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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2519876A1
Family ID 21999176
Probable Assignee Hydrocarbon Research Inc
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title DISPOSITIF DE MISE EN CONTACT VAPEUR-SOLIDE
Abstract
_________________________________________________________________
LE PROCEDE SELON L'INVENTION CONSISTE: A.A FAIRE PASSER DES SOLIDES EN
PARTICULES A TRAVERS LA ZONE A GARNISSAGE ORDONNE COMPORTANT PLUSIEURS
RANGEES D'ELEMENTS PARALLELES STATIONNAIRES DONNANT UN VOLUME DE VIDE
VARIANT D'ENVIRON 20 A 80
B.A FAIRE PASSER UN GAZ A TRAVERS LADITE ZONE DE GARNISSAGE POUR
FLUIDISER LESDITS SOLIDES EN PARTICULES ET POUR REALISER UN CONTACT
INTIME ENTRE LE GAZ ET LES SOLIDES
ET C.A MAINTENIR UN MELANGE LIMITE DES SOLIDES ET DU GAZ DANS LA ZONE
DE GARNISSAGE A RANGEES ORDONNEES POUR REALISER UNE DIFFERENCE DE
TEMPERATURE D'AU MOINS 11 C A TRAVERS LA ZONE DE GARNISSAGE.
Description
_________________________________________________________________
19876
La presente invention concerne la mise en contact vapeur-solidesdans
un lit fluidise et plus particulierement la mise
en contact gaz-liquide-solides dans un lit fluidise dans un garnis-
sage a rangees ordonnees disposees pour realiser un melange limite
uniforme et eviter l'agglomeration des solides en particules dans
une zone de reaction.
Les lits fluidises sont souvent utilises pour la
mise en contact de vapeurs et de solides en particules Ces dispo-
sitifs ont des proprietes bien connues, mais la plus importante et la
plus significative est que le lit fluide est normalement un lit bien
melange de particules solides et agit comme un reacteur a
cuve agitee en vue des reactions chimiques.
Dans le craquage des huiles lourdes en lit fluidise, comme decrit dans
le brevet des Etats-Unis d'Amerique N O 2 861 943, on decrit un
reacteur multi-zone ayant une zone intermediaire pour la fluid Isation
limitee d'un support en particules et l'elimination des hydrocarbons
adsorbes Ce dispositif de la technique anterieure est illustre par la
figure 1 ciannexee et comporte deux zones de
lits fluidises qui sont chacune sensiblement isothermes mais fonc-
tionnent a des temperatures differentes Dans ce reacteur, la vapeur
passe de bas en haut de la zone 1 a travers une zone a melange en
retour limite comprenant un lit fluidise et les solides en particules
de haut en bas de la zone 2 a travers la zone a melange en retour
limite dans la zone 1 a contre-courant du gaz en ecoulement ascen-
dant Cette zone empechee, c'est-a-dire limitee, consiste en un lit de
garnissage statistique utilisant des matieres telles que
des anneaux ou des spheres de Raschig, supporte sur une grille-
plaque ayant des ouvertures plus petites que la dimension du mate-
riau de garnissage aleatoire Un lit fluidise de phase dense
caracteristique existe dans les deux zones 1 et 2.
Dans certains cas, le lit fluidise peut etre decrit comme un lit
fluidise rapide ayant une vitesse superficielle du gaz elevee, comme
decrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amerique 3 840 353 Dans ce
dispositif, la direction generale du mouvement des solides est
ascendante et les solides sont recycles dans le reacteur pour
maintenir le lit a une densite appropriee Dans ce
19876
type de lit, il existe certains aspects d'ecoulement en bloc sans
garnissage stationnaire pour donner un melange limite du gaz et
des solides.
