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FR2996465A1 - Plateau de distribution filtrant destine a l'alimentation d'un reacteur a lit fixe a co courant descendant de gaz et de liquide pour le traitement de charges lourdes colmatantes - Google Patents

Plateau de distribution filtrant destine a l'alimentation d'un reacteur a lit fixe a co courant descendant de gaz et de liquide pour le traitement de charges lourdes colmatantes Download PDF

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FR2996465A1
FR2996465A1 FR1202705A FR1202705A FR2996465A1 FR 2996465 A1 FR2996465 A1 FR 2996465A1 FR 1202705 A FR1202705 A FR 1202705A FR 1202705 A FR1202705 A FR 1202705A FR 2996465 A1 FR2996465 A1 FR 2996465A1
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Bachi Frederic Bazer
Yacine Haroun
Mathieu Digne
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Abstract

La présente invention décrit un plateau distributeur adapté aux écoulements à co-courant descendant de gaz et de liquide, plus particulièrement dans le régime dit "ruisselant", ce plateau distributeur intégrant une fonction de filtration séparée de la fonction de distribution, et ledit plateau comprenant un support perforé (3) sur lequel est déposée la couche de filtration (4), un plateau plein (2), et au moins un élément dispersif (7) situé au dessous du plateau plein (2).

Description

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention se situe dans le contexte des plateaux de filtration et de distribution de gaz et de liquide en entrée des réacteurs catalytiques de type lits fixes, fonctionnant en écoulement ruisselant (co-courant descendant, vitesse liquide comprise inférieure à 1,5 cm/s). L'application principalement visée est l'hydrotraitement de résidus, même si la présente invention peut s'appliquer à toute hydrogénation de coupes pétrolières pouvant provoquer un colmatage du lit fixe, et de façon plus générale encore, à toute phase liquide, avec ou sans gaz, chargée de particules colmatantes, arrivant sur un lit fixe.
EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR La présente invention peut être vue comme un perfectionnement de plusieurs brevets déposés par la demanderesse. - Le brevet FR2924950 décrit un plateau filtrant dit de prédistribution avec tube déverseur pour réacteur à lit fixe à co-courant descendant de gaz et de liquide, ce plateau de prédistribution consistant en un plateau filtrant placé au dessus d'un plateau distributeur classique. Le brevet FR2889973 décrit un plateau filtrant pour réacteur à lit fixe à co-courant descendant 20 de gaz liquide, ce plateau assurant à la fois les fonctions de filtration vis à vis du lit catalytique placé en aval et de distribution des fluides gaz et liquide. Ce brevet propose une configuration de plateau filtrant, dans laquelle les cheminées présentent des trous perforés (ou des fentes) au milieu du lit catalytique, ce qui peut poser des difficultés dans le cas d'un bouchage du lit à proximité des trous. Ce bouchage du lit entrainerait par voie 25 de conséquence le bouchage de la cheminée avec deux conséquences : un déséquilibre de la distribution du débit liquide sous le plateau distributeur, et un risque d'endommagement des cheminées lors du démontage du plateau avec des cheminées collées et agrégées au lit catalytique. - Le brevet FR2959677 décrit un ensemble de paniers amovibles contenant des particules de 30 filtration et des particules de catalyseur, ces paniers étant déposés sur le plateau distributeur afin de faciliter le montage/démontage dudit plateau et de limiter le risque d'agrégation entre le plateau et le catalyseur. Cette solution présente néanmoins un certain nombre d'inconvénients: grand nombre de paniers de paniers entrainant un temps de montage du plateau très important, et nécessité d'assurer un contact fluide entre tous les paniers, tout en évitant les fuites de particules entre les paniers. La présente invention apporte des améliorations substantielles par rapport aux brevets 5 précédents. