Domaine technique de l'invention

La présente invention se rapporte à un dispositif à lit fluidifié rotatif et à un dispositif d'injection de fluide dans ce lit fluidifié rotatif, à l'intérieur d'une chambre de réaction circulaire fixe, et à des procédés de polymérisation catalytique, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans le lit fluidifié rotatif, ou de craquage, de déshydrogénation ou d'autres transformation catalytique de fluides utilisant ce dispositif.

Arrière plan technologique de l'invention

Les procédés où des particules solides sont en suspension dans un fluide et forment ainsi un lit fluidifié qui est traversé par ce fluide, sont bien connus. Lorsque ce fluide est injecté tangentiel- lement à la paroi latérale d'un réacteur cylindrique, il peut transférer une partie de son énergie cinétique aux particules solides pour leur donner un mouvement de rotation et si l'énergie transférée est suffisante, ce mouvement de rotation produit une force centrifuge qui peut maintenir les particules solides le long de la paroi du réacteur formant ainsi un lit fluidifié rotatif, dont la surface est approximativement un cône tronqué inversé, si le réacteur est vertical. Un tel procédé est décrit dans la demande n° 2004/0186 d'un brevet belge, déposée le 14 avril 2004, au nom du même inventeur.

Pour obtenir une concentration élevée de particules solides dans un lit fluidifié classique, soumis à la seule force de gravité, il faut que le fluide qui traverse le lit fluidifié exerce sur les particules solides une pression ascensionnelle inférieure à la pression descendante des particules solides due à la force de la gravité, et donc que sa vitesse ascensionnelle soit faible, ce qui limite le débit de fluide pouvant traverser le lit fluidifié et la différence de vitesse du fluide avec celle des particules solides en suspension dans ce fluide. Dans un lit fluidifié rotatif, où la force centrifuge peut être substantiellement supérieure à la force de gravité, la pression centripète exercée par le fluide qui traverse radialement le lit fluidifié peut être substantiellement plus élevée et donc son débit et sa différence de vitesse avec celle des particules solides peuvent être substantiellement plus élevés, ce qui améliore le contact entre le fluide et les particules solides et augmente substantiellement le volume de fluide pouvant traverser le lit fluidifié et donc aussi sa capacité de refroidir, réchauffer et / ou sécher les particules solides.

Si le lit fluidifié rotatif est supporté par une paroi cylindrique fixe le long de laquelle il doit glisser, la pression exercée par les particules solides contre cette paroi cylindrique fixe freine d'autant plus ces particules solides que l'épaisseur, la densité et la vitesse de rotation du lit fluidifié sont grandes. Cette dernière diminuera rapidement si le moment cinétique de rotation n'est pas mainte- nu à l'aide de moyens mécaniques rotatifs, avec les problèmes liés à la présence d'équipement mobile à l'intérieur d'un réacteur, et / ou par l'injection de fluide, à grande vitesse, dans le sens de rotation du lit fluidifié.

Cependant, lorsqu'un jet de fluide est injecté à grande vitesse dans un réacteur de grande dimension, il est rapidement ralenti par son expansion dans le réacteur, dépendant des conditions dans lesquelles il est injecté ce qui limite sa possibilité de transférer une quantité de mouvement

significative aux particules solides. C'est pourquoi, si on n'utilise pas d'autres moyens mécaniques pour assurer la rotation du lit fluidifié, il est nécessaire d'avoir un débit de fluide très élevé pour pouvoir transférer aux particules solides la quantité de mouvement nécessaire au maintien d'une vitesse de rotation suffisante pour les maintenir le long de la paroi cylindrique du réacteur et lorsque la den- site du fluide est beaucoup plus faible que la densité des particules les dispositifs permettant l'évacuation centrale de ces fluides peuvent devenir très encombrants et limiter la hauteur ou la longueur du réacteur. La quantité de fluide qu'il faut injecter pour transférer aux particules solides le moment cinétique nécessaire est très grande et elle peut empêcher la formation d'un lit fluidifié épais et dense et la bonne séparation du fluide et des particules solides. En effet, lorsqu'on injecte un fluide à grande vitesse, tangentiellement à la paroi cylindrique et perpendiculairement à l'axe de symétrie d'une chambre cylindrique traversée par une cheminée centrale comprenant des ouvertures d'évacuation servant à l'évacuation de ce fluide, le fluide peut accomplir plusieurs tours autour de cette cheminée centrale avant d'y pénétrer, si les ouvertures d'évacuation sont étroites. Mais, dès qu'on introduit des particules solides à l'intérieur de cette chambre cylindrique, elles freinent d'autant plus le fluide que le rapport de la masse spécifique des particules solides et du fluide est grand. Dès lors l'évacuation du fluide devient plus directe, ce qui peut même entraîner une inversion du flux de fluide le long de la cheminée centrale, en aval des ouvertures d'évacuation, et provoquer de la turbulence qui entraîne les particules solides vers la sortie, limitant ainsi la possibilité de former un lit fluidifié épais et dense à l'intérieur de la chambre cylindrique.

À la lumière de ce qui précède, il est clair que la formation d'un lit fluidifié rotatif à l'intérieur d'un réacteur connaît divers problèmes. La présente invention vise à fournir un dispositif à lit fluidifié rotatif amélioré, et plus en particulier un dispositif à lit fluidifié rotatif qui résout au moins partiellement les problèmes susmentionnés. En particulier, la présente invention vise à fournir un disposi- tif à lit fluidifié rotatif dans lequel l'injection d'un ou plusieurs fluides est corrigée, et dans lequel la formation du lit fluidifié est améliorée.

Sommaire de l'invention

La présente invention fourni un dispositif à lit fluidifié rotatif dans lequel l'injection d'un ou plusieurs fluides est améliorée en prévoyant un dispositif d'injection de fluide adapté à injecter un ou des fluides en couches successives dans ledit lit fluidifié rotatif. Plus en particulier, l'invention se rapporte à un dispositif à lit fluidifié rotatif comprenant : un réacteur cylindrique comprenant au moins une chambre cylindrique, un dispositif d'alimentation d'un ou plusieurs fluides, gazeux ou liquides, disposé autour de la paroi circulaire de la dite chambre cylindrique, un dispositif d'évacuation du dit fluide ou mélange de fluides, un dispositif d'alimentation de particules solides d'un côté de la dite chambre cylindrique et un dispositif d'évacuation des dites particules solides du côté opposé de la dite chambre cylindrique, caractérisé en ce que:

o le dit dispositif d'évacuation du dit fluide ou mélange de fluides ∞mprend une cheminée centrale traversant longitudinalement ou pénétrant à l'intérieur de la dite chambre cylindrique, la paroi de la dite cheminée centrale comprenant au moins une ouverture d'évacuation permettant d'évacuer centralement, par la dite chemi- née centrale, le fluide ou mélange de fluides de la dite chambre cylindrique; o le dit dispositif d'alimentation du dit fluide ou mélange de fluides comprend des in- jecteurs de fluide répartis autour de la dite paroi circulaire permettant d'injecter le fluide ou mélange de fluides en une succession de couches qui longent la dite paroi circulaire en tournant autour de la dite cheminée centrale et en entraînant les dites particules solides dans un mouvement de rotation dont la force centrifuge les poussent vers la dite paroi circulaire; o la dite force centrifuge est, en moyenne, au moins égale à trois fois la force de la pesanteur, les dites particules solides formant ainsi un lit fluidifié rotatif qui tourne autour et à une certaine distance de la dite cheminée centrale en glissant le long de la dite paroi circulaire et en étant supporté par les dites couches du ou des dits fluides qui traversent le dit lit fluidifié avant d'être évacués centralement par la dite ouverture d'évacuation de la dite cheminée centrale et dont la force centripète est compensée par la dite force centrifuge s'exerçant sur les dites particules solides. La présente invention prévoit l'utilisation d'injecteurs, répartis autour de la paroi circulaire d'une chambre cylindrique (aussi dénommée 'chambre circulaire de réaction'), qui injectent un ou plusieurs fluides, le long de la paroi circulaire, en couches successives, afin de former une succession de couches de fluide qui se superposent en tournant rapidement à l'intérieur de la chambre de réaction, autour d'une cheminée centrale qui y pénètre ou la traverse le long de son axe central et qui est pourvue d'une ou plusieurs ouvertures d'évacuation par où le fluide peut être évacué cen- tralement. La chambre circulaire de réaction est traversée par un flux de particules solides qui sont alimentées d'un de ses côtés et évacuées du côté opposé et qui sont entraînées par le fluide dans un mouvement de rotation rapide dont la force centrifuge permet de les concentrer, avant leur sortie de la chambre circulaire de réaction, dans un lit fluidifié rotatif dense, qui est au moins partiellement supporté par la pression centripète de ces couches successives de fluide qui longent la paroi circulaire et qui agissent comme des coussins de fluide, réduisant la friction des particules solides contre cette paroi. Le fluide est alimenté par un dispositif d'alimentation qui peut comprendre une chambre d'alimentation du fluide entourant la chambre circulaire de réaction, la différence de pression, de préférence supérieure à la pression moyenne due à la force centrifuge du lit fluidifié rotatif contre la paroi circulaire, entre le dispositif d'alimentation et la cheminée centrale et le débit du ou des fluides permettant de supporter et de faire tourner le lit fluidifié à une vitesse générant une force centrifuge moyenne substantielle, de préférence supérieure à trois fois la force de gravité.

Selon un mode de réalisation préféré, l'invention fourni un dispositif à lit fluidifié rotatif dans lequel la formation du lit fluidifié est d'avantage améliorée en adaptant la dimension interne du réacteur, sans perdre de capacité. La présente invention prévoit en particulier de diviser réacteur

en une succession de chambres cylindriques reliées entre elles.

Plus en particulier, l'invention se rapporte à un dispositif à lit fluidifié rotatif suivant l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend des disques creux, perpendiculaires à l'axe de symétrie du dit réacteur et fixés contre la paroi cylindrique du dit réacteur, divisant le dit réacteur en une succession de chambres cylindriques reliées entre elles par des passages aménagés au travers des dits disques creux, permettant aux dites particules solides en suspension dans les dits lits fluidifiés rotatifs de passer d'une dite chambre cylindrique à l'autre, et caractérisé en ce que le dit dispositif d'évacuation du ou des dits fluides comprend ces dits disques creux qui sont munis chacun d'au moins une ouverture centrale autour du dit axe de symétrie et d'au moins une ouverture latérale reliée à au moins un collecteur extérieur au réacteur permettant d'évacuer les dits fluides au travers des dits disques creux et de régulariser les pressions de sortie des dites chambres cylindriques.

Dans ce mode de réalisation de la présente invention, un réacteur cylindrique est divisé en une succession de chambres cylindriques par une succession de cylindres plats ou disques creux fixés contre sa paroi latérale. Ces disques creux comprennent des ouvertures en leur centre afin d'y aspirer le fluide traversant chaque chambre en tournant rapidement, et des ouvertures dans leur paroi latérale afin de l'évacuer en dehors du réacteur. Ces disques creux sont traversés par des passages adéquatement profilés pour permettre aux particules solides en suspension dans le fluide, tournant rapidement, de passer d'une chambre cylindrique à l'autre.

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, l'invention prévoit également un dispositif à lit fluidifié rotatif dans lequel l'injection d'un ou plusieurs fluides est de plus améliorée en prévoyant un dispositif d'injection permettant d'améliorer l'efficience du transfert d'énergie et de quantité de mouvement du dit fluide aux particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif. La présente invention prévoit au moins un déflecteur capable de délimiter à l'intérieur du dit lit fluidifié rotatif un espace autour d'un ou plusieurs jets du dit fluide dirigés dans le sens de la rotation du dit lit fluidifié rotatif.

Plus en particulier, l'invention se rapporte à un dispositif à lit fluidifié rotatif suivant l'invention, caractérisé en ce que le dispositif d'alimentation d'un ou plusieurs fluides comprend un dispositif d'injection de fluide à l'intérieure dudit lit fluidifié rotatif, lequel dispositif d'injection de fluide comprend au moins un déflecteur délimitant à l'intérieur du dit lit fluidifié rotatif un espace autour d'un ou plusieurs jets du dit fluide dirigés dans le sens de la rotation du dit lit fluidifié rotatif, provenant d'un ou plusieurs injecteurs du dit fluide, ce dit déflecteur étant disposé de manière à délimiter entre le ou les dits injecteurs et le dit déflecteur, un passage ou couloir d'accès à un flux des dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif, provenant de l'amont du dit injecteur, pour entrer dans ce dit espace afin de s'y mélanger avec le ou les dits jets de fluide, ce dit espace étant suffisamment long pour permettre à ce ou aux dits jets de fluide de céder une partie substantielle de leur énergie cinétique aux dites particules solides avant d'atteindre la sortie de ce dit espace. La présente invention, pour améliorer l'efficience du transfert de quantité de mouvement et

d'énergie cinétique entre un jet de fluide et des particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif, comprend des déflecteurs, à l'intérieur du lit fluidifié rotatif, adéquatement profilés et disposés à proximité des injecteurs du fluide, afin de permettre le mélange du fluide injecté avec une quantité limitée de particules solides, tout en le canalisant, afin d'empêcher ou réduire son expansion dans le réacteur avant qu'il ait transféré une quantité importante de son énergie cinétique à ces particules solides. Ce dispositif permet d'utiliser des fluides beaucoup plus légers que les particules solides et de l'injecter à grande vitesse dans le réacteur sans perdre une grande partie de son énergie cinétique en raison de son expansion dans le réacteur.