L'utilisation de ces lit a garnissage stationnaire Impose des
limitations indesirables aux procedes gaz-solides, dans lesquels on
souhaite avoir une difference de temperature notable a travers le lit
de garnissage, en particulier les procedes de
raffinage des charges d'hydrocarbons lourds Egalement, l'utilisa-
tion de ce materiau de garnissage stationnairepour lequel les pieces
individuelles sont en contact avec des pieces voisines, peut provoquer
une agglomeration localisee des solides en particules
a l'interieur du lit ou le traversant, par consequent, une obtura-
tion indesirable du lit.
L'invention concerne un procede pour la mise en
contact de solides en particules avec un gaz dans une zone a gar-
nissage (en rangees) ordonne Le procede consiste: (a) and faire passer
les solides en particules a travers la zone de garnissage en rangees
ordonnees ayant plusieurs rangees d'elements paralleles stationnaires
donnant un volume de vide variant entre environ 20 et 80 percent; (b)
a faire passer un gaz a contre-courant des solides en particules a
travers la zone de garnissage a rangees ordonnees pour
fluidiser les solides en particules et realiser un contact intime.
entre le gaz et les solides; et (c) a maintenir un melange limite des
solides et du gaz dans la zone de garnissage a rangees ordonnees pour
donner une difference de temperature d'au moins environ ll'C
a travers la zone a garnissage.
On peut faire passer les solides en particules soit de haut en bas,
soit de bas en haut a travers la zone a garnissage
a rangees ordonnees, tandis que l'on fait passer le gaz a contre-
courant ou dans le meme sens que l'ecoulement des solides en parti-
cules Les solides en particules ont un diametre d'au moins environ i
et la vitesse superficielle du gaz varie d'environ 0,03 a
1,5 mis Dans le procede, les solides en particules passent a tra-
vers la zone a rangees de garnissage ordonnees a une temperature
d'environ 454 a 7600 C et le gaz k une temperature variant d'environ
19876
L'invention concerne egalement un reacteur qui comprend une zone
superieure contenant un lit fluidise de solides en particules, une
zone inferieure contenant un lit fluidise de solides en particules et
une zone intermediaire de garnissage qui consiste en une zone de
garnissage a rangees ordonnees d'elements stationnaires, qui separe
les zones superieure et inferieure Les elements qui sont stationnaires
sont fixes en rangees horizontales
qui sont disposees a un angle de rotation entre elles de O a 900.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de
la descriptionqui va suivre en reference aux dessins annexes,
dans lesquels:
la figure 1 represente schematiquement une confi-
guration de l'art anterieur d'un lit de garnissage contenant un lit
fluidise pour la mise en contact gaz-solides; les figures 2 a, 2 b et
2 c representent respectivement une vue en coupe, une vue en plan et
une vue de face illustrant des caracteristiques de construction d'une
zone de garnissage a rangees ordonnees selon l'invention; et la figure
3 represente schematiquement un reacteur
aultizone contenant une zone de garnissage a rangees ordonnees.
Le procede de mise en contact vapeur-solides selon l'invention est
generalement mis en oeuvre dans un reacteur ayant deux zones de
reaction separees par une zone de garnissage a rangees ordonnees
d'elements paralleles stationnaires pour realiser un contact intime
vapeur-solides et un melange en retour empeche, c'est-a-dire limite,
des solides en particules et du gaz passant a travers les rangees La
disposition de la zone de garnissage a rangees ordonnees permet
d'etablir un gradient de temperature entre
les zones de reaction et a travers la rangee ordonnee.
Dans la zone de garnissage a rangees ordonnees, les elements
stationnaires individuels sont espaces horizontalement les
uns des autres, de preference par l'utilisation d'elements ecarteurs.
Les elements sont ordinairement disposes en plusieurs rangees hori-
zontales, qui peuvent avoir chacune des formes de section droite
et des espacements variables, les rangees etant espacees verticale-
ment.
