FR3050650A1 - NEW DEVICE FOR DISPENSING GAS AND LIQUID IN CATALYTIC DISTILLATION COLUMNS WITH LIQUID DESCRIPTIVE FLOW - Google Patents
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Abstract
La présente invention décrit un dispositif d'alimentation de la zone catalytique d'une colonne de distillation réactive utilisant un flux liquide comme flux réactionnel, l'écoulement du liquide dans la zone réactive étant de type descendant, et le gaz ne rencontrant pas le liquide dans la zone réactive.The present invention describes a device for feeding the catalytic zone of a reactive distillation column using a liquid flow as a reaction flow, the flow of the liquid in the reactive zone being of descending type, and the gas not meeting the liquid. in the reactive zone.
Description
Contexte de rinvention L’objectif de cette invention est l’amélioration des internes utilisés dans les colonnes de distillation réactive. On entend par internes tout élément utile à la distribution des fluides gaz et liquide au sein de la zone catalytique. On parle de plateau de la zone catalytique pour désigner l’ensemble des internes et des éléments de supportage du lit catalytique.BACKGROUND OF THE INVENTION The object of this invention is the improvement of the internals used in reactive distillation columns. By internal is meant any element useful for the distribution of gas and liquid fluids within the catalytic zone. We speak of plateau of the catalytic zone to designate all the internals and support elements of the catalytic bed.
La distillation réactive, dite aussi catalytique, consiste à effectuer une séparation par distillation puis une réaction chimique au sein d’une même équipement appelé colonne de distillation réactive. Cette opération est particulièrement indiquée pour les réactions équilibrées (par exemple A + B C + D), donc incomplètes. Ainsi, si l'on retire, au cours de la réaction, un des constituants, l'équilibre se déplacera dans le sens de la formation de ce dernier, améliorant de fait la conversion réactionnelle.Reactive distillation, also called catalytic distillation, consists in carrying out a separation by distillation and then a chemical reaction in the same equipment called reactive distillation column. This operation is particularly indicated for the balanced reactions (for example A + B C + D), thus incomplete. Thus, if one of the constituents is removed during the reaction, the equilibrium will move in the direction of the formation of the latter, thereby improving the reaction conversion.
Dans la suite du texte on utilisera indifféremment les termes : colonne réactive ou colonne catalytique.In the rest of the text, the terms reactive column or catalytic column will be used indifferently.
Un mode de réalisation de colonne de distillation réactive se présente comme une succession de zones catalytiques et de zones de distillation (Cf figure 1 pour la configuration générale d’une colonne réactive). Une zone catalytique est encadrée par deux zones de distillation, une dite « supérieure >>, et une dite « inférieure ». L’ensemble des 3 zones forme un doublet.One embodiment of a reactive distillation column is a succession of catalytic zones and distillation zones (cf. FIG. 1 for the general configuration of a reactive column). A catalytic zone is framed by two distillation zones, a so-called "superior" and a so-called "lower". All 3 zones form a doublet.
Dans le contexte de la présente invention, le gaz et le liquide se rencontrent uniquement dans les zones de distillation, et la zone catalytique ne concerne que le liquide.In the context of the present invention, the gas and the liquid are only encountered in the distillation zones, and the catalytic zone only relates to the liquid.
Le gaz doit donc contourner la zone catalytique sans aucun contact avec le liquide.The gas must therefore bypass the catalytic zone without any contact with the liquid.
On parlera quelquefois dans la suite du texte de « by pass » de la zone catalytique par le gaz selon une terminologie bien connue de l’homme du métier.The term "bypass" in the text of the catalytic zone will sometimes be referred to by the gas according to a terminology well known to those skilled in the art.
Le nouveau schéma d’interne décrit dans la présente invention diffère de celui de l’art antérieur en raison du changement de sens d’écoulement du liquide dans la zone catalytique qui devient descendant alors qu’il était ascendant dans l’art antérieur. L’écoulement descendant présente certains avantages, et notamment la possibilité de pratiquer des vitesses superficielles liquide plus élevées. Typiquement, selon l’art antérieur. la vitesse superficielle liquide devait être inférieure à la vitesse superficielle de fluidisation du lit, alors que selon l’invention elle peut la dépasser. La vitesse de fluidisation d’un lit de particules dépend essentiellement de la masse volumique, du diamètre moyen desdites particules, et de la viscosité du liquide. L’homme du métier connait en particulier la référence : « Perry’s Chemical engineers’ handbook, 7th Edition, Mc Graw-Hill » qui permet d’évaluer la vitesse minimale de fluidisation de particules données.The new internal scheme described in the present invention differs from that of the prior art due to the change of flow direction of the liquid in the catalytic zone which becomes downward while it is ascending in the prior art. Downflow has certain advantages, including the possibility of higher liquid surface speeds. Typically, according to the prior art. the liquid surface velocity should be less than the superficial fluidization rate of the bed, whereas according to the invention it can exceed it. The fluidization rate of a bed of particles depends essentially on the density, the average diameter of said particles, and the viscosity of the liquid. The person skilled in the art knows in particular the reference: "Perry's Chemical Engineers Handbook, 7th Edition, Mc Graw-Hill" which makes it possible to evaluate the minimum speed of fluidization of given particles.