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La figure 1 est une vue de profil du plateau selon l'invention dans laquelle on reconnait les éléments principaux; couche de filtration (4) supportée par un support perforé (3), éléments de 10 distribution (5) supportés par le plateau plein (2), grille inférieure poreuse (7). DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION 15 La présente invention peut se définir comme un plateau de distribution destiné à l'alimentation d'un réacteur catalytique fonctionnant sur une charge gaz et liquide, plus particulièrement dans un régime d'écoulement appelé régime ruisselant, c'est à dire avec une vitesse superficielle liquide comprise entre 0,1 cm/s et 1,5 cm/s. Le présent plateau peut être défini comme un plateau distributeur dont la fonction est de 20 transformer le jet diphasique entrant dans le réacteur en un mélange gaz liquide uniformément distribué sur la surface du lit catalytique placé en aval dudit plateau. Le plateau distributeur selon l'invention intègre également une fonction de filtration incorporée au sein même du plateau par la mise en place d'une couche de filtration. Cette couche de filtration, à la différence des plateaux selon l'art antérieur, est en quelque sorte séparée de la fonction de 25 distribution, car les éléments de distribution traversent bien la couche de filtration, mais les entrées de gaz et de liquide à l'intérieur des éléments de distribution se situent à l'extérieur de ladite couche de filtration. Généralement ces éléments de distribution ont la forme de cheminées sensiblement verticales s'étendant depuis un niveau inférieur situé au dessous du niveau du plateau, jusqu'à un niveau 30 supérieur situé au dessus de la surface supérieure de la couche de filtration. L'admission du gaz se fait par l'extrémité supérieure ouverte des éléments de distribution, ladite extrémité supérieure étant située au dessus de la couche de filtration, et l'admission du liquide se fait par une rangée d'orifices, cette rangée étant située dans la partie située au dessous de la couche de filtration (4) et au dessus du plateau (2) lui même. Cette partie n'est occupée que par le liquide, puisqu'en fonctionnement normal, le niveau liquide au dessus du plateau (2) se situe à l'intérieur de la couche de filtration (4) et au dessous 5 de l'extrémité supérieure des éléments de distribution (5) qui ne sont accessibles qu'au gaz. Le plateau de distribution et de filtration selon la présente invention est donc adapté à un écoulement gaz liquide à co-courant descendant, dans un réacteur en lit fixe pouvant comporter plusieurs lits de catalyseur étagés le long du réacteur. En général le plateau filtrant selon l'invention est positionné en amont du premier lit catalytique 10 (dans le sens de l'écoulement des fluides). Lorsque la charge est introduite de manière étagée sur différents lits catalytiques échelonnés le long du réacteur, il est possible de positionner un plateau filtrant selon l'invention an amont de chacun des lits catalytiques. Un plateau filtrant distributeur selon l'invention est constitué de haut en bas des éléments suivants: 15 - un support perforé (3) supportant un milieu granulaire (4) et ne couvrant pas toute la section du réacteur, mais laissant libre un zone annulaire (11) correspondant à 5% à 50%, et préférentiellement à 5% à 30% de la section dudit réacteur, - un plateau plein (2) situé à une distance comprise entre 50 mm et 150 mm par rapport au support perforé, comportant une pluralité d'éléments de distribution (5) sensiblement 20 verticaux disposés selon un pas rectangulaire ou triangulaire, lesdits éléments de distribution (5) ayant une hauteur comprise entre 100 mm et 500 mm, étant ouverts à leur extrémité supérieure pour l'admission du gaz, et comportant au moins une rangée de trous située dans la portion desdits éléments de distribution qui est comprise entre le support perforée (3) et le plateau plein (2), pour l'admission du liquide, 25 - au moins un élément dispersif (7) de forte porosité située au dessous de plateau plein (2) à une distance comprise entre 20 mm et 300 mm, et préférentiellement comprise entre 50 mm et 150 mm par rapport à ce dernier. Le terme de plateau plein (2) signifie que ce plateau ne comporte pas d'orifice, la sortie du gaz 30 et du liquide se faisant par les extrémités inférieures des éléments de distribution (5). Selon une variante, les éléments dispersifs (7) qui ont pour objectif la dispersion du jet liquide en dessous de chaque élément de distribution (5), sont de type déflecteur.
Ils peuvent être également constitués d'éléments de grille poreuse disposés en quinconce sous le plateau plein (2) à des distances qui s'échelonnent entre à une distance comprise entre 20 mm et 300 mm, et préférentiellement comprise entre 50 mm et 150 mm par rapport à ce dernier.
