FR3144024A1 - Distributeur pour lit fluidisé - Google Patents
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Abstract
Dispositif pour la distribution de phase fluide légère (2) dans une phase fluide lourde (4) dans une enceinte réactionnelle (5), comprenant : une conduite (1) pour transporter la phase fluide légère comprenant des extrémités inférieures et supérieures ; des premières et deuxièmes fenêtres (7, 8) percées dans une paroi de la conduite près de l’extrémité supérieure ; et un distributeur (3) comprenant : des branches radiales (9) raccordées à chaque deuxième fenêtre vers une extrémité périphérique de branche (24), sur axe de branche (A) perpendiculaire à l’axe de symétrie (Z) de l’extrémité supérieure, la face inférieure des branches étant ouverte ; un premier brise-jet (6) disposé sur l’extrémité supérieure et débordant autour de l’extrémité supérieure ; et un deuxième brise-jet (12) disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche et faisant face à l’extrémité périphérique de branche. Figure 1 à publier
Description
La présente invention s’inscrit dans l’amélioration de la conception des distributeurs pour la distribution d’un premier fluide, en général léger, dans un réacteur contenant un deuxième fluide, en général dense. Dans le contexte des lits fluidisés, le premier fluide distribué est une phase gaz, gaz-solide, gaz-liquide, liquide ou liquide-solide, et le deuxième fluide est le lit fluidisé lui-même, c’est-à-dire une suspension de particules solides (e.g. un catalyseur ou un adsorbant solide) dispersées dans du gaz et/ou du liquide.
Dans le cas où le réacteur comprend un lit fluidisé, qui contient une phase solide (catalytique ou non) maintenue en suspension à l’état de pseudo fluide par le passage d’un fluide gazeux, liquide, d’un mélange gaz-liquide, ou d’un pseudo-fluide constitué de gaz et/ou de liquide contenant des particules en suspension, la distribution a pour rôle essentiel de maintenir la fluidisation du solide dans le réacteur tout en assurant un bon mélange de l’ensemble des phases permettant ainsi d’avoir une bonne homogénéité des produits au sein du lit fluidisé.
Il est donc capital d’assurer une bonne distribution des phases fluides à leur entrée dans le réacteur. C’est d’autant plus important dans le cas où une réaction chimique se produit dans le lit fluidisé car on cherche alors à éviter tout by-pass, zone morte, et réaction parasites, néfastes au procédé.
La présente invention est une amélioration d'un distributeur antérieur connu notamment décrit dans le brevet FR3065886, le distributeur pouvant être utilisé dans différents types de procédés impliquant des lits fluidisés. Quelques exemples non exhaustifs d’applications sont le craquage catalytique en lit fluidisé (FCC pour « Fluid Catalytic Cracking »), la combustion en boucle chimique (CLC pour « Chemical Looping Combustion »), l'hydroconversion de résidus en lits bouillonnants.
Le brevet US5156817 décrit un distributeur muni d’une pluralité de bras de distribution à section triangulaire et dont les bords inferieurs sont dentelés.
Le brevet US6221318 décrit un distributeur muni d’une pluralité de bras de distribution présentant différentes terminaisons.
Le brevet FR3006607 décrit un distributeur de phase légère dans une phase dense comprenant un moyen de déflection disposé sur la surface externe du couvercle.
Le brevet FR3065886 décrit un distribution de phase légère dans une phase dense comprenant des fenêtres se prolongeant par des branches perpendiculaires à l’axe de symétrie de l’enceinte réactionnelle.
Le brevet FR3082125 décrit un distribution de phase légère dans une phase dense comprenant des fenêtres et se divisant en trois passages.
Le brevet US11266923 décrit un distribution de phase légère dans une phase dense comprenant des bras de distribution percés de trous s'étendant radialement vers l'extérieur depuis le pommeau.
Dans le contexte précédemment décrit, un premier objet de la présente invention est de fournir des dispositifs de distribution permettant une meilleure distribution d’une première phase fluide (i.e.,phase légère) dans une enceinte réactionnelle contenant une deuxième phase fluide (i.e.,phase lourde ou phase dense) ayant une densité plus grande que la phase fluide légère à distribuer. Cette différence de densité peut être due soit à une fraction volumique de solide soit à une fraction volumique de liquide de la phase à injecter inférieure à celle de la phase contenue dans la capacité où les phases doivent être mélangées. En particulier, la présente invention concerne des dispositifs de distribution permettant un mélange amélioré entre les phases, et notamment une bonne répartition des deux phases le long de la section transversale de l’enceinte réactionnelle, et notamment le long de la paroi de l’enceinte réactionnelle. La présente invention concerne également des dispositifs de distribution permettant des meilleures performances de réaction.
Selon un premier aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un dispositif de distribution adapté pour la distribution d’une phase fluide légère au sein d’une phase fluide lourde, par exemple pour la distribution dans une enceinte réactionnelle contenant la dite phase fluide lourde (e.g. à l’état fluidisé),
le dispositif de distribution comprenant :
- une conduite (e.g. verticale) pour le transport de la phase fluide légère comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure ;
- des premières fenêtres et des deuxièmes fenêtres percées dans une paroi de la conduite à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un distributeur,
dans lequel le distributeur comprend :
- des branches radiales raccordées à chaque deuxième fenêtre vers une extrémité périphérique de branche, selon un axe de branche sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie de l’extrémité supérieure de la conduite, la face inférieure des branches radiales étant ouverte ;
- un premier brise-jet disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite, le premier brise-jet débordant autour de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un deuxième brise-jet disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche et faisant face à l’extrémité périphérique de branche.
le dispositif de distribution comprenant :
- une conduite (e.g. verticale) pour le transport de la phase fluide légère comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure ;
- des premières fenêtres et des deuxièmes fenêtres percées dans une paroi de la conduite à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un distributeur,
dans lequel le distributeur comprend :
- des branches radiales raccordées à chaque deuxième fenêtre vers une extrémité périphérique de branche, selon un axe de branche sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie de l’extrémité supérieure de la conduite, la face inférieure des branches radiales étant ouverte ;
- un premier brise-jet disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite, le premier brise-jet débordant autour de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un deuxième brise-jet disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche et faisant face à l’extrémité périphérique de branche.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet est une plaque pleine ou une plaque munie d’orifices, sensiblement perpendiculaire à l’axe de branche.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque branche radiale comprend des parois latérales et une paroi supérieure, le deuxième brise-jet étant fixé à au moins une des parois latérales et de la paroi supérieure au moyen d’au moins un élément d’attache.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet comprend un côté supérieur étant connecté à la paroi supérieure de la branche radiale par une plaque d’extension.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la plaque d’extension est une plaque pleine sensiblement parallèle à l’axe de branche.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’ouverture de la face inférieure des branches radiales est prolongée jusqu’au deuxième brise-jet.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet est de forme courbe sur une génératrice dans un plan perpendiculaire à l’axe de symétrie.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque branche radiale présente :
- une longueur e comprise entre 1×E et 6×E et préférablement entre 1×E et 4×E, E étant le diamètre de la conduite ;
- une largeur f à l’extrémité périphérique de branche comprise entre 1×c et 10×c et de manière préférée entre 1,2×c et 6×c, c étant la largeur de la deuxième fenêtre respective ; et
- une hauteur sensiblement égale ou supérieure à la hauteur d de la deuxième fenêtre respective.