Description sommaire des figuresBrief description of the figures
La figure 1 est une représentation schématique d’une colonne catalytique qui permet de visualiser l’alternance des zones de distillation et des zones réactives. Une colonne peut comporter plusieurs zones réactives et plusieurs zones de distillation alternées.FIG. 1 is a schematic representation of a catalytic column which makes it possible to visualize the alternation of the distillation zones and the reactive zones. A column can comprise several reactive zones and several alternating distillation zones.
La figure 2 représente une vue schématique d’un plateau de colonne réactive selon l’invention. La figure 2 montre une zone d’alimentation en liquide à partir de la zone de distillation amont simplement constituée d’une couche liquide supérieure surmontant la zone catalytique (8).FIG. 2 represents a schematic view of a reactive column plate according to the invention. FIG. 2 shows a liquid supply zone from the upstream distillation zone consisting simply of an upper liquid layer surmounting the catalytic zone (8).
Le liquide traverse la zone catalytique (8) en écoulement descendant puis est évacué de ladite zone par débordement à partir d’une zone périphérique annulaire (5) entourant ladite zone catalytique (8). Cette zone annulaire périphérique (5) possède une paroi verticale (12) qui joue le rôle de déversoir.The liquid passes through the catalytic zone (8) in downward flow and is then discharged from said zone by overflow from an annular peripheral zone (5) surrounding said catalytic zone (8). This peripheral annular zone (5) has a vertical wall (12) which acts as a weir.
Le liquide rejoint la zone de distillation en aval en passant par une seconde zone périphérique attenante à la paroi de la colonne dédiée (6).The liquid joins the downstream distillation zone via a second peripheral zone adjacent to the wall of the dedicated column (6).
Le gaz circule dans une zone périphérique dédiée attenante à la paroi de la colonne (7) qui est entièrement séparée de la zone périphérique du liquide (6) par des parois verticales étanches comme cela est visible sur la figure 2 bis qui est une coupe de la colonne catalytique faite au niveau de la zone catalytique et qui permet de visualiser la partie de zone périphérique dédiée au liquide (6), et la partie de zone périphérique dédiée au gaz (7).The gas circulates in a dedicated peripheral zone adjoining the wall of the column (7) which is entirely separated from the peripheral zone of the liquid (6) by sealed vertical walls as can be seen in FIG. the catalytic column made at the level of the catalytic zone and which makes it possible to visualize the peripheral zone portion dedicated to the liquid (6), and the peripheral zone portion dedicated to the gas (7).
La figure 2 bis est une vue de dessus qui permet de mieux visualiser les zones périphériques (6) et (7).FIG. 2a is a view from above which makes it possible to better visualize the peripheral zones (6) and (7).
La figure 3 représente une variante de l’invention dans laquelle le gaz circule non plus par la zone périphérique dédiée (7), mais par un réseau de cheminées (9) qui traverse la zone catalytique (8). La circulation du gaz est ascendante au travers des cheminées (9).FIG. 3 represents a variant of the invention in which the gas no longer flows through the dedicated peripheral zone (7), but through a network of chimneys (9) which passes through the catalytic zone (8). The circulation of the gas is ascending through the chimneys (9).
La figure 3 bis est une vue de dessus qui permet de visualiser la zone périphérique (6).FIG. 3a is a view from above which makes it possible to visualize the peripheral zone (6).
La figure 4 représente une autre variante de la présente invention dans laquelle le liquide n’est plus évacué de la zone catalytique par la zone périphérique dédiée (6), mais par un réseau de cheminées (10) traversant la zone catalytique (8), et disposées de manière coaxiale par rapport au réseau de cheminées (9).FIG. 4 represents another variant of the present invention in which the liquid is no longer removed from the catalytic zone by the dedicated peripheral zone (6), but by a network of chimneys (10) passing through the catalytic zone (8), and disposed coaxially with respect to the chimney array (9).
La figure 4 bis est une vue de dessus qui permet de visualiser les cheminées gaz (9) et les cheminées liquide (10).FIG. 4a is a view from above which makes it possible to visualize the gas chimneys (9) and the liquid chimneys (10).
La figure 5 représente une variante du schéma selon la figure 4 dans laquelle les cheminées (10) d’évacuation du liquide, toujours sensiblement coaxiales par rapport aux cheminées (9) de « by pass » du gaz, sont compartimentées de manière à définir deux zones : - une zone (11) qui récupère le liquide au bas de la zone catalytique (8) et le fait remonter dans le compartiment (11), - une zone (13) qui permet au liquide de redescendre pour quitter la cheminée (10) au niveau de la partie inférieure de la zone catalytique (8).FIG. 5 represents a variant of the diagram according to FIG. 4 in which the liquid evacuation chimneys (10), still substantially coaxial with the "bypass" chimneys (9), are compartmentalised so as to define two zones: - an area (11) which recovers the liquid at the bottom of the catalytic zone (8) and returns it to the compartment (11); - an area (13) which allows the liquid to come down to leave the chimney (10); ) at the lower part of the catalytic zone (8).
