », « droit », « vertical », « horizontal », s'entendent généralement par rapport à la position du 25 réacteur à la figure 1. Bien entendu, les termes doivent être adaptés suivant un changement de la position du réacteur par rapport à celle de la figure 1. Le réacteur chimique 1 selon l'invention est destiné à réaliser un « chicanage horizontal » pour obliger le passage radial C du fluide à travers un garnissage 3 formée de particules solides (granulés, bâtonnets, grains, etc.) à base de catalyseur empilées 30 afin de faire subir au fluide une réaction chimique apte à le transformer. Plus précisément, le fluide est introduit dans la partie supérieure du réacteur 1 selon la direction A. Le réacteur 1 comporte un système de couverture 5 destiné à imposer une déviation B au fluide vers une dentelure interne périphérique 7 qui va obliger le fluide à un passage radial C dans l'épaisseur du garnissage 3, également appelé «lit 35 catalytique ». Le fluide en traversant le garnissage 3 est transformé au contact du garnissage et les produits de réaction sont collectés dans une cheminée centrale 3063439 - 4 - perforée 9 passant verticalement au centre du garnissage 3 et à partir de laquelle les produits de réaction sont évacués selon la direction D vers la partie inférieure du réacteur 1. Le système de couverture 5 particulier décrit ci-dessous est l'objet de la présente 5 invention. Comme illustré aux figures 1 à 6, le système de couverture 5 pour le garnissage 3 de particules solides comporte principalement une structure articulée 11 et une enveloppe annulaire 13 destinée à couvrir, de manière étanche, la structure articulée 11. Le système de couverture 5, qui est monté entre la dentelure interne périphérique 7 et un couvercle 15 coiffant la cheminée 9, va, avantageusement selon l'invention, 10 imposer la déviation B du fluide vers la dentelure interne périphérique 7 mais également pouvoir rester en permanence contre le garnissage 3 même si ce dernier se déforme pendant la fabrication. Plus précisément, le garnissage 3 est en contact avec le dessous de l'enveloppe annulaire 13 de sorte que la majorité de la structure articulée 11 soit enseveli dans la partie supérieure du garnissage 3. 15 Comme visible aux figures 2 et 3, l'enveloppe annulaire 13 est formée par des plaques 16, 17 métalliques montées mobiles entre elles de manière étanche. Plus précisément, suivant la configuration du réacteur 1, l'enveloppe annulaire 13 peut comporter entre sept et vingt-sept plaques métalliques, d'épaisseur comprise entre un millimètre et cinq millimètres. Ainsi, avantageusement selon l'invention, il est possible d'en choisir le 20 nombre afin de s'adapter à différentes grandeurs de réacteur 1 comportant typiquement des diamètres internes compris entre 1,5 mètre et 4 mètres. Comme mieux visible à la figure 3, une première série de plaques 16 forment un anneau central autour du couvercle 15. Dans l'exemple de la figure 3, la première série est formée de trois plaques 16 en forme de secteur de couronne d'une largeur d'environ 25 25 cm. Bien entendu, la largeur et/ou le nombre de plaques 16 de la première série peut être inférieur ou supérieur à ces valeurs uniquement proposées à titre d'exemple. De même, la forme des plaques 16 pourrait être adaptée au cas où le couvercle 15 ne comporterait pas une surface périphérique circulaire mais comporterait à la place, par exemple, une surface polygonale. Comme visible à la figure 3, une deuxième série de plaques 17 forment au moins un anneau périphérique autour de l'anneau central. Dans l'exemple de la figure 3, la deuxième série est formée de huit premières plaques 171 en forme de secteur de couronne et entourées de huit deuxièmes plaques 172 en forme de secteur de couronne, les largeurs de plaques 171 et 172 étant adaptées au diamètre du réacteur 1. Bien entendu, le nombre de plaques 17, et/ou le nombre d'anneaux périphériques de la deuxième série peut être inférieur ou supérieur à ces valeurs uniquement proposées à titre d'exemple. De même, les plaques 17x pourrait être de forme différente sans perdre 3063439 - 5 - leur fonction comme, par exemple, être toutes, ou pour partie, de forme sensiblement trapézoïdale. Comme expliqué ci-dessus, l'enveloppe annulaire 13 doit être étanche pour permettre la déviation B du fluide mais également s'adapter aux déformations du garnissage 3. 