- une longueur e comprise entre 1×E et 6×E et préférablement entre 1×E et 4×E, E étant le diamètre de la conduite ;
- une largeur f à l’extrémité périphérique de branche comprise entre 1×c et 10×c et de manière préférée entre 1,2×c et 6×c, c étant la largeur de la deuxième fenêtre respective ; et
- une hauteur sensiblement égale ou supérieure à la hauteur d de la deuxième fenêtre respective.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, chaque deuxième brise-jet présente :
- une largeur h comprise entre 1×f et 2×f et préférablement entre 1×f et 1,5×f ;
- une hauteur g sensiblement supérieure ou égale à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8, la distance i entre un deuxième brise-jet et une branche radiale correspondante étant comprise entre 0,05×h et 0,9×h, et préférablement entre 0,1×h et 0,6×h.
- une largeur h comprise entre 1×f et 2×f et préférablement entre 1×f et 1,5×f ;
- une hauteur g sensiblement supérieure ou égale à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8, la distance i entre un deuxième brise-jet et une branche radiale correspondante étant comprise entre 0,05×h et 0,9×h, et préférablement entre 0,1×h et 0,6×h.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le diamètre E de la conduite est compris 0,1 m et 8 m, de préférence entre 0,2 m et 6 m et de manière préférée entre 0,4 m et 3 m.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les première fenêtres sont de largeur a et de hauteur b, les deuxièmes fenêtres sont de largeur c et de hauteur d, les valeurs a, b c et d répondant à au moins une des caractéristiques suivantes :
- le rapport de hauteur b/a et/ou de largeur d/c est compris entre 0,2 et 12, de préférence entre 1 et 10 et de manière préférée entre 2 et 8 ;
- le rapport des surfaces des premières fenêtres sur les deuxièmes fenêtres est compris entre 0,2 et 5, de préférence entre 0,3 et 3 et de manière plus préférée entre 0,5 et 2 ; et
- le rapport de la surface totale des premières fenêtres et des deuxièmes fenêtres sur la section de la conduite est compris entre 0,5 et 4 et de manière plus préférée entre 1 et 3.
- le rapport de hauteur b/a et/ou de largeur d/c est compris entre 0,2 et 12, de préférence entre 1 et 10 et de manière préférée entre 2 et 8 ;
- le rapport des surfaces des premières fenêtres sur les deuxièmes fenêtres est compris entre 0,2 et 5, de préférence entre 0,3 et 3 et de manière plus préférée entre 0,5 et 2 ; et
- le rapport de la surface totale des premières fenêtres et des deuxièmes fenêtres sur la section de la conduite est compris entre 0,5 et 4 et de manière plus préférée entre 1 et 3.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif comprend entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 premières fenêtres, et entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 deuxièmes fenêtres.
Selon un deuxième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par une enceinte réactionnelle comprenant un dispositif de distribution selon le premier aspect (tel que décrit ci-dessus), i.e., un dispositif de distribution comprenant :
- une conduite (e.g. verticale) pour le transport de la phase fluide légère comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure ;
- des premières fenêtres et des deuxièmes fenêtres percées dans une paroi de la conduite à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un distributeur,
dans lequel le distributeur comprend :
- des branches radiales raccordées à chaque deuxième fenêtre vers une extrémité périphérique de branche, selon un axe de branche sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie de l’extrémité supérieure de la conduite, la face inférieure des branches radiales étant ouverte ;
- un premier brise-jet disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite, le premier brise-jet débordant autour de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un deuxième brise-jet disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche et faisant face à l’extrémité périphérique de branche.
- une conduite (e.g. verticale) pour le transport de la phase fluide légère comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure ;
- des premières fenêtres et des deuxièmes fenêtres percées dans une paroi de la conduite à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un distributeur,
dans lequel le distributeur comprend :
- des branches radiales raccordées à chaque deuxième fenêtre vers une extrémité périphérique de branche, selon un axe de branche sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie de l’extrémité supérieure de la conduite, la face inférieure des branches radiales étant ouverte ;
- un premier brise-jet disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite, le premier brise-jet débordant autour de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un deuxième brise-jet disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche et faisant face à l’extrémité périphérique de branche.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’enceinte réactionnelle présente un diamètre D compris entre 0,5 m et 50 m, de préférence entre 1 m et 30 m et de manière préférée entre 2 m et 20 m, le rapport du diamètre E de la conduite sur le diamètre D de l’enceinte réactionnelle étant compris entre 0,005 et 0,9, de préférence entre 0,01 et 0,5 et de manière préférée entre 0,1 et 0,3, l’enceinte réactionnelle comprenant préférablement un seul dispositif de distribution, l’axe de symétrie Z étant par exemple sensiblement centrée selon l’axe de symétrie de l’enceinte réactionnelle 5.
Selon un troisième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé de craquage catalytique utilisant le dispositif de distribution selon le premier aspect (tel que décrit ci-dessus), pour par exemple régénérer un catalyseur.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé de craquage catalytique comprend deux zones de régénération, le dispositif de distribution selon le premier aspect étant utilisé par exemple pour réaliser le passage d’un mélange gaz-catalyseur d’une première zone de régénération vers une deuxième zone de régénération.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions réactionnelles de zone de régénération sont les suivantes :
- température : entre 600°C et 815°C ;
- pression : entre 0,1 MPag et 0,3 MPag ;
- vitesse superficielle gaz : entre 0,5 m/s et 1,5 m/s ;
- catalyseur FCC (matrice silice-alumine avec zéolite et additif) ;
- « charge » régénérateur : catalyseur coké (e.g. coke sensiblement composé de carbone, hydrogène, azote et soufre).
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- catalyseur FCC (matrice silice-alumine avec zéolite et additif) ;
- « charge » régénérateur : catalyseur coké (e.g. coke sensiblement composé de carbone, hydrogène, azote et soufre).
Selon un quatrième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé de traitement de biomasse utilisant le dispositif de distribution selon le premier aspect, pour par exemple réaliser l’introduction d’une phase gaz, ou d’une suspension gaz solide dans un milieu fluidisé, par exemple dans un réacteur de pyrolyse catalytique.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions réactionnelles dans le réacteur de pyrolyse catalytique sont les suivantes :
- température : entre 500°C et 650°C ;
- pression : entre 0,3 MPag et 0,7 MPag ;
- vitesse superficielle gaz : entre 0,3 m/s et 1,5 m/s ;
- catalyseur matrice silice-alumine avec additif ;
- charge solide : biomasse.
- température : entre 500°C et 650°C ;
- pression : entre 0,3 MPag et 0,7 MPag ;
- vitesse superficielle gaz : entre 0,3 m/s et 1,5 m/s ;
- catalyseur matrice silice-alumine avec additif ;
- charge solide : biomasse.
Selon un cinquième aspect, les objets précités, ainsi que d’autres avantages, sont obtenus par un procédé d’hydrotraitement et/ou d’hydroconversion, par exemple de coupes pétrolières lourdes, utilisant le dispositif de distribution selon le premier aspect, pour par exemple réaliser l’introduction d’hydrogène dans un milieu fluidisé contenant des particules solides (e.g. catalyseur) et optionnellement une phase hydrocarbure lourde à traiter.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les conditions réactionnelles du procédé d’hydrotraitement et/ou d’hydroconversion sont les suivantes :
- température : entre 390°C et 460°C ;
- pression : entre 15 MPag et 20 MPag ;
- vitesse superficielle gaz : entre 2 cm/s et 8 cm/s ;
- vitesse superficielle liquide : entre 2 cm/s et 8 cm/s ;
- catalyseur H-OilTM(e.g. métal du groupe VIB et métal du groupe VIIIB sur alumine) ;
- charge : résidu atmosphérique et/ou résidu sous vide.