Un dispositif suivant la présente invention peut de manière avantageuse être utilisé dans différents procédés. C'est pourquoi la présente invention concerne aussi des procédés de polymérisation catalytique, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans le lit fluidifié rotatif, ou de craquage, de déshydrogénation ou d'autres transformations catalytiques de fluides utilisant ce dispositif. Plus en particulier, l'invention se rapporte à un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif ou de transformation catalytique de fluides traversant le dit lit fluidifié rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter un ou des fluides, en couches successives, dans une chambre cylindrique d'un réacteur, et de les évacuer centralement par une cheminée centrale tra- versant ou pénétrant dans la dite chambre cylindrique, suivant la présente invention, à un débit et une pression d'injection entraînant les dites particules solides à une vitesse moyenne de rotation engendrant une force centrifuge au moins trois fois supérieure à la force de gravité.

La présente invention se rapporte aussi à un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un réacteur cylindrique horizontal suivant la présente invention, un fluide ou mélange de fluides à une vitesse et à un débit donnant aux dites particules solides une vitesse moyenne de rotation supérieure à la racine carrée du produit du diamètre du réacteur et de g qui est l'accélération due à la pesanteur. La présente invention concerne également un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un réacteur cylindrique vertical suivant la présente invention, un fluide ou mélange de fluides à une vitesse et à un débit générant dans le dit lit fluidifié rotatif une force centrifuge supérieure à la pesanteur, les dites particules solides étant transférées d'une dite chambre cylindrique à l'autre vers le bas du dit réacteur.

Un autre procédé suivant la présent invention concerne un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, caracté- risé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un réacteur cylindrique vertical

suivant la présente invention, un fluide ou mélange de fluides à une vitesse et à un débit donnant aux dites particules solides une vitesse moyenne de rotation supérieure à la vitesse qu'elles peuvent acquérir en tombant du sommet à la base des dites chambres cylindriques et leur permettant de passer d'une dite chambre cylindrique inférieure à la dite chambre cylindrique supérieure par au moins un passage aménagé dans le dit disque creux les séparant et orienté dans le sens faisant monter les dites particules solides.

La présente invention se rapporte aussi à l'utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de polymérisation. La présente invention concerne également l'utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de transformation cata- lytique d'un fluide ou mélange de fluides traversant un lit fluidifié rotatif dont les particules solides sont des catalyseurs. La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de séchage ou d'extraction de composants volatils des dites particules solides. Un dispositif suivant la présente invention peut également être utilisé dans un procédé d'imprégnation ou d'enrobage des dites particules solides.

La présente invention fourni donc un dispositif à lit fluidifié rotatif amélioré, dans lequel l'injection d'un ou plusieurs fluides, et dans lequel la formation du lit fluidifié ont été améliorées grâce à divers modifications techniques, appliquées en tant que tels ou en combinaison avec l'un l'autre, comprenant entre autres, l'utilisation d'injecteurs adaptés à injecter un ou des fluides en couches successives dans le réacteur, la division du réacteur en plusieurs chambres de réaction successives, et/ou l'utilisation d'un dispositif d'injection pourvu d'un ou plusieurs déflecteurs.

La présente invention permet de faire traverser un lit fluidifié rotatif dense, avec une bonne séparation entre les particules solides et le fluide, par une très grande quantité de fluide et de le faire tourner rapidement pour obtenir une force centrifuge élevée, sans l'utilisation de moyens mé- caniques rotatifs à l'intérieur du réacteur, même si la densité du fluide est faible. Elle permet un recyclage aisé, après traitement adéquat, du fluide et / ou des particules solides, dont le temps de résidence peut être adapté aux besoins. Elle est particulièrement avantageuse pour les procédés qui nécessitent un très bon contact entre le fluide et les particules solides, comme le séchage rapide de particules solides dans un réacteur de faible encombrement, et / ou une grande capacité de transfert calorifique pour le contrôle de la température de réactions catalytiques très exothermiques, comme la polymérisation catalytique de l'éthylène ou très endothermiques comme la déshy- drogénation catalytique de l'ethylbenzène ou le craquage catalytique d'essences légères. Elle permet également la régénération des particules catalytiques au rythme souhaité et la grande vitesse de rotation de ces particules solides réduit la probabilité qu'elles forment des agglomérats ou adhè- rent à la surface du réacteur. La présence de coussins de fluide entre les particules solides et la surface du réacteur réduit également l'attrition de ces particules solides et des parois du réacteur.

La division du réacteur en une succession de chambres cylindriques, qui peuvent n'être reliées entre elles que par des passages de petites dimensions, servant au transfert des particules solides accompagnées d'une faible quantité de fluide, permet de les faire traverser par des fluides différents, recyclés en boucle. Ceci rend ce procédé particulièrement intéressant lorsqu'il est néces-

saire d'utiliser des fluides de compositions variant significativement d'une chambre cylindrique à l'autre.

Ce procédé permet des temps de séjour des particules dans le réacteur, courts ou longs, suivant la dimension des passages entre les chambres cylindriques, et la résistance à la rotation du lit fluidifié peut être faible, car l'injection du fluide en films peu épais le long de la paroi latérale du réacteur réduit le frottement des particules solides sur cette paroi.

Ce procédé est particulièrement intéressant lorsque le volume du fluide circulant est très élevé, car les dispositifs d'évacuation centrale du fluide par des disques creux peuvent permettre de très gros débit du fluide avec un minimum de résistance et les distributeurs et collecteurs du fluide, étant à l'extérieur du réacteur, peuvent avoir de gros diamètres sans réduire la place disponible pour le lit fluidifié à l'intérieur du réacteur.

Ce procédé est aussi particulièrement intéressant lorsque la pression à l'intérieur du réacteur est inférieure à la pression atmosphérique, car les disques creux peuvent soutenir la paroi cylindrique du réacteur, ce qui permet d'avoir des parois minces, coupées longitudinalement, pour former des fentes par où le fluide peut être injecté et pour en faciliter le démontage. En outre les distributeurs, les collecteurs et le réacteur peuvent former un ensemble compact facilement transportable.

Ainsi ce procédé permet la construction d'unités légères, compactes, transportables et efficientes, par exemple pour le séchage de graines de céréales. Il convient également pour les modifi- cations catalytiques de fluides à basse pression, comme le craquage d'oléfines légères ou la déshy- drogénation de l'éthylbenzène qui, étant très endothermiques, nécessitent des réchauffages intermédiaires et la régénération du catalyseur. Il peut aussi être utilisé pour la copolymérisation catalyti- que, bi ou multimodale, de particules en suspension dans une succession de fluides actifs de compositions différentes. D'autres caractéristiques et exemples de dispositifs suivant la présente invention sont décrits ci-dessous de façon non limitative.

Brève description des dessins

La figure 1 montre une coupe longitudinale schématique d'un réacteur cylindrique suivant l'invention comprenant trois parois concentriques.

La figure 2 montre une coupe transversale schématique, suivant le plan des axes (y) et (z), d'un réacteur cylindrique suivant l'invention.

La figure 3 montre la coupe transversale schématique d'une zone autour d'un injecteur de fluide, illustrant comment une petite modification de la paroi circulaire en aval d'un injecteur de fluide change l'orientation du plan de sa sortie.

La figure 4 montre la coupe transversale schématique, suivant le plan des axes (y) et (z) d'un réacteur dont les dispositifs d'alimentation et d'évacuation du ou des fluides de la chambre de réaction ont été modifiés.

La figure 5 montre un agrandissement de la zone située autour de deux injecteurs de fluide.

La figure 6 montre la coupe longitudinale schématique, dans le plan des axes (x) et (z), l'axe des (z) étant vertical et coïncidant avec l'axe de rotation (OO ¹ ) des lits fluidifiés, de la connexion de deux tronçons de chambres circulaires superposées.

La figure 7 montre un schéma adapté au séchage de particules solides introduites d'un cô- té d'une de deux chambres circulaires de réaction mises en série.

La figure 8 représente le schéma d'une coupe longitudinale schématique d'un réacteur semblable à celui de la figure 1 , mais dont l'axe de rotation du lit fluidifié est vertical ou fortement incliné et dont la cheminée centrale se termine à une certaine distance au-dessus du côté inférieur.

La figure 9 montre le schéma d'une coupe longitudinale d'un réacteur semblable à celui de la figure 1 , comprenant à chaque extrémité de la cheminée centrale un compresseur centrifuge.

La figure 10 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel la chambre d'alimentation et la cheminée centrale d'un réacteur cylindrique suivant l'invention sont divisées en quatre tronçons.

La figure 11 montre une vue schématique d'une coupe d'un réacteur cylindrique vertical dont on voit la section de sa paroi latérale cylindrique de chaque côté de son axe de symétrie cylindrique.

La figure 12 montre une coupe transversale d'un réacteur cylindrique permettant de visualiser un mode de réalisation préféré d'un dispositif d'injection de fluides suivant l'invention.

La figure 13 est une projection axonométrique d'une partie de la paroi latérale d'un réac- teur afin de mieux visualiser des dispositifs d'injection des fluides suivant l'invention.

La figure 14 est la projection d'une demi coupe transversale d'une chambre cylindrique.

La figure 15 montre la coupe d'un passage de transfert de particules d'une zone d'un réacteur à une autre zone.

La figure 16 est un schéma de circulation transversale des particules solides le long d'une demi section longitudinale d'une chambre cylindrique semblable à celle qui est montrée sur la figure 14, sans les déflecteurs latéraux et centraux.

La figure 17 illustre un schéma simplifié, semblable à la figure 11 , légèrement modifié afin de permettre une co-polymérisation bimodale ou multimodale.

La figure 18 illustre un schéma simplifié, semblable à celui de la figure 17, légèrement mo- difié afin de permettre la transformation catalytique d'un fluide ou mélange de fluides, dans un lit fluidifié rotatif contenant des particules catalytiques solides.

La figure 19 montre la section longitudinale d'un réacteur horizontal, pouvant travailler à une pression légèrement inférieure à la pression atmosphérique.

La figure 20 représente la vue d'une coupe traversant un disque creux, suivant le plan AA' de la figure 19, pour un réacteur ayant deux distributeurs et deux collecteurs et formant avec ceux-ci un ensemble compact facilement transportable et conçu pour être facilement démontable.

La figure 21 est un agrandissement du dispositif d'injection du fluide montré dans les figures 19 et 20.

La figure 22 montre la vue d'une coupe, suivant le plan BB' perpendiculaire à la figure 20, de la buse reliant un disque creux à un collecteur.

Description détaillée

La présente invention se rapporte à un dispositif à lit fluidifié amélioré. Un tel dispositif comprend généralement un réacteur cylindrique contenant une ou plusieurs chambres circulaires de réaction. Les termes "chambre circulaire de réaction" et " chambre cylindrique " sont utilisés dans certains modes de réalisation de la présente invention comme synonymes et se réfèrent à une chambre à l'intérieur du réacteur cylindrique. De plus, les termes "paroi circulaire " et " paroi cylindrique " indiquant la paroi de la chambre circulaire de réaction ou de la chambre cylindrique, sont utilisés dans certains modes de réalisation de la présente invention comme synonymes.

Selon un premier aspect, la présente invention se rapporte à un dispositif à lit fluidifié rotatif comprenant un dispositif d'injection de fluide, capable d'injecter un ou des fluides en couches successives, à l'intérieur d'une chambre de réaction circulaire fixe, et à des procédés de polymérisation catalytique, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage ou d'autres traitements de particules soli- des en suspension dans le lit fluidifié rotatif, ou de craquage, de déshydrogénation ou d'autres transformation catalytique de fluides utilisant ce dispositif. Plus en particulier, la présente invention se rapporte à un dispositif d'injection de fluide en couches successives dans un lit fluidifié rotatif et procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou d'autres traitements de particules solides ou de transformation catalytique de fluides, où une succession d'injecteurs répartis autour de la paroi circulaire fixe d'une chambre circulaire de réaction, injectent le long de cette paroi, en couches successives, un ou des fluides, qui entraînent les particules solides, traversant cette chambre, dans un mouvement de rotation rapide dont la force centrifuge concentre ces particules le long de cette paroi, formant ainsi un lit fluidifié tournant autour d'une cheminée centrale, par où les fluides sont évacués. Dans la présente invention, des injecteurs, répartis autour de la paroi circulaire d'une chambre circulaire de réaction, injectent un ou plusieurs fluides, le long de la paroi circulaire, en couches successives, afin de former une succession de couches de fluide qui se superposent en tournant rapidement à l'intérieur de la chambre de réaction, autour d'une cheminée centrale qui y pénètre ou la traverse le long de son axe central et qui est pourvue d'une ou plusieurs ouvertures d'évacuation par où le fluide peut être évacué centralement. La chambre circulaire de réaction est traversée par un flux de particules solides qui sont alimentées d'un de ses côtés et évacuées du côté opposé et qui sont entraînées par le fluide dans un mouvement de rotation rapide dont la force centrifuge permet de les concentrer, avant leur sortie de la chambre circulaire de réaction, dans un lit fluidifié rotatif dense, qui est au moins partiellement supporté par la pression centripète de ces couches successives de fluide qui longent la paroi circulaire et qui agissent comme des coussins de fluide, réduisant la friction des particules solides contre cette paroi. Le fluide est alimenté par un dispositif d'alimentation qui peut comprendre une chambre d'alimentation du fluide entourant la chambre circulaire de réaction, la différence de pression, de préférence supérieure à la pression moyenne due à la force centrifuge du lit fluidifié rotatif contre la paroi circulaire, entre le dispositif d'alimentation et la cheminée centrale et le débit du ou des fluides permettant de suppor-

ter et de faire tourner le lit fluidifié à une vitesse générant une force centrifuge moyenne substantielle, de préférence supérieure à trois fois la force de gravité. C'est pourquoi, dans un premier mode de réalisation, la présente invention se rapporte à un dispositif à lit fluidifié rotatif comprenant une chambre circulaire de réaction, un dispositif d'alimentation d'un ou plusieurs fluides, disposé autour de la paroi circulaire de la dite chambre circulaire de réaction, un dispositif d'évacuation du ou des dits fluides, un dispositif d'alimentation de particules solides d'un côté de la dite chambre circulaire de réaction et un dispositif d'évacuation des dites particules solides du côté opposé de la dite chambre circulaire de réaction, caractérisé en ce que le dit dispositif d'évacuation du ou des dits fluides comprend une cheminée centrale traversant longitudinalement ou pénétrant à l'intérieur de la dite chambre de réaction, la paroi de la dite cheminée centrale comprenant au moins une ouverture d'évacuation permettant d'évacuer centralement, par la dite cheminée centrale, le ou les dits fluides de la dite chambre circulaire de réaction; le dit dispositif d'alimentation du ou des dits fluides comprend des injecteurs de fluide répartis autour de la dite paroi circulaire permettant d'injecter le ou les dits fluides en une succession de couches qui longent la dite paroi circulaire en tournant autour de la dite cheminée centrale et en entraînant les dites particules solides dans un mouvement de rotation dont la force centrifuge les poussent vers la dite paroi circulaire; la dite force centrifuge est, en moyenne, au moins égale à trois fois la force de la pesanteur, les dites particules solides formant ainsi un lit fluidifié rotatif qui tourne autour et à une certaine distance de la dite cheminée centrale en glissant le long de la de la dite paroi circulaire et en étant supporté par les dites couches du ou des dits fluides qui traversent le dit lit fluidifié avant d'être évacués centralement par la dite ouverture d'évacuation de la dite cheminée centrale et dont la force centripète est compensée par la dite force centrifuge s'exerçant sur les dites particules solides.

