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WO2025056356A1 - Ensemble de collecte d'un fluide gazeux - Google Patents

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WO2025056356A1
WO2025056356A1 PCT/EP2024/074494 EP2024074494W WO2025056356A1 WO 2025056356 A1 WO2025056356 A1 WO 2025056356A1 EP 2024074494 W EP2024074494 W EP 2024074494W WO 2025056356 A1 WO2025056356 A1 WO 2025056356A1
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WO
WIPO (PCT)
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collection
reactor
zone
gaseous
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/EP2024/074494
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English (en)
Inventor
Mathieu LAFONTAINE
Victorian GAZEYEFF
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Axens SA
Original Assignee
Axens SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Axens SA filed Critical Axens SA
Publication of WO2025056356A1 publication Critical patent/WO2025056356A1/fr
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
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    • C10G11/00—Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
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    • B01J2208/00796—Details of the reactor or of the particulate material
    • B01J2208/00893—Feeding means for the reactants
    • B01J2208/0092—Perforated plates

Definitions

  • the present invention relates to a gaseous fluid collection assembly for moving catalytic bed reactors having radial circulation of the feedstock, which involves flow through a catalytic bed in a set of directions corresponding to rays oriented from the periphery towards the centre.
  • the present invention also relates to a radial bed reactor comprising a gaseous reaction effluent collection assembly.
  • the invention relates, for example, to a method for catalytic conversion of a hydrocarbon feedstock using a radial bed reactor.
  • the reaction unit (comprising one or more reactors in series) most representative of this type of radial flow is a unit for the regenerative reforming of hydrocarbon cuts of the gasoline type, which can be defined as having a distillation interval of between 80 and 250°C.
  • the field of application of the present invention is broader, and in addition to the catalytic reforming of gasolines, we can cite the skeletal isomerization of various olefinic cuts in O4, O5, or the metathesis process for the production of propylene, for example.
  • This list of processes is not exhaustive, and the present invention can be applied to any type of catalytic process with radial flow and gaseous feedstock.
  • processes for the dehydration of alcohol to alkenes for example, can use this type of technology.
  • Patent EP3064268 discloses a collection assembly for a gaseous fluid capable of being arranged in a moving catalyst bed reaction section of a radial reactor, said collection assembly comprising a vertical cylindrical grid permeable to the gaseous fluid and impermeable to the catalyst particles, and a vertical cylindrical tube supported by said grid and arranged concentrically with respect thereto.
  • the tube, permeable to the gaseous fluid and impermeable to the catalyst particles comprises one or more zones permeable to the gaseous fluid comprising a plurality of through-holes and a plurality of zones with reduced permeability to the gaseous fluid relative to the zone permeable to the gaseous fluid.
  • tubular “grid” within the meaning of the invention includes in its definition a simple grid, but also any similar component (grid in the strict sense or conduit provided with openings).
  • the reactor 1' is different from the reactor T; the annular-shaped collection zone Z2 is still closed at its upper end and opens at its lower end into a withdrawal conduit 12, and this time the cylindrical-shaped collection zone Z1 is also closed at its upper end, and opens at its lower end into a 13' draw-off pipe.
  • one of the two withdrawal pipes 12 is closed while the other pipe 13, 13' is open.
  • the collection assembly according to the invention therefore makes it possible to optimize the pressure drop of the reactor required according to the operating phases of the reactor.
  • operating phase is understood to mean a period of use of the reactor during which at least one of the following parameters has been modified compared to the previous period of use: nature of the gaseous fluid (chemical composition or molecular structure), temperature, pressure, flow rate of the gaseous fluid.
  • a catalytic conversion operating phase is characterized in particular by the fact that the gaseous fluid that is introduced is chemically different from that sent during the catalyst regeneration phase (hydrocarbons vs O2).
  • the regeneration phase can include two or more operating phases.
  • a first operating phase can be applied where a first regeneration gas (for example oxygen) is injected followed by a second operating phase where the catalyst is reduced in the presence of a second gas (for example hydrogen).
  • the pressure drop produced by the internal collection tube 11 is greater than that produced by the external collection tube 10, in particular at least 1.5 or at least 2 times or at least 3 times greater (and preferably at most 5 times).
  • the diameter of the outer tube 10 according to the invention may typically be between 600 and 2000 mm, preferably between 750 and 1300 mm, inclusive.
  • the length of the outer tube 10 covers the height of the catalytic bed 7 and may typically be between 1000 mm and 15000 mm, preferably between 2000 mm and 10000 mm.
  • the diameter of the inner tube 11 according to the invention may typically be between 200 mm and 1000 mm, preferably between 350 mm and 850 mm, inclusive.
  • the length of the inner tube 11 covers the height of the catalytic bed 7, and may typically be between 1000 mm and 15000 mm, preferably between 2000 mm and 10000 mm.
  • the thickness of the grid 9, which is a perforated cylindrical plate, may be between 4 mm and 16 mm, preferably between 6 mm and 10 mm, terminals included.
  • the grid 9 and tubes 10 and 11 can be made from a perforated sheet metal whose perforation size is chosen to allow only the gas to pass through (and not the catalyst particles).
  • Comparative example 1 works with the collection system according to figure 1, with a single perforated tube inserted into the grid 9, and therefore a single collection zone.
  • Example 2 according to the invention operates with the collection system according to the invention, as shown in Figures 3 and 4.
  • a reactor according to the invention operates as a catalytic conversion reactor (first operating phase) then as an in situ catalyst regeneration reactor (second phase). operating), that is to say that the operating phases of conversion and regeneration take place in the same reactor without unloading the catalyst.
  • the inner tube 11 is sized differently (for example with smaller openings and/or a smaller number of perforations per square meter) from the outer tube 10, in order to establish an additional pressure drop within the reactor T.

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Abstract

La présente invention concerne un ensemble de collecte d'un fluide gazeux apte à être disposé dans une section réactionnelle comprenant un lit de catalyseur d'un réacteur radial (1') et comprenant une grille tubulaire (9), un tube de collecte externe (10), et - un tube de collecte interne (11) ledit tube interne étant disposé dans le tube externe, lui-même disposé dans la grille tubulaire, lesdits tubes et ladite grille étant disposés selon le même axe, chacun des tubes interne et externe comportant des ouvertures, l'espace entre les deux tubes externe et interne (10,11) formant une première zone de collecte (Z2) et l'espace dans le tube interne (11) formant une deuxième zone de collecte (Z1), chacune des zones de collecte (Z1,Z2) étant fermée à l'une de ses extrémités et débouchant à l'autre de ses extrémités dans un moyen de sortie d'effluent gazeux équipé d'un moyen d'obturation amovible.

Description

ENSEMBLE DE COLLECTE D'UN FLUIDE GAZEUX
Domaine technique
La présente invention concerne un ensemble de collecte d'un fluide gazeux pour des réacteurs en lit catalytique mobile présentant une circulation radiale de la charge, qui implique un écoulement à travers un lit catalytique selon un ensemble de directions correspondant à des rayons orientés depuis la périphérie vers le centre. La présente invention a également pour objet un réacteur à lit radial comprenant un ensemble de collecte d'effluent réactionnel gazeux. Enfin l'invention se rapporte par exemple à un procédé de conversion catalytique d'une charge d'hydrocarbures mettant en œuvre un réacteur à lit radial.