- température : entre 390°C et 460°C ;
- pression : entre 15 MPag et 20 MPag ;
- vitesse superficielle gaz : entre 2 cm/s et 8 cm/s ;
- vitesse superficielle liquide : entre 2 cm/s et 8 cm/s ;
- catalyseur H-OilTM(e.g. métal du groupe VIB et métal du groupe VIIIB sur alumine) ;
- charge : résidu atmosphérique et/ou résidu sous vide.
Les groupes d'éléments chimiques sont donnés selon la classification CAS (CRC Handbook of Chemistry and Physics, éditeur CRC press, rédacteur en chef D.R. Lide, 81ème édition, 2000-2001). Par exemple, le groupe VIIIB selon la classification CAS correspond aux métaux des colonnes 8, 9 et 10 selon la nouvelle classification IUPAC.
Des modes de réalisation selon les aspects référencés ci-dessus ainsi que d’autres caractéristiques et avantages des dispositifs et procédés selon les aspects précités vont apparaître à la lecture de la description qui suit, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et en référence aux dessins suivants.
La montre une vue schématique en coupe ZA du dispositif de distribution selon la présente invention disposé dans une enceinte réactionnelle.
La montre une vue schématique de profil (vue A) et une vue schématique de section xy (vue B) de la conduite du dispositif de distribution selon la présente invention.
La montre une vue schématique de section xy du dispositif de distribution selon la présente invention disposé dans une enceinte réactionnelle.
La montre une vue schématique de section xy (vue A) et une vue schématique de section ZA (vue B) d’une branche radiale et d’un deuxième brise-jet du dispositif de distribution selon la présente invention.
La montre une vue schématique 3D d’un dispositif de distribution selon la présente invention.
La montre une vue schématique 3D d’une dispositif de distribution selon la présente invention présentant des formes arrondies.
La montre des vues de sections xy de la fraction volumique de particules moyennées dans le temps, à 1 m et 2 m au-dessus d’un dispositif de distribution selon l’invention (vues « A 1m » et « A 2m ») et d’un dispositif de distribution de l’art antérieur (vues « B 1m » et « B 2m »).
Le dispositif de distribution selon l’invention peut se définir comme un dispositif pour la distribution d’une phase fluide légère au sein d’une phase fluide lourde (i.e.,mélange de fluides à densité plus élevée que celle de la phase fluide légère) dans une enceinte réactionnelle contenant la dite phase fluide lourde, par exemple à l’état fluidisé.
Dans la présente description, le terme « comprendre » est synonyme de (signifie la même chose que) « inclure » et « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non récités. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut le terme exclusif et fermé « consister ».
La phase fluide légère peut être une phase gaz, gaz-solide, gaz-liquide, liquide, liquide-solide, gaz-liquide-solide. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la phase fluide légère est un mélange polyphasique tel qu’une phase gaz-solide ou liquide-solide. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la phase fluide légère est une phase gaz-solide.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la phase fluide lourde est une émulsion gaz-solide ou un milieu triphasique gaz-solide-liquide, comme par exemple dans les procédés d’hydrotraitement de coupes pétrolières. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport de masse volumique entre la phase fluide lourde et la phase fluide légère est compris entre 1,1 et 5000.
Le dispositif de distribution selon l’invention est notamment adapté à la distribution d’une phase fluide légère dans un réacteur en lit fluidisé, tel qu’un réacteur en lit fluidisé biphasique ou bouillonnant triphasique dans lequel un catalyseur solide est fluidisé par un mélange de fluides réactifs comprenant un gaz et/ou un liquide. Le dispositif de distribution selon l’invention est particulièrement adapté pour distribuer une phase gaz-solide ou gaz-liquide à haute température dans un réacteur à lit fluidisé. C’est par exemple le cas de la régénération étagée de catalyseur dans le procédé de conversion de résidu FCC R2RTMoù le catalyseur subit une première étape/zone de régénération dans un premier réacteur en lit fluidisé, puis une deuxième étape/zone de régénération dans un deuxième réacteur en lit fluidisé, dans lequel le catalyseur est distribué par le dispositif de distribution de la première étape/zone de régénération (e.g. en lit fluidisé turbulent) vers la deuxième étape/zone de régénération.
Dans le cadre d’un procédé de traitement de la biomasse, le dispositif de distribution selon l’invention peut être utilisé pour introduire une phase gaz, ou une suspension gaz-solide dans le milieu fluidisé d’un réacteur de traitement de la biomasse.
Dans le cadre d’un procédé d’hydrotraitement, par exemple de coupes pétrolières, le dispositif de distribution selon l’invention peut être utilisé pour introduire de l’hydrogène dans un milieu fluidisé contenant des particules de catalyseur et une phase hydrocarbure à traiter.
Dans le cadre d’un procédé d’hydroconversion, le dispositif de distribution selon l’invention est particulièrement bien adapté lorsque la phase fluide légère comprend de l’hydrogène, et quand la phase fluide dense comprend un résidu pétrolier, notamment pour une mise en œuvre dans une étape d’hydroconversion en lit bouillonnant utilisant un réacteur fluidisé triphasique.
Plus généralement, le dispositif de distribution selon l’invention peut être utilisé dans :
- des réacteurs de procédé FCC ;
- des réacteurs de régénération de catalyseurs, par exemple de régénérateurs FCC ;
- des réacteurs d'hydrotraitement ou d'hydrocraquage fonctionnant en écoulement ascendant, avec par exemple une entrée d'un flux diphasique gaz-liquide ou gaz-solide dans le fond de l'enceinte réactionnelle ;
- des réacteurs de type « slurry » (i.e.,comprenant une phase solide dispersée dans unliquide) ;
- des stripeurs, sécheurs, aérateurs ou humidificateurs ; et
- des réacteurs de pyrolyse catalytique.
- des réacteurs de procédé FCC ;
- des réacteurs de régénération de catalyseurs, par exemple de régénérateurs FCC ;
- des réacteurs d'hydrotraitement ou d'hydrocraquage fonctionnant en écoulement ascendant, avec par exemple une entrée d'un flux diphasique gaz-liquide ou gaz-solide dans le fond de l'enceinte réactionnelle ;
- des réacteurs de type « slurry » (i.e.,comprenant une phase solide dispersée dans unliquide) ;
- des stripeurs, sécheurs, aérateurs ou humidificateurs ; et
- des réacteurs de pyrolyse catalytique.
Plus précisément, en référence à la , le dispositif de distribution selon l’invention comprend une conduite 1, aussi appelée tube d’admission, comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure. La conduite 1 est adaptée pour que l’extrémité supérieure pénètre dans la partie inférieure d’une enceinte réactionnelle 5 contenant une phase fluide lourde 4 (à l’état fluidisé), la conduite 1 étant adaptée pour transporter (avec une vitesse V) une phase fluide légère 2 dans le lit fluidisé 4 de l’enceinte réactionnelle 5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’enceinte réactionnelle 5 est cylindrique, e.g. de section circulaire de diamètre D et/ou la conduite 1 est cylindrique, e.g. de section circulaire de diamètre E.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, un ou plusieurs dispositifs de distribution sont installés dans une enceinte réactionnelle 5 de diamètre D compris entre 0,5 m et 50 m, de préférence entre 1 m et 30 m et de manière préférée entre 2 m et 20 m. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, un seul dispositif de distribution est installé dans l’enceinte réactionnelle 5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’extrémité supérieure de la conduite 1 présente un axe de symétrie Z sensiblement centré selon l’axe de symétrie (i.e., axe central vertical) de l’enceinte réactionnelle 5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de distribution est utilisé pour distribuer la phase fluide légère 2 dans l’enceinte réactionnelle 5 en dessous d’un injecteur de gaz 22 qui peut avoir la forme d’un anneau. L’injecteur de gaz 22 peut également être constitué d’un ou plusieurs anneaux, ou de plusieurs branches, et être positionné sensiblement à la même élévation ou partiellement sous le dispositif de distribution. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’extrémité supérieure de la conduite 1 présente un axe de symétrie Z décentrée par rapport à l’axe de symétrie de l’enceinte réactionnelle 5, par exemple pour alimenter l’enceinte réactionnelle 5 à partir d’un échangeur externe bien connu de l'homme du métier, appelé « catcooler », qui réalise un refroidissement externe d'une fraction de catalyseur contenu dans un régénérateur FCC, par exemple par échange avec de l'eau, et pouvant notamment conduire à la production de vapeur haute pression.