Pour éviter l'entraînement des particules solides dans la cheminée centrale, il faut que la vitesse et / ou la différence entre la pression d'injection et d'évacuation du fluide soit d'autant plus grande et que les pertes de moment cinétique de rotation des particules solides soient d'autant plus petites que le rayon de la chambre de réaction et le rapport des masses spécifiques des particules solides et du fluide sont grands.

A cette fin, pour limiter la pression et la concentration des particules solides contre la paroi circulaire de la chambre de réaction et donc leur freinage, il est souhaitable que dans chaque tran- che annulaire de la chambre de réaction, il y ait au moins un injecteur de fluide tous les 90°, soit 4, et de préférence au moins sept, le plus préféré étant au moins 11 et donc que le nombre de couches successives de fluide soit élevé, ou que la distance entre ces injecteurs soit petite, de préférence inférieur au rayon moyen de la chambre circulaire, pour limiter la quantité et la concentration des particules solides qui entrent en contact avec cette paroi circulaire après avoir traversé la cou- che de fluide qui a été injecté par l'injecteur situé en amont, avant d'atteindre la couche de fluide injecté par l'injecteur situé en aval.

Il est aussi souhaitable que le profil des injecteurs soit conçu de manière à pouvoir injecter le fluide à une vitesse suffisante, de préférence à au moins deux fois la vitesse de rotation souhaitée pour les particules solides dans le lit fluidifié, et en couches minces, avec une épaisseur au moment de leur injection de préférence inférieure au vingtième du rayon moyen de la chambre de

réaction, dans une direction formant un angle aigu, de préférence inférieur à 30°, avec la paroi circulaire, et que les plans des ouvertures de sortie des injecteurs de fluide forment avec le côté de la paroi circulaire situé en aval des angles de préférence compris entre 60° et 120°, pour que la poussée du ou des fluides au moment de leur sortie des injecteurs soit plus tangentielle que ra- diale ou centripète. La paroi circulaire peut être cylindrique, mais elle peut aussi avoir différents rayons de courbure ou être plane entre les injecteurs de fluide. Dans ce dernier cas la paroi circulaire est polygonale et ses côtés situés de part et d'autre des injecteurs forment un angle d'autant plus proche de 180° que le nombre d'injecteurs est élevé.

C'est pourquoi, le présent dispositif est dans un mode de réalisation, caractérisé en ce que les directions d'injection des couches du ou des dits fluides par les dits injecteurs de fluide forment un angle inférieur à 30° avec la dite paroi circulaire du côté situé en aval des dits injecteurs de fluide. Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que les plans des sorties des dits injecteurs de fluide forment des angles compris entre 60° et 120° avec la dite paroi circulaire du côté situé en aval des dits injecteurs de fluide. Selon un autre mode de réalisation le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que chaque tranche annulaire de la dite paroi circulaire contient au moins un dit injecteur de fluide tous les 90°. De plus, le présent dispositif est caractérisé en ce que la distance entre deux dits injecteurs de fluide consécutifs est de préférence inférieure au rayon moyen de la dite paroi circulaire. Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est ca- ractérisé en ce que les sorties des dits injecteurs de fluide sont minces, de préférence d'une largeur inférieure au vingtième du rayon moyen de la dite chambre de réaction. La présente invention se rapporte également à un dispositif caractérisé en ce que la surface de la dite paroi circulaire située entre deux dits injecteurs consécutifs est plane, la paroi circulaire étant polygonale.

Il est également préférable, pour faciliter la rotation du fluide autour de la cheminée cen- traie et de réduire la possibilité d'une inversion du flux de fluide qui peut remonter le long de la paroi de la cheminée centrale en aval des ouvertures d'évacuation, qu'aucune section transversale de la cheminée centrale ne comprenne plus d'une seule ouverture d'évacuation de fluide, et que ces ouvertures soient étroites, disposées longitudinalement, de préférence d'une largeur moyenne inférieure à la moitié de la distance moyenne entre la cheminée centrale et la paroi circulaire et que la somme des sections des ouvertures d'évacuation soit de préférence inférieure au double de la somme des sections des ouvertures de sortie des injecteurs de fluide, qui est elle même de préférence inférieure à la moitié de la section longitudinale moyenne de la chambre circulaire de réaction, et que les plans de ces ouvertures d'évacuation forment avec la paroi de la cheminée centrale un angle de préférence compris entre 60 et 120°, cette paroi s'écartant progressivement de la paroi circulaire de la chambre de réaction, depuis son côté situé en aval des ouvertures d'évacuation jusqu'au côté opposé, prenant ainsi l'apparence d'une spirale. C'est pourquoi, selon un mode de réalisation le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la ou les dites ouvertures d'évacuation sont disposées longitudinalement et que leur largeur moyenne est inférieure à la moitié de la distance moyenne entre la dite paroi de la dite cheminée centrale et la dite paroi circu- laire. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractéri-

se en ce que la somme des sections des dites ouvertures d'évacuation est inférieure au double de la somme des sections de sortie des dits injecteurs de fluide. Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que les plans des dites ouvertures d'évacuation forment des angles compris entre 60° et 120° avec la paroi de la dite che- minée centrale. Selon un encore autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce qu'aucune section transversale de la dite cheminée centrale ne traverse plus d'une dite ouverture d'évacuation.

La présente invention peut comprendre au moins un déflecteur, en forme d'aile, traversant longitudinalement la chambre de réaction, à proximité de la paroi de la cheminée centrale, ayant son bord d'attaque en amont de la ou des ouvertures d'évacuation du fluide et son bord de fuite en aval de ces ouvertures d'évacuation du fluide, afin de réintroduire dans la chambre de réaction les particules solides, généralement les plus fines, qui sont entrées dans l'espace situé entre le déflecteur et la paroi de la cheminée centrale. La section de l'entrée de cet espace est de préférence plus grande que la somme des sections des ouvertures d'évacuation et la distance entre le bord de fuite et la paroi de la cheminée centrale est de préférence inférieure à la moitié de la distance entre ce bord et la paroi circulaire. Ce déflecteur peut être creux et muni d'injecteurs de fluide disposés le long de son bord de fuite, afin d'injecter à grande vitesse, une couche mince de fluide, approximativement parallèlement, de préférence à plus ou moins 30° près, à la paroi de la cheminée centrale, en aval des ouvertures d'évacuation, afin d'empêcher ces particules solides de remonter le long de la paroi de la cheminée centrale en aval de l'ouverture d'évacuation. C'est pourquoi, dans un autre mode de réalisation, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite chambre de réaction est traversée longitudinalement par au moins un déflecteur, en forme d'aile, à proximité de la dite cheminée centrale, en amont d'au moins une des dites ouvertures d'évacuation et se prolongeant au-delà de la ou des dites ouvertures d'évacuation. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que le dit déflecteur est creux et est alimenté en fluide par le dit dispositif d'alimentation de fluide et est muni d'au moins un injecteur de fluide le long de son bord de fuite permettant d'injecter le dit fluide, en couche mince, le long de la paroi de la dite cheminée centrale en aval de la dite ouverture d'évacuation. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la distance entre le dit bord situé en aval du dit déflecteur creux et la paroi de la dite cheminée centrale située en aval de la dite ouverture d'évacuation est inférieure à la moitié de la distance entre le dit bord et la dite paroi circulaire.

La présente invention peut comprendre au moins un anneau transversal de régulation, qui est placé à proximité de la sortie des particules solides, dont le bord extérieur longe et est fixé à la paroi circulaire et dont le bord intérieur entoure et est à une distance moyenne de la cheminée centrale, de préférence supérieure au quart de la distance moyenne entre la cheminée centrale et la paroi circulaire, afin de permettre aux particules solides de passer d'un côté du lit fluidifié à l'autre sans trop se rapprocher des ouvertures d'évacuation de la cheminée centrale. Cet anneau de régulation permet d'empêcher ou de ralentir le transfert des particules solides situées en amont de cet anneau vers l'aval, tant que le lit fluidifié n'a pas atteint l'épaisseur souhaitée en amont. Cet

anneau peut comprendre un passage le long de la paroi circulaire, afin de permettre un passage minimum suffisant pour vider progressivement la chambre circulaire de réaction lorsque l'alimentation des particules solides est arrêtée. C'est pourquoi, dans un autre mode de réalisation, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite chambre circulaire de réaction contient, à proximité du côté du dit dispositif d'évacuation des dites particules solides, un anneau de régulation dont le bord extérieur longe et est fixé à la dite paroi circulaire, et dont le bord intérieur est à une distance moyenne de la dite cheminée centrale supérieure au quart de la distance moyenne entre la dite cheminée centrale et la dite paroi circulaire, les dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif devant passer dans l'espace situé entre le dit bord intérieur et la dite cheminée centrale pour passer d'un côté du dit anneau de régulation à l'autre côté. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que le dit anneau de régulation comprend au moins un passage, situé contre la dite paroi circulaire, permettant le transfert des dites particules solides situées d'un côté du dit anneau de séparation vers l'autre côté sans devoir passer par l'espace situé entre le dit bord intérieur et la dite cheminée centrale.

La présente invention peut comprendre un ensemble de spires hélicoïdales, dont les bords extérieurs longent et sont fixés à la paroi circulaire et dont les bords intérieurs entourent et sont à une distance moyenne de la cheminée centrale, de préférence supérieure au quart de la distance moyenne entre la cheminée centrale et la paroi circulaire, afin de permettre aux particules solides qui se déplacent longitudinalement dans un sens, lorsqu'elles longent ces spires hélicoïdales, de se déplacer dans l'autre sens dans l'espace entre ces spires hélicoïdales et la cheminée centrale sans trop se rapprocher des ouvertures d'évacuation de la cheminée centrale. Ces spires hélicoïdales, qui peuvent former une hélice hélicoïdale continue ou discontinue ou être fragmentées en un ensemble d'ailettes, permettent de faire passer les particules solides d'un côté à l'autre de la chambre circulaire de réaction de nombreuses fois et / ou de les faire monter longitudinalement, si l'axe de rotation du lit fluidifié est incliné ou vertical. Des dispositifs semblables sont décrits dans les demandes n° 2004/0186 et n° 2004/0612 de brevets belges, déposées le 14 avril et le 12 décembre 2004 au nom du même inventeur. C'est pourquoi, dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite chambre circulaire de réaction contient un ensemble de spires ou fraction de spires hélicoïdales dont le bord extérieur longe et est fixé à la dite paroi circulaire, et dont le bord intérieur est à une distance moyenne de la dite cheminée centrale supérieure au quart de la distance moyenne entre la dite cheminée centrale et la dite paroi circulaire.

Dans la présente invention, l'axe de rotation du lit fluidifié peut être horizontal, incliné ou vertical. S'il est horizontal ou incliné de moins de 45°, de préférence de moins de 30°, la vitesse moyenne des particules solides, leur concentration et la pression qu'elles exercent sur les couches minces de fluide sont plus élevées dans le bas de la chambre de réaction. Il est donc préférable de diviser la chambre extérieure de distribution en plusieurs secteurs longitudinaux par des parois longitudinales de séparation afin de pouvoir différencier la pression d'injection de fluide dans les différents injecteurs de fluide en fonction de leur position dans la chambre de réaction.

Si l'axe de rotation du lit fluidifié est approximativement vertical ou incliné de plus de 45°, de préférence d'au moins 60°, des anneaux de séparation, entourant la cheminée centrale à une certaine distance de celle-ci, de préférence au moins le tiers de la distance moyenne entre la paroi circulaire et la cheminée centrale pour permettre aux particules solides de passer dans cet espace sans trop se rapprocher de l'ouverture d'évacuation de la cheminée centrale, peuvent être fixés contre la paroi circulaire pour empêcher la chute trop rapide des particules solides. La pression exercée par ces particules solides contre la surface supérieure de ces anneaux de séparation va les freiner non seulement dans leur chute, mais aussi dans leur mouvement de rotation. Ceci peut être compensé, si nécessaire, si ces anneaux sont creux et munis d'injecteurs de fluide permettant d'injecter un fluide en couches minces le long de leur surface supérieure dans le sens de rotation des particules solides.