Technique antérieure
L’unité réactionnelle (comprenant un ou plusieurs réacteurs en série) la plus représentative de ce type d'écoulement radial est une unité de reformage régénératif des coupes hydrocarbures de type essences qu'on peut définir comme ayant un intervalle de distillation compris entre 80 et 250°C. Mais le domaine d'application de la présente invention est plus large, et on peut citer en plus du reformage catalytique des essences, l'isomérisation squelettale de diverses coupes oléfiniques en 04, 05, ou encore le procédé de métathèse pour la production de propylène par exemple. Cette liste de procédé n'est pas exhaustive, et la présente invention peut s'appliquer à tout type de procédé catalytique à flux radial et charge gazeuse. Ainsi dans le cadre des nouvelles technologies de l'énergie, les procédés de déshydratation d’alcool vers des alcènes, par exemple, peuvent utiliser ce type de technologie.
Il est connu du brevet EP3064268 un ensemble de collecte d'un fluide gazeux apte à être disposé dans une section réactionnelle à lit mobile de catalyseur d'un réacteur radial, ledit ensemble de collecte comprenant une grille cylindrique verticale perméable au fluide gazeux et imperméable aux particules de catalyseur, et un tube cylindrique vertical supporté par ladite grille et disposé de manière concentrique par rapport à celle-ci. Le tube, perméable au fluide gazeux et imperméable aux particules de catalyseur, comprend une ou plusieurs zones perméables au fluide gazeux comportant une pluralité de trous traversant et une pluralité de zones à perméabilité réduite au fluide gazeux par rapport à la zone perméable au fluide gazeux. Chaque zone à perméabilité réduite présente une porosité plus faible que celle d'une zone dite perméable. La porosité d'une zone est définie par le rapport entre la surface perméable totale de ladite zone et la surface totale développée par ladite zone. Selon l'enseignement de ce brevet, la porosité d'une zone à perméabilité réduite est comprise entre 0 et 0,005, étant entendu qu'une zone à perméabilité réduite exclut tout espace compris entre les trous traversant de la ou des zones perméables.
Cette conception du moyen de collecte avec un tube perforé présentant une ou plusieurs zones à perméabilité réduite associé à la grille est très intéressante, car elle permet de contrôler la perte de charge au niveau de la grille : en jouant sur la porosité du tube perforé, il est possible de générer différentes pertes charges sur la hauteur de la grille de collecte et donc d'adapter les pertes de charge en fonction de cette hauteur. En outre, il s’est avéré que la présence de ces zones à perméabilité réduite sur le tube permet aussi de réduire le blocage du catalyseur contre la grille par rapport à une simple grille ne comportant pas de tube associé.
Cependant, cette conception est encore susceptible d’améliorations. En effet, la conception du moyen de collecte à intégrer au réacteur, notamment la façon dont le tube est perforé, est adaptée spécifiquement en fonction d’un seul type de réactif gazeux de type hydrocarboné, en fonction de la conversion voulue et des conditions opératoires visées pour ce faire (température, pression, débit ...).
Or on peut vouloir davantage de flexibilité dans le mode de collecte. En effet, on peut avoir besoin d’opérer le réacteur de type radial avec plusieurs fluides entrants différents ou selon des modes opératoires différents, alors que la combinaison de la grille et de son tube performé répond de façon optimale à un type de gaz/ à un point de fonctionnement du réacteur.
Le but de l’invention est alors de mettre au point un moyen de collecte d’effluent gazeux d’un réacteur de type radial qui soit amélioré, et qui, notamment, permette de fonctionner de façon satisfaisante avec au moins deux types de réactif/effluent gazeux et/ou avec au moins deux points de fonctionnement différents.
Résumé de l’invention
L’invention a tout d’abord pour objet un ensemble de collecte d'un fluide gazeux apte à être disposé dans une section réactionnelle comprenant un lit de catalyseur d'un réacteur radial, ledit réacteur étant disposé selon un axe longitudinal, ledit ensemble de collecte comprenant une grille tubulaire, notamment cylindrique, prévue pour être disposée selon ledit axe longitudinal, ladite grille étant perméable au fluide gazeux et imperméable aux particules de catalyseur, tel que ledit ensemble de collecte comprend également :
- un tube de collecte externe, de préférence cylindrique, et
- un tube de collecte interne, de préférence cylindrique, ledit tube interne étant disposé dans le tube externe, lui-même disposé dans la grille tubulaire, lesdits tubes et ladite grille étant disposés selon le même axe, chacun des tubes interne et externe comportant des ouvertures pour être perméable au fluide gazeux et imperméable aux particules de catalyseur, l’espace entre les deux tubes externe et interne formant une première zone de collecte et l’espace dans le tube interne formant une deuxième zone de collecte, chacune des zones de collecte étant fermée à l’une de ses extrémités longitudinales et débouchant à l’autre de ses extrémités longitudinales dans un moyen de sortie d’effluent gazeux qui est équipé d’un moyen d’obturation amovible, ledit moyen d’obturation amovible présentant au moins une position d’ouverture et une position de fermeture dudit moyen de sortie.
Cet ensemble de collecte est ainsi une amélioration de celui décrit dans le brevet précité EP3064268 : en prévoyant d’insérer non pas un mais deux tubes perméables aux gaz dans la grille cylindrique, l’ensemble de collecte selon l’invention différencie deux zones de collecte distinctes, qui peuvent être opérationnelles alternativement selon que le moyen d’obturation associé est en position d’ouverture ou de fermeture. Chacune des zones de collecte va ainsi pouvoir être dimensionnée et conçue pour collecter un type donné d’effluent gazeux de façon optimale.
Or c’est très avantageux, notamment dans le cas où le réacteur est un réacteur destiné à convertir par réaction catalytique une charge sous forme un gaz d’hydrocarbure(s), mais qu’il connaît aussi des périodes de régénération in situ de son catalyseur par écoulement à travers du lit catalytique d’un gaz de régénération, qui n’est généralement pas à base d’hydrocarbures, et qui est par exemple de l’oxygène O2, de l’hydrogène H2, de l’azote N2, de l’eau H2O ou du gaz carbonique type COX : les hydrocarbures d’un côté, le gaz de régénération de l’autre, présentent des caractéristiques chimiques bien différentes, des densités différentes, outre, éventuellement, des grandeurs physiques différentes (température, pression...), donc des propriétés d’écoulement différentes.
On peut aussi rencontrer un autre cas de figure, qui est celui où le réacteur peut alternativement traiter par conversion catalytique des charges de type hydrocarbonées qui sont différentes, soit par leur composition, soit par une grandeur physique au moins (température, pression, débit...).