Dans la présente description, les termes « sensiblement » utilisé pour définir des distances ou des compositions correspondent à une approximation de ± 10%, préférablement de ±5%, très préférablement de ± 2% de ladite distance ou composition. Par exemple, la conduite 1 étant sensiblement centrée selon l’axe de symétrie de l’enceinte réactionnelle 5, signifie que la conduite 1 peut être disposée avec une approximation de ± 10%, préférablement ± 5%, très préférablement de ± 2%, par rapport au diamètre D de l’enceinte réactionnelle 5.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la conduite 1 (e.g. métallique) est verticale. La conduite 1 est préférentiellement verticale si elle transporte une phase fluide légère 2 multiphasique.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le diamètre E de la conduite 1 est compris entre 0,1 m et 8 m, de préférence entre 0,2 m et 6 m et de manière préférée entre 0,4 m et 3 m. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport du diamètre E de la conduite 1 sur le diamètre D de l’enceinte réactionnelle 5 est compris entre 0,005 et 0,9, de préférence entre 0,01 et 0,5 et de manière préférée entre 0,1 et 0,3.
Sur la partie supérieure de la conduite 1, i.e., à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite 1, sont percées/ouvertes des premières fenêtres 7 et des deuxièmes fenêtres 8 (voir également la ) dans la paroi de ladite conduite 1. Avantageusement, les premières fenêtres 7 sont adaptées pour s’ouvrir directement dans le milieu fluidisé de l’enceinte réactionnelle 5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premières fenêtres 7 et/ou les deuxièmes fenêtres 8 sont de formes sensiblement rectangulaires, et présentant optionnellement des congés de raccordement aux angles.
En référence aux figures 2a et 2b, selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premières fenêtres 7 et les deuxièmes fenêtres 8 sont de formes sensiblement rectangulaires, les premières fenêtres 7 ayant une largeur a et une hauteur b (soit une section de passage a×b), les deuxièmes fenêtres 8 ayant une largeur c et une hauteur d (soit une section de passage c×d). Il est entendu que les premières fenêtres 7 et/ou les deuxièmes fenêtres 8 peuvent être des ouvertures de forme quelconque (e.g. carré, triangle, trapèze, losange, cercle, etc...).
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport de hauteur b/a et/ou de largeur d/c est compris entre 0,2 et 12, préférentiellement entre 1 et 10 et plus préférentiellement entre 2 et 8. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport des surfaces des premières fenêtres 7 sur les deuxièmes fenêtres 8 est compris entre 0,2 et 5, de préférence entre 0,3 et 3 et de manière plus préférée entre 0,5 et 2.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport de la surface totale des fenêtres (7 et 8) sur la section de la conduite 1 est comprise entre 0,5 et 4 et de manière plus préférée entre 1 et 3. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la surface totale des fenêtres 7 ou 8 sur la section de la conduite 1 est comprise entre 0,1 et 3 et de manière plus préférée entre 0,3 et 2. Il est entendu que les hauteurs et largeurs des premières fenêtres 7 et des deuxièmes fenêtres 8 sont dépendants du nombre total de fenêtres.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le nombre de premières fenêtres 7 est compris entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 ; le nombre de deuxièmes fenêtres 8 est compris entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premières et deuxièmes fenêtres 7 et 8 sont en nombres pairs en total et/ou de même nombre. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premières et deuxièmes fenêtres 7 et 8 sont disposées de manière alternée sur la paroi de la conduite 1.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les centres des premières et deuxièmes fenêtres 7 et 8 sont séparés de l’extrémité supérieure d’une distance comprise entre 0,2×E et 4×E et préférablement entre 0,5×E et 4×E. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les centres des premières et deuxièmes fenêtres 7 et 8 sont séparés (entre eux) d’une distance o selon sur l’axe de symétrie Z et/ou décalés d’un angle θ dans un plan perpendiculaire xy à l’axe de symétrie Z. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle θ est compris entre 0° et 180° et de manière préférée entre 0° et 60°. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premières fenêtres 7 sont disposées au-dessus des deuxièmes fenêtres 8 sur l’axe de symétrie Z. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la distance o sur l’axe de symétrie Z entre le centre des premières et deuxièmes fenêtres 7 et 8 est inférieure à b, préférablement inférieure à 0,75×b, très préférablement inférieure à 0,5xb, ou inférieure à d, préférablement inférieure à 0,75×d, très préférablement inférieure à 0,5xd.
En référence à la , un distributeur 3 (e.g. métallique) est disposé sur la partie supérieure de la conduite 1 pour distribuer la phase fluide légère 2 à différentes positions radiales dans l’enceinte réactionnelle 5.
Le distributeur 3 comprend un premier brise-jet 6, disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite 1, le premier brise-jet 6 débordant autour de la conduite 1. Le premier brise-jet 6 comprend un corps principal en forme de plaque sensiblement perpendiculaire à l’axe des symétrie Z, les extrémités du corps principal étant préférablement prolongées vers le bas (i.e., vers le fond de l’enceinte réactionnelle 5) par une ou des parois latérales 19 (parois verticales appelées aussi jupes). Le corps principal est préférablement de forme cylindrique, e.g. de section circulaire, par exemple en forme de pommeau (e.g. face interne concave et face externe convexe).