Préférentiellement dans le plateau de distribution et de filtration selon la présente invention, les éléments de distribution (5) sont constitués de cheminées sensiblement verticales d'une hauteur totale comprise entre 200 mm et 400 mm Préférentiellement, dans le plateau de distribution et de filtration selon présente invention, le milieu de filtration (4) déposé sur le support perforée (3) est constitué d'au moins une couche 10 de particules dites de protection, d'une hauteur comprise entre 100 mm et 300 mm, et préférentiellement inférieure à 150 mm. Les particules constituant le milieu filtrant (4) peuvent être : soit des particules de matériau de garde ou toutes autres particules servant généralement d'éléments de protection, 15 soit des particules de catalyseur lui même. Le présent plateau n'est pas lié au choix du matériau de garde constituant la couche de filtration. Tout matériau susceptible de retenir les particules colmatantes contenues dans la charge peut convenir au plateau selon la présente invention. Pour des hauteurs du milieu de filtration comprise entre 200mm et 300 mm, on peut utiliser 20 plusieurs couches, la première étant constituée de particules de matériau de garde, et la suivante de particules de catalyseur. Dans la plus part des cas, une seule couche est suffisante. Préférentiellement, dans le plateau de distribution et de filtration selon la présente invention, les éléments dispersifs (7) de forte porosité situés au dessous du plateau plein (2) sont constitués de morceaux de grille disposés en quinconce, et alternent entre une distance de 150 25 mm et une distance de 250 mm au dessous dudit plateau (2). Préférentiellement, dans le plateau de distribution et de filtration selon la présente invention, une grille de protection ou plaque perforée (6) destinée à briser le jet liquide entrant dans le réacteur au dessus de la couche de filtration (4) est disposée au dessus de ladite couche de filtration, à une distance par rapport à cette couche inférieure à 10 mm 30 Selon une variante, on peut remplacer la grille (7) par tout élément de type déflecteur qui a pour vocation la dispersion du jet liquide en dessous de chaque élément de distribution (5), chaque déflecteur étant placé sous chaque, ou sous une partie seulement, des éléments de distribution (5). De manière générale le plateau de distribution selon la présente invention peut être utilisé dans tout procédé faisant appel à un écoulement à co-courant descendant de gaz et de liquide dans 5 le régime dit ruisselant, c'est à dire avec une vitesse superficielle du liquide comprise entre 0,1 et 1,5 cm/s. Plus particulièrement le plateau de distribution selon la présente invention s'applique aux procédés d'hydrotraitement, d'hydrogénation sélective, de conversion des résidus, ou d'oxydation de coupes pétrolières à nombre d'atomes de carbone allant de 3 à 50, 10 préférentiellement allant de 5 à 30. Les charges lourdes susceptibles d'être traitées au moyen du présent plateau distributeur filtrant peuvent être définies comme celles dont le point d'ébullition est supérieur à 370 °C, notamment de type résidu ou apparenté : résidus atmosphériques, résidus sous vides, huiles désasphaltées, ou encore résidus issus des procédés de conversion tels que par exemple le 15 coking, les hydrotraitement en lit fixe, en lit bouillonnant, ou en lit mobile, tous ces types de résidus pouvant être pris seuls ou en mélange. Ces charges lourdes peuvent être utilisées telles quelles ou diluées par une fraction hydrocarbonée ou un mélange de fractions hydrocarbonées. Les charges lourdes concernées par la présente invention peuvent aussi comprendre des 20 coupes issues du procédé de liquéfaction du charbon, des extraits aromatiques, ou toutes autres coupes hydrocarbonées. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION 25 Le plateau distributeur selon la présente invention est un plateau distributeur au sens où il transforme le jet diphasique (gaz liquide) entrant dans le réacteur en un mélange gaz liquide homogène et uniformément distribué sur la surface du lit catalytique situé en aval. Il intègre de plus une fonction de filtration, mais à la différence des plateaux filtrants de l'art 30 antérieur, la fonction de filtration est disjointe de la fonction de distribution. Le support perforé (3) sur lequel est déposé la couche de filtration (4) est situé dans une zone centrale du plateau, mais n'occupe pas la totalité de la section du réacteur. Il existe en effet un espace annulaire (11) entre la zone de filtration (4) et les parois du réacteur (1).