On peut aussi rencontrer un autre cas de figure, qui est celui où le réacteur est un réacteur dédié à la régénération de catalyseur, avec la nécessité d’opérer avec plusieurs types de gaz successivement. Or, jusque-là, on cherchait à optimiser la conception du réacteur radial, pour permettre une distribution aussi homogène que possible d’un fluide gazeux dans le réacteur, celui qui est principalement celui traité par le réacteur. Dans le cas d’un réacteur de conversion d’une charge de type hydrocarbure(s) avec régénération in situ, la conception du réacteur, et notamment de son système de collecte des effluents gazeux, va être réalisée spécifiquement pour optimiser la distribution de cette charge et de l’effluent qui résulte de sa conversion catalytique. Concrètement, on va choisir le dimensionnement approprié des différents organes du réacteur pour maîtriser la perte de charge globale du gaz à traiter/converti dans le réacteur. Pour ce faire, on va par exemple dimensionner la taille de la zone de collecte, le niveau de perméabilité de la grille de distribution et du tube de collecte perméable inséré dans ladite grille.
On comprend alors que si on a ajusté la conception du réacteur pour une charge spécifique, dite charge principale, si on change le gaz entrant, par exemple si on passe à un gaz de régénération ou à une charge autre dite alternative, la conception du réacteur n’est plus optimale pour ce gaz différent de la charge principale, car leurs propriétés d’écoulement diffèrent largement. De fait, quand le réacteur est alimenté avec un autre gaz, comme un gaz de régénération, il peut être nécessaire d’augmenter significativement le débit de ce gaz de régénération pour maintenir sa distribution homogène à travers le lit catalytique, ce qui est coûteux, et oblige à stocker une quantité importante de ce gaz de régénération sur la ligne de production, ce qui n’est pas souhaitable.
La solution de l’invention est à la fois simple et efficace : avec deux zones de collecte distinctes, dont on peut différencier la conception, on va pouvoir avoir deux points de fonctionnement optimaux, pour deux charges différentes et non une seule. Et l’ajout d’une zone de collecte supplémentaire faite dans l’invention ne complexifie pas, ou pas notablement, la conception et le mode de fonctionnement du réacteur, puisqu’il suffit d’ajouter un tube supplémentaire au système de collecte connu, pour créer ces zones de collecte différentes, en gardant le même dimensionnement global pour l’ensemble de collecte.
Il est à noter que l’ensemble de collecte peut prévoir non pas deux zones de collecte, mais trois ou plus : on prévoit alors d’ajouter encore un ou deux tubes perméables dans le volume délimité par la grille tubulaire, de façon à avoir une série de trois ou quatre tubes orientés selon le même axe, et de préférence coaxiaux : on aura alors une première zone de collecte définie par le volume du tube le plus interne, et plusieurs zones de collecte annulaires successives délimitées par les volumes entre deux tubes adjacents. La conception d’un tel ensemble de collecte sera plus complexe mais permettra d’ajuster son fonctionnement non pas à deux types de gaz, mais trois ou quatre. On peut aussi prévoir que ces tubes additionnels soient amovibles, et ajoutés ou retirés selon les besoins.
Il est également à noter que la « grille » tubulaire au sens de l’invention inclut dans sa définition une simple grille, mais aussi tout composant analogue (grille au sens strict ou conduit muni d’ouvertures).
On peut aussi souligner que l’invention selon l’invention peut être mise en œuvre soit dans les réacteurs neufs, soit dans des réacteurs déjà opérationnels et auxquels on vient ajouter un composant du système de collecte, ou dans lequel on vient remplacer un ensemble de collecte conventionnel par un ensemble de collecte selon l’invention.
Avantageusement, la grille tubulaire, le tube externe et le tube interne de l’invention sont disposés de façon coaxiale et sont tous cylindriques, la première zone de collecte étant de fait annulaire et la deuxième zone de collecte étant cylindrique. Ce mode de réalisation est le plus simple, avec une forme cylindrique pour les trois composants, et des zones de collecte de forme géométrique différente.
L’invention peut prévoir d’autres modes de réalisation, par exemple une section de l’un moins des trois composants (grille, tube interne, tube externe) qui ne soit pas de section ronde, mais ovale par exemple, ou de la même forme géométrique que celle de l’enceinte du réacteur dans laquelle ils sont disposés, ou dont la section n’est pas constante sur toutes leurs hauteurs respectives (selon leur axe longitudinal).
Le tube externe peut être lié mécaniquement à la grille tubulaire, et le tube interne peut être lié mécaniquement à la grille cylindrique et/ou au tube externe : avec une telle conception, les trois composants sont solidarisés mécaniquement pour que l’ensemble de collecte soit plus facile à disposer dans le réacteur, et qu’on s’assure qu’ils soient de fait bien positionnés les uns par rapport aux autres : ils peuvent être préassemblés puis insérés en un bloc dans le réacteur. A noter que la solidarisation mécanique peut être réalisée par des moyens de fixation définitifs (soudure, rivetage) ou amovibles (systèmes mécaniques de verrouillage/déverrouillage), le second cas permettant de remplacer un des tubes en cas de problème sans avoir à changer l’ensemble des trois composants.
Avantageusement, le dimensionnement et/ou le nombre et/ou la répartition des ouvertures du tube interne est/sont différent(s) de ceux des ouvertures du tube externe. C’est en modulant les différentes ouvertures pour les deux tubes qu’on va en effet pouvoir régler la perte de charge appropriée pour chacun des effluents qui va être collecté puis soutiré depuis l’une ou l’autre des zones de collecte, en fonction de ses propriétés d’écoulement. De même, on peut ajuster le volume/dimensionnement respectif de chacune des zones de collecte. Ainsi, avantageusement, on peut prévoir que le ratio du diamètre interne du tube externe sur le diamètre interne du tube interne soit d’au moins 1,2, notamment d’au moins 1,5 ou d’au moins 2 et de préférence d’au plus 4 ou d’au plus 3.
De préférence, les moyens de sortie d’effluent gazeux sont des conduits (un conduit ou un ensemble de conduits, dont des tronçons peuvent être montés en série ou en parallèle), et les moyens d’obturation amovible peuvent être des vannes disposées dans lesdits conduits, pilotables manuellement et/ou de façon automatisée ou semi-automatisée.
L’invention a également pour objet un réacteur à circulation radiale de fluide gazeux comprenant:
- une enveloppe externe formant une enceinte s'étendant selon un axe longitudinal, notamment vertical,
- un ensemble de collecte d’un fluide gazeux tel que décrit plus haut, dont la grille tubulaire est disposée selon ledit axe longitudinal dans ladite enceinte, entre l’enveloppe externe et le tube externe, de manière à définir une zone annulaire de distribution du fluide gazeux comprise entre l’enveloppe et la grille tubulaire et une zone catalytique annulaire à lit de catalyseur comprise entre la grille cylindrique et le tube externe;
- des moyens d'entrée de fluide gazeux en connexion fluidique avec la zone annulaire de distribution;
- un premier moyen de sortie d’effluent gazeux en connexion fluidique avec l’une des extrémités de la première zone de collecte et équipé d’un premier moyen d’obturation amovible;
- un deuxième moyen de sortie d’effluent gazeux en connexion fluidique avec l’une des extrémités de la deuxième zone de collecte et équipé d’un deuxième moyen d’obturation amovible.