Avantageusement, le premier brise-jet 6 est adapté pour distribuer une première portion de phase fluide légère 2 (introduite dans la partie centrale de l’enceinte réactionnelle 5 à travers les premières fenêtres 7), au moyen du corps principal et de manière complémentaire de la paroi latérale 19. Avantageusement, le premier brise-jet 6, permet d’améliorer la distribution de la première portion de phase fluide légère 2 sortant directement dans la partie centrale de l’enceinte réactionnelle 5 par les premières fenêtres 7.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le diamètre du premier brise-jet 6 (e.g. du corps principal) est compris entre 1,1×E et 10×E, préférablement entre 1,5×E et 8×E, très préférablement entre 2×E et 5×E. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le diamètre du premier brise-jet 6 est compris entre 0,05×D et 0,95×D, de préférence compris entre 0,2×D et 0,8×D, et de manière encore préférée, compris entre 0,3×D et 0,7×D. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport de la hauteur de la paroi latérale 19 sur le diamètre du premier brise-jet 6 est compris entre 0,05 et 1, et préférablement entre 0,15 et 0,6. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le corps principal du premier brise-jet 6 est de forme concave du côté de la conduite 1 et/ou convexe du côté de l’enceinte réactionnelle 5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le corps principal est de forme elliptique dont le demi-grand axe est compris entre 0,025×D et 0,45×D, de préférence entre 0,1×D et 0,4×D, et manière préférée entre 0,15×D et 0,35×D, et/ou dont demi-petit axe est compris entre 0,02×D et 0,035×D, de préférence entre 0,05×D et 0,3×D et de manière plus préférée entre 0,1×D et 0,25×D.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le corps principal est percé d’orifices 21, notamment pour permettre le passage et améliorer la distribution de la première portion de phase fluide légère 2 à travers le premier brise-jet 6. Les orifices 21 sont préférablement de section circulaire. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les orifices 21 présentent un diamètre compris entre 1 mm et 120 mm, préférentiellement compris entre 20 mm et 80 mm.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le corps principal comprend une portion centrale pleine 23 (i.e., portion non-percée d’orifices), notamment pour fermer (obstruer) l’extrémité supérieure de la conduite 1 et ainsi forcer la distribution de phase fluide légère 2 à travers les premières fenêtres 7 et les deuxièmes fenêtres 8. La portion centrale pleine 23 est préférablement de section circulaire. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la portion centrale pleine 23 présente un diamètre compris entre 1×E et 2×E, préférentiellement compris entre 1×E et 1,25×E. Très préférablement, la portion centrale pleine 23 présente un diamètre sensiblement identique au diamètre de la conduite 1.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la paroi latérale 19 comprend des encoches 20 disposées sur le bord inférieur de la paroi latérale 19, notamment pour permettre le passage et améliorer la distribution de la première portion de phase fluide légère 2 autour du premier brise-jet 6. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les encoches 20 sont régulièrement réparties tout au long du bord inférieur de la paroi latérale 19. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les encoches 20 sont de forme sensiblement triangulaire ou rectangulaire. Il est entendu que les encoches 20 peuvent être des ouvertures de forme quelconque (e.g. carré, demi-cercle, etc...). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la paroi latérale 19 comprend entre 4 et 60 encoches 20, et préférablement entre 10 et 30 encoches 20. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les encoches 20 couvrent entre 10% et 70%, et préférablement entre 20% et 50%, du bord inférieur de la paroi latérale 19.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les encoches 20 sont sensiblement triangulaires et/ou rectangulaires. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les encoches 20 sont sensiblement triangulaires (e.g. triangle isocèle), le rapport de la base des encoches 20 sur la hauteur de la paroi latérale 19 est compris entre 0,01 et 0,95, et préférablement entre 0,1 et 0,85, le rapport de la hauteur des encoches 20 sur la hauteur de la paroi latérale 19 est compris entre 0,01 et 0,95, et préférablement entre 0,1 et 0,85.
Le distributeur 3 comprend en outre une pluralité de branches radiales 9 (appelés aussi bras ou conduits latéraux) raccordées à (prolongeant) chacune des deuxièmes fenêtres 8 à partir de la conduite 1 vers une extrémité périphérique de branche 24, selon un axe de branche A sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie Z. Avantageusement, les branches radiales 9 sont adaptées pour déboucher dans l’enceinte réactionnelle 5 à travers les extrémités périphériques de branche 24. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les branches radiales 9 présentent une section initiale sensiblement identique à la forme des deuxièmes fenêtres 8. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les branches radiales 9 sont de section sensiblement rectangulaires. Selon un ou plusieurs modes de réalisation préféré, les branches radiales 9 dépassent du brise-jet 6.
Avantageusement, l’extrémité périphérique de branche 24 est ouverte pour distribuer une deuxième portion de phase fluide légère 2 (introduite dans la partie périphérique de l’enceinte réactionnelle 5 à travers les deuxièmes fenêtres 8 et les branches radiales 9). Avantageusement, la face inférieure des branches radiales 9 est ouverte de sorte que la deuxième portion de phase fluide légère 2 soit aussi distribuée vers la partie inférieure de l’enceinte réactionnelle 5, ce qui évite aussi tout problème de saltation. Avantageusement, les faces latérales et la face supérieure des branches radiales 9 sont fermées par les parois latérales 10 et la paroi supérieure, respectivement. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la paroi latérale 19 du premier brise-jet 6 est traversée par les branches radiales 9 qui débordent au-delà de la circonférence dudit premier brise-jet 6.
En référence à la , les premières fenêtres 7 permettent de distribuer une première portion 14 de phase fluide légère 2 au centre de l’enceinte réactionnelle 5, les premières fenêtres 7 s’ouvrant directement dans l’enceinte réactionnelle. De façon similaire, les deuxième fenêtres 8 et les branches radiales 9 permettent de distribuer une deuxième portion 15 de phase fluide légère 2 vers la périphérie de l’enceinte réactionnelle 5, ou du moins à une distance radiale plus importante de l’axe de symétrie Z.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les premières et deuxièmes fenêtres 7 et 8 sont adaptées de sorte que la première portion 14 sorte directement dans l’enceinte réactionnelle 5 par les première fenêtres 7 avec une première vitesse V1, et la deuxième portion 15 sorte par les deuxième fenêtres 8 avec une première vitesse V2 pour se diriger ensuite vers les branches radiales 9.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les sections de passages des premières et deuxièmes fenêtres 7 et 8 sont formées de telle manière que la première vitesse V1 et la deuxième vitesse V2 soient comprises entre 0,1×V et 10×V, de préférence entre 0,3×V et 5×V et de manière préférée entre 0,5×V et 2×V, V désignant la vitesse de ladite phase fluide légère dans la conduite 1 et étant comprise entre 0,01 m/s et 100 m/s. Avantageusement, la vitesse de ladite phase fluide légère dans la conduite 1 est supérieure à la vitesse minimale de fluidisation de la phase fluide lourde 4.
Dans la vue schématique de section xy de la , est ajoutée en pointillé la position de la paroi latérale 19 du premier brise-jet 6 pour montrer que l’extrémité périphérique de branche 24 est préférablement plus excentrée que la paroi latérales 19.
En référence à la , la et la , les branches radiales 9 comprennent chacune deux parois latérales 10, préférablement sensiblement verticales (parallèles à l’axe de symétrie Z) et une paroi supérieure 11, préférablement sensiblement horizontale (orthogonales à l’axe de symétrie Z) définissant ensemble un canal en forme de U renversé sensiblement orthogonal à l’axe de symétrie Z. Avantageusement, la face inférieure 18 des branches radiales 9 est ouverte de sorte qu’une partie 17 de la deuxième portion 15 de phase fluide légère 2 soit distribuée vers la partie inférieure de l’enceinte réactionnelle 5, ce qui évite aussi tout problème de saltation. Préférablement, les parois latérales 10 et supérieure 11 de la branche radiale 9 sont des plaques pleines.
Dans la présente description, les termes « sensiblement » utilisé pour définir des angles correspondent à une approximation de ± 20°, préférablement de ±10°, très préférablement de ± 5° dudit angle. Par exemple, une paroi latérale 10 sensiblement verticale, signifie que la paroi latérale 10 est verticale avec une approximation de ± 20°, préférablement ± 10°, très préférablement de ± 5°, par rapport à la verticale.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les branches radiales 9 sont de longueur e comprise entre 1×E et 6×E et de manière préférée entre 1×E et 4×E. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la hauteur des parois latérales 10 des branches radiales 9 est sensiblement égale ou supérieure à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8. Préférablement, la hauteur des parois latérales 10 est sensiblement égale à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section de passage (largeur × hauteur) constituée par la branche radiale 9 est constante ou variable. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la section de passage de la branche radiale 9 augmente, par exemple de façon linéaire, continue ou discontinue, à partir de la conduite 1. Préférablement, la section de passage de la branche radiale 9 augmente linéairement de la deuxième fenêtre 8 à l’extrémité périphérique de branche 24. Très préférablement, la largeur de la section de passage de la branche radiale 9 augmente de façon linéaire de la deuxième fenêtre 8 à l’extrémité périphérique de branche 24, et la hauteur de la section de passage de la branche radiale 9 est préférablement sensiblement constante de la deuxième fenêtre 8 à l’extrémité périphérique de branche 24.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans un plan perpendiculaire xy à l’axe de symétrie Z, les branches radiales 9 sont de largeur c au niveau de la deuxième fenêtre 8 de la conduite 1 et de largeur f à l’extrémité périphérique de branche 24, f étant préférablement supérieur à c.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la largeur f à l’extrémité périphérique de branche 24 est comprise entre 1×c et 10×c et de manière préférée entre 1,2×c et 6×c.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la largeur des branches radiales 9 (sur un plan perpendiculaire xy à l’axe de symétrie Z) augmente à partir de la conduite 1 dans l’axe de branche A selon deux angles α sur la distance e. Par exemple, la largeur des branches 6 peut varier de 1×c à c+2×e×tan(α). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, l’angle α est compris entre 0° et 60°, de préférence entre 0° et 30° et de manière préférée entre 0° et 20°.
