FR3156332A1

FR3156332A1 - Réacteur de polymérisation à boucle

Info

Publication number: FR3156332A1
Application number: FR2313699A
Authority: FR
Inventors: Yacine HAROUN; John Roesler
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2023-12-06
Filing date: 2023-12-06
Publication date: 2025-06-13
Also published as: WO2025119895A1

Abstract

La présente invention concerne un réacteur (1) de polymérisation à boucle, comprenant une section réactionnelle en forme de boucle destinée à faire circuler dans la dite boucle un milieu réactionnel, ladite section réactionnelle étant munie d’une ou plusieurs entrées (11) d’alimentation au moins pour un réactif, éventuellement pour un catalyseur et/ou pour un solvent, et d’au moins une sortie de soutirage (12), ledit réacteur comprenant au moins un moyen (7) pour assurer le déplacement du milieu réactionnel dans la section réactionnelle en forme boucle, ladite boucle comportant une pluralité de portions de conduit connectées fluidiquement entre elles dont au moins une portion droite (5,3) , tel que la ou au moins une desdites portions de conduit, notamment la ou au moins une des portions droites, loge un insert s’étendant sur au moins 50% de la longueur de ladite portion et sur au moins 50% de la section de ladite portion. Figure pour l’abrégé : Fig 1

Description

Réacteur de polymérisation à boucle

L’invention s’intéresse aux réacteurs dits à boucle de type tubulaire (« loop reactor » selon leur dénomination anglo-saxonne). Ce type de réacteur est conçu de façon que le mélange réactionnel puisse être recyclé/puisse recirculer plusieurs fois dans une section réactionnelle formant une boucle. La boucle en question peut être constituée de conduites tubulaires, notamment d’une suite de conduites tubulaires droites et coudées.

L’invention s’intéresse plus particulièrement à l’utilisation de ce type de réacteur pour opérer des réactions de polymérisation, notamment catalytique, d’oléfines comprenant 2 à 4 carbones, dits en C2-C4, afin de les convertir en oléfines supérieures, de type α-oléfines, telles que les butènes, hexènes, octènes, nonènes, décènes, qui sont des oléfines utilisées comme premiers intermédiaires pétrochimiques, le milieu réactionnel pouvant être biphasique gaz/liquide ou monophasique liquide.

L’invention vise plus particulièrement l’oligomérisation de l'éthylène en oléfines linéaires telles que le 1-butène, le 1-héxène, le 1-octène, ou un mélange d’alpha-oléfines linéaires de 1-butène à 1-dodécène, à l’aide d’un catalyseur. Il peut s’agir notamment de l’oligomérisation de l’éthylène en 1-butène et/ou 1-hexène.

Les réacteurs à boucle sont connus dans leur principe, et on pourra se reporter notamment aux brevets EP1842861 pour la polymérisation de l’éthylène et EP1316566 pour la polymérisation du propylène pour en trouver des exemples.

Dans le cas de l’oligomérisation de l’éthylène (on reprendra cet exemple de mise en œuvre dans le présent texte à titre d’illustration, sans que l’invention y soit limitée), la réaction est exothermique, ce qui nécessite de prévoir des moyens de refroidissement équipant au moins une partie de la section réactionnelle.

Que l’on utilise un réacteur fonctionnant en milieu réactionnel biphasique ou monophasique, on se heurte à une problématique commune à ce type de réaction, qui est que cette réaction d’oligomérisation génère un sous-produit solide encrassant, de nature polymérique, comme cela est notamment expliqué dans la publication de R.F. Rossouw, R.L.J. Coetzer et P.D. Pretorius « Simulation experiments for maximising the availability of a commercial octene production facility », Volume 26(1) pp.53-77 de 2010 - éditeur ORION. Ce sous-produit, bien que produit en faible quantité, tend à se déposer sur les parois de la section réactionnelle, en particulier dans la ou les zones qui sont équipées de moyens de refroidissement. Son accumulation nécessite de procéder à des nettoyages à intervalles réguliers, ce qui est contraignant.

