Brevet FR3066411A1 — publié le 20181123

DISPOSITIF DE MELANGE ET DE DISTRIBUTION AVEC SYSTEME D'EQUILIBRAGE DES FLUIDES Domaine technique La présente invention s'applique dans le domaine des réactions exothermiques et plus particulièrement aux réactions d'hydrotraitement, d'hydrodésulfuration, d'hydrodéazotation, d'hydrocraquage, d'hydrogénation, d'hydrodéoxygénation, d'hydroisomérisation, d'hydrodéparaffinage ou encore d'hydrodéaromatisation réalisées dans un réacteur en lit fixe. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans un réacteur à écoulement co-courant descendant et son utilisation pour la réalisation de réactions exothermiques. Etat de la technique Les réactions exothermiques réalisées par exemple en raffinage et/ou en pétrochimie nécessitent d'être refroidies par un fluide additionnel, appelé fluide de trempe, pour éviter un emballement thermique du réacteur catalytique dans lequel elles sont effectuées. Les 15 réacteurs catalytiques utilisés pour ces réactions comprennent généralement au moins un lit de catalyseur solide. Le caractère exothermique des réactions nécessite de conserver un gradient axial de température homogène sur la section de réacteur, et un gradient radial de température proche de zéro au sein du réacteur afin d'éviter l'existence de points chauds dans le lit de catalyseur compris dans le réacteur. Des zones trop chaudes peuvent diminuer 20 prématurément l'activité du catalyseur et/ou conduire à des réactions non sélectives et/ou conduire à des emballements thermiques. Il est donc important de disposer d'au moins une chambre de mélange dans un réacteur, située entre deux lits de catalyseur, qui permette une répartition homogène en température des fluides sur une section de réacteur et un refroidissement des fluides réactionnels à une température désirée. 25 Pour effectuer cette homogénéisation l'homme de l'art est souvent conduit à utiliser un agencement spécifique d'internes souvent complexes comportant une introduction du fluide de trempe la plus homogène possible dans la section du réacteur. Par exemple, le document FR 2 824 495 Al décrit un dispositif de trempe permettant d'assurer un échange efficace entre le ou les fluide(s) de trempe et le ou les fluide(s) du procédé. Ce dispositif est intégré 30 dans une enceinte et comprend une canne d'injection du fluide de trempe, un baffle de collecte des fluides, la boite de trempe proprement dite, opérant le mélange entre le fluide de trempe et l'écoulement descendant, et un système de distribution composé d'une cuvette perforée et d'un plateau de distribution. La boîte de trempe comporte un déflecteur assurant la mise en mouvement tourbillonnaire des fluides selon une direction sensiblement non 3066411 2 radiale et non parallèle à l'axe de ladite enceinte et en aval du déflecteur, dans le sens de circulation du fluide réactionnel, au moins une section de passage de sortie du mélange de fluides formé dans la boîte. Ce dispositif permet de pallier certains inconvénients des différents systèmes de l'art antérieur mais reste encombrant. 5 Pour remédier au problème d'encombrement, un dispositif de mélange de fluides dans un réacteur à écoulement descendant a été développé, et est décrit dans le document FR 2 952 835 Al . Ce dispositif comprend un moyen de collecte horizontal pourvu d'une conduite de collecte verticale pour recevoir les fluides, un moyen d'injection placé dans la conduite de collecte, et une chambre de mélange annulaire de section circulaire située en aval du moyen de collecte dans le sens de circulation des fluides. La chambre de mélange comprend une extrémité d'entrée reliée à la conduite de collecte et une extrémité de sortie permettant le passage des fluides, ainsi qu'un plateau de pré-distribution horizontal comprenant au moins une cheminée. L'avantage de ce dispositif est qu'il est plus compact que celui décrit précédemment, et permet d'assurer un bon mélange des fluides et une bonne homogénéité en température. Dans le but de réduire encore plus l'encombrement du dispositif de mélange et de distribution, une autre solution proposée dans le document FR 3 034 323 est de réaliser un dispositif de mélange et de distribution de fluides dans lequel la zone de mélange et la zone de distribution des fluides sont situées au même niveau. Un tel dispositif est représenté aux figures 1, 2a et 2b et sera décrit plus en détail ci-après. Plus particulièrement, la zone de mélange comprend une enceinte de mélange des fluides et une enceinte d'échange des fluides reliée et en communication avec l'enceinte de mélange. Ainsi, la configuration de la zone de mélange permet le mélange des fluides dans l'enceinte de mélange et l'écoulement dudit mélange vers l'enceinte d'échange. Le mélange entre le fluide réactionnel et le fluide de trempe continue de s'effectuer au niveau de l'enceinte d'échange. Les fluides passent de l'enceinte d'échange à la zone de distribution des fluides via des ouvertes de passage latéral positionnés sur les parois de l'enceinte d'échange. Dans un mode de réalisation préféré, la zone de mélange peut être décalée par rapport au centre de la zone de distribution. Ce décalage de la zone de mélange par rapport au centre de la zone de distribution a pour avantage de faciliter les opérations d'inspection et de maintenance du dispositif. Cependant, ce déplacement de la zone de mélange crée en conséquence deux zones de distribution de surfaces différentes, de chaque côté de la zone de mélange, lesdites zones de distribution étant alimentées par des débits en fluides identiques, ce qui a pour effet de mal répartir les fluides sur toute la section disponible du plateau de distribution. 