Selon l’invention, le distributeur 3 comprend en outre un deuxième brise-jet 12 disposé à proximité de et faisant face à une extrémité périphérique de branche 24. Avantageusement, le deuxième brise-jet 12 permet de diminuer l’écoulement radial de la phase fluide légère 2 à proximité de la paroi de l’enceinte réactionnelle 5 en prévenant des vitesses fluidiques élevées dirigées vers ladite paroi qui, en particulier en cas de présence solide, pourraient conduire à une indésirable érosion excessive de la paroi de l’enceinte réactionnelle 5. En outre, le deuxième brise-jet 12 assure une meilleure répartition du mélange dans un lit fluidisé.
En référence à la , le deuxième brise-jet 12 est sensiblement centré sur l’axe de branche A et est sensiblement perpendiculaire à l’axe de branche A. Le deuxième brise-jet 12 est par exemple disposé entre l’extrémité périphérique de branche 24 et la paroi périphérique de l’enceinte réactionnelle 5. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet 12 est sensiblement vertical (parallèle à l’axe de symétrie Z). Avantageusement, le deuxième brise-jet 12 est adapté pour que (la deuxième portion 15 de) la phase fluide légère 2 distribuée vers (la partie périphérique de) l’enceinte réactionnelle 5, soit contrainte à avoir une composante de mouvement sensiblement perpendiculaire à l’axe de branche A. Le deuxième brise-jet 12 peut être fixé à au moins une des parois latérales 10 et de la paroi supérieure 11, par exemple au moyen d’au moins une élément d’attache tel qu’un barreau métallique ou une liaison soudée.
Préférablement, le deuxième brise-jet 12 est adapté pour que la deuxième portion 15 de phase fluide légère 2 soit contrainte à avoir une composante de mouvement dit « tangentiel » 16, c’est-à-dire une composante de mouvement sensiblement perpendiculaire à la fois à l’axe de branche A et à l’axe de symétrie Z. Pour ce faire, le côté supérieur du deuxième brise-jet 12 peut être connecté à la paroi supérieure 11 de la branche radiale 9 par une plaque d’extension 13. Avantageusement, la plaque d’extension 13 permet de prolonger le deuxième brise-jet 12 jusqu’à la paroi supérieure 11 de la branche radiale 9 pour fermer la section de passage supérieur entre le deuxième brise-jet 12 et la paroi supérieure 11. Préférablement, la plaque d’extension est sensiblement parallèle à l’axe de branche, e.g. dans un plan perpendiculaire xy à l’axe de symétrie Z. La plaque d’extension 13 du deuxième brise-jet 12 permet notamment d’empêcher la deuxième portion 15 de phase fluide légère 2 d’avoir une composante de mouvement vers le haut au niveau de l’extrémité périphérique de branche 24. Préférablement, le deuxième brise-jet 12 est une plaque pleine ou une plaque munie d’orifices. Préférablement, la plaque d’extension 13 est une plaque pleine.
Préférablement, l’ouverture de la face inférieure 18 des branches radiales 9 est prolongée jusqu’au deuxième brise-jet 12 de sorte que la deuxième portion de phase fluide légère 2 soit aussi distribuée par le deuxième brise-jet 12 vers la partie inférieure de l’enceinte réactionnelle 5, ce qui évite aussi tout problème de saltation. Bien qu’il soit préférable que le côté inférieur du deuxième brise-jet 12 ne soit pas connecté à la branche radiale 9 par une plaque d’extension (plaque pleine), il est entendu que le côté inférieur du deuxième brise-jet 12 puisse être fixé à au moins une des parois latérales 10 de la branche par un ou plusieurs élément d’attache.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans un plan perpendiculaire xy à l’axe de symétrie Z, le deuxième brise-jet 12 présente une largeur h sensiblement supérieure ou égale à la largeur f à l’extrémité périphérique de branche 24. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet 12 présente une largeur h supérieure à la largeur f. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la largeur h est comprise entre 1×f et 2×f et de manière préférée entre 1×f et 1,5×f, par exemple entre 1,05×f et 1,4×f. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet 12 présente une largeur h supérieure à la largeur c. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la largeur h est comprise entre 1×c et 6×c et de manière préférée entre 1,5×c et 4,5×c.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, dans un plan ZA (comprenant l’axe de symétrie Z et l’axe de branche A), le deuxième brise-jet 12 présente une hauteur g sensiblement supérieure ou égale à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la hauteur g est comprise entre 0,5×d et 1,5×d et de manière préférée entre 0,6×d et 1,2×d.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la distance i entre le deuxième brise-jet 12 et l’extrémité périphérique de branche 24 est comprise entre 0,05×h et 0,9×h, préférablement entre 0,1×h et 0,6×h. En référence à la , la distance i correspond à la largeur de section de passage latéral 25 disposée entre une paroi latérale 10 de la branche radiale 9 et le deuxième brise-jet 12. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la distance i est choisie de telle manière que la vitesse V3 de sortie de la deuxième portion 15 de phase fluide légère 2 par la section de passage latéral 25, soit comprise entre 0,05×V et 2×V, de préférence entre 0,1×V et 1×V et de manière préférée entre 0,2×V et 0,5×V.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport de la surface de la section de passage latéral 25 sur la surface de l’extrémité périphérique de branche 24 est compris entre 0,25 et 10, préférablement entre 0,5 et 5 et très préférablement entre 1 et 2,5.