Par ailleurs, on cherche à homogénéiser au maximum la composition du milieu réactionnel qui circule dans la boucle, et à favoriser également au maximum l’homogénéisation de sa température au sein du milieu réactionnel, notamment en favorisant les transferts thermiques au sein du milieu réactionnel dans les zones équipées de moyens de refroidissement. Ces moyens de refroidissement peuvent par exemple se présenter sous forme d’enveloppes à double paroi dans lesquelles circule un fluide de refroidissement (connues sous la dénomination anglo-saxonne de « cooling jacket »).

L’invention a alors pour objet d’améliorer le fonctionnement des réacteurs à boucle, notamment pour faciliter les transferts thermiques au sein du milieu réactionnel circulant dans la boucle et/ou pour limiter les risques d’encrassement des parois de la boucle du réacteur.

L’invention a tout d’abord un réacteur de polymérisation à boucle, comprenant une section réactionnelle en forme de boucle destinée à faire circuler dans la dite boucle un milieu réactionnel,
- ladite section réactionnelle étant munie d’une ou plusieurs entrées d’alimentation au moins pour un réactif, éventuellement pour un catalyseur et/ou pour un solvent, et d’au moins une sortie de soutirage,
- ledit réacteur comprenant au moins un moyen pour assurer le déplacement du milieu réactionnel dans la section réactionnelle en forme boucle,
- ladite boucle comportant une pluralité de portions de conduit connectées fluidiquement entre elles dont au moins une portion droite,
et tel que au moins une desdites portions de conduit, ,, loge un insert, fixe ou mobile, s’étendant sur au moins 50% de la longueur de ladite portion et sur au moins 50% de la section de ladite portion.

On comprend par insert « mobile », un insert qui est mis en mouvement soit de manière active par un dispositif dédié provoquant son mouvement, soit de manière passive sous le seul effet du mouvement de circulation du milieu réactionnel d’un bout à l’autre de la boucle

Avec l’ajout de cet ou ces inserts, il s’est avéré que le réacteur de type à boucle avait un fonctionnement amélioré d’au moins deux façons : si l’on repart de l’exemple de l’oligomérisation de l’éthylène, la réaction d’oligomérisation produit en sous-produit du polyéthylène, et, même en faible quantité, il tend à se déposer sur les parois internes de la boucle, plus particulièrement dans les zones de la boucle qui sont refroidies (réaction exothermique), qui sont généralement des portions droites de conduit de la boucle, ce qui crée un encrassement de paroi. Or cet encrassement a deux conséquences défavorables : d’une part il vient peu à peu gêner la circulation du milieu réactionnel nécessitant un nettoyage régulier entre les campagnes de production, d’autre part il vient gêner progressivement l’évacuation de la chaleur dégagée par les parois de la boucle : il vient perturber l’homogénéisation thermique du milieu réactionnel, notamment dans les zones de refroidissement par des moyens de refroidissement par l’extérieur (double paroi dans qui entoure certaines portions de la boucle avec circulation dans celle-ci d’un fluide de refroidissement) : l’encrassement diminue la capacité de transfert thermique depuis ces moyens de refroidissement vers le milieu réactionnel, et diminue les capacités d’évacuation de chaleur par les parois de la boucle.

Les inserts selon l’invention vont donc à la fois lutter contre l’encrassement des parois et favoriser les échanges thermiques au sein du milieu réactionnel, en venant créer des turbulences dans l’écoulement du milieu réactionnel, et en venant créer du cisaillement à proximité des parois.

De préférence, l’insert s’étend sur au moins 70 à 100%, notamment 80 à 95% de la longueur de la portion de conduit qui le loge, et sur au moins 70%, notamment au moins 80% et de préférence au plus 95% ou 98% de sa section.