De préférence, en opération, un des moyens d’obturation amovible est en position d’obturation quand l’autre des moyens d’obturation amovible est en position d’ouverture : ainsi, on peut « activer » l’une ou l’autre des deux zones de collecte, selon le type de gaz entrant dans le réacteur/sortant du réacteur, en fermant la sortie de gaz de l’une d’elles et en ouvrant la sortie de gaz de l’autre zone. On « force » ainsi le gaz à venir diffuser dans la zone de collecte qui a été conçue spécifiquement pour lui, de façon à assurer la perte de charge optimale pour le gaz considéré.
Avantageusement, le réacteur selon l’invention comprend des moyens de pilotage des moyens d’obturation amovibles, lesdits moyens étant manuels, automatisés ou semi- automatisées, notamment des moyens sous forme de dispositifs informatiques/électroniques avec de préférence, dans ce cas, une interface manuelle pour pouvoir repasser en pilotage manuel le cas échéant.
Avantageusement, les moyens d’obturation amovibles peuvent simplement être des vannes notamment des électrovannes, disposées dans des moyens de sortie de fluide gazeux sous forme de conduits.
De préférence, l’ensemble de collecte selon l’invention, dont la grille tubulaire et les tubes interne et externe, s’étend sur au moins 80% de la hauteur de la zone catalytique annulaire, notamment toute sa hauteur, et de préférence sur au moins 80% de la hauteur totale de l’enceinte du réacteur.
Le réacteur selon l’invention peut être un réacteur de réformage catalytique d’hydrocarbures en lit fixe, ou un réacteur de déshydratation d’alcools en oléfines, ou un réacteur de régénération de catalyseur de craquage catalytique ou de réaction Fischer-Tropsch.
On peut citer, à titre d’exemples, des procédés de reformage catalytique décrits dans les brevets FR3014894, FR3090007 ou FR3120076.
On peut citer, à titre d’exemple, des procédés de déshydratation d’alcools décrits dans les brevets W02013/011208 et WO2014/083260.
L’invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre du réacteur décrit plus haut, et selon lequel :
- on injecte alternativement un premier fluide gazeux et un deuxième fluide gazeux dans le réacteur, et, à chaque alternance,
- on fait passer un des moyens d’obturation amovible d’une position d’ouverture à une position de fermeture et l’autre moyen d’obturation amovible d’une position de fermeture à une position d’ouverture, chacun des effluents gazeux issus du premier et du deuxième fluide gazeux étant collecté par sa zone de collecte et soutiré par son moyen de sortie.
On a ainsi deux modes de collecte distincts, pour deux types distincts d’effluents gazeux, de façon que les deux types d’effluent soient collectés puis soutirés avec les conditions les meilleures, même s’ils diffèrent significativement dans leurs propriétés/nature chimique . Le réacteur a ainsi (au moins) deux phases opératoires différents, avec deux modes de collecte différents, l’une pouvant correspondre à la phase de conversion catalytique d’une charge gazeuse donnée, l’autre à la régénération du catalyseur avec un gaz dont les caractéristiques peuvent être très différentes. Comme évoqué plus haut, il est aussi envisageable d’avoir non pas deux mais trois ou quatre zones de collecte distinctes, ce qui offre alors trois ou quatre modes de collecte différents, et trois ou quatre phases opératoires différentes, dont la succession peut varier et s’adapter aux besoins.
L’invention a également pour objet un procédé de mise en œuvre du réacteur décrit plus haut, et selon lequel : on injecte dans l’enceinte du réacteur un premier fluide gazeux traversant la zone catalytique depuis la zone de distribution de manière radiale vers le centre du réacteur, a) on collecte un premier effluent gazeux dans une zone de collecte choisie parmi la première et la deuxième zone de collecte, b) on soutire le premier effluent gazeux après passage dans l’une des première et deuxième zones de collecte par le moyen de sortie en connexion fluidique avec ladite zone de collecte dont les moyens d’obturation amovibles sont en position d’ouverture, c) on arrête l’injection du premier fluide gazeux, d) on injecte dans l’enceinte du réacteur un deuxième fluide gazeux traversant la zone catalytique depuis la zone de distribution de manière radiale vers le centre du réacteur, e) on collecte un deuxième effluent gazeux dans une zone de collecte choisie parmi la première et la deuxième zone de collecte et différente de la zone de collecte choisie pour l’étape b) f) on soutire le deuxième effluent gazeux après passage dans la zone de collecte de l’étape f) par le moyen de sortie en connexion fluidique avec ladite zone de collecte dont les moyens d’obturation amovibles sont en position d’ouverture.
Dans le procédé selon l’invention, de préférence, un des moyens d’obturation amovibles est en position d’ouverture, l’autre desdits moyens d’obturation amovibles est en position de fermeture : le gaz à soutirer est donc contraint de traverser l’une ou l’autre des zones de collecte avec une seule sortie de soutirage ouverte à la fois pendant le fonctionnement du réacteur.
Le premier et le deuxième fluides gazeux peuvent présenter:
- une composition chimique différente, avec notamment un des fluides gazeux sous forme de composés hydrocarbonés destinés à être convertis par réaction catalytique et donc transformés au moins en partie en d’autre(s) composé(s) hydrocarboné(s), et l’autre fluide gazeux étant non carboné, notamment destiné à régénérer le catalyseur du lit catalytique,
- et/ou une structure moléculaire différente, - et/ou au moins une grandeur physique différente, notamment une température, une pression ou un débit différent.
L’invention a également pour objet l’utilisation du réacteur décrit plus haut pour, en alternance,
- convertir par réaction catalytique un premier fluide gazeux hydrocarboné, et
- régénérer in situ le catalyseur avec un deuxième fluide gazeux, notamment non hydrocarboné.
A noter que dans tout le présent texte, on comprend qu’il y a un ou plusieurs types de fluide gazeux entrant dans le réacteur, et que, au sein du réacteur, au moins un de ces types de fluide est destiné à être converti au moins en partie en un autre type de fluide : le fluide gazeux soutiré du réacteur, appelé effluent gazeux, peut donc avoir une composition/des caractéristiques différentes. Ainsi une charge de fluide gazeux entrant sous forme de composés hydrocarbonés sera ensuite soutirée sous forme d’un effluent pouvant contenir une partie de charge non réagie et un ou des composés hydrocarbonés issus de la réaction catalytique. De même, un gaz de régénération contenant par exemple de l’oxygène ou de l’hydrogène entrant peut ensuite être soutiré sous forme d’un gaz appauvri en oxygène ou hydrogène, ou sous forme d’un gaz modifié chimiquement du fait de son contact avec le catalyseur à régénérer.
Donc le terme de fluide gazeux dans le présent texte peut indifféremment désigner la charge entrante ou l’effluent sortant, selon le contexte, sauf précision contraire ; que l’on considère l’un ou l’autre, l’invention s’applique pour des caractéristiques différentes entre les deux fluides gazeux entrant (charge entrante) ou entre les deux fluides gazeux soutirés (effluent).