19876
Le reacteur dans lequel le procede est mis en oeuvre
possede une zone superieure et une zone inferieure qui sont sepa-
rees par la zone de garnissage qui consiste en les rangees ordonnees
d'elements Le transport des solides dans le reacteur peut etre de bas
en haut depuis la zone inferieure a travers la zone superieure, ou de
haut en bas depuis la zone superieure a travers la zone inferieure, ou
bien il peut y avoir un flux global nul de solides
entre les zones superieure et inferieure.
Les solides en particules contenus ou transportes a l'interieur de la
zone de garnissage a rangees ordonnees peuvent etre ou non
catalytiques Egalement, les elements de la zone de
garnissage a rangees ordonnees peuvent contenir des matieres cata-
lytiques Ces matieres catalytiques seraient choisies de maniere a
realiser une reaction chimique caracteristique recherchee A titre
d'exemple d'une telle reaction chimique, un gaz provenant de
la zone inferieure pourrait consister en un gaz de synthese conte-
nant CO, B 2, H 20 et un catalyseur pourrait etre incorpore ou appli-
que aux elements de la zone de garnissage pour provoquer le depla-
cement de l'equilibre de reaction vers la production de devantage
d'hydrogenee Ainsi, l'hydrogen pourrait alors etre plus utile
dans la zone superieure -
Comme le montre la figure 3, le reacteur complet peut consister
essentiellement en garnissage stationnaire, de sorte
que la zone 1 et la zone 2 soient reduites a un volume presque nul.
Le reacteur complet consisterait alors essentiellement en un lit flui-
dise dans une disposition ordonnee dans laquelle on pourrait obtenir
des gradients Donc, on obtiendrait un reacteur a lit fluide ayant un
gradient, de maniere a obtenir par exemple de meilleurs rendements
en produits de reaction.
La presente invention propose une nouvelle configura-
tion de reacteur, dans laquelle un lit fixe de materiau de garnis-
sage est utilise dans une configuration a rangees ordonnees et dans
lequel la vapeur et les particules solides sont mises en contact
intime Les particules solides peuvent etre catalytiques ou non,
ainsi qu'absorbantes ou non.
Ce type de systeme de reacteur utilisant des rangees ordonnees permet
d'utiliser un lit fluide de solides et d'obtenir
19876
un contact intime entre la vapeur et les particules solides Simul-
tanement, il permet l'existence a l'interieur du lit de gradients qui
concernent la temperature, la concentration, l'age des solides et les
dimensions des solides, ou bien le poids specifique ou les diametres
Comme les particules solides sont en mouvement aleatoire constant,
elles peuvent etre ajoutees ou retirees en n'importe point du
garnissage ordonne, ou bien retirees depuis le haut
ou le bas de la zone de garnissage.
Selon la presente invention, diverses caracteristiques
de la zone de garnissage a rangees ordonnees peuvent etre avantageuse-
ment modifiees pour leur adaptation a des applications particulieres.
Ces caracteristiques comprennent la section des elements de la zone de
garnissage qui peut etre en forme de cercle, de carre, de losange,
de rectangle ou de triangle, ou n'importe quelle autre forme geo-
metrique convenable, l'espacement horizontal entre les elements
de garnissage, et l'espacement vertical entre les rangees d'elements.
Les dimensions des elements sont des facteurs supplementaires
variables, de meme que l'angle de rotation entre les rangees est une
autre variable de la configuration Les elements peuvent etre
pleins, creux, avoir une surface rugueuse ou bien etre munis d'ai'-
lettes.
Dans la figure 2, on a represente plusieurs caracte-
ristiques de construction d'une zone de garnissage a rangees ordon-
nees selon la presente invention Cette figure illustre deux rangees de
barreaux presentant entre elles un angle de rotation de 90 Les rangees
d'elements, par exemple des barreaux, peuvent etre disposees a un
angle de rotation entre elles de O a 90 a Les supports pour les
elements de la zone de garnissage peuvent etre ancres sur des consoles
s'appuyant sur la paroi du recipientou bien peuvent etre supportes
directement par des poutres horizontales prevues dans le reacteur Les
rangees d'elements peuvent etre supportees sur
des selles qui maintiendraient les dimensions internes des rangees.
de garnissage Le choix approprie des variables dans les rangees;
ordonnees permet de realiser une large gamme de fractions de vide
de garnissage, comme un volume de vide variant d'environ 5 a 957.
et, de preference, d'environ 20 a 80 percent.