Ainsi, si la boucle de la section réactionnelle comprend x portions de conduit droit reliées entre elles par y portions de conduit courbe, on peut avantageusement disposer les inserts dans au moins une des portions droites, notamment toutes les portions droites ou tout au moins toutes celles qui sont équipées de moyens de refroidissement, c’est-à-dire celles où le risque d’encrassement est le plus élevé. Et l’insert peut alors occuper une grande partie de la portion de conduit dans sa longueur et dans sa section transversale, de manière à maximiser son efficacité (notamment son effet de cisaillement à proximité des parois).

Selon un mode de réalisation, l’insert selon l’invention est fixé à au moins une de ses extrémités, ou à chacune de ses extrémités, dans la portion de conduit qui le loge.

Selon un autre mode de réalisation, ses extrémités sont libres.

De préférence, la mobilité de l’insert est « passive », en ce sens que l’insert va bouger/tourner sur lui-même/ se déplacer dans la portion de conduit que le loge sous l’action de la seule circulation du milieu réactionnel dans la boucle

Avantageusement, l’insert est fixé à l’une au moins de ses extrémités par un dispositif mécanique autorisant une rotation libre de l’insert, notamment autour de l’axe longitudinal de ladite portion quand ladite portion est une portion droite. Ici, l’insert est mu en rotation autour de l’axe de la portion de conduit, il tourne sur lui-même.

Le dispositif mécanique en question peut par exemple comprendre un organe formant un palier qui est fixé à la paroi interne de la portion de conduit et sur lequel est monté un tourillon en rotation libre par rapport audit palier, ledit insert étant fixé à l’une de ses extrémités audit tourillon.

La forme géométrique de l’insert peut être très variée : on cherche à ce que l’insert puisse créer au sein du milieu réactionnel autant de turbulence/cisaillement que possible, tout en limitant la perte de charge créée par sa présence dans le flux du milieu réactionnel.

Selon une variante, l’insert selon l’invention est sous forme d’une bande torsadée, de forme hélicoïdale par exemple, notamment de largeur constante ou variable.

Selon une autre variante, l’insert selon l’invention est sous forme d’une tige munie d’ailettes, notamment d’une tige orientée selon l’axe longitudinal de la portion de conduite quand elle est droite, les ailettes étant réparties de préférence de façon régulière sur la longueur de la tige, en face à face ou de façon décalée, avec une forme géométrique plane ou courbe, ou sous forme de pales à plusieurs courbures. La tige peut rester immobile, seules les ailettes étant mobiles, ou la tige peut tourner, avec les ailettes fixes - ou non - par rapport à la tige.

Selon une autre variante, l’insert selon l’invention est sous forme d’un fil en spirale notamment hélicoïdale, de type ressort.

Dans cette variante, le fil en spirale peut avoir un pas (distance d’une spire à la suivante) compris entre 10 et 100 mm, notamment entre 10 et 40 mm. Le pas peut être constant ou variable sur la longueur de la spirale. La section du fil est notamment circulaire ou carrée.

De préférence, l’insert est en un matériau d’une dureté inférieure à celle du matériau constituant les parois internes de la portion de conduit dans laquelle il est logé : ceci garantit que les parois internes du conduit où se trouve l’insert ne soient pas détériorées en cas de contact insert/parois.

De préférence, le matériau de l’insert est choisi parmi un métal ou alliage métallique comme l’acier carbone, l’acier inoxydable ou un alliage Inconel.

Avantageusement, le réacteur selon l’invention est destiné à contenir un milieu réactionnel diphasique gaz/liquide ou monophasique tout liquide.

Avantageusement, les portions de conduit de la boucle sont sous forme de conduits tubulaires, de section cylindrique ou substantiellement cylindrique.