En référence à la , selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet 12 et/ou la plaque d’extension 13 et/ou les parois latérales 10 et/ou la paroi supérieure 11 sont de de forme arrondie/courbe, comme des portions de cylindre, d'ellipsoïde ou de tronc de cône, permettant notamment une tenue/résistance mécanique améliorée. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, une ou plusieurs des arêtes de jonction entre le deuxième brise-jet 12, la plaque d’extension, la paroi supérieure 11 et/ou les parois latérales 10 sont arrondies de sorte que la section de passage latéral 25 disposée entre la branche radiale 9 et le deuxième brise-jet 12 soit arrondie. Par exemple, l’extrémité périphérique de branche 24 et/ou la section de passage latéral 25 peuvent présenter des congés de raccordement aux angles. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le deuxième brise-jet 12 est de forme courbe sur un plan perpendiculaire xy à l’axe de symétrie Z, e.g. face de forme concave du côté de l’extrémité périphérique de branche 24. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rayon de courbure du deuxième brise-jet 12 sur le plan perpendiculaire xy à l’axe de symétrie Z est supérieur ou égal à 0,5×f. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la plaque d’extension 13 présente une forme courbe sur le plan ZA, e.g. face de forme concave du côté de l’extrémité périphérique de branche 24. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, les faces internes des parois latérales 10 et/ou de la paroi supérieure 11 sont concaves.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif de distribution présente :
- une conduite 1 de diamètre E compris 0,1 m et 8 m, de préférence entre 0,2 m et 6 m et de manière préférée entre 0,4 m et 3 m ;
- entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 premières fenêtres 7 de largeur a et de hauteur b ;
- entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 deuxièmes fenêtres 8 de largeur c et de hauteur d, le rapport de hauteur b/a et/ou de largeur d/c étant compris entre 0,2 et 12, de préférence entre 1 et 10 et de manière préférée entre 2 et 8, le rapport des surfaces des premières fenêtres 7 sur les deuxièmes fenêtres 8 étant compris entre 0,2 et 5, de préférence entre 0,3 et 3 et de manière plus préférée entre 0,5 et 2, la surface totale des fenêtres 7 et 8 sur la surface de la conduite 1 étant comprise entre 0,5 et 4 et de manière plus préférée entre 1 et 3 ;
- un premier brise-jet 6 de diamètre compris entre 1,1×E et 10×E, préférablement entre 1,5×E et 8×E et de manière plus préférée entre 2×E et 5×E ;
- des branches radiales 9 de longueur e comprise entre 1×E et 6×E et préférablement entre 1×E et 4×E, et de largeur f à l’extrémité périphérique de branche 24 comprise entre 1×c et 10×c et de manière préférée entre 1,2×c et 6×c et de hauteur sensiblement égale ou supérieure à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8 ;
- des deuxièmes brise-jet 12 de largeur h comprise entre 1×f et 2×f et préférablement entre 1×f et 1,5×f et de hauteur g sensiblement supérieure ou égale à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8, la distance i entre un deuxième brise-jet 12 et une branche radiale 9 correspondante étant comprise entre 0,05×h et 0,9×h, et préférablement entre 0,1×h et 0,6×h ; et
- optionnellement une plaque d’extension 13 connectant le côté supérieur du deuxième brise-jet 12 à la paroi supérieure 11 de la branche radiale 9,
- le distributeur 3 étant préférablement disposé dans une enceinte réactionnelle 5 (e.g. de régénérateur FCC) de diamètre D compris entre 0,5 m et 50 m, de préférence entre 1 m et 30 m et de manière préférée entre 2 m et 20 m, l’enceinte réactionnelle 5 comprenant par exemple un seul dispositif de distribution.
- une conduite 1 de diamètre E compris 0,1 m et 8 m, de préférence entre 0,2 m et 6 m et de manière préférée entre 0,4 m et 3 m ;
- entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 premières fenêtres 7 de largeur a et de hauteur b ;
- entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 deuxièmes fenêtres 8 de largeur c et de hauteur d, le rapport de hauteur b/a et/ou de largeur d/c étant compris entre 0,2 et 12, de préférence entre 1 et 10 et de manière préférée entre 2 et 8, le rapport des surfaces des premières fenêtres 7 sur les deuxièmes fenêtres 8 étant compris entre 0,2 et 5, de préférence entre 0,3 et 3 et de manière plus préférée entre 0,5 et 2, la surface totale des fenêtres 7 et 8 sur la surface de la conduite 1 étant comprise entre 0,5 et 4 et de manière plus préférée entre 1 et 3 ;
- un premier brise-jet 6 de diamètre compris entre 1,1×E et 10×E, préférablement entre 1,5×E et 8×E et de manière plus préférée entre 2×E et 5×E ;
- des branches radiales 9 de longueur e comprise entre 1×E et 6×E et préférablement entre 1×E et 4×E, et de largeur f à l’extrémité périphérique de branche 24 comprise entre 1×c et 10×c et de manière préférée entre 1,2×c et 6×c et de hauteur sensiblement égale ou supérieure à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8 ;
- des deuxièmes brise-jet 12 de largeur h comprise entre 1×f et 2×f et préférablement entre 1×f et 1,5×f et de hauteur g sensiblement supérieure ou égale à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8, la distance i entre un deuxième brise-jet 12 et une branche radiale 9 correspondante étant comprise entre 0,05×h et 0,9×h, et préférablement entre 0,1×h et 0,6×h ; et
- optionnellement une plaque d’extension 13 connectant le côté supérieur du deuxième brise-jet 12 à la paroi supérieure 11 de la branche radiale 9,
- le distributeur 3 étant préférablement disposé dans une enceinte réactionnelle 5 (e.g. de régénérateur FCC) de diamètre D compris entre 0,5 m et 50 m, de préférence entre 1 m et 30 m et de manière préférée entre 2 m et 20 m, l’enceinte réactionnelle 5 comprenant par exemple un seul dispositif de distribution.
Pour illustrer les améliorations apportées par le dispositif de distribution selon l’invention, des simulations de dynamique des fluides computationnelle (CFD) sur :
- un dispositif de distribution selon l’invention (voir notamment les figures 3, 4 et 5), dénommé exemple A ; et
- un dispositif de distribution selon le brevet FR3065886, dénommé contre-exemple B.
- un dispositif de distribution selon l’invention (voir notamment les figures 3, 4 et 5), dénommé exemple A ; et
- un dispositif de distribution selon le brevet FR3065886, dénommé contre-exemple B.
Le modèle CFD consiste en un modèle Euler/Euler avec l'utilisation du modèle de bilan de population (PBM) afin de prendre en compte la distribution des particules de solide. La phase solide est représentée comme un continuum en utilisant le modèle bien connu de la théorie cinétique des écoulements granulaires (KGTF). Le logiciel utilisé est Ansys Fluent (version 2021R2).
Pour l’exemple A et le contre-exemple B, on considère un régénérateur FCC de 10 m de diamètre comprenant un lit fluidisé avec une circulation de catalyseur de 74 t/min.
La montre des vues en coupe transversale de la fraction volumique des particules moyennées dans le temps pour les simulations de l’exemple A et du contre-exemple B, dans laquelle :
- la coupe « A 1m » représente une vue en coupe à 1 m au-dessus du dispositif de distribution selon l’invention ;
- la coupe « A 2m » représente une vue en coupe à 2 m au-dessus du dispositif de distribution selon l’invention ;
- la coupe « B 1m » représente une vue en coupe à 1 m au-dessus du dispositif de distribution de l’art antérieur ; et
- la coupe « B 2m » représente une vue en coupe à 2 m au-dessus du dispositif de distribution de l’art antérieur.
- la coupe « A 1m » représente une vue en coupe à 1 m au-dessus du dispositif de distribution selon l’invention ;
- la coupe « A 2m » représente une vue en coupe à 2 m au-dessus du dispositif de distribution selon l’invention ;
- la coupe « B 1m » représente une vue en coupe à 1 m au-dessus du dispositif de distribution de l’art antérieur ; et
- la coupe « B 2m » représente une vue en coupe à 2 m au-dessus du dispositif de distribution de l’art antérieur.
Dans les vues en coupe de la , le dégradé de niveau de gris partant du clair au sombre correspond à une augmentation de la fraction volumique de gaz dans l’enceinte réactionnelle 5. Ainsi, la montre que les fractions volumiques de gaz sur la périphérie, près des parois (parties plus foncées), sont beaucoup plus élevées pour le contre-exemple B (voir parties plus foncées le long des parois dans les coupes « B 1m » et « B 2m » par rapport aux coupes « A 1m » et « A 2m »). Les zones à forte fraction volumique de gaz sont aussi celles où les vitesses de la suspension sont les plus élevées. Compte tenu de la concentration élevée de solides dans l’enceinte réactionnelle 5 du contre-exemple B, les vitesses élevées endommagent considérablement les parois. En outre, le mélange des phases dans les coupes « A 1m » et « A 2m » est amélioré par rapport à celui des coupes « A 1m » et « A 2m » car l’écart-type du niveau de gris des coupes « A 1m » et « A 2m » est plus étroit.