Cet espace annulaire (11) permet le passage du liquide vers les éléments de distribution (5) dans la situation où la couche de filtration (4) est bouchée par les différentes impuretés récupérées au cours du temps. La largeur de cet espace annulaire est établie pour que le bilan pression soit respecté même 5 dans le cas où le plateau est totalement colmaté. Dans ce cas la fonction de filtration n'est plus assurée, le plateau de distribution continue de fonctionner car les trous d'admission du liquide (10) à l'intérieur des éléments de distribution (5) sont situés dans une zone entièrement dégagée de la couche de filtration (4). Cette zone dégagée de la couche de filtration a une hauteur inférieure à 300 mm, 10 préférentiellement inférieure à 200 mm et, pour que la distribution fonctionne correctement, la hauteur des éléments de distribution (5) doit être supérieure à 200 mm, préférentiellement supérieure à 300 mm, car cette hauteur permet d'absorber la variation de débit liquide souvent demandée par le procédé. La zone de filtration (4) fait appel à un support perforé (3) relié au plateau distributeur (2) et 15 maintenu mécaniquement à ce plateau (2) par tout moyen connus de l'homme de métier, tel que par exemple un support coudé (9) comme représenté sur la figure 1, et/ou un support vertical (tel que représenté également au centre de la figure 1), ou tout autre moyen connu de l'homme de métier. Le plateau (2) et le support perforé (3) peuvent être maintenus entre eux par un système de vis 20 ou par tout autre moyen connu de l'homme de métier. Le support perforé (3) peut être perforé dans sa zone inférieure mais également dans sa partie latérale pour permettre le passage du liquide. Les éléments de distribution (5) ont généralement la forme de cheminées sensiblement verticales s'étendant depuis un niveau inférieur situé au dessous du plan du plateau (2) jusqu'à 25 un niveau supérieur situé au dessus de la surface supérieure de la couche de filtration (4). Ces éléments de distribution (5) peuvent être protégés par des manchons non perforés (8). De ce fait, le lit de filtration (4) n'a aucun contact avec les éléments de distribution (5). Si le lit de filtration prend en masse, il s'accroche aux manchons, mais non aux éléments de distribution (5) eux mêmes. Ainsi le plateau inférieur (2) n'est pas détérioré, et la séparation de 30 la zone de filtration (4) colmatée du reste du plateau est rendue beaucoup plus facile. Pour le montage / démontage, le support perforé (3) est amené par plaques sur le plateau distributeur, ces plaques étant de dimension telles qu'elles peuvent être introduites par le trou d'homme du réacteur. De la même façon, le plateau distributeur (2) est découpé en éléments qui peuvent être introduits par le trou d'homme. Les manchons (8) peuvent être directement placés sur le support perforé (3), autour des éléments de distribution (5) du plateau distributeur.
Le milieu de filtration (4) est déposé directement, par un chargement "en vrac", sur le support perforé (3). Éventuellement, une grille de protection (6) peut être ajoutée au dessus du milieu filtrant (4) pour protéger ledit milieu de l'arrivée du flux gaz/liquide rentrant dans le réacteur, afin d'éviter toute projection des particules constituant ladite couche de filtration.
Les avantages du plateau de distribution selon la présente invention par rapport aux plateaux de l'art antérieur peuvent se résumer de la manière suivante: les trous d'admission du liquide des éléments de distribution (5) sont situés en dessous du support perforé (3), et cette disposition permet de disjoindre la fonction de filtration et la fonction de distribution. cette distribution permet en outre d'assurer une certaine flexibilité sur le débit liquide, car le niveau liquide peut s'établir sur une gamme de hauteur assez large allant depuis un niveau inférieur situé dans la zone de filtration (4) jusqu'à un niveau supérieur situé au dessus de la couche de filtration (4) , mais qui doit toutefois rester au dessous de l'extrémité supérieure des éléments de distribution (5) pour éviter l'intrusion de liquide par lesdites extrémités supérieures qui servent au passage du gaz. la hauteur de filtration reste suffisante pour remplir la fonction de filtration recherchée, le montage et le démontage sont facilités par rapport à la solution antérieure des paniers filtrants: o arrivée du support perforé (3) par plaques par le trou d'homme; o support perforé (3) supporté par plusieurs renforts/pattes vers la paroi et/ou le plateau distributeur ; o manchons de protection (8) à enfiler autour des éléments de distribution (5), fabriqués indépendamment à l'extérieur et directement déposées sur le support plein (2) ; o arrivée du support plein (2) muni des éléments de distribution (5) par plaques par le trou d'homme; Le plateau de distribution selon la présente invention peut équiper des unités neuves ou peut remplacer des plateaux de technologie conventionnelle sur des unités existantes. Pour certains types de plateaux (cas par exemple des EquiFlow® commercialisé par Axens), un remodelage desdits plateaux est suffisant pour installer le plateau filtrant décrit dans la présente invention. Le plateau de distribution