La figure 5 bis permet de visualiser les cheminées gaz (9) et les cheminées liquide (10).Figure 5a shows the gas chimneys (9) and liquid chimneys (10).
Examen de l’art antérieur L’art antérieur dans le domaine des colonnes réactives est essentiellement représenté par le document FR 2737132. Ce texte décrit le schéma général d’une colonne réactive et décrit plus particuliérement le trajet suivi par le liquide au niveau de la zone catalytique. Il ne mentionne aucun dispositif permettant de faire face à d’importantes variations du débit liquide et/ou gaz. L’interne décrit dans le brevet FR2737132 peut se résumer de la façon suivante :Examination of the Prior Art The prior art in the field of reactive columns is essentially represented by the document FR 2737132. This text describes the general scheme of a reactive column and more particularly describes the path followed by the liquid at the level of the reactor. catalytic zone. It does not mention any device to cope with significant variations in the liquid flow and / or gas. The internal described in the patent FR2737132 can be summarized as follows:
Une zone catalytique (C) est encadrée par deux zones de distillation (B), la vapeur de la distillation circulant du bas vers le haut de manière à n'être pratiquement pas en contact avec le catalyseur, et le liquide circulant depuis la zone de distillation supérieure vers une zone sensiblement centrale située en bas de la zone catalytique, ceci au moyen d’un collecteur central ayant une forme conique puis cylindrique qui amène le liquide au-dessous de la zone catalytique.A catalytic zone (C) is framed by two distillation zones (B), the vapor of the distillation flowing from bottom to top so as to be practically not in contact with the catalyst, and the liquid circulating from the zone of distillation. higher distillation towards a substantially central zone located at the bottom of the catalytic zone, this by means of a central collector having a conical then cylindrical shape which brings the liquid below the catalytic zone.
Le liquide circule ensuite radialement au-dessous de ladite zone catalytique par un moyen de type conduite radiale, de façon à être introduit dans une zone de répartition du liquide. A partir de cette zone de répartition, le liquide circule à travers le catalyseur dans la zone catalytique selon une direction ascendante, dite « upflow», puis on récupère le liquide par au moins un moyen de déversement du liquide, en zone de distillation inferieure.The liquid then circulates radially below said catalytic zone by a radial-type means, so as to be introduced into a liquid distribution zone. From this distribution zone, the liquid flows through the catalyst in the catalytic zone in an upward direction, called "upflow", then the liquid is recovered by at least one liquid discharge means in the lower distillation zone.
La zone catalytique est surmontée d’une certaine couche de liquide qui permet d’assurer l’alimentation du moyen de déversement. L’alimentation en liquide de la zone catalytique fonctionnant en « up flow >> entraîne une flexibilité réduite, puisque l’on ne peut pas dépasser la vitesse de fluidisation au sein du lit catalytique.The catalytic zone is surmounted by a certain layer of liquid which makes it possible to ensure the supply of the discharge means. The liquid supply of the upflow catalytic zone results in reduced flexibility, since the fluidization velocity within the catalytic bed can not be exceeded.
Cette contrainte conduit généralement à un élargissement du diamètre de colonne en écoulement ascendant. En passant à un écoulement descendant selon l’invention, donc sans risque de fluidisation, cette contrainte disparait et on peut pratiquer des diamètres de colonne plus faibles.This constraint generally leads to an enlargement of the column diameter in upward flow. By passing to a downward flow according to the invention, therefore without risk of fluidization, this constraint disappears and one can practice lower column diameters.
Il peut également y avoir un gain en hauteur par disparition du collecteur.There can also be a gain in height by disappearance of the collector.
Description sommaire de l’inventionBrief description of the invention
La présente invention peut se définir comme une colonne de distillation réactive constituée par l’alternance de zones catalytiques (8) et de zones de distillation (B) dans laquelle, au niveau de chacune des zones catalytiques (8), le liquide en provenance de la zone de distillation aval alimente la couche liquide supérieure (3) surmontant le lit catalytique (8) et travers ensuite la zone catalytique (8) en écoulement descendant et est évacué de ladite zone catalytique par une zone annulaire (5) se terminant par un déversoir (12) qui lui permet de rejoindre la zone périphérique (6) attenante à la paroi de la colonne, ou par un système de cheminées (10) traversant la zone catalytique, le gaz by passant la zone catalytique (C) par une zone périphérique dédiée (7), ou par un réseau de cheminées verticales (9) qui débouchent au-dessus du niveau supérieur des déversoirs liquide (12), la paroi interne de la zone annulaire (5) dépassant le niveau de la couche liquide supérieure (3) de manière à répondre à une situation de « trop plein >>.The present invention can be defined as a reactive distillation column constituted by the alternation of catalytic zones (8) and distillation zones (B) in which, at each of the catalytic zones (8), the liquid coming from the downstream distillation zone feeds the upper liquid layer (3) overcoming the catalytic bed (8) and then passes through the catalytic zone (8) in downward flow and is discharged from said catalytic zone by an annular zone (5) terminating in a weir (12) which allows it to join the peripheral zone (6) adjoining the wall of the column, or by a system of chimneys (10) passing through the catalytic zone, the gas passing through the catalytic zone (C) through a zone dedicated device (7), or by a network of vertical chimneys (9) which open above the upper level of the liquid weirs (12), the inner wall of the annular zone (5) exceeding the level of the liquid layer superior (3) to respond to a situation of "overfull".