Dans la présente invention, ces anneaux de séparation peuvent être remplacés par des spires hélicoïdales, qui peuvent aussi être creuses et qui peuvent former une hélice hélicoïdale continue ou discontinue ou être fragmentées en ailettes, fixées contre la paroi circulaire, l'orienta- tion de la pente des spires ou des ailettes entraînant vers le haut les particules solides, qui tournent rapidement le long de la paroi circulaire, et la distance moyenne entre le bord intérieur des spires et la cheminée centrale, de préférence supérieure au quart de la distance moyenne entre la paroi circulaire et la cheminée centrale, permettant aux particules solides, qui sont montées en longeant la surface supérieure de ces spires, de retomber dans cet espace sans trop se rappro- cher de l'ouverture d'évacuation de la cheminée centrale. Ceci permet d'alimenter les particules solides dans le bas de la chambre circulaire de réaction et de les évacuer dans le haut. Des dispositifs semblables sont décrits dans les demandes n° 2004/0186 et n° 2004/0612 de brevets belges, déposées le 14 avril et le 12 décembre 2004 au nom du même inventeur.

Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caracté- risé en ce que l'axe de rotation du dit lit fluidifié forme un angle inférieure à 45° avec la verticale et en ce que la dite cheminée centrale traverse le côté supérieur de la dite chambre circulaire de réaction et se termine à une certaine distance du côte opposé, la section transversale de la dite cheminée centrale diminuant progressivement depuis le haut vers le bas. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que le rayon moyen de la dite chambre circulaire de réaction diminue progressivement depuis le haut vers le bas.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que l'axe de rotation du dit lit fluidifié forme un angle inférieure à 45° avec la verticale et en ce que la dite chambre circulaire de réaction comprend des anneaux de séparation, divisant le dit lit fluidifié rotatif en plusieurs tronçons annulaires, le côté extérieur des dits anneaux de séparation longeant et étant fixé à la dite paroi circulaire et leur bord intérieur étant à une distance moyenne de la dite cheminée centrale supérieure au quart de la distance moyenne entre la dite cheminée centrale et la dite paroi circulaire, les dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif devant passer dans l'espace situé entre le dit bord intérieur et la dite cheminée centrale pour passer d'un côté d'un des dits anneaux de séparation à l'autre côté. Selon un mode

de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que les dits anneaux de séparation sont creux et sont alimentés en fluide par le dit dispositif d'alimentation, le dit fluide étant injecté en une succession de couches le long des surfaces supérieures des dits anneaux dans le sens de rotation du dit lit fluidifié rotatif. Selon un autre mode de réalisation préfé- ré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que les dits anneaux de séparation comprennent au moins un passage, situé contre la dite paroi circulaire, permettant le passage des dites particules solides situées au-dessus des dits anneaux de séparation vers le bas sans devoir passer par l'espace situé entre les dits bords intérieurs et la dite cheminée centrale. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré le dispositif suivant la présente invention est carac- térisé en ce que les dits anneaux de séparation sont des spires ou fraction de spires hélicoïdales, dont la pente est orientée vers le haut.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que l'axe de rotation du dit lit fluidifié forme un angle supérieur à 45° avec la verticale et en ce que la ou les dites ouvertures d'évacuation est ou sont situées du côté de la partie longitudinale inférieure de la dite chambre circulaire de réaction. Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que l'axe de rotation du dit lit fluidifié forme un angle supérieur à 45° avec la verticale et en ce que le bord d'attaque du dit déflecteur est situé du côté de la partie longitudinale inférieure de la dite chambre circulaire de réaction. Dans la présente invention, la cheminée centrale peut ne traverser qu'un côté de la chambre circulaire de réaction, de préférence le côté supérieur si l'axe de rotation du lit fluidifié est vertical ou incliné, et se terminer avant d'atteindre le côté opposé. Sa section transversale peut diminuer progressivement et son extrémité située dans la chambre circulaire de réaction peut être ouverte ou fermée. Dans un autre mode de réalisation le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la paroi de la dite cheminée centrale est évasée à au moins une de ses deux extrémités et en ce qu'elle comprend un tube d'évacuation du dit fluide, concentrique et à une certaine distance de la dite paroi évasée, et un tube d'évacuation contre la dite paroi évasée évacuant séparément les dites particules solides qui ont été entraînées dans la dite cheminée centrale et qui sont poussées par la force centrifuge le long de la dite paroi évasée. Dans la présente invention, la chambre de distribution peut être divisée en tronçons annulaires successifs par des parois annulaires transversales de séparation afin de pouvoir différencier la qualité et la quantité des fluides qui sont alimentés dans les différents tronçons et qui traversent le tronçon correspondant du lit fluidifié rotatif et ces fluides peuvent être recyclés dans les mêmes tronçons ou dans d'autres tronçons, si la cheminée centrale est aussi divisée en tronçons succes- sifs, reliés à des tubes passant à l'intérieur de la cheminée centrale et permettant d'évacuer séparément ces fluides. C'est pourquoi, dans un autre mode de réalisation, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que le dit dispositif d'alimentation du ou des dits fluides comprend une chambre d'alimentation de fluide entourant la dite paroi circulaire, la différence de pression entre la dite chambre d'alimentation de fluide et la dite cheminée centrale étant maintenue par les dits dispositifs d'alimentation et d'évacuation du ou des dits fluides à plus d'une fois la pression

centrifuge moyenne exercée par le dit lit fluidifié sur la dite paroi circulaire. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite chambre d'alimentation est divisée en secteurs longitudinaux par des parois longitudinales permettant d'alimenter les dits injecteurs correspondant aux dits secteurs longitudinaux à des pressions différen- tes. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite chambre d'alimentation est divisée en tronçons annulaires successifs par des parois annulaires transversales permettant d'alimenter séparément les dits injecteurs correspondant à chacun des dits tronçons annulaires successifs et donc de faire traverser les tronçons annulaires correspondants du dit lit fluidifié rotatif par des fluides de compositions et / ou à des températures et / ou à des vitesses d'injection différentes.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que le dit dispositif d'alimentation d'un ou plusieurs fluides comprend au moins un éjecteur pénétrant dans un conduit d'évacuation du ou des dits fluides et par où le ou les dits fluides d'alimentation sont injectés à très grand vitesse et mélangés aux fluides évacués dans le dit conduit d'évacuation pour être recyclés dans la dite chambre circulaire de réaction.

Dans la présente invention, plusieurs chambres circulaires de réaction peuvent être mises en série en reliant la sortie des particules solides d'une chambre à l'entrée des particules solides de la chambre suivante, et les particules solides peuvent être recyclées, après avoir été régénérées, si elles sont catalytiques, par un dispositif adéquat après avoir passé un temps plus ou moins long, en fonction des besoins, dans la ou les chambres circulaires de réaction. Dans un autre mode de réalisation le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite chambre circulaire de réaction est reliée à une autre chambre similaire, par un conduit de transfert qui permet de transférer les dites particules solides de la dite chambre circulaire de réaction à la dite chambre similaire et dont l'entrée est situé à proximité de la dite paroi circulaire de la dite chambre circulaire de réaction, du côté opposé au dit dispositif d'alimentation des dites particules solides, et dont la sortie est située à proximité de la dite cheminée centrale de la dite chambre similaire du côté opposé au dit dispositif d'évacuation des dites particules solides de la dite chambre similaire. Un dispositif semblable est décrit dans la demande de brevet n° 2004/0612 d'un brevet belge, déposée le 12 décembre 2004 au nom du même inventeur. Un dispositif semblable est éga- lement décrit de manière plus détaillée ci-dessous.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite cheminée centrale est divisée transversalement par des parois transversales en tronçons reliés à des tubes d'évacuation disposés à l'intérieur de la dite cheminée centrale permettent d'évacuer séparément les fluides provenant des dits tronçons de la dite cheminée centrale et de les recycler et de les traiter séparément dans une tronçon correspondant ou un autre tronçon de la dite chambre circulaire de réaction. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que la dite chambre circulaire de réaction est divisée en tronçons annulaires correspondants aux dits tronçons de la dite cheminée centrale, par des parois annulaires fixées entre la dite paroi circulaire et la dite cheminée centrale, ces dites parois annulaires comprenant au moins un passage contre la dite paroi circu-

laire permettant le passage des particules solides d'un dit tronçon annulaire vers le dit tronçon annulaire adjacent et ces dites parois annulaires ou les dites parois transversales de la dite cheminée centrale comprenant au moins un passage situé contre ou dans la dite cheminée centrale permettant le passage des dits fluides d'un dit tronçon vers le dit tronçon adjacent. Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de recyclage du ou des dits fluides évacués par le dit dispositif d'évacuation du ou des dits fluides vers le dit dispositif d'alimentation du ou des dits fluides, le dit dispositif de recyclage comprenant un dispositif de traitement des dits fluides recyclés permettant d'ajuster la température et / ou la composition des dits fluides recyclés. Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de recyclage des dites particules solides évacuées par le dit dispositif d'évacuation des dites particules solides permettant de les recycler dans la dite chambre circulaire de réaction par le dit dispositif d'alimentation des dites particules solides. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que les dites particules solides sont des catalyseurs et en ce que le dit dispositif de recyclage des dites particules catalytiques comprend un dispositif de régénération des dites particules catalytiques.

Dans un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que le ou les dits fluides sont des gaz et en ce qu'il comprend un dispositif d'injection d'un liquide, passant par la dite cheminée centrale, permettant de pulvériser le dit liquide en fines gouttelettes sur au moins une partie de la surface du dit lit fluidifié.

Les figures 1 à 10 illustrent des modes de réalisation d'un dispositif à lit fluidifié rotatif suivant l'invention comprenant un dispositif d'injection de fluide en couches successives, à l'intérieur d'une chambre de réaction circulaire fixe. La figure 1 montre la coupe longitudinale schématique, dans le plan des axes (x) et (z), l'axe (x) coïncidant avec l'axe de rotation du lit fluidifié (00') et l'axe (z), dirigé vers le haut, coïncidant avec la verticale, d'un réacteur cylindrique comprenant trois parois concentriques, la paroi extérieure (1), la paroi médiane, appelée la paroi circulaire (2) et la paroi centrale (3), appelée la paroi de la cheminée centrale, l'espace compris entre la paroi extérieure et la paroi centrale étant fermé par deux parois latérales annulaires (4.1) et (4.2). L'espace (5) entre la paroi extérieure et la paroi circulaire est la chambre d'alimentation du ou des fluides, l'espace (6) entre la paroi circulaire et la paroi centrale est la chambre circulaire de réaction et l'espace à l'intérieur de la paroi centrale est la cheminée centrale (7).

Des tubes (8) permettent d'introduire le ou les fluides, symbolisés par les flèches (9) au tra- vers de la paroi extérieure (1) ou des parois latérales annulaires (4.1) et (4.2), à l'intérieur de la chambre d'alimentation (5) et des tubes (10) permettent d'évacuer le ou les fluides, symbolisés par les flèches (11), de la cheminée centrale (7). Des fentes longitudinales (12), pouvant s'étendre de manière continue d'une extrémité à l'autre de la chambre circulaire de réaction ou, comme c'est le cas sur cette figure, s'étendre sur des longueurs plus ou moins grandes et être séparées les unes des autres par des distances plus ou moins grandes, traversant la paroi circulaire (2), schématisent

les injecteurs de fluide qui permettent d'injecter dans la chambre circulaire de réaction (6), le ou les fluides, symbolisé par les flèches (13), en couches minces, à grande vitesse, le long de la paroi circulaire (2), et une ouverture d'évacuation (14) dans la paroi de la cheminée centrale (3) permet d'évacuer ce fluide, symbolisé par les flèches (15), de la chambre circulaire de réaction (6) dans la cheminée centrale (7). Comme le ou les fluides tournent rapidement dans la chambre circulaire de réaction, la composante tangentielle de leur vitesse est largement supérieure à la composante radiale, mais elle n'est pas visible car elle est perpendiculaire au plan de la figure.

Un conduit (16) permet d'introduire des particules solides, symbolisées par de petits ronds (17), au travers de la paroi latérale (4.1 ). Les particules solides sont entraînées par le fluide dans un mouvement de rotation et la force centrifuge les maintient le long de la paroi circulaire (2) où elles forment un lit fluidifié de surface approximativement cylindrique (18). Un conduit (19) permet d'évacuer les particules solides (17) au travers de la paroi latérale annulaire opposée (4.2).

Des parois annulaires (20) peuvent diviser la chambre de distribution (5) en tronçons annulaires, (A), (B) et (C) pour pouvoir alimenter des qualités différentes et / ou à des pressions diffé- rentes le ou les fluides.

Les tubes (10) d'évacuation du ou des fluides peuvent pénétrer à l'intérieur de la cheminée centrale (3) qui s'élargit à ses deux extrémités, formant ainsi des sortes de cyclone. Les particules solides, qui ont pu pénétrer à l'intérieur de la cheminée centrale et qui tournent rapidement, se concentrent le long des parois coniques (24), et sont évacuées par les tubes (25) et éventuelle- ment recyclées.