D'autres caractéristiques et avantages du système et du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisation, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures
La figure 1 représente une vue en perspective avec une coupe partielle d’un réacteur radial selon un art antérieur.
La figure 2 représente une vue d’une section selon un plan horizontal d’un réacteur orienté verticalement et comprenant l’ensemble de collecte d’un réacteur radial selon l’invention. La figure 3 représente une vue en coupe d’un premier mode de réalisation d’un réacteur radial comportant un ensemble de collecte de gaz selon l’invention, selon un plan vertical passant par l’axe longitudinal du réacteur.
La figure 4 représente une vue en coupe d’un deuxième mode de réalisation d’un réacteur radial comportant un ensemble de collecte de gaz selon l’invention, selon un plan vertical passant par l’axe longitudinal du réacteur.
Les figures sont très schématiques, ne respectent pas nécessairement l’échelle entre les différents composants représentés. Les références identiques d’une figure à l’autre se rapportent au même composant.
Les composants sont représentés, sauf précision contraire, en position d’opération du réacteur, l’axe longitudinal du réacteur étant vertical. Les termes d’indication spatiale du type « haut », « bas » sont à comprendre pour un réacteur ainsi positionné.
Description des modes de réalisation
Il s’agit dans l’invention d’améliorer la conception des moyens de col lecte/souti rage d’effluents gazeux de réacteurs dits radiaux, et notamment d’améliorer le fonctionnement de ces réacteurs quand ils passent d’un mode de fonctionnement visant à convertir une charge à un autre mode de fonctionnement visant à traiter une autre charge ou à traiter le lit catalytique avec un gaz particulier en vue de régénérer les particules de catalyseur, notamment en vue d’en retirer les dépôts carbonés (on parle alors de décokage du catalyseur).
En effet, avec un seul système de collecte, en mode de fonctionnement régénération, comme le gas de régénération présente des caractéristiques bien différentes généralement du gaz de charge/de l’effluent issu du gaz de charge, on est souvent amené à avoir une consommation de gaz de régénération bien plus forte que la consommation qui serait suffisante pour régénérer le catalyseur : les réacteurs sont conçus pour, notamment, minimiser la perte de charge, de manière à assurer une distribution homogène du gaz lors de la conversion catalytique. Cependant cette conception optimale pour la réaction catalytique n’est pas nécessairement celle qui est la plus favorable lorsque ce même réacteur est utilisé pour une régénération in situ du catalyseur au moins partiellement désactivé, car cette étape de régénération met en œuvre un gaz dont la composition est différente et qui présente donc des propriétés différentes en termes d’écoulement.
L’invention concerne un système de collecte d'un gaz ou un mélange de gaz apte à être placé dans un réacteur à écoulement radial de fluide gazeux comprenant un lit catalytique fixe, et qui va pouvoir collecter et soutirer deux types de gaz différents de façon optimale pour chacun d’eux.
L’invention se rapporte à un réacteur qui intègre ce nouveau système de collecte, et comprenant une enceinte fermée contenant un lit granulaire fixe (telle que par exemple un réacteur catalytique, un régénérateur de catalyseur ou un adsorbeur contenant un lit d’un composé adsorbant), à écoulement radial, depuis la périphérie vers le centre de l’enceinte, d’un fluide gazeux à travers le lit granulaire fixe et comprenant le système de collecte selon l’invention. De préférence le réacteur selon l’invention est mis en œuvre pour réaliser la conversion catalytique d’une charge et la régénération in situ du catalyseur.
Il est par exemple particulièrement bien adapté à une utilisation dans les appareillages suivants : réacteurs de déshydratation d’alcools en oléfines, par exemple d’éthanol en éthylène; réacteurs de reformage catalytique ; d’hydrocarbures en lit fixe avec une régénération in situ du catalyseur réacteurs de régénération de catalyseurs, par exemple de craquage catalytique ou Fischer-Tropsch etc...
Le système de collecte de l'invention peut donc être appliqué dans un réacteur d’une unité de raffinage de pétrole conventionnelle, ou une unité de traitement de gaz, ou une unité de traitement de biomasse, ou tout autre unité de production de carburants renouvelables.
La figure 1 représente une vue en coupe d’un réacteur radial avec le système de collecte décrit dans le brevet précité EP3064268. Elle représente un réacteur à flux radial 1 se présentant extérieurement sous la forme d'une bonbonne formant une enceinte cylindrique 2 s'étendant selon un axe de symétrie vertical AX. L'enceinte 2 comprend dans sa partie supérieure un premier orifice 3 et dans sa partie inférieure un second orifice 4. Les orifices 3 et 4 sont destinés respectivement à l'entrée et à la sortie d'un fluide gazeux traversant le réacteur 1. Il est à noter que les fonctions respectives des orifices 3 et 4 peuvent être inversées, c'est-à-dire que l'orifice 4 sert d'orifice d'entrée du fluide et l'orifice 3 est un orifice de sortie de l'effluent réactionnel.
A l'intérieur de ce réservoir cylindrique, est agencé un lit catalytique 7 ayant la forme d'un anneau cylindrique vertical limité du côté intérieur par un ensemble de collecte 8 central retenant le catalyseur mais perméable au fluide gazeux et du côté extérieur par une grille dite "externe" 5 soit du même type que la grille intérieure de l’ensemble de collecte 8, soit par un dispositif consistant en un assemblage d'éléments de grille en forme de coquilles 6 s'étendant longitudinalement, comme représenté sur la figure 1. Ces éléments de grille en forme de coquilles 6 formant des conduits sont également connus sous l'appellation anglo- saxonne de "scallops". Ces conduits 6 sont maintenus par le réservoir et généralement plaqués à la face interne de l'enceinte, parallèlement à l'axe AX. Les éléments de grille en forme de coquilles 6 sont en communication directe avec le premier orifice 3 via leur extrémité supérieure pour recevoir un flux gazeux de charge. Le flux gazeux diffuse à travers la paroi ajourée des conduits 6, pour traverser le lit catalytique 7 en convergeant radialement vers le centre du réacteur 1. La charge est ainsi mise en contact avec le catalyseur afin de subir des transformations chimiques, par exemple une réaction de reformage catalytique et produire un effluent de la réaction. L'effluent de la réaction est ensuite collecté par l'ensemble de collecte 8 central qui est ici en communication avec le second orifice 4 du réacteur. L'ensemble de collecte 8 comprend une grille cylindrique 9 et un tube cylindrique 10 disposé dans l'espace circonscrit par la grille cylindrique 9. La grille cylindrique 9 et le tube cylindrique 10 comprenant chacun une extrémité ouverte et une extrémité fermée. La grille 9 qui agit comme un tamis est conçue de manière à être perméable au fluide gazeux et retenir les particules de catalyseur. Le tube cylindrique 10, perméable au fluide gazeux est ajouré et comprend ainsi des trous traversant.
En fonctionnement, le fluide gazeux introduit dans le premier orifice 3 se répartit sur la hauteur du réacteur pour ensuite traverser radialement la grille "externe" 5, puis traverser radialement le lit catalytique 7 où il est mis en contact avec le catalyseur afin de produire un effluent qui est par la suite collecté par l'ensemble 8 et évacué par le second orifice 4.