19876
Comme on le voit dans la figure 3, les elements, par
exemple des barreaux, s'etendent sur toute la section du reci-
pient du reacteur, ce qui elimine la necessite d'une grille au-
dessous des rangees ordonnees d'elements Chaque element, par exemple
un barreau, etant autoportant permet un intervalle plus large avec
un materiau et une temperature de fonctionnement donnes.
En outre, les dimensions et l'espacement des elements, par exemple des
barreaux, doivent etre tels qu'ils permettent le pa sage facile des
particules de solides fluidises Les rangees ordonnees d'elements
peuvent etre disposees de maniere a augmenter progressivement
l'espacement vertical entre les rangees voisines des eliments, par
exemple des barreaux, du sonmmet vers la base, assurant ainsi que
toutes les particules solides qui penetrent dans la zone
de garnissage a rangees ordonnees passent a travers celle-ci.
Des sections differentes des rangees ordonnees peuvent avoir des buts
differents C rme on le voit dans la figure 3, la partie A qui est
immediatement au-dessus de la zone inferieure ou
de gazeification 1 pourrait etre destinee a supporter des tempera-
tures elevees Dans cette zone, on utiliserait un materiau de gar-
nissage ayant une resistance mecanique elevee en rapport avec son
poids Cette section de materiau specialement etudie pourrait per-
mettre de refroidir les gaz chauds provenant de la zone 1 avant leur
entree dans la zone de garnissage a rangees ordonnees Dans la par-
tie B, les barreaux pourraient, par exemple, avoir un espacement
vertical tel que chaque barreau soit autoportant et qu'aucun d'eux
ne puisse flechir suffisamment pour en toucher un autre.
Dans la partie C des rangees ordonnees, l'espacement vertical entre
les elements, par exemple les barreaux, pourrait Stre reduit a une
valeur presque nulle Ce faisant, la totalite des elements pourrait
agir ensemble de maniere a supporter le poids
d'un lit effondre depuis la zone 2.
L'exemple suivant illustre l'invention sans toutefois
en limiter la portee.
EEMPELE
On construit un garnissage ordonne selon la presente invention, qui
consiste en trois rangees de barreaux horizontaux
de 5 cm de diametre, et sont disposes dans une configuration trian-
gulaire decalee avec un espacement de 6,5 cm d'un centre a un autre.
Les barreaux sont separes par des ecarteurs ou rondelles de forme
angulaire montes a la circonference sur les barreaux pour donner un
volume de vide d'environ 50 X Les barreaux sont supportes par-des
poutres de structure fixees a la paroi interne du reacteur pour
donner un arrangement d'environ 2,4 m de diametre et 1,2 m de pro-
fondeur Le garnissage ordonne contient un lit de particules
solides inertes telles qu'une argile ou une alumine ayant une dimen-
sion de particules de 0,127-1,27 mm, qui sont fluidisees par un gaz
reducteur chaud passant de bas en haut a travers le lit Les parti-
cules solides de support contenant des depbt de coke avec un peu
d'hydrocarbon liquide sur et dans les particules passent de haut en
bas a travers les rangees de garnissage a contre-courant du gaz
en courant ascendant Les particules solides penetrent dans le gar-
nissage ordonne a son sommet a environ 538 C et en sortent a la base a
une temperature legerement inferieure a celle du gaz qui penetre dans
le garnissage Le gaz entre par le bas a environ 982 C et sort au
sommet a une temperature legerement superieure a celle des solides
particulaires penetrant dans le garnissage La pression relative est
d'environ 28 bars Dans le garnissage ordonne, les solides particu-
laires sont fluidises par le gaz reducteur en courant ascendant et
l'hydrocarbon liquide est elimine des solides en particules Les
particules solides passent ensuite de haut en bas dans la zone infe-
rieure pour la combustion et la gazeification des depots charbonnes.