Avantageusement, le deuxième brise-jet 12 selon l’invention (voir coupes « A 1m » et « A 2m ») permet de casser les hautes vitesses et de rediriger la phase fluide légère 2 de façon plus homogène et moins vers la paroi de l’enceinte réactionnelle 5.
Outre cette amélioration majeure, la meilleure répartition des fluides tout au long de l’enceinte réactionnelle 5 implique une meilleure efficacité réactionnelle et moins de risques de postcombustion.
Claims (15)
- Dispositif pour la distribution d’une phase fluide légère (2) au sein d’une phase fluide lourde (4) dans une enceinte réactionnelle (5), comprenant :
- une conduite (1) pour le transport de la phase fluide légère (2) comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure ;
- des premières fenêtres (7) et des deuxièmes fenêtres (8) percées dans une paroi de la conduite (1) à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite (1) ; et
- un distributeur (3),
dans lequel le distributeur (3) comprend :
- des branches radiales (9) raccordées à chaque deuxième fenêtre (8) vers une extrémité périphérique de branche (24), selon un axe de branche (A) sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie (Z) de l’extrémité supérieure de la conduite (1), la face inférieure (18) des branches radiales (9) étant ouverte ;
- un premier brise-jet (6) disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite (1), le premier brise-jet (6) débordant autour de l’extrémité supérieure de la conduite (1) ; et
- un deuxième brise-jet (12) disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche (24) et faisant face à l’extrémité périphérique de branche (24). - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le deuxième brise-jet (12) est une plaque pleine ou une plaque munie d’orifices, sensiblement perpendiculaire à l’axe de branche (A).
- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel chaque branche radiale (9) comprend des parois latérales (10) et une paroi supérieure (11), le deuxième brise-jet (12) étant fixé à au moins une des parois latérales (10) et de la paroi supérieure (11) au moyen d’au moins un élément d’attache.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième brise-jet (12) comprend un côté supérieur étant connecté à la paroi supérieure (11) de la branche radiale (9) par une plaque d’extension (13).
- Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la plaque d’extension (13) est une plaque pleine sensiblement parallèle à l’axe de branche (A).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’ouverture de la face inférieure (18) des branches radiales (9) est prolongée jusqu’au deuxième brise-jet (12).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le deuxième brise-jet (12) est de forme courbe sur une génératrice dans un plan perpendiculaire (xy) à l’axe de symétrie (Z).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque branche radiale (9) présente :
- une longueur e comprise entre 1×E et 6×E et préférablement entre 1×E et 4×E, E étant le diamètre de la conduite (1) ;
- une largeur f à l’extrémité périphérique de branche (24) comprise entre 1×c et 10×c et de manière préférée entre 1,2×c et 6×c, c étant la largeur de la deuxième fenêtre (8) respective ; et
- une hauteur sensiblement égale ou supérieure à la hauteur d de la deuxième fenêtre (8) respective. - Dispositif selon la revendication 8, dans lequel chaque deuxième brise-jet (12) présente :
- une largeur h comprise entre 1×f et 2×f et préférablement entre 1×f et 1,5×f ;
- une hauteur g sensiblement supérieure ou égale à la hauteur d de la deuxième fenêtre 8, la distance i entre un deuxième brise-jet (12) et une branche radiale (9) correspondante étant comprise entre 0,05×h et 0,9×h, et préférablement entre 0,1×h et 0,6×h. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diamètre E de la conduite (1) est compris 0,1 m et 8 m, de préférence entre 0,2 m et 6 m et de manière préférée entre 0,4 m et 3 m.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les première fenêtres (7) sont de largeur a et de hauteur b, les deuxièmes fenêtres (8) sont de largeur c et de hauteur d, les valeurs a, b c et d répondant à au moins une des caractéristiques suivantes :
- le rapport de hauteur b/a et/ou de largeur d/c est compris entre 0,2 et 12, de préférence entre 1 et 10 et de manière préférée entre 2 et 8 ;
- le rapport des surfaces des premières fenêtres (7) sur les deuxièmes fenêtres (8) est compris entre 0,2 et 5, de préférence entre 0,3 et 3 et de manière plus préférée entre 0,5 et 2 ; et
- le rapport de la surface totale des premières fenêtres (7) et des deuxièmes fenêtres (8) sur la section de la conduite (1) est compris entre 0,5 et 4 et de manière plus préférée entre 1 et 3. - Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 premières fenêtres (7), et entre 2 et 24, de préférence entre 3 et 12 et de manière préférée entre 3 et 8 deuxièmes fenêtres (8).
- Enceinte réactionnelle comprenant un dispositif de distribution d’une phase fluide légère (2) au sein d’une phase fluide lourde (4) dans l’enceinte réactionnelle (5), le dispositif de distribution comprenant :
- une conduite (1) pour le transport de la phase fluide légère (2) comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure ;
- des premières fenêtres (7) et des deuxièmes fenêtres (8) percées dans une paroi de la conduite (1) à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un distributeur (3),
dans lequel le distributeur (3) comprend :
- des branches radiales (9) prolongeant chaque deuxième fenêtre (8) vers une extrémité périphérique de branche (24), selon un axe de branche (A) sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie (Z) de l’extrémité supérieure de la conduite (1), la face inférieure (18) des branches radiales (9) étant ouverte ;
- un premier brise-jet (6) disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite (1), le premier brise-jet (6) débordant autour de l’extrémité supérieure de la conduite (1) ; et
- un deuxième brise-jet (12) disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche (24) et faisant face à l’extrémité périphérique de branche (24). - Enceinte réactionnelle selon la revendication 13, présentant un diamètre D compris entre 0,5 m et 50 m, de préférence entre 1 m et 30 m et de manière préférée entre 2 m et 20 m, le rapport du diamètre E de la conduite (1) sur le diamètre D de l’enceinte réactionnelle (5) étant compris entre 0,005 et 0,9, de préférence entre 0,01 et 0,5 et de manière préférée entre 0,1 et 0,3.
- Procédé de craquage catalytique, de traitement de biomasse, d’hydrotraitement ou d’hydroconversion utilisant un dispositif de distribution d’une phase fluide légère (2) au sein d’une phase fluide lourde (4) dans une enceinte réactionnelle (5), le dispositif de distribution comprenant :
- une conduite (1) pour le transport de la phase fluide légère (2) comprenant une extrémité inférieure et une extrémité supérieure ;
- des premières fenêtres (7) et des deuxièmes fenêtres (8) percées dans une paroi de la conduite (1) à proximité de l’extrémité supérieure de la conduite ; et
- un distributeur (3),
dans lequel le distributeur (3) comprend :
- des branches radiales (9) prolongeant chaque deuxième fenêtre (8) vers une extrémité périphérique de branche (24), selon un axe de branche (A) sensiblement perpendiculaire à l’axe de symétrie (Z) de l’extrémité supérieure de la conduite (1), la face inférieure (18) des branches radiales (9) étant ouverte ;
- un premier brise-jet (6) disposé sur l’extrémité supérieure de la conduite (1), le premier brise-jet (6) débordant autour de l’extrémité supérieure de la conduite (1) ; et
- un deuxième brise-jet (12) disposé à proximité de l’extrémité périphérique de branche (24) et faisant face à l’extrémité périphérique de branche (24).
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| "CRC Handbook of Chemistry and Physics", 2000, CRC PRESS |
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