Au cours du temps, le catalyseur se désactive en raison de l’empoisonnement de ses sites actifs (dépôt de coke). Par conséquent il est nécessaire, afin de maintenir une productivité acceptable, de régénérer le catalyseur afin de rétablir son activité. Cette opération est réalisée injectant un fluide gazeux ou plusieurs gazeux de régénération (par exemple O2, H2, N2, CO, H2O, etc...) séquentiellement à travers le lit catalytique et en modifiant éventuellement les conditions opératoires de température et/ou de pression.
Comme précisé plus haut, la conception d’un réacteur radial permet une distribution homogène du fluide gazeux et donc permet d’opérer efficacement la conversion catalytique passe par une maitrise de la perte de charge globale dans le réacteur (notamment au sein du lit catalytique et au niveau du collecteur). Cependant la perte de charge calculée (notamment au niveau du collecteur) lors de la conception du réacteur n’est pas nécessairement celle qui est optimale pour conduire une régénération in situ du catalyseur, laquelle met en œuvre un ou plusieurs gaz dit de régénération dont les propriétés d’écoulement sont différentes du gaz à convertir. Ainsi, lors de la phase de régénération, afin de maintenir une distribution homogène du gaz de régénération au sein et sur toute la hauteur du lit catalytique, il est parfois nécessaire d’augmenter drastiquement les débits de gaz pour atteindre la perte de charge optimale fixée lors de la conception du réacteur, d’où une surconsommation en gaz de régénération.
L’invention propose un système de collecte de gaz qui peut être installé dans un réacteur radial dans lequel peuvent circuler au moins deux gaz qui présentent des propriétés d’écoulement différentes. Selon l’invention, la perte de charge au niveau du système de collecte peut donc être choisie/adaptée en fonction du gaz circulant dans le réacteur.
La figure 2 représente une coupe horizontale à mi-hauteur d’un réacteur T qui intègre un ensemble de collecte d'un fluide gazeux selon l’invention. Ne seront décrits ici en détails que les composants qui diffèrent de ceux représentés à la figure 1, par soucis de concision.
Ici, le système de collecte comprend : une grille cylindrique 9 et un tube cylindrique dit externe 10 disposé dans l'espace circonscrit par la grille cylindrique 9, de façon analogue à celui de la figure 1. Ici, on ajoute un autre tube de collecte cylindrique dit interne 11 qui est disposé dans le tube externe 10 de façon que la grille 9, le tube externe 10 et le tube interne 9 soient disposés de façon concentrique, alignés selon un même axe vertical qui est l’axe longitudinal du réacteur. Cet ensemble définit deux zones de collecte : une zone Z1 cylindrique délimité par le tube interne 11 , et une zone Z2 de forme annulaire qui correspond au volume qui se situe entre le tube externe 10 et le tube interne 11. Les tubes 10 et 11 présentent chacun une première et seconde extrémité (non représentées à la figure 2), et dont l’une des deux extrémités est fermée et l’autre est susceptible d’être ouverte ou fermée en fonction des phases opératoires.
Chaque tube externe et interne 10,11 comporte dans sa paroi des ouvertures (non représentées) pour laisser diffuser le fluide gazeux tout en retenant les particules de catalyseur. La taille, la répartition et le nombre de ces ouvertures sont ajustées de façon à présenter la perméabilité aux gaz appropriée pour chacune des deux zones de collecte Z1 et Z2.
Le tube interne 11 présente en un nombre d’ouvertures par unité de surface de tube et/ou une taille d’ouvertures différents de ceux du tube externe, de façon à ce que la perte de charge générée au niveau des tubes interne et externe soit différente.
Les figures 3 et 4 représentent (coupes selon un plan vertical passant par l’axe longitudinal) du réacteur, selon deux modes de réalisation différents des moyens de sortie/soutirage connectés fluidiquement avec chacune des deux zones de collecte Z1 et Z2.
A la figure 3, la zone de collecte du réacteur T de forme annulaire Z2 est fermée à son extrémité haute et débouche à son extrémité basse dans un conduit de soutirage 12, tandis que la zone de collecte de forme cylindrique Z1 est fermée à son extrémité basse et débouche à son extrémité haute dans un conduit de soutirage 13.
A la figure 4, le réacteur 1’ est différent du réacteur T ; la zone de collecte de forme annulaire Z2 est encore fermée à son extrémité haute et débouche à son extrémité basse dans un conduit de soutirage 12, et cette fois la zone de collecte de forme cylindrique Z1 est fermée également à son extrémité haute, et débouche à son extrémité basse dans un conduit de soutirage 13’.
Dans les deux modes de réalisation, les conduits de soutirage 12, 13 ou 13’ sont équipés d’électrovannes (non représentées) qui peuvent boucher ou ouvrir complètement les conduits en question, soit par un pilotage automatisé, soit par un pilotage manuel. Le choix de l’un ou l’autre des deux configurations dépend notamment de l’encombrement en partie haute/basse du réacteur.
Bien sûr, il est aussi possible de prévoir deux soutirages par le haut, avec les deux extrémités basses fermées pour les zones Z1 et S2.
Pour assurer une collecte différenciée entre deux effluents différents, un des deux conduits de soutirage 12 est fermé pendant que l’autre conduit 13,13’ est ouvert.
L’ensemble de collecte selon l’invention permet donc d’optimiser la perte de charge du réacteur nécessaire en fonction des phases opératoires du réacteur. Dans le cadre de l’invention, par le terme « phase opératoire » on entend désigner une période d’utilisation du réacteur au cours de laquelle au moins l’un des paramètres suivants a été modifié par rapport à la période d’utilisation précédente : nature du fluide gazeux (composition chimique ou structure moléculaire), température, pression, débit du fluide gazeux.
Ainsi, par exemple, une phase opératoire de conversion catalytique est caractérisée notamment par le fait que le fluide gazeux qui est introduit est différent chimiquement de celui qui est envoyé lors de la phase de régénération du catalyseur (hydrocarbures vs O2). Il est à noter également que la phase de régénération peut inclure deux ou plus de deux phases opératoires. Ainsi lors de la régénération du catalyseur, on peut appliquer une première phase opératoire où l’on injecte un premier gaz de régénération (par exemple de l’oxygène) suivie d’une deuxième phase opératoire où l’on réduit le catalyseur en présence en présence d’un second gaz (par exemple de l’hydrogène).
Selon un mode réalisation, la perte de charge produite par le tube de collecte interne 11 est supérieure à celle produite par le tube de collecte externe 10, notamment au moins 1,5 ou au moins 2 fois ou au moins 3 fois supérieure (et de préférence au plus 5 fois).