Selon une première variante de la présente invention, le liquide est évacué de la zone catalytique (8) par un réseau de cheminées (10), coaxiales et entourant les cheminées de « by pass » du gaz (9), ces cheminées (10) étant compartimentées en une première zone annulaire (11) dans laquelle le liquide remonte et une seconde zone annulaire (13) à l’intérieur de laquelle le liquide redescend au niveau de la base du lit catalytique (8).According to a first variant of the present invention, the liquid is removed from the catalytic zone (8) by a network of chimneys (10), coaxial and surrounding the "bypass" chimneys of the gas (9), these chimneys (10). being compartmentalized in a first annular zone (11) in which the liquid rises and a second annular zone (13) inside which the liquid drops down at the base of the catalytic bed (8).
Selon une autre variante particulière de la présente invention, le compartimentage des cheminées (10) présente une première moitié (11) permettant au liquide de remonter, et une seconde moitié (13) permettant au liquide de redescendre au niveau de la base du lit catalytique (8).According to another particular variant of the present invention, the compartmentation of the chimneys (10) has a first half (11) allowing the liquid to rise, and a second half (13) allowing the liquid to go down to the level of the base of the catalytic bed (8).
Dans la configuration où le gaz contourne la zone catalytique par le réseau de cheminées (9), le nombre de cheminées (9) par unité de section de la zone catalytique est préférentiellement compris entre 1 et 20 cheminées/m^ lorsque les cheminées gaz ne sont pas associées aux cheminées liquides (10), c’est-à-dire lorsque l’évacuation du liquide se fait par la zone périphérique (6).In the configuration where the gas bypasses the catalytic zone by the network of chimneys (9), the number of stacks (9) per unit section of the catalytic zone is preferably between 1 and 20 stacks / m ^ when the gas stacks do not are not associated with the liquid chimneys (10), that is to say when the evacuation of the liquid is through the peripheral zone (6).
Dans la configuration où le gaz contourne la zone catalytique (8) par le réseau de cheminées (9), le nombre de cheminées (9) par unité de section de la zone catalytique est compris entre 20 et 200 cheminées/m^, et de manière préférée entre 100 et 150 cheminées/m^ lorsque les cheminées gaz (9) sont entourées des cheminées liquide (10).In the configuration where the gas bypasses the catalytic zone (8) by the network of chimneys (9), the number of chimneys (9) per unit section of the catalytic zone is between 20 and 200 stacks / m ^, and preferred way between 100 and 150 chimneys / m ^ when the gas chimneys (9) are surrounded by liquid chimneys (10).
Description détaillée de l’inventionDetailed description of the invention
La présente invention peut se définir comme une colonne de distillation réactive constituée par l’alternance de zones catalytiques (8) et de zones de distillation (B). Chaque zone catalytique se trouve donc encadrée par une zone de distillation amont et une zone de distillation aval. La disposition générale des zones de distillation et des zones catalytiques n’est pas différente de celle de l’art antérieur selon la figure 1.The present invention can be defined as a reactive distillation column constituted by the alternation of catalytic zones (8) and distillation zones (B). Each catalytic zone is thus framed by an upstream distillation zone and a downstream distillation zone. The general arrangement of the distillation zones and the catalytic zones is not different from that of the prior art according to FIG.
Dans la cadre de la présente invention, chaque zone catalytique est le siège d’une réaction avec la phase liquide uniquement, et l’écoulement de ladite phase liquide au travers de le lit catalytique est descendant.In the context of the present invention, each catalytic zone is the seat of a reaction with the liquid phase only, and the flow of said liquid phase through the catalytic bed is downward.
La suite de la description est faite en suivant la figure 2 selon l’invention.The following description is made by following Figure 2 according to the invention.
Le liquide en provenance de la zone de distillation amont alimente directement une couche liquide supérieure (3) qui surmonte la zone catalytique (8).The liquid from the upstream distillation zone directly feeds an upper liquid layer (3) which overcomes the catalytic zone (8).
Le lit catalytique est supporté par une grille inférieure (15) délimitant le niveau inférieur de du lit catalytique (8).The catalytic bed is supported by a lower grid (15) delimiting the lower level of the catalytic bed (8).