De préférence, le diamètre de la section, quand elle est cylindrique, des portions de conduit de la boucle est compris entre 5 cm et 100 cm, notamment entre 20 et 80 ou entre 30 et 60 cm. Ce diamètre peut être constant ou variable. Ainsi, le réacteur à boucle peut comprendre des portions de conduit droites connectées entre elles par des portions coudées, avec des portions droites de conduit orientées verticalement, avec une alternance de portions droites dites « descendantes » (dans lesquelles le milieu réactionnel circule de bas en haut) et de portions droites dites « ascendantes » (dans lesquelles le milieu réactionnel circule de haut en base). Et dans ce cas, il peut être avantageux que la section (le diamètre) des portions de droites « ascendantes » soit plus grande que celle des portions de droite « descendantes »

De préférence, la longueur des portions de conduit droites de la section réactionnelle est d’au moins 5 m, elle est notamment comprise entre 10 et 100 m, par exemple entre 20 et 90 ou entre 30 et 60 m.

Dans son ensemble, la longueur de boucle peut mesurer au moins 100 mètres ou plusieurs centaines de mètres, notamment avoir une longueur d’au moins 800 à 900 m, par exemple entre 1000 et 1500 m.

De préférence, au moins une des portions de conduit de la boucle, et notamment la ou une des portions droites, est équipée de moyens de refroidissement, notamment sous forme d’une enveloppe refroidissante.

De préférence, la section réactionnelle en forme boucle comporte au moins deux portions de conduits droites, notamment parallèles ou perpendiculaires entre elles, et connectées entre elles par une portion de conduite courbe notamment en forme de coude ou de forme semi-circulaire.

L’invention a également pour objet un procédé de polymérisation, ou d’oligomérisation ou de trimérisation, d’oléfines de départ en C2-C4 en oléfines linéaires. Il peut s’agir notamment d’un procédé d’oligomérisation d’éthylène en 1-butène et/ou 1-hexène, tel que ledit procédé met en œuvre le réacteur décrit plus haut.

Avantageusement, selon le procédé de l’invention, on opère le réacteur

- sous une pression d’au moins 5.10⁵Pa, notamment comprise entre 1.10⁶et 7.10⁶Pa,
- sous une température comprise entre 20 et 150°C, et,
- de préférence avec une vitesse de milieu réactionnel circulant dans la section réactionnelle en boucle comprise entre 1 et 30 m/s.

De préférence, la vitesse superficielle de la phase liquide s’écoulant dans le réacteur est comprise entre 1 et 30 m.s^-1, de préférence entre 1 et 15 m.s^-1.

De préférence, quand le réacteur est destiné à des réactions entre réactifs dont au moins un réactif sous forme de gaz, la vitesse superficielle de la phase gazeuse avant dissolution est comprise entre 0,1 et 2 m.s^-1.

On rappelle que la vitesse superficielle est le rapport entre le débit volumique du fluide considéré par la section par laquelle passe le fluide.
A noter que dans la partie la plus amont de la boucle, dans la zone à proximité du point d’injection de la phase gazeuse, quand un des réactifs est injecté sous forme d’un gaz dans le réacteur, on a un mélange gaz/liquide, et, progressivement vers l’aval on passe à une phase entièrement liquide, car le gaz injecté réagit progressivement / se dissout progressivement dans la phase liquide.

On comprend les termes « amont » et « aval » en se référant au sens de progression du milieu réactionnel dans la boucle à partir des points d’injection des réactifs et catalyseur.

L’invention sera décrite ci-après plus en détails à l’aide d’exemples de réalisation et de figures.

Liste des figures

FIG. 1
LaFIG. 1représente un premier exemple de réacteur à boucle.

FIG. 2
LaFIG. 1représente un deuxième exemple de réacteur à boucle.

FIG. 3
LaFIG. 1représente le deuxième exemple de réacteur à boucle selon laFIG. 2, modifié selon l’invention.

FIG. 4
LaFIG. 4est un agrandissement d’une partie de laFIG. 3.

FIG. 5
LaFIG. 5est une représentation d’un insert selon l’invention.

Toutes ces figures sont extrêmement schématiques, représentent des composants qui ne respectent pas l’échelle nécessairement, et se concentrent sur les composants les plus utiles à illustrer l’invention. Les composants sont représentés dans l’espace selon un mode de fonctionnement possible.