Le tube cylindrique externe 10 (et sa zone de collecte associée Z2) c’est-à-dire proche de la périphérie du réacteur, est de préférence utilisé comme collecteur de fluide gazeux lors de la phase opératoire de conversion catalytique, tandis que le tube cylindrique interne 11 (et sa zone de collecte associée Z1) est employé comme collecteur de fluide gazeux lors de la phase opératoire de régénération du catalyseur. Le réacteur 1’ comprenant le système de collecte de fluide selon l’invention peut être employé uniquement comme réacteur de régénération de catalyseur. Ainsi la fermeture et l’ouverture des tubes de collecte externe et interne seront sélectionnées en fonction des différentes phases opératoires de régénération (par ex. en fonction de la nature du gaz de régénération injecté (H2, CO, O2, Cl2, N2, ...) et/ou de la température et/ou de la pression.
Le dispositif selon l’invention permet de diminuer drastiquement les consommations d’utilités: Le dispositif selon l'invention est une amélioration substantielle du collecteur selon l'art antérieur de la figure 1 grâce à l'ajout d'un collecteur central optimisé pour les phases de régénération.
Dimensions et matériaux des différents composants de l’ensemble de collecte selon l’invention :
Le diamètre du tube externe 10 selon l'invention peut être typiquement compris entre 600 et 2000 mm, de préférence entre 750 et 1300 mm, bornes incluses. La longueur du tube externe 10 couvre la hauteur du lit catalytique 7 et peut être typiquement comprise entre 1000 mm et 15000 mm, de préférence entre 2000 mm et 10000 mm.
Le diamètre du tube intérieur 11 selon l'invention peut être typiquement compris entre 200 mm et 1000 mm, de préférence entre 350 mm et 850 mm, bornes incluses. La longueur du tube interne 11 couvre la hauteur du lit catalytique 7, et peut être typiquement comprise entre 1000 mm et 15000 mm, de préférence entre 2000 mm et 10000 mm.
L'épaisseur de la grille 9, qui est une plaque cylindrique perforée, peut être comprise entre 4 mm et 16 mm, de préférence entre 6 mm et 10 mm, bornes incluses.
Les grille 9, et tubes 10 et 11 peuvent être fabriqués à partir d’une tôle perforée dont la taille des perforations est choisie pour ne laisser passer que le gaz (et pas les particules de catalyseur).
Exemples
L’exemple 1 comparatif fonctionne avec le système de collecte selon la figure 1, avec un seul tube perforé inséré dans la grille 9, et une seule zone de collecte donc.
L’exemple 2 selon l’invention fonctionne avec le système de collecte selon l’invention, comme représenté aux figures 3 et 4.
Le fonctionnement d’un réacteur selon l’invention, tel que représenté à la figure 3 ou 4 est le suivant : le réacteur fonctionne comme réacteur de conversion catalytique (première phase opératoire) puis comme réacteur de régénération in situ du catalyseur (deuxième phase opératoire), c’est-à-dire que les phases opératoires de conversion et de régénération ont lieu dans le même réacteur sans déchargement du catalyseur.
Lors d’une phase opératoire en conversion catalytique, la charge gazeuse à convertir entre dans le réacteur T par le haut (ouverture 3) et est diffusée via un diffuseur de charge 31. Le gaz est distribué uniformément dans l’espace annulaire extérieur entre la paroi de l’enceinte 2 et la grille 9, traverse radialement et uniformément le lit catalytique 7 sur toute sa hauteur, puis l’effluent gazeux traité est collecté via la zone de collecte Z2 annulaire. Le gaz est soutiré du réacteur par le fond du réacteur, via le conduit 12. Lors de cette phase opératoire, l’autre zone de collecte cylindrique Z1 n’est pas en fonctionnement, c’est-à-dire que la sortie 13 ou 13’ (figure 3 ou 4) de cette zone de collecte Z1 est fermée par exemple au moyen d’une vanne (non représentée). Le réacteur radial ainsi que la zone de collecte annulaire Z2 sont dimensionnés pour une certaine gamme de débits.
Lors de la phase de régénération in situ du catalyseur qui est opérée avec un débit gazeux plus faible que celui de la phase de conversion, il y a lieu, pour un fonctionnement optimum, de maintenir une différence de perte de charge la plus faible possible entre la première phase opératoire et la deuxième phase opératoire. A cette fin, le tube interne 11 est dimensionné différemment (par exemple avec des ouvertures de dimension plus faible et/ou un nombre plus réduit de perforations au mètre carré) du tube externe 10, afin d’établir une perte de charge supplémentaire au sein du réacteur T. Dans ce cas, l’évacuation de l’effluent gazeux au moyen de la zone de collecte annulaire Z2 est arrêtée : l’ouverture d’évacuation de ladite zone, via le conduit 12, est fermée de manière à empêcher l’évacuation du fluide gazeux par ce collecteur, et, au contraire, le conduit 13 ou 13’ dans lequel débouche la zone de collecte tubulaire Z1 est ouvert : le gaz est soutiré soit vers le haut (figure 3), soit vers le bas (figure 4).
L’exemple ci-dessous se rapporte au brûlage de coke déposé sur un catalyseur se présentant sous la forme d’extrudés trilobés de longueur d’environ 4 mm et de diamètre équivalent d’environ 1,6 mm.
Les caractéristiques des réacteurs radiaux mis en œuvre pour réaliser le « décokage » du catalyseur sont données dans le tableau 1 ci-dessous :
[Table 1]
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000019_0001
Dans le cas de l’ensemble de collecte selon l’invention, la surface totale perforée du tube de collecte interne 11a été choisie inférieure à celle du tube de collecte externe 10.
Le catalyseur est soumis à une combustion sous oxygène (gaz de régénération) dans les conditions mentionnées dans le tableau 2 ci-dessous, afin d’obtenir in fine un catalyseur complètement régénéré (déterminée via une analyse de l’effluent de régénération).
[Table 2]
Figure imgf000019_0002
On voit que la perte de charge du tube externe 10 est approximativement, au moins, en relatif, une fois et demie, ou au moins deux fois, inférieure à celle du tube interne 11.
On constate qu’avec l’exemple 2 selon l’invention, l’opération de décokage du catalyseur a permis, par rapport à l’exemple 1 comparatif, de réduire la consommation d’oxygène d’environ 50%. A cette économie, s’ajoute également une diminution de la consommation en d’autres utilités, en particulier en énergie notamment afin de faire fonctionner le compresseur nécessaire pour amener le gaz de régénération, et une diminution de la capacité de stockage d’oxygène sur le site de production.

Claims

Revendications
1. Ensemble de collecte d'un fluide gazeux apte à être disposé dans une section réactionnelle comprenant un lit de catalyseur d'un réacteur radial (1’, 1 ”), ledit réacteur étant disposé selon un axe longitudinal, ledit ensemble de collecte comprenant une grille tubulaire (9), notamment cylindrique, prévue pour être disposée selon ledit axe longitudinal, ladite grille étant perméable au fluide gazeux et imperméable aux particules de catalyseur, caractérisé en ce que ledit ensemble de collecte comprend également :
- un tube de collecte externe (10), de préférence cylindrique, et
- un tube de collecte interne (11), de préférence cylindrique, ledit tube interne étant disposé dans le tube externe, lui-même disposé dans la grille tubulaire, lesdits tubes et ladite grille étant disposés selon le même axe, chacun des tubes interne et externe comportant des ouvertures pour être perméable au fluide gazeux et imperméable aux particules de catalyseur, l’espace entre les deux tubes externe et interne (10,11) formant une première zone de collecte (Z2) et l’espace dans le tube interne (11) formant une deuxième zone de collecte (Z1), chacune des zones de collecte (Z1 ,Z2) étant fermée à l’une de ses extrémités longitudinales et débouchant à l’autre de ses extrémités longitudinales dans un moyen de sortie (12,13,13’) d’effluent gazeux qui est équipé d’un moyen d’obturation amovible, ledit moyen d’obturation amovible présentant au moins une position d’ouverture et une position de fermeture dudit moyen de sortie.