3066411 3 Un but de l'invention est de proposer un du dispositif de mélange et de distribution de fluides ayant une efficacité de mélange de fluides améliorée par rapport aux dispositifs selon l'art antérieur et présentant une bonne efficacité de mélange et de distribution des fluides. Objets de l'invention 5 Un objet selon l'invention concerne un dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant : au moins une zone de collecte (A) comprenant au moins un moyen de collecte ; au moins une conduite de collecte sensiblement verticale apte à recevoir un fluide réactionnel collecté par ledit moyen de collecte et au moins un moyen d'injection 10 débouchant dans ladite conduite de collecte pour injecter un fluide de trempe ; au moins une zone de mélange (B), située en aval de ladite conduite de collecte dans le sens de circulation des fluides et en communication avec ladite conduite de collecte, ladite zone de mélange (B) comprenant au moins une enceinte de mélange des fluides ; au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) 15 dans le sens de la circulation des fluides, et située au même niveau que la zone de mélange (B), ladite zone de distribution (C) comprenant un plateau de distribution supportant une pluralité de cheminées ; ladite zone de mélange (B) étant située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprenant en outre au moins une enceinte d'échange des fluides, reliée et en 20 communication avec ladite enceinte de mélange, ladite enceinte d'échange comprenant sur ses parois latérales une pluralité de sections de passage latéral apte au passage des fluides de ladite enceinte d'échange à ladite zone de distribution (C), ladite zone de mélange (B) étant décentrée par rapport à l'axe central de la zone de distribution (C), formant deux zones (Z1) et (Z2) sur le plateau de distribution dont le ratio R définit 25 comme le rapport entre la surface de la zone (Z1) et la zone (Z2) est compris entre 0 et 1, les valeurs 0 et 1 étant exclues, caractérisé en ce que la surface totale (Sp) des sections de passage latéral de la paroi latérale en vis-à-vis de la zone (Z1) du plateau de distribution et la surface totale (Sg) des sections de passage latéral de la paroi latérale en vis-à-vis de la zone (Z2) du plateau de distribution vérifie la relation mathématique 30 suivante : 0,5 REVENDICATIONS1. Dispositif de mélange et de distribution de fluides pour un réacteur catalytique à écoulement descendant, ledit dispositif comprenant : au moins une zone de collecte (A) comprenant au moins un moyen de collecte (5); au moins une conduite de collecte (7) sensiblement verticale apte à recevoir un fluide réactionnel collecté par ledit moyen de collecte (5) et au moins un moyen d'injection (8) débouchant dans ladite conduite de collecte (7) pour injecter un fluide de trempe ; au moins une zone de mélange (B), située en aval de ladite conduite de collecte (7) dans le sens de circulation des fluides et en communication avec ladite conduite de collecte (7), ladite zone de mélange (B) comprenant au moins une enceinte de mélange (15) des fluides ; au moins une zone de distribution (C), située en aval de ladite zone de mélange (B) dans le sens de la circulation des fluides, et située au même niveau que la zone de mélange (B), ladite zone de distribution (C) comprenant un plateau de distribution (12) supportant une pluralité de cheminées (13) ; ladite zone de mélange (B) étant située au même niveau que la zone de distribution (C) et comprenant en outre au moins une enceinte d'échange (16) des fluides, reliée et en communication avec ladite enceinte de mélange (15), ladite enceinte d'échange (16) comprenant sur ses parois latérales (20) une pluralité de sections de passage latéral (17) apte au passage des fluides de ladite enceinte d'échange (16) à ladite zone de distribution (C), ladite zone de mélange (B) étant décentrée par rapport à l'axe central de la zone de distribution (C), formant deux zones (Z1) et (Z2) sur le plateau de distribution (12) dont le ratio R définit comme le rapport entre la surface de la zone (Z1) et la zone (Z2) est compris entre 0 et 1, les valeurs 0 et 1 étant exclues, caractérisé en ce que la surface totale (Sp) des sections de passage latéral (17) de la paroi latérale (20) en vis-à-vis de la zone (Z1) du plateau de distribution (12) et la surface totale (Sg) des sections de passage latéral (17) de la paroi latérale (20) en vis-à-vis de la zone (Z2) du plateau de distribution (12) vérifie la relation mathématique suivante : 0,5 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la surface totale (Sp) des sections de passage latéral (17) de la paroi latérale (20) en vis-à-vis de la zone (Z1) du plateau de distribution (12) et la surface totale (Sg) des sections de passage latéral (17) de la 3066411 14 53. 4. 10 5. 15 6. 7. 20 8. 25 9. 30 paroi latérale (20) en vis-à-vis de la zone (Z2) du plateau de distribution (12) vérifie la relation mathématique suivante : 0,6