Les mêmes références correspondent aux mêmes composants, aux mêmes flux ou autres d’une figure à l’autre.

Pour décrire l’invention en détails, les figures 1 et 2 représentent deux types différents de réacteur à boucle auxquels peut s’appliquer l’invention.

L’invention s’applique de façon analogue à tout autre type de réacteur à boucle.

L’exemple d’utilisation du réacteur à boucle de l’invention concerne l’oligomérisation de l’éthylène en présence de solvant et de catalyseur(s) :

L’oligomérisation correspond à toute réaction d’addition d’une première oléfine sur une seconde oléfine, identique ou différente de la première. L’oléfine ainsi obtenue a pour formule brute C_nH_2noù n est égal ou supérieur à 4, et est notamment linéaire (dite alpha).

A titre d’exemple, il s’agit de la réaction principale d’éthylène sur lui-même pour produire du 1-butène et/ou du 1-hexène et/ou des oligomères supérieurs. Elle inclut le cas d’une tétramérisation.

Une alpha-oléfine (ici le produit obtenu après oligomérisation) est une oléfine linéaire dont la double liaison est située en position terminale de la chaîne alkyle.

Le catalyseur homogène d’oligomérisation est par exemple un mélange (appelé aussi système catalytique) d’au moins un précurseur métallique et d’au moins un agent activateur, en présence optionnellement d’au moins un additif et éventuellement d’un solvant.

Le milieu réactionnel qui circule dans le réacteur à boucle est par exemple un mélange gaz/liquide, le solvent venant solubiliser l’éthylène et le ou les catalyseurs.

L’invention s’appliquant de façon analogue à toute autre réaction d’oligomérisation ou polymérisation, catalytique ou non.

LaFIG. 1représente un premier exemple de réacteur à boucle 1 , dans une configuration la plus simple : la boucle comporte quatre 2,3,4,5 portions de conduit droit de section cylindrique, disposées à titre d’exemple dans un plan vertical, perpendiculaires les unes aux autres, et reliées entre elles par quatre portions 6,7,8,9 coudées de même section cylindrique, pour former une boucle de forme approximativement rectangulaire aux bords arrondis (en vue de face), avec deux portions de conduit droites 3,5 opposées plus longues que les deux autres portions de conduit droites 2,4.

Le diamètre des portions de conduit peut être constant ou variable sur toute la longueur de la boucle et compris par exemple entre 20 et 60 cm

Ces conduits sont de préférence en métal ou alliage métallique.

La boucle est munie dans la portion de conduit coudée 9 d’une entrée 10 pour le solvant et le ou les catalyseurs, et dans la portion coudée 8 opposée d’une entrée 11 pour le réactif (ici par exemple l’éthylène), et d’une sortie 12 pour le produit de réaction.

Une turbine 13 assure la circulation du milieu réactionnel dans la boucle ainsi formée.

Des échangeurs thermiques, sous forme de doubles enveloppes de refroidissement 14 dans lesquelles circule un fluide de refroidissement équipent les portions de conduit droites 3 et 5 (les plus longues), de façon à contrôler l’exothermicité de la réaction.

Une fois la boucle 1 alimentée en solvant, catalyseur et éthylène (pour prendre l’exemple non limitatif de la polymérisation de l’éthylène), le milieu réactionnel tourne dans la boucle grâce à la turbine 13, avec une production progressive du produit voulu, qu’on vient soutirer par la sortie 12. L’alimentation et/ou le soutirage peuvent être continus ou discontinus. La turbine est un exemple, et peut être remplacée par tout type de pompe appropriée, comme une pompe dite à écoulement « slurry » aussi connue sous le nom de pompe de Lawrence.