Le lit fluidifié peut être divisé par un anneau de régulation (26) éventuellement munis d'un ou plusieurs passages (27) contre la paroi circulaire permettant aux particules solides de passer d'un côté à l'autre. Si le débit d'alimentation des particules solides (17) par le conduit (16) est plus élevé que le débit de transfert des particules solides au travers des passages (27), l'épaisseur (28) du lit fluidifié en amont de l'anneau de régulation (26) augmentera jusqu'à ce qu'il soit suffisant pour que les particules débordent par le centre de cet anneau pour passer de l'autre côté. Et si le débit de sortie des particules solides par le conduit (19) est plus grand que le débit d'alimentation, l'épaisseur (29) du lit fluidifié en aval de l'anneau de régulation (26) diminuera jusqu'à ce que la raréfaction des particules solides ajuste automatiquement le débit de sortie avec le débit d'entrée de ces particules. Ce dispositif permet de maintenir approximativement constant le volume du lit fluidifié en amont de l'anneau de régulation (26), de préférence situé à proximité de la sortie (19), si le débit d'alimentation des particules solides est suffisamment élevé. Les passages (27) permettent aussi d'évacuer la totalité des particules solides de la chambre circulaire de réaction lorsque l'alimentation des particules solides est arrêtée. Comme le réacteur est horizontal, l'effet de la force de gravité engendre une différence d'épaisseur du lit fluidifié et / ou de concentration des particules solides entre le haut (28) et le bas (30) de la chambre circulaire de réaction. La sortie (14) est de préférence dans le bas du réacteur car la vitesse et la concentration des particules y est maximum, et donc l'épaisseur du lit fluidifié y est minimum, ce qui diminue leur probabilité d'être entraînées dans la cheminée centrale (7). Le plan de l'ouverture d'évacuation (14) étant perpendiculaire à la paroi de la cheminée

centrale, l'épaisseur ou largeur (31) de la chambre de réaction est minimum en aval de l'ouverture d'évacuation (14) et elle est maximum (32) en amont. La paroi circulaire (2) est cylindrique dans cette illustration, et donc son rayon (33) est constant, tandis que le rayon de courbure de la paroi de la cheminée centrale (3) est variable. Il est minimum (34) en amont de la sortie (14) et maximum (35) en aval.

La largeur (36) de l'ouverture d'évacuation (14) peut être maximum au milieu de la chambre de réaction et minimum près des parois latérales annulaires (4.1) et (4.2) pour que la section transversale de la cheminée centrale soit plus élevée à ses extrémités, afin de faciliter l'évacuation du fluide (11 ). Il faut remarquer que cette largeur (36) est de préférence nulle contre ces parois, pour éviter que les particules solides ralenties par ces parois soient entraînées à l'intérieur de la cheminée centrale.

Le réacteur peut être légèrement incliné pour permettre d'augmenter la circulation des particules vers leur sortie et donc de diminuer leur temps de résidence à l'intérieur de la chambre de réaction. Dans ce cas la surface du lit fluidifié est légèrement conique en fonction de l'importance de l'inclinaison et du rapport entre la force de gravité et la force centrifuge.

La figure 2 montre la coupe transversale schématique, suivant le plan des axes (y) et (z), du réacteur de la figure 1, où la chambre annulaire de distribution (5) est remplacée par quatre chambres tubulaires de distribution, de (5.1) à (5.4), connectées chacune à un injecteur ou ensemble d'injecteurs de fluides (12). Cette disposition peut être préférée lorsque le nombre d'injecteurs est peu élevé.

On peut remarquer que le rayon de courbure (35) de la paroi (3) de la cheminée centrale est plus petit (34) sur sa partie en amont de l'ouverture d'évacuation (14), lui donnant l'apparence d'une spirale, et que la largeur (31) de la chambre circulaire est de préférence plus petite en aval qu'en amont (32), car le débit du fluide tournant autour de la cheminée augmente au fur et à me- sure qu'il se rapproche de l'ouverture d'évacuation (14).

La surface (37) schématise la section d'une zone de turbulence générée par l'inversion éventuelle de la circulation du fluide, schématisée par les flèches (38), en aval de la sortie (14) de la cheminée centrale. Cette turbulence peut entraîner l'évacuation de particules solides, généralement les plus fines, par l'ouverture d'évacuation (14). II est utile de noter que la force de la pesanteur qui s'ajoute à la force centrifuge dans le bas du réacteur et qui y augmente la vitesse des particules solides et donc la force centrifuge, y génère une pression plus élevée contre la paroi circulaire, ce qui peut justifier une pression d'injection plus élevée dans la chambre tubulaire de distribution (5.3). Par ailleurs, il peut être souhaitable de diminuer la pression d'injection de la chambre tubulaire (5.2), en amont de la sortie d'évacuation (14), pour y diminuer la pression centripète du fluide sur les particules solides et donc le risque de les entraîner dans la cheminée centrale.

La simulation numérique montre qu'il est possible, dans une chambre cylindrique de 40 cm de diamètre avec 4 injecteurs de fluide, injectant de l'air à la pression atmosphérique dans une direction formant un angle de 30° avec la paroi cylindrique, répartis, à raison d'un tous les 90°, autour de chaque tranche annulaire de la chambre cylindrique, de former un lit fluidifié rotatif

dense. Toutefois il est constaté qu'une quantité importante de particules solides traverse les couches minces de fluide et est freinée le long de la surface circulaire en amont des fentes d'injection, où leur concentration s'approche du maximum théorique, ce qui augmente la résistance à la rotation du lit fluidifié. Il est également constaté que l'interaction entre les particules solides, dont le ralentissement génère une pression élevée en amont des injecteurs et le fluide dont la pression d'injection doit être élevée pour compenser cette pression élevée des particules solides sur l'ouverture de sortie des injecteurs, peut générer localement une forte poussée centripète, pouvant projeter les particules solides vers l'ouverture d'évacuation si cette forte poussée est en amont de l'ouverture d'évacuation et donc entraîner des pertes de particules solides. Pour réduire cet effet de freinage et éviter des phénomènes de résonance qui peuvent entraîner des pertes de particules solides, il est souhaitable d'augmenter le nombre d'injecteurs, de préférence un nombre premier, et / ou que la distance entre les injecteurs ne soit pas partout identique. Il est aussi préférable de donner aux injecteurs et à la paroi circulaire une forme qui permet de minimiser la poussée centripète du fluide et de favoriser sa poussée tangentielle. Ainsi sur la figure 2, les plans des ouvertures de sortie des injecteurs sont quasiment confondus avec les plans parallèle à la surface circulaire qui est cylindrique, ce qui favorise la poussée centripète due à la pression du fluide sur les particules solides même si l'angle d'injection du fluide est petit.

La figure 3 montre la coupe transversale schématique de la zone autour d'un injecteur de fluide, illustrant comment une petite modification de la paroi circulaire (2.2) en aval d'un injecteur de fluide (12), celle-ci devenant plane et tangentielle, en (B), au prolongement de la paroi circulaire (2.3), change l'orientation du plan de sa sortie, qui forme dès lors un angle (40) d'environ 90° avec la paroi plane (2.2). La poussée générée par la pression élevée du fluide (13.1 ) du côté de l'amont de sa sortie, en (A), est dès lors davantage dirigée tangentiellement à la paroi circulaire. Les particules solides, très concentrées, symbolisées par de petits ronds (17), forment un ensemble compact qui glisse le long de la paroi circulaire (2.1) suivant la direction (41.1) en amont de l'injecteur (12.1). Leur rencontre avec la ligne de flux (42.1) du fluide (13), à la sortie de l'injec- teur, les dévient progressivement et les accélèrent le long de la ligne de flux (41.2) et donc leur concentration diminue progressivement, permettant à une fraction de plus en plus grande du fluide de pénétrer dans cet ensemble de particules solides de moins en moins compact en suivant la ligne de flux du fluide (42.2) qui pénètre de plus en plus (42.3) dans le lit fluidifié en s'écartant de la paroi (2.3).

La pression du fluide dans l'espace (43), entre la paroi (2.2) et la ligne de flux (41.2) des particules solides doit être suffisante pour empêcher les particules solides de boucher la sortie du fluide et donc pour les dévier suivant cette ligne de flux (41.2). Au fur et à mesure que le fluide accélère les particules solides, son énergie et donc sa pression diminue, permettant aux particules solides qui suivent la ligne de flux (41.3) de se rapprocher de la paroi circulaire (2.3) qui va les ralentir et donc augmenter leur concentration jusqu'à ce qu'elles passent devant l'injecteur suivant. Et ainsi de suite... Si l'angle (40) entre le plan de la sortie de l'injecteur (12) et la paroi circulaire était plus pro-

che de 0°, comme sur la figure 2, le changement de direction (41.2) des particules solides serait plus brutal, engendrant une pression plus élevée et donc une plus grande poussée du fluide sur les particules solides situées contre la partie en amont de l'injecteur, dans une direction perpendiculaire à ce plan, et donc centripète et la ligne de flux (41.2) s'écarterait davantage de la paroi (2.2), ce qui augmenterait le ralentissement des particules solides en amont et les rapprocherait davantage de la cheminée centrale.

Cette illustration montre comment les particules solides freinées par la paroi courbe de la chambre de réaction et, se heurtant à l'obstacle constitué par l'injection d'un jet de fluide, peut former un ensemble compact qui freine substantiellement le glissement normal de ces particules soli- des et comment la disposition et l'orientation de l'ouverture de sortie des injecteurs et de la direction d'injection du fluide peut minimiser ce freinage et la pression centripète exercée par le fluide sur les particules solides en amont de sa sortie.

La figure 4 montre la coupe transversale schématique, suivant le plan des axes (y) et (z) d'un réacteur dont les dispositifs d'alimentation et d'évacuation du ou des fluides de la chambre de réaction ont été modifiés pour améliorer la proportion entre le transfert de moment cinétique tan- gentiel et centripète du fluide vers les particules solides et de réduire la quantité des particules solides qui s'échappent par l'ouverture d'évacuation (14) de la cheminée centrale. Le nombre d'in- jecteurs de fluide ayant été augmenté, 11 dans cet exemple, la chambre d'alimentation est de préférence délimitée par une paroi cylindrique (1) entourant la paroi circulaire (2) et elle est divisée en secteurs longitudinaux, de (5.1) à (5.4), par des parois longitudinales (49), pour permettre d'alimenter les différents injecteurs de fluides (12) à des pressions différentes.

La paroi circulaire est plane entre deux injecteurs (12). Elle est donc polygonale. Le fluide est injecté parallèlement à cette surface, suivant le schéma décrit dans la figure 5, afin de faciliter le glissement des particules solides le long de celle-ci et de réduire leur concentration en amont des fentes d'injection et donc de diminuer la résistance à l'avancement.

Un déflecteur creux, en forme d'aile, de section (50), traversant longitudinalement, c'est à dire perpendiculairement au plan de la figure, la chambre circulaire de réaction (6) et fixé aux deux parois latérales annulaires (4.1 ) et (4.2), non visibles sur cette figure, par où un fluide sous pression peut y être introduit, est placé à une distance (51) de la paroi de la cheminée centrale (3), en amont de l'ouverture d'évacuation (14). Il canalise le flux de fluide (52) dans l'espace (53) entre lui et la paroi de la cheminée centrale.

La zone de turbulence (37) qui peut se développer le long du bord d'attaque (54) du déflecteur (50) peut entraîner des particules solides dans cet espace (53). La distance (51) étant de préférence supérieure à l'épaisseur (36) de l'ouverture d'évacuation (14), la vitesse du fluide (52), qui accélère ces particules solides, augmente progressivement et la force centrifuge les pousse le long de la paroi intérieure courbe (55) du déflecteur creux (50).

Le bord de fuite (56) du déflecteur, situé à la distance (57) de la paroi de la cheminée centrale (3), est muni d'un ou plusieurs injecteurs de fluide permettant d'injecter à grande vitesse une couche mince de fluide (58) plus ou moins parallèlement, de préférence à moins de 30° près, à la paroi de la cheminée centrale (3), produisant un effet de succion qui ramène dans la chambre de

réaction (6), au-delà de l'ouverture d'évacuation (14), les particules solides qui longent la paroi intérieure (55) du déflecteur. Toutefois, une zone de turbulence (59.1 ) peut se développer entre la couche mince de fluide (58) et la paroi de la cheminée centrale (3) et générer une inversion de flux qui ramène une partie de ces particules vers la sortie (14). Pour minimiser cette influence, il est préférable que la chute de pression dans l'espace (53) soit faible et donc que la quantité de particules solides que le flux de fluide (52) doit accélérer soit faible et que la distance (57) soit petite, de préférence inférieure à la moitié de la distance (60) entre le bord de fuite et la paroi circulaire.

Une autre zone de turbulence (59.2) peut se développer entre le jet de fluide (58) et la paroi circulaire et engendrer une inversion du flux de fluide qui augmente la résistance à la rotation du lit fluidifié en amont de cette zone. Pour en minimiser l'influence, il est préférable que l'injection de la couche mince de fluide (58) soit parallèle ou dirigée légèrement vers la paroi de la cheminée centrale (3).