Il est entendu que l'invention n'est pas limitee
aux modes de realisation preferes decrits ci-dessus a titre d'illus-
tration et que l'homme de l'art peut y apporter diverses modifica-
tions et divers changement sans toutefois s'ecarter du cadre et de
l'esprit de l'invention.
R E V E N D I CATI ONS
1 Procede pour la mise en contact de solides en
particules avec un gaz dans une zone de garnissage a rangees ordon-
nees, caracterisee en ce qu'il consiste: (a) a faire passer des
solides en particules a travers la zone a
garnissage ordonne comportant plusieurs rangees d'elements paral-
l les stationnaires donnant un volume de vide variant d'environ
A 80 percent;
(b) a faire passer un gaz and travers ladite zone de garnissage pour
fluidiser lesdits solides en particules et pour realiser un contact
intime entre le gaz et les solides; et (c) and maintenir un emelange
limite des solides et du gaz dans la
zone de garnissage a rangees ordonnees pour realiser une diffe-
rence de temperature d'au moins environ 11 C a travers la zone
de garnissage.
-2 Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'on fait
passer les solides en particules de haut en bas a travers la zone a
garnissage ordonne et le gaz de bas en haut a
contre-courant deadits solides a travers la zone a garnissage ordonne.
3 Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que l'on fait
passer les solides en particules de bas en haut a travers la zone a
garnissage ordonne et le gaz de bas en haut dans le mime sens que
lesdits solides, a travers la zone a garnissage ordonne. 4 Procede
selon la revendication 1, caracterise en ce que les solides en
particules ont un diametre d'au moins environ pm et la vitesse
superficielle du gaz varie d'environ 0,03 a
1,5 m/s.
Procede selon la revendication 1,-caracterise en ce que les solides en
particules penetrent dans la zone a garnissage ordonne a une
temperature d'environ 454 a 760 C et le gaz penetre
dans la zone a garnissage a une temperature d'environ 53 S A 1038 C.
6 Procede selon la revendication 5, caracterise en ce que les solides
en particules sont recouverts d'un hydrocarbon liquide et le gaz en
ecoulement rechauffe les solides et elimine le
liquide qui les recouvre.
19876
7 Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que les rangees
d'elements de la zone a garnissage ordonne
sont disposees a un angle de rotation entre elles de O a 90.
8 Procede selon Ia revendication 1, caracterise en ce que les elements
desdites rangees s'etendent a travers toute la
section de la zone de garnissage.
9 Procede selon la revendication 1, caracterise
en ce que les elements ont une section droite water forme de cercle,.
de carre, de losange, de rectangle ou de triatgle.
10 Procede selon la revendication 1, caracterise
en ce que les elements deedites rangees sont pleins, creux, a sur-
face rugueuse ou munis d'ailettes.
11 Procede pour la mise en contact de solides en particules avec un
gaz a l'interieur d'une zone de garnissage ordonne, caracterise en ce
qu'il consiste: (a) a faire passer des solides en particules ayant un
diametre d'au
moins environ 501 m de haut en bas and travers la zone a garnis-
sage ordonne ayant plusieurs rangees d'elements paralleles sta-
tionnaires donnant un volume de vide variant d'environ 20 a 80 percent
en poids; (b) a faire passer un gaz de bas en haut, a contre-courant
des solides en particules, a travers la zone a garnissage ordonne, a
une
vitesse superficielle variant d'environ 0,03 -A 1,5 m/s pour flui-
diser les solides et donner un contact intime avec lesdits solides;
(c) a maintenir un melange limite des solides et du gaz dans la
zone a garnissage ordonne pour donner une difference de tempera-
ture d'au moins environ 11 C a travers la zone de garnissage.