LaFIG. 2représente un deuxième exemple de réacteur à boucle 1’, dans une configuration un peu différente, avec cette une boucle comportant fois cinq portions droites 21,22,23,24,25 ici à titre d’exemple disposées selon un plan vertical, parallèles entre elles et reliées par des portions de conduit semi-circulaires ou définissant une double courbure pour permettre la connexion fluidique entre deux portions droites. Cette configuration autorise à la fois une longueur de boucle importante et une grande compacité de celle-ci. . Comme vu plus haut, on préfère, pour les portions droites verticales « ascendantes » une section plus grande que pour les portions droites verticales « descendantes ». La longueur des portions droites verticales est d’au moins 10 mètres, jusqu’à 100 mètres, et la longueur totale de la boucle est de par exemple 1200 mètres.

On retrouve, comme à laFIG. 1, au moins une entrée 11 pour le réactif, une entrée 10 pour le solvant et le ou les catalyseurs et une sortie 12 pour le produit de réaction, et toutes les portions droites sont équipées d’échangeurs thermiques 14.

Ces figures 1 et 2 ne sont que des exemples de réacteur à boucle, l’invention pouvant être mise en œuvre dans tout type de réacteur à boucle, ayant notamment une configuration d’ensemble différente un nombre de portions de conduites droites différentes, des longueurs de portions de conduite différentes etc… De même, les points d’entrée et de soutirage peuvent varier dans leurs dispositions, ainsi que le nombre, la disposition et le type de moyens de refroidissement.

L’invention propose donc d’ajouter des inserts dans des réacteurs à boucle, pour améliorer l’homogénéisation du milieu réactionnel, favoriser les échanges thermiques et éviter, ou tout au moins réduire, l’encrassement des parois, notamment dans les zones les plus à risques, c’est-à-dire généralement les portions de la boucle équipés de moyens de refroidissement.

C’est ce qui est montré à laFIG. 3, qui représente le réacteur à boucle de laFIG. 2équipé selon l’invention : toutes choses égales par ailleurs par rapport au réacteur de laFIG. 2, on vient donc disposer dans chacune des portions droites de la boucle un insert 40.

Il est ici de forme hélicoïdale, son diamètre de spires correspond à au moins 80% de la section circulaire de la portion de conduite dans lequel il est disposé, et de préférence au moins 90% et d’au plus 95 ou 98%. Il s’étend sur toute la longueur de chaque portion droite de conduite, ou au moins 50 ou 80 ou 90% de cette longueur. Le fil est de section circulaire (ou carrée), de diamètre (ou diagonale) entre 1 et 3 mm. Le pas entre spires est entre 10 et 50 mm, par exemple au voisinage de 20-40 mm. Il est métallique. L’axe longitudinal de l’insert est confondu avec l’axe longitudinal de la portion de conduite où il est disposé. L’insert est fixé à son extrémité supérieure de façon à permettre sa rotation libre sous l’effet de la circulation du milieu réactionnel dans la boucle, son extrémité inférieure est libre.

LaFIG. 4est un agrandissement de laFIG. 3, dans la zone de fixation de l’extrémité supérieure de l’insert 40 : l’insert comprend un palier 41 fixé aux parois de la portion de conduite par des moyens mécaniques 42 (tout moyen mécanique connu, du type vissage, clippage, rivetage…) et un tourillon 43, le palier et le tourillon étant solidaires mais le tourillon est libre en rotation par rapport au palier. L’insert comprend un fil hélicoïdal 44 dont la partie supérieure est insérée dans le tourillon et maintenue solidaire de ce dernier, le fil se terminant en une extrémité 44a plus large que l’orifice pratiqué dans le tourillon pour y faire passer le fil, pour bloquer en position, longitudinalement, la partie du fil insérée dans le tourillon.

On comprend donc (flèche circulaire sur laFIG. 4) que, lorsque le milieu réactionnel circule, le fil 44 tourne autour de l’axe longitudinal de la conduite, et crée dans le milieu réactionnel un brassage/ des turbulences supplémentaires. Il tourne à proximité des parois de la conduite, en venant « racler » les parois (sans les toucher de préférence), ce qui a pour effet de limiter l’encrassement des parois, donc de diminuer la fréquence de nettoyage des parois, et de favoriser les échanges thermiques entre le mélange réactionnel et les moyens de refroidissement.