La figure 5 montre un agrandissement de la zone située autour des deux injecteurs (12.1) et (12.2). Les particules solides, en amont de l'injecteur (12.1), glissent le long de la paroi plane (2.1) suivant la ligne de flux (41.1). Elles exercent une pression sur le flux de fluide (13.1) à sa sortie de l'injecteur (12.1), dont la surface de sortie forme un angle (40) d'environ 90° avec la surface plane de la paroi (2.2), et elles empêchent l'expansion normale du fluide pénétrant dans la chambre de réaction, l'obligeant à suivre la ligne de flux (42.1), dont la pression compense la pression des particules solides et les dévient suivant la ligne de flux (41.2), qui pénètre progressive- ment dans la couche de ce fluide. Les particules solides forment une barrière, qui agit comme un déflecteur plus ou moins perméable suivant leur concentration, et elles confinent le fluide entre la ligne de flux (42.2) et la paroi polygonale (2.2) et le fluide qui garde une vitesse moyenne élevée, car il est confiné dans un espace étroit, perd de l'énergie et donc de la pression au fur est à mesure qu'il la transfère aux particules solides qui longent la ligne de flux (41.3), en les accélérant et donc leur concentration diminue et leur perméabilité augmente, ce qui permet à la ligne de flux (42.3) de s'éloigner de la paroi (2.2) et donc au fluide, qui a perdu beaucoup de son énergie, de ralentir. La ligne de flux (41.4) des particules solides fini par longer la paroi (2.2), le long de laquelle elles glissent, ralentissent et leur concentration augmente avant d'atteindre l'injecteur suivant (12.2). Et ainsi de suite... La concentration du flux de particules solides en amont des injecteurs est d'autant plus grande que la distance entre les injecteurs de fluide (12.1 ) et (12.2) est grande et donc que leur nombre est petit, et si la surface de la paroi plane (2.2) était courbe comme les parois (2.1) et (2.3) dans la figure 3, elle exercerait sur les flux de particules solides (41.1) et (41.4) une pression supplémentaire qui les ralentirait et qui augmenterait ainsi leur concentration et la résistance à la rota- tion du lit fluidifié.

L'angle de déviation (66) entre deux injecteurs est d'autant plus petit que le nombre d'injec- teurs est élevé, ce qui diminue la déviation des flux de particules solides (41.2) et (41.3) et donc la pression exercée sur les flux de fluide (13.1) et (13.2) et donc aussi la quantité de particules solides qui peut se concentrer le long de la paroi circulaire polygonale après avoir traversé ces flux de fluide et donc aussi la résistance à la rotation du lit fluidifié. L'angle (40) formé par le plan de la

sortie de l'injecteur (12.1) et la paroi circulaire polygonale (2.2) est d'environ 90°, ce qui permet d'injecter le fluide (13.1 ) dans une direction quasiment parallèle à cette paroi (2.2) et ainsi d'augmenter la quantité de moment cinétique tangentiel transférée aux particules solides.

Cette illustration montre que les particules solides sont portées par un coussin de fluide dont la pression compense la force centrifuge et permet à ces particules de glisser le long de la paroi circulaire polygonale avec une résistance à la rotation très faible, si le nombre d'injecteurs de fluide est élevé.

La chambre circulaire de réaction peut être connecté en série à d'autres chambres semblables, la sortie (19) des particules solides de la chambre en amont étant reliée à l'entrée (16) de la chambre suivante. Ces chambres circulaires de réaction peuvent être côte à côte, dans le prolongement l'une de l'autre ou superposées. Elles peuvent être inclinées ou verticales.

La figure 6 montre la coupe longitudinale schématique, dans le plan des axes (x) et (z), l'axe des (z) étant vertical et coïncidant avec l'axe de rotation (OO ¹ ) des lits fluidifiés, de la connexion de deux tronçons de chambres circulaires superposées. Les surfaces (18) des lits fluidi- fiés étant coniques, les lits fluidifiés des chambres de réaction (6) sont subdivisés en tronçons annulaires par des anneaux de séparation (80) qui supportent la partie du lit fluidifié directement située au-dessus d'eux. Ceux-ci sont creux et connectés aux chambres de distribution du fluide (5) par des ouvertures (81) afin de pouvoir injecter par des injecteurs (82), plus ou moins parallèlement au plan des axes (x) et (y) et perpendiculairement à l'axe de rotation (00'), des fluides, sym- bolisés par les flèches (83), en couches minces, qui supportent et font tourner les particules solides qui s'appuient sur la partie supérieure des anneaux de séparation (80).

L'anneau de séparation (85) situé au bas des chambres de réaction est prolongé jusqu'à la paroi de la cheminée centrale (3), tandis que les autres anneaux de séparation (80) ont une ouverture centrale large, de préférence supérieure au quart de la distance moyenne entre la paroi circu- laire et la cheminée centrale, pour permettre aux particules solides d'y passer tout en restant à une certaine distance de la paroi de la cheminée centrale (3) pour ne pas être entraînées dans la cheminée centrale par l'ouverture d'évacuation (14).

Un flux de particules solides (80) sort du bas de la chambre circulaire de réaction supérieure par le conduit de transfert (91) qui traverse l'anneau de séparation (85) et pénètre (92) dans la partie supérieure de la chambre inférieure. Les flux de fluide (11 ) sont évacués des cheminées centrales (7) par un ou plusieurs conduits (93).

Il faut remarquer que si la pression du fluide au-delà du lit fluidifié est plus ou moins la même dans chaque chambre circulaire de réaction, la pression à l'entrée du conduit de transfert (91), située à l'intérieur du lit fluidifié, à proximité de la paroi circulaire, est supérieure à la pression à sa sortie, située en dehors du lit fluidifié, près de la paroi de la cheminée centrale, ce qui facilite le transfert des particules solides d'un réacteur à l'autre, même lorsque les réacteurs sont horizontaux et situés à la même hauteur.

Enfin les particules solides (95), qui ont pénétré dans la cheminée centrale (7) en passant par l'ouverture d'évacuation (14) et qui tombent tout en tournant dans le bas de la cheminée cen- traie, en sont évacuées par le tube (96), qui dans la réalité n'est pas dans le même plan que le

conduit de transfert (90), afin de pouvoir les croiser. La pression en cet endroit étant plus faible que la pression dans la chambre de réaction, ces particules solides doivent donc être collectées séparément pour être éventuellement recyclées par des moyens adéquats.

Les anneaux de séparation (85) peuvent être remplacés par des spires hélicoïdales. Les particules solides qui tournent le long de la paroi circulaire et d'une spire hélicoïdale vont monter si la pente de la spire est dans le sens ascendant. Dans ce cas il est possible de transférer les particules solides de la chambre inférieure vers la chambre supérieure, si la partie inférieure du conduit de transfert (91) est localisée le long de la paroi circulaire où la pression est la plus élevée et la partie supérieure de ce conduit (91 ) est localisée contre la cheminée centrale où la pression est la plus faible. Les particules qui ne sont pas transférées ou évacuées de la partie supérieure de la chambre circulaire de réaction peuvent retomber dans l'espace central entre le bord intérieur des spires et la cheminée centrale. Les spires hélicoïdales peuvent aussi être creuses et alimentées de fluide qui est injecté le long de leur surface supérieure dans la chambre circulaire de réaction. Elles peuvent former une hélice hélicoïdale continue ou discontinue ou être fragmentées en frac- tion de spires, semblables à des ailettes fixes, orientées dans le sens ascendant.

Les flux de fluides peuvent être recyclés suivant des schémas adaptés aux objectifs. Par exemple la figure 7 montre un schéma adapté au séchage de particules solides introduites par le tube (16) d'un côté d'une des deux chambres circulaires de réaction mises en série et sortant par le tube (19) placé à l'extrémité opposée de la deuxième chambre, le transfert de ces particules d'un réacteur à l'autre se faisant par le conduit de transfert (91 ).

Le gaz frais et sec (100) est introduit par le tube (8.1) alimentant le tronçon annulaire (F) de la chambre d'alimentation située du côté de la sortie (19) des particules solides. Il est réchauffé au contact des particules solides chaudes qu'il refroidit tout en achevant leur séchage avant leur sortie par le tube (19). Ce gaz est ensuite aspiré par le compresseur (101.1) au travers du tube de sortie (11.1). Il est recyclé au travers des unités de traitement (102.1) et (102.2), par exemple des échan- geurs thermiques et/ou condenseurs, par les tubes (8.2) et (8.3) dans les tronçons annulaires (E) et (D). Il est ensuite recyclé successivement par les compresseurs (101.2) et (101.3) dans les tubes de (8.3) à (8.6) au travers des unités de traitement de (102.2) à (102.5), dans les tronçons annulaires de (D) à (A), afin d'évacuer progressivement l'humidité des particules solides. Le fluide, qui s'est chargé d'humidité et qui a été refroidi par les particules solides, qui sont introduites par le tube (16) situé du côte du tube (8.6) et qu'il a réchauffées, est évacué en (103).

Les particules solides peuvent être des catalyseurs qui catalysent la transformation chimique du fluide qui traverse le lit fluidifié. Dans ce cas, le fluide est progressivement transformé. Il est en contact lors de son premier passage dans le réacteur avec un catalyseur usagé qui peut être régénéré et recyclé par des dispositifs adéquats, et lors de son dernier passage avec un catalyseur frais ou régénéré et les unités de traitement de (102.1) à (102.5) peuvent aussi servir à évacuer un composant indésirable, par exemple par absorption ou condensation.

La figure 8 montre le schéma de la coupe longitudinale schématique d'un réacteur semblable à celui de la figure 1 , mais dont l'axe de rotation du lit fluidifié est vertical ou fortement incliné et dont la cheminée centrale (7) se termine à une certaine distance au-dessus du côté inférieur

(4.2). Le bas de la cheminée centrale peut être fermé, comme représenté sur la figure 8, ou être ouvert. Dans ce cas les particules solides qui entrent dans la cheminée centrale peuvent en être évacuées par le bas lors des arrêts, mais en cours de fonctionnement, des tourbillons peuvent y entraîner les particules solides qui s'accumulent dans le bas de la chambre circulaire de réaction. Cette configuration peut être avantageuse lorsque la quantité de fluide à évacuer n'est pas trop élevée. Comme la surface (18) du lit fluidifié est conique, très légèrement conique sur ce schéma, ce qui suppose une force centrifuge très élevée, le fluide (13) doit traverser une épaisseur plus importante du lit fluidifié dans la partie inférieure de la chambre de réaction et donc son temps de résidence y est plus élevé. S'il est souhaitable de l'éviter, la chambre circulaire (2) peut être aussi conique pour réduire cette différence et / ou la quantité de fluide injecté dans la partie inférieure de la chambre circulaire de réaction peut être augmenté, par exemple en y augmentant le nombre et / ou la section des injecteurs de fluide et / ou la pression dans le tronçon annulaire (C) de la chambre de distribution.

La figure 8 comprend aussi, à titre d'illustration, le schéma d'un système d'alimentation du fluide par éjecteur permettant le recyclage d'une fraction de ce fluide sans l'utilisation d'un compresseur. Ce schéma est utile lorsque le fluide ne doit être recyclé qu'une ou deux fois et que l'utilisation de compresseurs est difficile, par exemple à cause de la corrosivité du fluide ou de températures très élevées, comme par exemple pour la déshydrogénation de l'ethylbenzène ou le craquage catalytique d'essence de cracking en oléfines légères. Le fluide d'alimentation (100), éventuellement préchauffé, est injecté sous pression dans un éjecteur (105), pour être injecté (106) à très grande vitesse dans le tube (10.1) de sortie du fluide à recycler (11.1) afin de l'entraîner dans une unité de traitement (102), par exemple un four, et de le recycler dans le réacteur par les tubes (8), avant d'être évacué (11.2) par le tube (10.2) vers des unités de traitement. La figure 9 montre le schéma de la coupe longitudinale d'un réacteur semblable à celui de la figure 1 , comprenant à chaque extrémité de la cheminée centrale un compresseur centrifuge, (108.1) et (108.2), symbolisé par les hélices (109.1) et (109.2), qui sont entraînées par un moteur commun (110) grâce à l'arbre de transmission (111) qui traverse la cheminée centrale. Le fluide frais (112) est alimenté par le tube (8.1) situé du côté de la sortie (19) des particules solides, en passant éventuellement par une unité de traitement (113), comme par exemple un condenseur d'humidité. Il est ensuite recyclé un certain nombre de fois, successivement par les compresseurs (108.1) et (108.2) au travers des tubes (8.2) et (8.3) et de l'unité de traitement (102), comme par exemple un réchauffeur, avant d'être évacué. Ce schéma très compact peut être avantageusement utilisé dans des unités facilement transportables, par exemple pour le séchage de grains d'origine agricoles.

Les flux de fluide peuvent être recyclés dans les mêmes tronçons annulaires, par exemple pour polymériser les particules catalytiques en suspension dans des mélanges de fluides actifs contenant le ou les monomères et pouvant avoir des compositions et / ou des températures différentes d'un tronçon à l'autre pour obtenir des polymères multimodaux et / ou à large distribution moléculaire.

La figure 10 illustre un schéma pouvant servir à ce type d'application. La chambre d'alimentation et la cheminée centrale sont divisées en quatre tronçons, respectivement de (A) à (D) et de (A°) à (D°), par les parois transversales de (20.1) à (20.3) et de (115.1) à (115.3). Ces dernières peuvent être prolongées par les parois transversales annulaires de (116.1) à (116.3) afin de sépa- rer également la chambre circulaire de réaction en quatre tronçons annulaires correspondant aux quatre tronçons de la chambre d'alimentation et de la cheminée centrale pour mieux séparer les fluides d'un tronçon à l'autre, à condition de prévoir des passages de (117.1) à (117.3) dans ces parois transversales annulaires, de (116.1 ) à (116.3), le long de la paroi circulaire, pour permettre le transfert des particules solides d'un tronçon annulaire à l'autre et des passages de (118.1) à (118.3) contre la cheminée centrale ou à l'intérieur de celle-ci pour permettre le passage de fluide afin d'égaliser les pressions entre les différents tronçons de la cheminée centrale.