5 C'est pourquoi, les plaques métalliques 16, 17x sont, préférentiellement selon l'invention, montées mobiles entre elles de manière étanche à l'aide par exemple d'au moins un cordon 19, préférablement en fibre céramique. Dans l'exemple de la figure 2, on peut voir qu'une gorge périphérique 21 est ménagée sur la première série de plaques 16 pour y recevoir au moins un cordon 19, la deuxième 10 série de plaques 171 étant montées en appui contre lui de manière étanche. De plus, Dans l'exemple des figures 2 et 6, on peut voir qu'un rebord périphérique 291, 292 est ménagé sur la deuxième série de plaques 171, 172 pour y recevoir chacun au moins un cordon 19. Ainsi, les deux plaques 171 et 172 adjacentes sont solidarisées à l'aide d'un profilé 27 en U plaqué contre les cordons 19 à l'aide d'un ensemble arbre 23 15 - bride conique 25. Par ailleurs, à la figure 6, on peut voir que l'arbre 23 est monté sur un croisillon 412 de la structure articulée 11 comme expliqué ci-dessous. La deuxième série de plaques 17x est donc mobile et étanche. Bien entendu, le nature et/ou la géométrie et/ou le nombre de cordon 19 peut différer sans perdre les avantages de l'invention. De même, le type d'étanchéité pourrait être la 20 même entre toute les plaques 16, 17x de l'enveloppe 13 ou même être différent des deux types d'étanchéité présentés ci-dessus sans perdre les avantages de l'invention. Avantageusement selon l'invention, la structure articulée 11 comporte des jupes 31 métalliques formant des cercles concentriques articulés 33x. Les cercles concentriques articulés 33, permettent de supporter les plaques 16, 17, de l'enveloppe 13 et de 25 s'adapter aux déformations du garnissage 3. La structure articulée 11 peut comporter entre trois et six cercles concentriques articulés 33x suivant la largeur du réacteur 1. En outre, chaque cercle concentrique articulé 33, peut comporter entre trois et dix jupes 31, métalliques comportant une hauteur comprise entre cinq et dix centimètres, et qui sont mobiles les unes par rapport 30 aux autres comme expliqué ci-dessous. En effet, il est immédiat que, plus un cercle concentrique 33, comporte de jupes 31x, plus précise sera son adaptation aux déformations du garnissage 3. De plus, dans l'exemple de la figure 2, les jupes 31x du cercle concentrique articulé 331 comporte des moyens d'étanchéité 39 permettant au fluide de ne pas passer entre 35 le couvercle 15 et le cercle concentrique articulé 331. Ces moyens d'étanchéité 39 peuvent être du même type que les cordons 19 et comporter par exemple trois cordons plaqués contre le couvercle 15 à l'aide, par exemple, d'un presse-étoupe simple (non 3063439 - 6 - représenté) pour laisser, au cercle concentrique articulé 331, la possibilité de coulisser le long du couvercle 15 en cas de déformations du garnissage 3. La structure articulée 11 comportent en outre des éléments métalliques 35, formant des entretoises articulées 37, permettant de maintenir un écartement sensiblement 5 constant entre les cercles concentriques articulés 33, et de s'adapter aux déformations du garnissage 3. Ainsi, la structure articulée 11 peut comporter entre trois et huit entretoises articulées 37, s'étendant radialement entre le couvercle 15 et la partie périphérique de l'enveloppe 13. De plus, chaque entretoise articulée 37, peut comporter comporte entre deux et cinq éléments métalliques qui sont mobiles les uns par rapport 10 aux autres. Dans l'exemple des figures 2 et 3, les cercles concentriques articulés 331 à 334 sont ainsi maintenu à une distance prédéterminée entre eux à l'aide de trois entretoises articulées 37,, chacune formée par trois éléments 351 à 353. Enfin, comme illustré aux figures 4 et 5, préférentiellement selon l'invention, la 15 structure articulée 11 comporte en outre un croisillon 41, à chaque intersection entre les cercles concentriques articulés 33, et les entretoises 37,. Ainsi, chaque croisillon 41, peut comporter quatre extrémités libres montées pivotantes chacune avec une jupe métallique 31, ou un élément métallique 35,à l'aide d'un pivot 43. Avantageusement selon l'invention, le système de couverture 5 pour le garnissage 3 20 de particules solides utilise donc des pièces métalliques pour l'articulation 11 et l'enveloppe 13, comme, par exemple, un métal inox réfractaire du type TP321, ce qui ne génère aucun risque cancérogène pour les opérateurs du réacteur 1. De plus, ces pièces métalliques sont plus résistantes que des tissus réfractaires ce qui permet de les réutiliser pendant plusieurs cycles. Enfin, ces pièces métalliques étant 25 articulées les unes par rapport aux autres, il est possible d'en choisir le nombre afin de s'adapter à différentes grandeurs de réacteur 1 mais également d'être mobiles les unes par rapport aux autres afin de pouvoir rester en permanence contre le garnissage 3 même si des déformations ont lieu pendant la fabrication. Enfin, le garnissage 3 remplissant au maximum les interstices délimités entre les 30 cercles concentriques articulés 33 et les éléments 35 de la structure articulée 11, le fluide à transformer même en cheminant sous les plaques 16, 17, de l'enveloppe 13 sera transformé au contact du garnissage 3 lors du passage radial C. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible que 35 le système de couverture 5 comporte en outre une cloison 45 (visible à la figure 2) montée sur une partie périphérique de l'enveloppe 13 en faisant face à la dentelure interne périphérique 7 afin de former un interstice entre la cloison 45 et la dentelure interne 3063439 - 7 - périphérique 7 agencé pour recevoir des billes inertes 47 comme, par exemple, à base d'alumine. Cette variante de configuration permet de limiter le nombre de plaques 17, différentes et d'éviter d'avoir à développer une forme correspondante à la dentelure périphérique 7 pour les plaques 17x périphériques. REVENDICATIONS1. Système de couverture (5) pour un garnissage (3) de particules solides caractérisé en ce qu'il comporte une structure articulée (11) et une enveloppe annulaire (13) couvrant la structure articulée (11), l'enveloppe (13) étant formée par des plaques (16, 5 17) métalliques montées mobiles entre elles de manière étanche, la structure articulée (11) comportant des jupes métalliques (31) formant des cercles concentriques articulés (33) permettant de supporter les plaques (16, 17) de l'enveloppe (13) et de s'adapter aux déformations du garnissage (3), et des éléments métalliques (35) formant des entretoises articulées (37) permettant de maintenir un écartement entre les cercles concentriques 10 articulés (33) et de s'adapter aux déformations du garnissage (3). 2. Système (5) selon la revendication précédente, dans lequel la structure articulée (11) comporte entre 3 et 6 cercles concentriques articulés (33). 3. Système (5) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chaque cercle concentrique articulé (33) comporte entre 3 et 10 jupes métalliques (31) qui sont mobiles les unes par 15 rapport aux autres. 4. Système (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure articulée (11) comporte entre 3 et 8 entretoises articulées (37). 5. Système (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque entretoise articulée (37) comporte entre 2 et 5 éléments métalliques (35) qui sont 20 mobiles les uns par rapport aux autres. 6. Système (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'enveloppe (13) comporte entre 7 et 27 plaques métalliques (16, 17). 7. Système (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les plaques métalliques (16, 17) forment des secteurs de couronne. 25 8. Système (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les plaques métalliques (16, 17) sont montées mobiles entre elles de manière étanche à l'aide de cordons (19) de fibre céramique. 9. Système (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la structure articulée (11) comporte un croisillon (41) à chaque intersection entre les 30 cercles concentriques articulés (33) et les entretoises (37). 10. Système (5) selon la revendication précédente, dans lequel chaque croisillon (41) comporte quatre extrémités libres montées pivotantes chacune avec une jupe métallique (31) ou un élément métallique (35). 11. Réacteur chimique (1) comportant une enceinte munie d'une dentelure interne 35 périphérique (7), d'une cheminée centrale (9) et d'un compartiment comprenant un garnissage (3) de particules solides, caractérisé en ce que le réacteur chimique (1) 3063439 - 9 - comporte un système de couverture (5) selon l'une quelconque des revendications précédentes monté entre la dentelure interne périphérique (7) et un couvercle (15) coiffant la cheminée (9). 12. Réacteur (1) selon la revendication précédente, dans lequel le système de 5 couverture (5) est monté de manière étanche contre le couvercle (15) à l'aide de moyens d'étanchéité (39). 13. Réacteur (1) selon la revendication 11 ou 12, dans lequel le système de couverture (5) comporte en outre une cloison (45) montée sur une partie périphérique de l'enveloppe (13) en faisant face à la dentelure interne périphérique (7) afin de former un interstice 10 entre la cloison (45) et la dentelure interne périphérique (7) agencé pour recevoir des billes inertes (47).