Ce type d’insert peut être disposé, de façon analogue dans les portions droites verticales 3 et 5 du réacteur représenté à laFIG. 1.

La configuration d’un insert en forme de ressort est particulièrement avantageuse, car il assure un bon brassage tout en limitant les pertes de charge induites par sa présence.

Naturellement, l’insert selon l’invention peut prendre d’autres formes : un ressort de pas différent, une bande torsadée, une tige avec des ailettes de toutes formes (en forme de rosaces, de pales, disposées selon la tige en vis-à-vis ou décalées…).
Une variante d’insert de type bande torsadée 40’ est ainsi représentée à laFIG. 5,

Il peut aussi être fixé à aucune ou aux deux de ses extrémités, tant qu’il est apte à être mobile sous l’effet de la circulation du milieu réactionnel. Il peut aussi être configuré de façon à rester fixe, par exemple en étant fixé de façon rigide à chacune de ses extrémités.

Notamment quand il équipe des portions de conduit droites et orientées sensiblement verticalement, on tend à privilégier une fixation sur son bord supérieur pour les portions « descendantes » et une fixation à chacun de ses bords pour les portions « ascendante ».

Comme vu plus haut, les portions de conduit à équiper d’inserts peuvent être d’une grande longueur, de plusieurs mètres à plusieurs dizaines de mètres. Dans ce cas, on peut prévoir que l’insert soit en plusieurs parties, qu’on vient assembler les unes aux autres pour obtenir l’insert de la longueur voulue, l’assemblage pouvant se faire avant de les insérer dans le conduit, ou une fois chacune des parties d’insert insérée dans le conduit. On peut ainsi concevoir des portions d inserts de longueur standard, qu’on vient assembler en x portions pour atteindre la longueur d’insert voulue.

L’insert peut aussi être fixé différemment, par exemple pas par des fixations mécaniques sur les parois internes des conduits, mais sur les parois externes des conduits ou autres.

L’insert peut aussi n’équiper que certaines des portions de conduit, et pas uniquement celles équipées de moyens de refroidissement.

L’insert peut aussi avoir une configuration qui le rend aussi opérationnel dans des portions de conduit courbes/coudées.

Exemples

Pour illustrer les avantages de la présente invention, on présente ci-dessous les estimations obtenues avec l'invention pour un procédé de trimérisation de l’éthylène en 1-hexène d’une capacité de 90 KTA (kilo-tonne-an) de 1-hexène. Les conditions opératoires sont résumées ci-dessous :
- Nombre de passe : 9
- Longueur par passe : 100 m
- Température opération : 135°C
- Pression opération : 60 bars (6. 10⁶Pa)
- Catalyseur : à base de Chrome, concentration 1.11 ppm poids
- Débit Ethylène : 5.2 kg/s
- Débit Solvant : 7.75 kg/s
- Conversion éthylène : 63.2%
- Sélectivité en 1-hexène : 95.1%
- Insert en forme spirale hélicoïdale : diamètre fil 2mm, pas 45mm, matériau inox, effet rotatif

Les coefficients de transfert de chaleur côté tube obtenus dans les sections droites avec et sans inserts sont :
- Coefficient de transfert de chaleur côté tube avec mise en place d’insert : 879 W/m²/K
- Coefficient de transfert de chaleur côté tube sans insert : 481 W/m²/K

L’invention permet ainsi d’améliorer le transfert de chaleur convectif de +30% (au moins) et de réduire le taux d’encrassement par dépôt de polyéthylène sur la paroi d’un facteur 2 (au moins) . Les gains combinés permettent ainsi d’augmenter le coefficient de transfert de 82% (au moins) lorsque l’insert est mis en place.