Quatre compresseurs, de (108.1 ) à (108.4) aspirent les fluides, de (11.1) à (11.4), des tronçons, de (A°) à (D°), de la cheminée centrale au travers des tubes concentriques, de (10.1) à (10.4), pour le recycler dans les chambres d'alimentation, de (A) à (D), par les tubes de (8.1) à (8.4), en passant par les unités de traitement, de (92.1) à (92.4), par exemple des échangeurs thermiques avec soutirage éventuelle de composants indésirables et / ou de fluide à purifier avant d'être recyclé. Les fluides recyclés traversent ensuite le lit fluidifié rotatif et pénètre dans les ouvertures d'évacuation de la cheminée centrale, de (14.1) à (14.4), pour être recyclé à nouveau dans les mêmes tronçons. Les fluides frais (119) peuvent être directement alimentés, en fonction des besoins, par les tubes d'alimentation, de (8.1) à (8.4).

Si les fluides sont des gaz, il est possible de pulvériser de fines gouttelettes (120) d'un liquide sur au moins une partie de la surface du lit fluidifié par un ou plusieurs tubes (121 ) passant par la cheminée centrale.

Ces schémas ne peuvent fonctionner que si la quantité de mouvement transmise par le fluide aux particules solides est suffisante pour les accélérer au fur et à mesure de leur transfert à l'intérieure de la chambre de réaction à une vitesse moyenne de rotation, Vp, suffisamment élevée pour que la force centrifuge compense la pression centripète exercée par le fluide et pour compenser leurs pertes de moment cinétique dues à la turbulence et à la friction le long des parois.

Il faut en outre que, après avoir été ralenti par les particules solides, le fluide garde une vi- tesse tangentielle moyenne suffisante pour éviter un reflux significatif. Par exemple il doit accomplir une moyenne de plus d'un demi tour avant de sortir de la chambre de réaction dans les schémas décrits ci-dessus qui ne contiennent qu'une seule ouverture de sortie (14) par tronçon et où le fluide est injecté plus ou moins uniformément le long de la paroi circulaire.

A titre d'exemple indicatif, la première condition peut s'écrire, pour une tranche annulaire de la chambre de réaction, de manière approximative, en négligeant l'effet des variations de pression supposées faibles sur la masse spécifique du fluide:

Ke* m*(Vi-Vt)*Vi*Ei,= Cc*M*ττ*E*(2*R-E)*Kf*Vp (1) où

Ke, qui peut être supérieur à 1 lorsque le fluide qui vient d'être injecté est confiné entre un "mur" de particules solides et la paroi circulaire permettant de convertir une fraction de son énergie cinétique et / ou de sa pression en moment cinétique, est un coefficient variable d'efficience de transfert du

moment cinétique tangentiel du fluide vers les particules, m, Vi et Vt sont respectivement les moyennes de la masse spécifique, de la vitesse d'injection et tangentielle du fluide,

Ei est la somme des épaisseurs (largeurs) des ouvertures de sortie des injecteurs traversant la tranche annulaire,

Cc et M sont la concentration moyenne et la masse spécifique des particules solides, E et R sont l'épaisseur (largeur) moyenne et le rayon de la chambre de réaction et Kf est un coefficient variable de friction représentant le % du moment cinétique que doivent recevoir les particules solides par unité de temps pour atteindre et se maintenir à la vitesse moyenne de rotation Vp.

La conservation des masses de fluide, en supposant m constant, ce qui est approximativement correct pour les petites variation de pression, permet d'écrire : Ei*Vi ≈ (1-Cc)*E*Vt / α, où α est le nombre moyen de tours ou fraction de tours parcourus par le fluide avant de sortir de la chambre de réaction. Si Vp= β*Vt, où β<1 est un coefficient de glissement des particules solides dans le fluide, l'équation (1) devient:

(1-Cc) / α ≈ Ei / E + X*(2 - E / R) (2), où X= π*R*β*Cc*Kf*M / (Ke*m*Vi).

La deuxième condition peut s'écrire α > α° , où α°, généralement proche de Vi, est le nombre minimum de fraction de tours que le fluide doit accomplir en moyenne autour de la cheminée centrale pour éviter un reflux permettant d'entraîner une quantité trop élevée de particules dans la cheminée. L'équation (2) permet d'écrire :

X = ττ*R*β*Cc*Kf*M / (KeWVi) < [(1 - Cc) / α°- Ei / E] / (2 - E / R) (3), et de préférence plus petit que 1. Ceci montre que, lorsque le rapport des masses spécifiques M/m est très élevé, ce qui est généra- lement le cas lorsque le fluide est un gaz à une pression proche de la pression atmosphérique, le produit des rapports (R / Vi) * (Cc*Kf / Ke) doit être très petit, ce qui nécessite un rapport Cc*Kf / Ke d'autant plus petit et / ou une vitesse d'injection du fluide, Vi, d'autant plus grande que le rayon R est grand. Il est donc nécessaire d'avoir une grande efficience de transfert de moment cinétique du fluide vers les particules solides et une faible friction entre les particules solides et la paroi circu- laire pour obtenir des concentrations moyennes de particules solides acceptables dans des réacteurs de taille industrielle utilisant des gaz à des pressions proches de la pression atmosphérique.

En outre, il faut encore que la force centrifuge exercée sur les particules solides soit supérieure à la pression centripète du fluide, approximativement proportionnelle au carré de la vitesse radiale moyenne, Vr, du fluide à proximité de la paroi circulaire, afin d'empêcher un trop grand nombre de particules de s'approcher de la paroi de la cheminée centrale (3) en amont de la sortie (14) ou du déflecteur (40). Ceci peut s'écrire, en première approximation : Vr < Vc*Vp/ (g*R) ¹ /4 (4); où g est l'accélération de la pesanteur et Vc est la vitesse ascensionnelle critique, d'autant plus petite que la taille des particules solides est petite, à ne pas dépasser pour obtenir un lit fluidifié dense, s'il n'est équilibré que par la force de la pesanteur. La conservation des masses du fluide, pour de faibles variations de pression qui permet-

tent de négliger les variations de densité du fluide, permet d'écrire : 2*ττ*R*Vr ≈ E*Vt / α et l'inégalité (4) devient approximativement:

E < 2*ττ*α*β*Vc*(R / g) ¹ / ₂ < 2*α*Vc*(R) ¹ / ₂ (5) si R et Vc sont exprimés en m et m/s. Cette inégalité indique que l'épaisseur moyenne maximum de la chambre de réaction ne peut augmenter que proportionnellement à la racine carrée de R, lorsque la vitesse critique, Vc, et donc la taille des particules solides sont très petites et qu'il est préférable d'utiliser des chambres de réaction de petit diamètre, s'il n'est pas souhaitable d'avoir un rapport E/R très petit.

S'il est souhaitable de faire traverser le lit fluidifié par un flux maximum de fluide lorsque la vitesse maximum d'injection du fluide, Vi, est limitée, il faut augmenter la section totale, Ei, des injecteurs de fluide. Si la vitesse critique, Vc, est petite, les conditions ci dessus permettent de déterminer que l'optimum est atteint lorsque l'épaisseur (largeur) moyenne de la chambre de réaction est environ de:

E = 2 * π * α° * β * Vc * (R / g) ¹ / ₂ (6) et que Ei = E * [(1-Cc) / α° - X * (2 - E / R)] (7). Ou, en première approximation, α° étant généralement proche de 0,5 et β proche de 1 , il est souhaitable que :

E / R < Vc / (R) ¹ / ₂ (8) exprimés en m et m/s, et Ei / E < 2 * (1 - Cc) - X * (2 - E / R) (9) ce qui impose un X petit et donc généralement une grande vitesse d'injection, Vi, lorsque Vc et donc E / R sont petits, car les particules solides sont petites. Mais, pour éviter d'être aux conditions limites, dans la pratique, il est souhaitable d'utiliser, pour les estimations d'épaisseurs (largeur) optimum de la chambre de réaction et des injecteurs de gaz, une concentration moyenne, Cc, des particules solides et / ou une vitesse théorique d'injection du fluide, Vi, respectivement supérieure aux concentrations de particules solides et inférieure aux vitesses d'injection du fluide qu'il est prévu d'utiliser. Par exemple, une simulation numérique montre qu'on peut atteindre une concentration moyenne de Cc=30% de particules solides de très petite dimension, ayant une vitesse critique de Vc = 0,4 m/s, avec une bonne séparation du fluide et des particules solides, dans une chambre de réaction de 0,4 m de diamètre avec une cheminée centrale de 0,14 m de diamètre n'ayant qu'une seule ouverture d'évacuation, en injectant de l'air à la pression atmosphérique à une vitesse de 30 m/sec au travers de 8 injecteurs de 0,004 m d'épaisseur (largeur) de sortie chacun, le fluide n'accomplissant en moyenne qu'environ une demi révolution autour de la cheminée centrale avec un temps de résidence du fluide dans le réacteur d'environ 1/10 ^ème de seconde. La vitesse moyenne tangentielle estimée des particules solides et celle du gaz varient respectivement d'environ 4,6 à 4 m/s et de 5,5 à 5 m/s et le coefficient X et le produit de Cc*Kf / Ke varient seulement de 0,9 à 1 et de 7%/s à 8%/s, lorsque la concentration des particules solides est augmentée progressivement de 10 à 30%, confirmant que l'efficience du transfert de moment cinétique du fluide vers les particules solides s'améliore lorsque la concentration des particules solides, et donc des "murs" de particules solides canalisant le fluide, augmente. Les pertes de particules solides par la cheminée centrale apparaissent et augmentent rapidement lorsque la concentration moyenne des parti- cules solides approche des 28% et que le coefficient X est proche de 1.

Si le nombre d'injecteurs du fluide est réduit à 4, le produit de Cc*Kf / Ke devient environ 2,5 fois plus élevé, ce qui impose l'augmentation de la vitesse d'injection du gaz Vi à 60 m/sec pour que le coefficient X reste en dessous de 1 et les pertes de particules solides par la cheminée centrale deviennent importantes à partir d'une concentration de 25%, ce qui confirme la nécessité d'avoir un grand nombre d'injecteurs du gaz lorsque le rapport M/m est très élevé. Et si on augmente le nombre d'ouvertures d'évacuation dans la cheminée centrale, les pertes de particules solides deviennent déjà significatives avec des concentrations encore moins élevées, ce qui confirme l'intérêt de n'avoir qu'une seule ouverture d'évacuation par tranche transversale de la cheminée centrale. Si le rapport entre la masse spécifique des particules solides et du fluide est 25 fois plus petit, par exemple en augmentant la pression à 25 atmosphères, le fluide tourne environ 5 fois plus vite en accomplissant en moyenne plus de 2 révolutions autour de la cheminée centrale avant d'y entrer et la force centrifuge est environ 25 fois plus élevée. Ceci permet donc d'augmenter la concentration des particules solides et / ou de diminuer la vitesse d'injection du fluide et / ou d'augmenter le diamètre de la chambre de réaction tout en gardant une très bonne séparation du fluide et des particules solides. La performance peut également être améliorée si le coefficient de friction, Kf, est plus petit et si le coefficient d'efficience de transfert de moment cinétique, Ke, est plus grand, ce qui peut être obtenu en augmentant le nombre d'injecteurs du fluide et en améliorant le profil des injecteurs et de la chambre circulaire. Si le fluide est un liquide légèrement plus léger que les particules solides, son nombre de révolutions, sa vitesse de rotation et la force centrifuge augmente encore, ce qui permet de garder une séparation acceptable du fluide et des particules solides, même si la vitesse critique Vc est beaucoup plus petite en raison de la faible différence des masses spécifiques.

Ces exemples montrent que ce n'est que lorsque le rapport entre la masse spécifique des particules solides et du fluide est de plusieurs centaines, qu'il faut des vitesses d'injection du ou des fluides très supérieures à la vitesse de rotation souhaitée des particules solides et / ou que la chambre de réaction ait un petit diamètre.