De la même façon le niveau supérieur du lit catalytique est délimité par une grille supérieure (16).In the same way, the upper level of the catalytic bed is delimited by an upper grid (16).
Le liquide traverse la zone catalytique (8) en écoulement descendant et est évacué de ladite zone catalytique par débordement au-dessus de la paroi latérale (12) qui permet de définir la couche liquide supérieure (3).The liquid passes through the catalytic zone (8) in downward flow and is discharged from said catalytic zone by overflow over the side wall (12) which defines the upper liquid layer (3).
Le liquide remonte depuis le bas de la zone catalytique (8) par la zone annulaire (5) dont la paroi externe se termine par le déversoir (12).The liquid rises from the bottom of the catalytic zone (8) by the annular zone (5) whose outer wall ends with the weir (12).
La paroi interne de la zone annulaire (5) dépasse le niveau de la couche liquide supérieure (3) de manière à répondre à une situation de « trop plein » pouvant se produire en cas de d trafic liquide trop important ou de delta P trop élevée.The inner wall of the annular zone (5) exceeds the level of the upper liquid layer (3) so as to respond to a situation of "too full" that can occur in case of too much liquid traffic or delta P too high .
Le transfert du liquide vers la zone de distillation aval peut se faire soit par une zone périphérique dédiée (6) attenante à la paroi de la colonne, soit par un système de cheminées (10) traversant la zone catalytique.The transfer of the liquid to the downstream distillation zone can be done either by a dedicated peripheral zone (6) adjoining the wall of the column, or by a system of chimneys (10) passing through the catalytic zone.
Le gaz en provenance de la zone de distillation aval contourne la zone catalytique (8) soit par une zone périphérique dédiée (7), soit par un réseau de cheminées verticales (9) qui débouchent au-dessus du niveau supérieur du déversoir liquide (12).The gas from the downstream distillation zone bypasses the catalytic zone (8) either by a dedicated peripheral zone (7) or by a network of vertical chimneys (9) which open above the upper level of the liquid spillway (12). ).
Selon une première variante de la présente invention représentée par la figure (3), le gaz contourne la zone catalytique non pas au moyen de la zone périphérique dédiée (7), mais au moyen d’un système de cheminées (9) traversant la zone catalytique et débouchant à un niveau situé au-dessus du niveau du déversoir (12). Le pas entre cheminées (9) pour la traversée du gaz est préférentiellement soit carré, soit triangulaire.According to a first variant of the present invention represented by FIG. (3), the gas bypasses the catalytic zone not by means of the dedicated peripheral zone (7), but by means of a system of chimneys (9) passing through the zone catalytic and emerging at a level above the level of the weir (12). The pitch between chimneys (9) for the crossing of the gas is preferably either square or triangular.
Le nombre de cheminées (9) par unité de section de la zone catalytique est préférentiellement compris entre 1 et 20 cheminées/m^ lorsque les cheminées gaz ne sont pas associées aux cheminées liquides, et compris préférentiellement entre 20 et 200 cheminées/m^, et de manière préférée entre 100 et 150 cheminées/m^ lorsque les cheminées gaz et liquide sont associées de manière coaxiale.The number of stacks (9) per unit section of the catalytic zone is preferably between 1 and 20 stacks / m ^ when the gas stacks are not associated with the liquid stacks, and preferably between 20 and 200 stacks / m ^, and preferably between 100 and 150 stacks / m 2 when the gas and liquid stacks are associated coaxially.
Selon une autre variante de la colonne de distillation de l’invention (non représentée), le liquide après traversée de la zone catalytique (8) est renvoyé vers la zone de distillation aval en passant par une zone périphérique dédiée (6) séparée par des parois étanches de la zone périphérique (7) dédiée au gaz.According to another variant of the distillation column of the invention (not shown), the liquid after passing through the catalytic zone (8) is returned to the downstream distillation zone via a dedicated peripheral zone (6) separated by sealed walls of the peripheral zone (7) dedicated to gas.
Selon une autre variante de la présente invention représentée par la figure 4, le liquide est évacué de la zone catalytique (8) par un réseau de cheminées (10), entourant les cheminées de by-pass du gaz (9).According to another variant of the present invention represented by FIG. 4, the liquid is discharged from the catalytic zone (8) by a network of chimneys (10) surrounding the gas bypass chimneys (9).
Dans ce cas, la circulation du liquide à l’intérieur des cheminées (10) comprend une première partie ascendante suivie d’une seconde partie descendante, les cheminées (10) étant divisées au moyen d’une paroi verticale permettant de définir la zone ascendante (11) et la zone descendante (13) pour le liquide.In this case, the circulation of the liquid inside the chimneys (10) comprises a first ascending portion followed by a second descending portion, the chimneys (10) being divided by means of a vertical wall making it possible to define the upward zone. (11) and the descending zone (13) for the liquid.