12 Procede selon la revendication 11, caracterises
en ce que les solide en particules penetrent dans la zone a garnis-
sage ordonne a une temperature d'environ 454 a 760 C et le gaz penetre
dans la zone a garnissage a une temperature d'environ 538 a 1038 C; 13
Procede selon la revendication 11, caracterise en ce que les rangees
des elements de la zone de garnissage ordonne
sont disposees a un angle de rotation entre elles de O a 90.
14 Procede selon la revendication 11, caracterise en ce que les
elements ont une section droite en forme de cercle,
de carre, de losange, de rectangle ou de triangle.
en ce que les face rugueuse en ce que les en ce que les e ce que les
ae ce Ime les Procede selon la revendication 11, caracterise
elements desdites rangees sont pleins, creux, a sur-
ou munis d'ailettes.
16 Procede selon la revendication 11, caracterise
solides sont catalytiques et absorbants.
17 Procede selon la revendication 11, caracterise
solides sont non catalytiques et non absorbants.
18 Procede selon la revendication 11, caracterise
solides sont catalytiques et non absorbants.
19 Procede selon la revendication 11, caracterise
solides sont non catalytiques et absorbants.
Reacteur pour la mise en contact de fluides avec des tiede en
particules, caracterise en ce qu'il comprend: (a) ut mone superieure
contenant ua lit fluidise de solides en prticules; (b) une zone
inferieure contenant un lit fluidise de solides en particules; et (c)
une zone intermediaire a garnissage separant lesdites zones
superieure et inferieure, comprenant un garnissage ordonne d'ele-
ments paralleles stationnaires.
21 Reacteur selon la revendication 20, caracterise en ce que ledit
garnissage ordonne comprend au moins deux rangees
d.edlesmnts hoeizontaux autoportants espaces.
22 Reacteur selon la revendication 20, caracterise i ce que Les
elements de chaque rangee ont un espacement horizontal
diffremt entre les elements voisins.
23 Reacteur selon la revendication 20, caracterise * ce que les
rangees des elements dans le garnissage ordonne sont
disposees a un angle de rotation entre elles de O a 90.
24 Reacteur selon la revendication 20, caracterise en ce que les
elements de chaque rangee voisine ont des diametres differents.
Reacteur selon la revendication 20, caracterise en ce que le
garnissage ordonne comprend au moins trois rangees de barreaux et
l'espacement vertical entre les rangees voisines de
barreaux est different.
26 Reacteur selon la revendication 20, caracterise en ce que les
rangees voisines d'elements sont separees par des
ecarteurs verticaux.
27 Reacteur selon la revendication 20, caracterise en ce que le volume
de vide du garnissage ordonne varie d'environ
A 80 percent.
28 Reacteur selon la revendication 20, caracterise
en ce que le garnissage ordonne contient une matiere catalytique.
29 Reacteur selon la revendication 28, caracterise en ce que le
materiau catalytique comprend un revetement d'au moins
une portion des elements horizontaux du garnissage ordonne.
Reacteur selon la revendication 20, caracterise en ce que les solides
en particules de la zone superieure descendent a travers le garnissage
ordonne, tandis que le gaz passe de bas en haut depuis la zone
inferieure, a contre-courant deadits solides, a travers le garnissage
ordonne pour fluidiser les solides et realiser
un contact intime entre le gaz et les solides dans ledit garnissage.
31 Reacteur selon la revendication 20, caracterise en ce que les
solides en particules passent depuis la zone inferieure de bas en haut
a travers le garnissage ordonne et un gaz passe de bs J en haut vers
la zone superieure dans le nmne sens d'ecoulement que les solides, a
travers le garnissage ordonne pour fluidiser les solides dans ledit
garnissage et y realiser un contact intime
avec lesdits solides.
32 Reacteur selon la revendication 20, caracterise
en ce que la temperture du garnissage ordoine' est d'environ 454 a
1038 C.
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