Claims

Réacteur (1) de polymérisation à boucle, comprenant une section réactionnelle en forme de boucle destinée à faire circuler dans la dite boucle un milieu réactionnel, ladite section réactionnelle étant munie d’une ou plusieurs entrées (11) d’alimentation au moins pour un réactif, éventuellement pour un catalyseur et/ou pour un solvent, et d’au moins une sortie de soutirage (12), ledit réacteur comprenant au moins un moyen (7) pour assurer le déplacement du milieu réactionnel dans la section réactionnelle en forme boucle, ladite boucle comportant une pluralité de portions de conduit connectées fluidiquement entre elles dont au moins une portion droite (5,3 20,22,23,25) caractérisé en ce que la ou au moins une desdites portions de conduit, notamment la ou au moins une des portions droites, loge un insert, fixe ou mobile, (40,40’) s’étendant sur au moins 50% de la longueur de ladite portion et sur au moins 50% de la section de ladite portion.
Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’insert (40,40’) s’étend sur au moins 70 à 100%, notamment 80 à 95% de la longueur de la portion de conduit qui le loge, et sur au moins 70%, notamment au moins 80% et de préférence au plus 95% ou 98% de sa section.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’insert (40,40’) est fixé à au moins une de ses extrémités, ou à chacune de ses extrémités, dans la portion de conduit qui le loge.
Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’insert (40,40’) est fixé à l’une au moins de ses extrémités par un dispositif mécanique autorisant une rotation libre de l’insert, notamment autour de l’axe longitudinal de ladite portion quand ladite portion est une portion droite.
Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le dispositif mécanique comprend un organe formant un palier (41) qui est fixé à la paroi interne de la portion de conduit (23) et sur lequel est monté un tourillon (43) en rotation libre par rapport audit palier, ledit insert étant fixé à l’une de ses extrémités audit tourillon.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’insert est sous forme d’une bande torsadée (40’), notamment de largeur constante ou variable.
Réacteur (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’insert (40,40’) est sous forme d’une tige munie d’ailettes, notamment d’une tige orientée selon l’axe longitudinal de la portion de conduite quand elle est droite, les ailettes étant réparties de préférence de façon régulière sur la longueur de la tige, en face à face ou de façon décalée, avec une forme géométrique plane ou courbe, ou sous forme de pales à plusieurs courbures.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’insert est sous forme d’un fil en spirale (40) notamment hélicoïdale, de type ressort
Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’insert est un fil en spirale (40) dont le pas est compris entre 10 et 100 mm, notamment entre 10 et 40 mm, le pas étant constant ou variable sur la longueur de la spirale, la section du fil étant notamment circulaire ou carrée.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’insert (40,40’) est en un matériau d’une dureté inférieure à celle du matériau constituant les parois internes de la portion de conduit dans laquelle il est logé, de préférence en un matériau choisi parmi un métal ou alliage métallique comme l’acier carbone, l’acier inoxydable ou un alliage Inconel.
Réacteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit réacteur (1) est destiné à contenir un milieu réactionnel diphasique gaz/liquide ou monophasique tout liquide.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les portions de conduit de la boucle sont sous forme de conduits de section cylindrique, le diamètre de la section cylindrique des portions de conduit de la boucle étant de préférence compris entre 5 et 100 cm, notamment entre 20 et 80 ou entre 30 et 60 cm.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur des portions de conduit droites de la section réactionnelle est d’au moins 5 mètres, notamment comprise entre 10 et 100 mètres ou entre 20 et 80 mètres.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins une des portions de conduit de la boucle, et notamment la ou une des portions droites, est équipée de moyens de refroidissement (14), notamment sous forme d’une enveloppe refroidissante.
Réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section réactionnelle en forme boucle comporte au moins deux portions de conduits droites (20,25) , notamment parallèles ou perpendiculaires entre elles, et connectées entre elles par une portion de conduite courbe (27) notamment en forme de coude ou de forme semi-circulaire.
Procédé de polymérisation ou oligomérisation ou de trimérisation, d’oléfines de départ en C2-C4 en oléfines linéaires, notamment procédé d’oligomérisation d’éthylène en 1-butène et/ou 1-hexène, caractérisé en ce que ledit procédé met en œuvre le réacteur (1) selon l’une des revendications précédentes.