Cette variante avec réseau de cheminées (9) pour le by-pass du gaz, et réseau de cheminées coaxiales (10) pour l’évacuation du liquide est représentée par la figure 4.This variant with a network of chimneys (9) for the bypass of the gas, and network of coaxial chimneys (10) for the evacuation of the liquid is represented by FIG. 4.
Les cheminées d’évacuation du liquide (10) sont préférentiellement coaxiales aux cheminées de by pass du gaz (9).The liquid evacuation chimneys (10) are preferably coaxial with the bypass chimneys (9).
Ces cheminées (10) présente un compartimentage intérieur qui permet de définir deux zones à l’intérieur des cheminées (10) : - - une zone ascendante (11 ), - -une zone descendante (13) qui ramène le liquide au niveau inférieur du lit catalytique (8) à partir duquel il s’écoule vers la zone de distillation aval. L’écoulement du liquide dans les cheminées (10) est donc d’abord ascendant dans la partie (11) puis descendant dans la partie (13).These chimneys (10) have an interior partitioning which makes it possible to define two zones inside the chimneys (10): - - an upward zone (11), - a downward zone (13) which brings back the liquid to the lower level of the catalytic bed (8) from which it flows to the downstream distillation zone. The flow of the liquid in the chimneys (10) is therefore first ascending in the part (11) and then down in the part (13).
Le réseau de cheminées (10) pour l’évacuation du liquide a donc les mêmes caractéristiques de pas que le réseau des cheminées (9) de « by pass » du gaz.The network of chimneys (10) for the evacuation of the liquid therefore has the same pitch characteristics as the network of chimneys (9) of "bypass" of the gas.
Dans certains cas, le réseau de cheminées (10) ne recouvre pas exactement le réseau de cheminées (9), en ce sens que certaines cheminées (9) ne sont pas entourées de la cheminée coaxiale (10).In some cases, the chimney array (10) does not exactly cover the chimney array (9), in the sense that some chimneys (9) are not surrounded by the coaxial chimney (10).
Dans une variante de la présente invention représentée par la figure (5), le compartimentage des cheminées (10) d’évacuation du liquide est différent et définit une première moitié (11) de cheminée pour l’écoulement ascendant du liquide, et une seconde moitié (13) pour l’écoulement descendant du liquide.In a variant of the present invention shown in FIG. (5), the compartmentalisation of the liquid evacuation stacks (10) is different and defines a first half (11) of the chimney for the upward flow of the liquid, and a second half (13) for the downward flow of the liquid.
Quelle que soit la variante de la présente invention, on dispose d’un dispositif de trop plein au niveau de la partie haute de la paroi (12) séparant le lit catalytique (8) de la zone d’écoulement ascendant du liquide (5) ou (11), selon la variante de l’invention. Cela permet d’éviter l’engorgement de la colonne en cas de trop fort débit liquide, ou de bouchage partiel du fond du lit catalytique. En effet dans ce cas, le liquide excédentaire en provenance de la zone de distillation amont passe directement dans la zone annulaire (5) ou (11) selon la variante retenue.Whatever the variant of the present invention, there is an overflow device at the upper part of the wall (12) separating the catalytic bed (8) from the upflow zone of the liquid (5). or (11), according to the variant of the invention. This avoids clogging of the column in case of too high liquid flow, or partial blockage of the bottom of the catalyst bed. In this case, the excess liquid from the upstream distillation zone goes directly into the annular zone (5) or (11) according to the variant chosen.
On reste dans le cadre de la présente invention en combinant les différentes variantes, c’est-à-dire : - Avec une évacuation du liquide par la zone périphérique dédiée (6) et un « by pass » de la zone catalytique par le gaz au moyen du réseau de cheminées (9) selon la figure 3. - Avec une évacuation du liquide par le réseau de cheminées (10) et un « by pass » de la zone catalytique par le gaz au moyen de la zone périphérique dédiée (7). - Avec une évacuation du liquide par le réseau de cheminées (10) et un « by pass » de la zone catalytique par le gaz au moyen du réseau de cheminées (9) selon la figure 4.It remains within the scope of the present invention by combining the different variants, that is to say: - With an evacuation of the liquid by the dedicated peripheral zone (6) and a "bypass" of the catalytic zone by the gas by means of the network of chimneys (9) according to FIG. 3. - With evacuation of the liquid by the network of chimneys (10) and a bypass of the catalytic zone by the gas by means of the dedicated peripheral zone (7). ). - With an evacuation of the liquid by the network of chimneys (10) and a "bypass" of the catalytic zone by the gas by means of the network of chimneys (9) according to Figure 4.
Exemple comparatifComparative example
Dans l’exemple qui suit on compare un dimensionnement de colonne selon l’art antérieur (écoulement liquide dans la zone réactionnelle en « up flow »), avec un dimensionnement selon l’invention ( écoulement liquide dans la zone réactionnelle en « down flow »).In the example which follows, a column dimensioning according to the prior art (liquid flow in the upflow reaction zone) is compared with a design according to the invention (liquid flow in the reaction zone in "down flow" ).