et de filtration selon la présente invention présente un pas des cheminées compris entre 100 et 300 mm. Le plateau de distribution et de filtration selon la présente invention présente des éléments dispersifs (7) qui sont constitués par un ensemble de déflecteurs coniques, chaque déflecteur étant placé sous un élément de distribution (5). EXEMPLES SELON L'INVENTION Le présent exemple est donné à titre purement illustratif et concerne un hydrotraitement de résidu. Les vitesses gaz et liquide sont comprises entre [2 - 5] cm/s pour le gaz, et [0,1 - 0,5] cm/s pour le liquide. Le diamètre du réacteur de 3,5 m. Le dimensionnement des éléments de distribution qui ont la forme de cheminées verticales (5) est le suivant : - Hauteur des cheminées: 350 mm - Diamètre des cheminées: 50 mm - Pas entre cheminées: 200 mm Les cheminées comportent deux rangées d'orifices (10) pour l'admission du liquide : - Rangée 1 d'orifices : hauteur par rapport au plateau plein de 40 mm, 3 trous de 5 mm - Rangée 2 d'orifices : hauteur par rapport au plateau plein de 130 mm, 3 trous de 5 mm - Ouverture pour le passage du gaz en tête de cheminée pour admission du gaz : 30 mm Le dimensionnement de la couche de filtration (4) est le suivant : - Position du support perforé (3) : 140 mm au dessus du plateau plein (2) - Diamètre de la couche de filtration (4) : 3,1 m - Épaisseur de la zone annulaire (11) : 200 mm - Hauteur totale du support perforé (3) : 160 mm, soit 310 mm au dessus du plateau plein (2), et 10 mm en dessous de l'ouverture gaz des éléments de distribution (5) - Position de la plaque de protection (6) : 290 mm au dessus du plateau plein (2) - Épaisseur de la couche de matériau de garde: 150 mm

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1) Plateau de distribution et de filtration adapté à un écoulement gaz liquide à co-courant 5 descendant, dans un réacteur en lit fixe pouvant comporter plusieurs lits de catalyseur étagés le long du réacteur, chaque plateau étant positionné en amont de chaque lit catalytique, ledit plateau étant constitué de haut en bas des éléments suivants: - un support perforé (3) supportant une couche de filtration (4) et ne couvrant pas toute la section du réacteur, mais laissant libre un zone annulaire (11) correspondant à 5% à 50% et 10 préférentiellement de 5% à 30% de la section dudit réacteur, - un plateau plein (2) situé à une distance comprise entre 50 mm et 150 mm par rapport au support perforé (3), comportant une pluralité d'éléments de distribution (5) sensiblement verticaux disposées selon un pas rectangulaire ou triangulaire, lesdits éléments de distribution (5) ayant une hauteur comprise entre 200 mm et 400 mm, étant ouverts à leur extrémité 15 supérieure pour l'admission du gaz et comportant au moins une rangée de trous située dans la portion des dits éléments de distribution qui est comprise entre le support perforée (3) et le plateau plein (2), pour l'admission du liquide, - au moins un élément dispersif (7) de forte porosité située au dessous de plateau plein (2) à une distance comprise entre 20 mm et 300 mm, et préférentiellement comprise entre 50 mm et 20 150 mm par rapport à ce dernier.
  2. 2) Plateau de distribution et de filtration selon la revendication 1, dans lequel les éléments de distribution (5) sont des cheminées sensiblement verticales entourées de manchons pleins (8) sur la portion de hauteur qui correspond à la traversée de la couche de filtration (4). 25
  3. 3) Plateau de distribution et de filtration selon la revendication 2, dans lequel le pas des cheminées est compris entre 100 et 300 mm
  4. 4) Plateau de distribution et de filtration selon la revendication 1, dans lequel la couche de 30 filtration (4) du support perforé est constitué d'au moins une couche de particule de matériau de garde, d'une hauteur comprise entre 100 mm et 300 mm
  5. 5) Plateau de distribution et de filtration selon la revendication 1, dans lequel les éléments dispersifs (7) de forte porosité situés au dessous du plateau (2) sont disposés en quinconce et alternent entre une distance de 150 mm et une distance de 250 mm au dessous dudit plateau (2).
  6. 6) Plateau de distribution et de filtration selon la revendication 1, dans lequel au dessus de la couche de filtration (4) est disposée une grille de protection (6) destinée à briser le jet liquide entrant dans le réacteur.
  7. 7) Plateau de distribution et de filtration selon la revendication 1, dans lequel les éléments dispersifs (7) sont constitués par un ensemble de déflecteurs coniques, chaque déflecteur étant placé sous un élément de distribution (5).
  8. 8) Utilisation du plateau distributeur selon la revendication 1, dans un procédé 15 d'hydrotraitement, d'hydrogénation sélective, de conversion des résidus, ou d'oxydation de coupes pétrolières à nombre d'atomes de carbone allant de 3 à 50, préférentiellement allant de 5 à 30.
  9. 9) Utilisation du plateau distributeur selon la revendication 1, dans tout procédé faisant appel à 20 un écoulement à co-courant descendant de gaz et de liquide dans le régime dit ruisselant, c'est à dire avec une vitesse superficielle du liquide comprise entre 0,1 et 1,5 cm/s.
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