2. Ensemble de collecte selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la grille tubulaire (9), le tube externe (10) et le tube interne (11) étant disposés de façon coaxiale et étant cylindriques, la première zone de collecte (Z2) est annulaire et la deuxième zone de collecte (Z1) est cylindrique.
3. Ensemble de collecte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube externe (10) est lié mécaniquement à la grille tubulaire (9), le tube interne (11) étant lié mécaniquement à la grille cylindrique (9) et/ou au tube externe (10).
4. Ensemble de collecte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dimensionnement et/ou le nombre et/ou la répartition des ouvertures du tube interne (11) est/sont différent(s) de ceux des ouvertures du tube externe (10).
5. Ensemble de collecte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ratio du diamètre interne du tube externe (10) sur le diamètre interne du tube interne (11) est d’au moins 1 ,2, notamment d’au moins 1 ,5 ou d’au moins 2 et de préférence d’au plus 3.
6. Ensemble de collecte selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de sortie d’effluent gazeux sont des conduits (12,13,13’) et en ce que les moyens d’obturation amovible sont des vannes disposées dans lesdits conduits, pilotables manuellement et/ou de façon automatisée ou semi-automatisée.
7. Réacteur (1’, 1”) à circulation radiale de fluide gazeux comprenant:
- une enveloppe externe (2) formant une enceinte s'étendant selon un axe longitudinal, notamment vertical,
- un ensemble de collecte d’un fluide gazeux selon l’une des revendications précédentes, dont la grille tubulaire (9) est disposée selon ledit axe longitudinal dans ladite enceinte, entre l’enveloppe externe (2) et le tube externe (10), de manière à définir une zone annulaire de distribution du fluide gazeux comprise entre l’enveloppe et la grille tubulaire et une zone catalytique (7) annulaire à lit de catalyseur comprise entre la grille cylindrique (9) et le tube externe (10);
- des moyens d'entrée (3,31) de fluide gazeux en connexion fluidique avec la zone annulaire de distribution;
- un premier moyen de sortie (12) d’effluent gazeux en connexion fluidique avec l’une des extrémités de la première zone de collecte (Z2) et équipé d’un premier moyen d’obturation amovible;
- un deuxième moyen de sortie (13,13’) d’effluent gazeux en connexion fluidique avec l’une des extrémités de la deuxième zone de collecte (Z1) et équipé d’un deuxième moyen d’obturation amovible.
8. Réacteur (1’, 1”) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’en opération un des moyens d’obturation amovible est en position d’obturation quand l’autre des moyens d’obturation amovible est en position d’ouverture.
9. Réacteur (1’, 1”) selon l’une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens de pilotage des moyens d’obturation amovibles, lesdits moyens étant manuels, automatisés ou semi-automatisées, notamment des moyens sous forme de dispositifs informatiques/électroniques avec interface manuelle.
10. Réacteur (1’, 1”) selon l’une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les moyens d’obturation amovibles sont des vannes notamment des électrovannes, disposées dans des moyens de sortie de fluide gazeux sous forme de conduits.
11. Réacteur (1’, 1”) selon l’une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l’ensemble de collecte, dont la grille tubulaire et les tubes interne et externe, s’étend sur au moins 80% de la hauteur de la zone catalytique annulaire, notamment sur toute sa hauteur.
12. Réacteur (T, 1”) selon l’une des revendications 7 à 11 , caractérisé en ce qu’il est un réacteur de réformage catalytique d’hydrocarbures en lit fixe ou un réacteur de déshydratation d’alcools en oléfines ou un réacteur de régénération de catalyseur de craquage catalytique ou de réaction Fischer-Tropsch.
13. Procédé de mise en œuvre du réacteur (T, 1”) selon l’une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que :
- on injecte alternativement un premier fluide gazeux et un deuxième fluide gazeux dans le réacteur, et, à chaque alternance,
- on fait passer un des moyens d’obturation amovible d’une position d’ouverture à une position de fermeture et l’autre moyen d’obturation amovible d’une position de fermeture à une position d’ouverture, chacun des effluents gazeux issus du premier et du deuxième fluide gazeux étant collecté par sa zone de collecte (Z2,Z1) et soutiré par son moyen de sortie (12,13,13’).
14. Procédé de mise en œuvre du réacteur (T, 1”) selon l’une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que : g) on injecte dans l’enceinte (2) du réacteur un premier fluide gazeux traversant la zone catalytique depuis la zone de distribution de manière radiale vers le centre du réacteur, h) on collecte un premier effluent gazeux dans une zone de collecte (Z1 ,Z2) choisie parmi la première et la deuxième zone de collecte, i) on soutire le premier effluent gazeux après passage dans l’une des première et deuxième zones de collecte par le moyen de sortie en connexion fluidique avec ladite zone de collecte dont les moyens d’obturation amovibles sont en position d’ouverture, j) on arrête l’injection du premier fluide gazeux, k) on injecte dans l’enceinte du réacteur un deuxième fluide gazeux traversant la zone catalytique depuis la zone de distribution de manière radiale vers le centre du réacteur, l) on collecte un deuxième effluent gazeux dans une zone de collecte (Z1 ,Z2) choisie parmi la première et la deuxième zone de collecte et différente de la zone de collecte choisie pour l’étape b) m) on soutire le deuxième effluent gazeux après passage dans la zone de collecte de l’étape f) par le moyen de sortie en connexion fluidique avec ladite zone de collecte dont les moyens d’obturation amovibles sont en position d’ouverture.
15. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, quand un des deux moyens d’obturation amovibles est en position d’ouverture, l’autre desdits moyens d’obturation amovibles est en position de fermeture.
16. Procédé selon l’une des revendications 13 à 15, caractérisé en ce que le premier et le deuxième fluides gazeux présentent :
- une composition chimique différente, avec notamment un des fluides gazeux sous forme de composés hydrocarbonés destinés à être convertis par réaction catalytique, et l’autre fluide gazeux étant non carboné, notamment destiné à régénérer le catalyseur du lit catalytique,
- et/ou une structure moléculaire différente,
- et/ou au moins une grandeur physique différente, notamment une température, une pression ou un débit différent.
17. Utilisation du réacteur (T, 1”) selon l’une des revendications 7 à 12 pour, en alternance,
- convertir par réaction catalytique un premier fluide gazeux hydrocarboné, et
- régénérer in situ le catalyseur avec un deuxième fluide gazeux, notamment non hydrocarboné.
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