La colonne réactive est utilisée dans un procédé d’éthérification de coupe C4 contenant en majorité des oléfines (butène -1 , butène - 2 cis, butène - 2 trans, iso butène), des paraffines (n butane, isobutane).The reactive column is used in a C4 cut etherification process containing mainly olefins (butene-1, butene-2-cis, butene-2-trans, iso-butene), paraffins (n butane, isobutane).
Les exemples sont établis au moyen d’une simulation numérique préalablement calée sur un cas industriel analogue. Le logiciel de simulation Proll est utilisé. La cinétique de réaction pour les éthérifications est basée sur l’étude publiée dans « Kinetics and mechanism of ethyl tert-butyl ether liquid-phase synthesis, Françoisse, O. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification Volume: 30 Issue 3 (1991) ISSN: 0255-2701 Online ISSN: 1873-3204”.The examples are established by means of a numerical simulation previously calibrated on a similar industrial case. The Proll simulation software is used. The kinetics of reaction for etherification is based on the study published in "Kinetics and Mechanism of Ethyl Tertiary Butyl Ether Liquide Phase Phase, Françoisse, O. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification Volume: 30 Issue 3 (1991) ISSN : 0255-2701 Online ISSN: 1873-3204 ".
Dans le présent exemple, on s’intéresse uniquement au fonctionnement de la colonne réactive. Cette colonne réactive comporte 5 doublets réactifs.In the present example, only the operation of the reactive column is of interest. This reactive column has 5 reactive doublets.
Un doublet est constitué par une zone catalytique, le plateau récepteur du liquide issu de la zone catalytique, et le plateau de distillation situé en aval de la zone catalytique considérée. Plus simplement, on peut considérer qu’un doublet est l’ensemble d’une zone catalytique et du plateau de distillation aval à ladite zone catalytique.A doublet is constituted by a catalytic zone, the receiving plate of the liquid coming from the catalytic zone, and the distillation plate situated downstream of the catalytic zone in question. More simply, we can consider that a doublet is the set of a catalytic zone and the distillation plate downstream to said catalytic zone.
La colonne comporte 33 plateaux théoriques incluant le rebouilleur (conventionnellement noté plateau 33), et le condenseur (conventionnellement noté plateau 1).The column comprises 33 theoretical plates including the reboiler (conventionally noted plateau 33), and the condenser (conventionally noted plateau 1).
La charge est introduite plateau 24, les doublets sont situés entre les plateaux théorique 5et6,7et8,9et10, 11 et 12 et 13 et 14.The load is introduced tray 24, the doublets are located between the theoretical trays 5et6,7et8,9et10, 11 and 12 and 13 and 14.
La pression en tête de colonne est maintenu à 800 kPa, la température est de 64,9*0 en tête et 147°C au rebouilleur.The pressure at the top of the column is maintained at 800 kPa, the temperature is 64.9 * 0 at the head and 147 ° C. at the reboiler.
La charge de la colonne à distiller réactive a comme composition moyenne la composition suivante dans le tableau 1 ci-dessous :The charge of the reactive distillation column has the following composition as the average composition in Table 1 below:
Tableau 1 - composition de la charge de la colonne catalytiqueTable 1 - composition of the charge of the catalytic column
Le débit de charge est fixé à 25650 kg/h. Afin d’obtenir des conversions élevées, la colonne est opérée avec un reflux élevé de 38500 kg/h. On réalise ainsi sur la colonne catalytique une conversion globale de 63% de l’isobutène présent dans la charge.The charge rate is set at 25650 kg / h. In order to obtain high conversions, the column is operated with a high reflux of 38500 kg / h. On the catalytic column, an overall conversion of 63% of the isobutene present in the feed is thus carried out.
Au niveau du doublet supérieur, le débit liquide est de 92,2m3/h aux conditions opératoires, la densité du liquide est de 536 kg/m3.At the level of the upper doublet, the liquid flow rate is 92.2 m3 / h at operating conditions, the density of the liquid is 536 kg / m3.
Le débit gaz est de 64,5 t/h avec une densité aux conditions de 16,1 kg/m3. La masse molaire du gaz est de 59 g/mol.The gas flow rate is 64.5 t / h with a density at 16.1 kg / m3. The molar mass of the gas is 59 g / mol.
Le dimensionnement d’un doublet selon l’art antérieur est basé principalement sur 3 critères : a) La vitesse de fluidisation du catalyseur, dans le cas présent une résine Amberlyst A 15. Afin de conserver un lit de catalyseur fixe, on se limite généralement à 1/3 de cette vitesse de fluidisation. Dans le cas présent, avec les conditions opératoires du doublet supérieur fixées, on trouve une vitesse de fluidisation de 0,8 cm/s. On s’impose donc une vitesse ascendante du liquide dans le lit catalytique de 0,25 cm/s maximum. b) La vitesse gaz admissible dans les orifice de passage gaz. Le critère usuel est de 2,5m/s pour éviter d’avoir une perte de pression (perte de charge) du gaz par friction trop importante. c) Le collecteur central a un diamètre fixé à 80 cm pour avoir un temps de séjour minimal sur le liquide permettant le désengagement de la vapeur.The sizing of a doublet according to the prior art is based mainly on 3 criteria: a) The fluidization speed of the catalyst, in this case an Amberlyst A 15 resin. In order to maintain a fixed catalyst bed, it is generally limited to at 1/3 of this fluidization speed. In the present case, with the operating conditions of the upper doublet fixed, there is a fluidization rate of 0.8 cm / s. An upward velocity of the liquid in the catalytic bed is therefore required of 0.25 cm / s maximum. (b) The permissible gas velocity in the gas passage. The usual criterion is 2.5m / s to avoid having a loss of pressure (pressure drop) of the gas by excessive friction. c) The central manifold has a diameter set at 80 cm to have a minimum residence time on the liquid allowing the steam to be released.
Le diamètre du doublet supérieur coté liquide pour respecter le critère de vitesse de fluidisation (a) est de 1,8 m. Afin de respecter le critère de vitesse sur le gaz (b), on obtient un diamètre du doublet supérieur coté gaz de 1,88 m.The diameter of the upper liquid-side doublet to meet the fluidization velocity criterion (a) is 1.8 m. In order to comply with the criterion of speed on the gas (b), a diameter of the upper doublet on the gas side of 1.88 m is obtained.
Le dimensionnement des plateaux est réalisé selon les critères usuels de l’homme du métier et donne un diamètre de 1,8 m. Dans le cas présent, c’est le doublet qui fixe le diamètre de la colonne.The sizing of the trays is carried out according to the usual criteria of those skilled in the art and gives a diameter of 1.8 m. In this case, it is the doublet that sets the diameter of the column.
La colonne à distiller abritant ce type de système devra donc avoir un diamètre interne de 1,88m pour être compatible avec le design du doublet.The distillation column housing this type of system must have an internal diameter of 1.88m to be compatible with the design of the doublet.
Selon la technologie en « downflow >> décrite dans la présente invention, il devient possible de limiter le diamètre du lit catalytique (donc de la zone catalytique) à une valeur plus faible. On peut en effet augmenter la vitesse liquide, sans souci de fluidisation ou de perte de pression excessive, jusqu'à 1 fois la vitesse de fluidisation. Le diamètre de la zone catalytique passe ainsi à 1,1 m, au lieu des 1,8 selon le dimensionnement de l’art antérieur.According to the "downflow" technology described in the present invention, it becomes possible to limit the diameter of the catalytic bed (hence of the catalytic zone) to a lower value. It is indeed possible to increase the liquid velocity, without worrying about fluidization or excessive pressure loss, up to 1 times the fluidization velocity. The diameter of the catalytic zone thus goes to 1.1 m, instead of 1.8 according to the sizing of the prior art.
Le tableau comparatif 2 ci-dessous résume les différences de dimensionnement entre une colonne selon l’art antérieur et une colonne selon l’invention.Comparative Table 2 below summarizes the differences in sizing between a column according to the prior art and a column according to the invention.
Tableau 2 : dimensions principales de la colonne selon l’art antérieur et selon l’inventionTable 2: Principal dimensions of the column according to the prior art and according to the invention
Claims (5)
Priority Applications (1)
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| FR1653886A FR3050650A1 (en) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | NEW DEVICE FOR DISPENSING GAS AND LIQUID IN CATALYTIC DISTILLATION COLUMNS WITH LIQUID DESCRIPTIVE FLOW |
Applications Claiming Priority (1)
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| FR1653886A FR3050650A1 (en) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | NEW DEVICE FOR DISPENSING GAS AND LIQUID IN CATALYTIC DISTILLATION COLUMNS WITH LIQUID DESCRIPTIVE FLOW |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3050650A1 true FR3050650A1 (en) | 2017-11-03 |
Family
ID=56322159
Family Applications (1)
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| FR1653886A Pending FR3050650A1 (en) | 2016-04-29 | 2016-04-29 | NEW DEVICE FOR DISPENSING GAS AND LIQUID IN CATALYTIC DISTILLATION COLUMNS WITH LIQUID DESCRIPTIVE FLOW |
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| FR (1) | FR3050650A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5493059A (en) * | 1990-08-01 | 1996-02-20 | Eniricerche Spa | Process for preparing tertiary alkyl ethers and apparatus for reactive distillation |
| US5855741A (en) * | 1990-02-06 | 1999-01-05 | Koch Engineering Company, Inc. | Apparatus for concurrent reaction with distillation |
| US6045762A (en) * | 1997-01-22 | 2000-04-04 | Governors Of The University Of Alberta | Apparatus for catalytic distillation |
| CN102824752A (en) * | 2011-06-16 | 2012-12-19 | 徐志刚 | Catalytic distillation tower |
-
2016
- 2016-04-29 FR FR1653886A patent/FR3050650A1/en active Pending
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