Selon un autre mode de réalisation, la présente invention se rapporte à un dispositif à lit flui- difié rotatif dans une succession de chambres cylindriques pour la polymérisation catalytique, le séchage, l'imprégnation, ou autres traitements de particules solides, en suspension dans les lits fluidifiés rotatifs, passant d'une chambre à l'autre, par un fluide ou mélange de fluides, ou pour le craquage, la déshydrogénation ou autres transformations catalytiques d'un fluide ou mélange de fluides, traversant les lits fluidifiés rotatifs, composés de particules catalytiques solides passant d'une chambre cylindrique à l'autre. Plus en particulier, l'invention concerne un dispositif à lit fluidifié rotatif et procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou d'autres traitements de particules solides ou de transformation catalytique de fluides, où un réacteur cylindrique, dans lequel des fluides sont injectés tangentiellement à sa paroi cylindrique, est divisé en une succession de chambres cylindriques par des disques creux, qui sont fixés à sa paroi cylindrique, qui ont des ouvertures cen- traies par où les fluides circulant en tournant à l'intérieur des chambres cylindriques sont aspirés, qui

ont des ouvertures latérales par où ces fluides sont évacués au travers de la paroi cylindrique du réacteur et qui ont des passages permettant le transfert des particules solides en suspension dans le lit fluidifié rotatif d'une chambre à l'autre au travers de ces disques. Donc, dans la présente invention, un réacteur cylindrique est divisé en une succession de chambres cylindriques par une succes- sion de cylindres plats ou disques creux fixés contre sa paroi latérale. Ces disques creux comprennent des ouvertures en leur centre afin d'y aspirer le fluide traversant chaque chambre en tournant rapidement, et des ouvertures dans leur paroi latérale afin de l'évacuer en dehors du réacteur. Ces disques creux sont traversés par des passages adéquatement profilés pour permettre aux particules solides en suspension dans le fluide, tournant rapidement, de passer d'une chambre cylindrique à l'autre. Dans ce mode de réalisation, la présente invention se rapporte donc à un dispositif à lits fluidifiés rotatifs comprenant : un réacteur cylindrique; un dispositif d'alimentation de particules solides dans le dit réacteur et un dispositif d'évacuation des dites particules solides du dit réacteur permettant d'évacuer les dites particules solides en suspension dans les dits lits fluidifiés rotatifs; un dispositif d'alimentation de fluides, gazeux ou liquides, conçu pour injecter le dit fluide ou mélange de fluides à l'intérieur des dits lits fluidifiés rotatifs, de manière régulièrement répartie le long de la paroi cylindrique du dit réacteur, dans des directions approximativement tangentielles à la dite paroi cylindrique et approximativement perpendiculaire à l'axe de symétrie du dit réacteur, permettant de faire tourner les dits lits fluidifiés rotatifs à une vitesse produisant une force centrifuge poussant les dites particules solides vers la dite paroi cylindrique ; un dispositif d'évacuation du dit fluide ou mé- lange de fluides, centralement, le long de l'axe de symétrie du dit réacteur ; caractérisé en ce qu'il comprend des disques creux, perpendiculaires à l'axe de symétrie du dit réacteur et fixés contre la paroi cylindrique du dit réacteur, divisant le dit réacteur en une succession de chambres cylindriques reliées entre elles par des passages aménagés au travers des dits disques creux, permettant aux dites particules solides en suspension dans les dits lits fluidifiés rotatifs de passer d'une dite cham- bre cylindrique à l'autre, et en ce que le dit dispositif d'évacuation du dit fluide ou mélange de fluides comprend ces dits disques creux qui sont munis chacun d'au moins une ouverture centrale autour du dit axe de symétrie et d'au moins une ouverture latérale reliée à au moins un collecteur extérieur au réacteur permettant d'évacuer les dits fluides au travers des dits disques creux et de régulariser les pressions de sortie des dites chambres cylindriques. Dans la présente invention, le fluide ou mélange de fluides est injecté tangentiellement le long de la paroi cylindrique du réacteur, généralement en films peu épais, et, tout en tournant, traverse radialement le réacteur, depuis sa paroi latérale vers son centre, d'où il est évacué par les ouvertures centrales des disques creux. La vitesse d'injection du fluide et son débit sont suffisants pour faire tourner les particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif à une vitesse de rotation produisant une force centrifuge les écartant des ouvertures centrales des disques creux par où le fluide est évacué et permettant de les transférer d'une chambre cylindrique à l'autre, au travers des passages dans les disques creux, malgré l'éventuelle légère différence de pression entre ces chambres cylindriques.

Dans la présente invention, le fluide est alimenté par un ou des distributeurs, extérieurs au réacteur, afin de le distribuer adéquatement aux injecteurs situés dans les différentes chambres

cylindriques. Il est évacué ensuite, au travers des disques creux, par un ou des ventilateurs ou compresseurs, qui l'aspirent au travers d'un ou plusieurs collecteurs, extérieurs au réacteur et reliés entre eux, afin de régulariser les pressions à l'intérieur des différentes chambres cylindriques. Le fluide peut ensuite être recyclé, après un traitement adéquat, par exemple refroidi ou réchauffé, par les mêmes distributeurs ou d'autres distributeurs, dans les mêmes chambres cylindriques ou les suivantes. Il peut être recyclé plusieurs fois dans les mêmes chambres cylindriques ou dans des chambres cylindriques successives.

Les particules solides sont généralement introduites à une extrémité du réacteur et ensuite transférées d'une chambre cylindrique à l'autre, grâce à leur vitesse de rotation et au profil des pas- sages au travers des disques creux. Elles sont généralement évacuées à l'extrémité opposée du réacteur. Un dispositif de recyclage des particules solides peut être prévu à l'extérieur du réacteur.

La présente invention peut comprendre, pour améliorer l'efficience du transfert d'énergie entre le fluide et les particules solides, des déflecteurs adéquatement profilés et disposés à proximité des injecteurs du fluide, afin de permettre le mélange du fluide avec une quantité limitée de particu- les solides et afin de canaliser le fluide pour empêcher ou réduire son expansion dans le réacteur avant qu'il ait transféré une quantité importante de son énergie cinétique à ces particules solides. Ce dispositif permet d'utiliser des fluides beaucoup plus légers que les particules solides et de l'injecter à grande vitesse dans un réacteur de grandes dimensions sans perdre une grande partie de son énergie cinétique en raison de son expansion dans le réacteur. Un tel dispositif est décrit dans la demande d'un brevet belge au nom du même inventeur et déposée le même jour que la présente demande.

La présente invention peut comprendre des ensembles de spires hélicoïdales ou d'ailettes transversales, inclinées ou enroulées en hélice et fixées le long de la paroi cylindrique des chambres cylindriques, pour utiliser une partie de l'énergie cinétique de rotation des particules solides pour les faire monter le long de cette paroi, afin de réduire la différence d'épaisseur entre le haut et le bas du lit fluidifié. Ce dispositif permet d'augmenter la hauteur des chambres cylindriques sans devoir augmenter l'épaisseur du lit fluidifié à sa base. Un tel dispositif est décrit dans la demande n° 2004/0186 d'un brevet belge, déposée le 14 avril 2004 au nom du même inventeur.

Le réacteur peut être horizontal. Dans ce cas la vitesse d'injection du fluide dans le réacteur et son débit doivent être suffisants pour faire tourner le lit fluidifié à une vitesse de rotation produisant une force centrifuge suffisante pour que son épaisseur dans la partie supérieure du réacteur soit proche de son épaisseur dans la partie inférieure du réacteur et les ouvertures normalement prévues dans le centre des disques creux peuvent être légèrement décalées vers le bas afin de mieux les centrer par rapport à la surface approximativement cylindrique du lit fluidifié. Ce procédé permet d'augmenter la différence de vitesse entre les particules solides et le fluide sans réduire la densité du lit fluidifié grâce à la force centrifuge et donc d'améliorer le contact et le transfert thermique entre ceux-ci. Il permet également d'augmenter de manière significative le volume de fluide traversant le lit fluidifié et donc de réduire de manière significative le temps de séjour du fluide dans le lit fluidifié.

Selon un mode de réalisation préféré, l'invention concerne un dispositif, caractérisé en ce que le dit dispositif d'alimentation du dit fluide ou mélange de fluides est équipé de déflecteurs latéraux, disposés à proximité des injecteurs de fluides de manière permettant le mélange du dit fluide ou mélange de fluides avec une partie des dites particules solides tournant dans les dites chambres cylindriques et de les accélérer dans les espaces délimités par les dits déflecteurs latéraux, adéquatement profilés pour permettre au dit fluide de transférer une grande partie de son énergie aux dites particules solides avant de quitter les dits espaces délimités et aux dites particules solides de transférer la quantité de mouvement acquise aux autres dites particules solides tournant dans les dites chambres cylindriques après leur sortie de ces dits espaces délimités. Selon un autre mode de réalisation préféré, l'invention concerne un dispositif caractérisé en ce que les dites ouvertures centrales des dits disques creux sont équipées d'un ou plusieurs déflecteurs centraux, qui traversent longitudinalement les dites chambres cylindriques, et qui ont des courbures délimitant une ou plusieurs fentes d'accès central par où le dit fluide ou mélange de fluides est aspiré vers les dites ouvertures centrales, les dites courbures et les dites fentes d'accès étant disposées de manière à réduire la probabilité que des dites particules solides puissent pénétrer dans les dites ouvertures des dits disques creux.

Le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que au moins un des dits disques creux contient une ou des cloisons de séparation permettant de séparer le dit fluide ou mélange de fluides qui pénètre dans ce dit disque creux et qui provient des dites chambres cylin- driques séparées par ce dit disque creux.

Selon un autre mode de réalisation le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en ce que au moins un des dits disques creux permet le passage d'un injecteur capable de pulvériser de fines gouttelettes d'un fluide secondaire sur la surface d'au moins un dit lit fluidifié rotatif d'au moins une des dites chambres cylindriques, au moins un des autres dits fluides étant gazeux. Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit réacteur comprend une sortie dans la paroi latérale de chaque dite chambre cylindrique pour permettre l'évacuation complète des dites particules solides contenues dans chaque dite chambre cylindrique.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il comprend un dispositif de recyclage du dit fluide ou mélange de fluides, après traitement adéquat, permettant de recycler dans les dites chambres cylindriques, par le dit dispositif d'alimentation de fluides, le dit fluide ou mélange de fluides évacué par le dit dispositif d'évacuation du dit fluide ou mélange de fluides.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit dispositif d'alimentation des dites particules solides alimente la dite chambre cylindrique située à une extrémité du dit réacteur et que le dit dispositif d'évacuation des dites particules solides évacue les dites particules solides de la dite chambre cylindrique située à l'autre extrémité du dit réacteur.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit dispositif d'alimentation des dites particules solides dans une dite chambre

cylindrique est asservi à un dispositif de détection de la surface du dit lit fluidifié rotatif de la dite chambre, le dit asservissement permettant de maintenir la dite surface à la distance voulue de la paroi cylindrique de la dite chambre.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit dispositif d'évacuation des dites particules solides d'une dite chambre cylindrique est asservi à un dispositif de détection de la surface du dit lit fluidifié rotatif de la dite chambre, le dit asservissement permettant de maintenir la dite surface à la distance voulue de la paroi cylindrique de la dite chambre.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que qu'il comprend des dits passages qui sont profilés afin de faciliter le transfert des dites particules solides d'une dite chambre cylindrique à l'autre vers une extrémité du dit réacteur et qui sont situés à la distance souhaitée des dites ouvertures centrales des dits disques creux, afin d'y stabiliser les dites surfaces des dits lits fluidifiés rotatifs, le débit des particules transférées vers la dite extrémité augmentant ou diminuant suivant que les dits passages sont plus ou moins immergés dans les dits lits fluidifiés rotatifs.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il comprend des dits passages qui sont situés le long de la dite paroi cylindrique du dit réacteur et qui sont profilés afin de faciliter le transfert des dites particules solides d'une dite chambre cylindrique à l'autre dans une direction qui permet de remplir ou vider progressivement des dites particules solides l'ensemble des dites chambres cylindriques du dit réacteur.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il comprend des dits passages secondaires, qui sont situés le long de la dite paroi cylindrique du dit réacteur et qui sont profilé afin de faciliter le transfert des dites particules solides d'une dite chambre cylindrique à l'autre dans la direction opposée à celle des autre dits passa- ges afin d'assurer un reflux préférentiellement des dites particules solides les plus lourdes.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit dispositif d'alimentation du dit fluide ou mélange de fluides dans au moins une des dites chambres cylindriques est asservi à un détecteur de la surface du dit lit fluidifié rotatif de la dite chambre cylindrique, le dit asservissement permettant de maintenir la dite surface à la distance souhaitée de la dite paroi latérale de la dite chambre.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit dispositif d'alimentation du dit fluide ou mélange de fluides comprend de longues fentes longitudinales traversant sa dite paroi latérale, parallèlement à l'axe de symétrie du dit réacteur, ces dites longues fentes longitudinales étant reliées à au moins un distributeur de fluide extérieur au dit réacteur et permettant de régulariser les vitesses d'entrée du dit fluide ou mélange de fluides injecté dans le dit réacteur par les dites longues fentes. Selon un autre mode de réalisation particulièrement préféré le présent dispositif est caractérisé en ce que les dites longues fentes longitudinales traversent la dite paroi latérale d'une extrémité à l'autre du dit réacteur, permettant de séparer la dite paroi cylindrique du dit réacteur en au moins deux fractions de cylin- dre.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit dispositif d'évacuation du dit fluide ou mélange de fluides comprend des fentes transversales, perpendiculaires à l'axe de symétrie du dit réacteur et traversant sa dite paroi cylindrique le long des dites ouvertures latérales des dits disques creux, ces dites fentes transver- sales étant reliées à au moins un collecteur de fluide extérieur au dit réacteur et permettant de régulariser la pression de sortie du dit fluide ou mélange de fluides évacué du dit réacteur par les dites fentes transversales.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il comprend deux dits distributeurs et deux dits collecteurs qui sont des tubes longeant la dite paroi cylindrique du dit réacteur, ces quatre tubes formant avec le dit réacteur un ensemble compacte pouvant être contenu dans un parallélépipède rectangle.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il forme un ensemble compact, démontable et transportable.

Le présent dispositif est également caractérisé en ce que le dit réacteur est horizontal. Selon un mode de réalisation préféré le présent dispositif est caractérisé en ce que le dit réacteur est inclinable pour augmenter ou diminuer le transfert des dites particules solides au travers des dits passages vers le dit dispositif d'évacuation sans que le volume du dit lit fluidifié varie significa- tivement. Selon un autre mode de réalisation particulièrement préféré le présent dispositif est caractérisé en ce la ou les dites fentes d'accès central sont disposées dans la moitié supérieure du dit réacteur pour diminuer la probabilité d'entrée des dites particules solides dans les dit disques creux lors des arrêts.

Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit réacteur est vertical et que les dits disques creux ne comprennent chacun qu'une seule dite ouverture centrale située sur leur paroi inférieure. Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en que le dit réacteur est vertical et que les dites ouvertures centrales des parois supérieures des dit disques creux sont prolongées par des tubes verticaux pour réduire la probabilité que les dites particules solides tournant dans les dites chambres cylindriques tombent dans les dites ouvertures centrales lors des arrêts. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le dispositif suivant la présente invention est caracté- risé en ce que les parois cylindriques des dites chambres cylindriques sont équipées d'ailettes transversales ou de spirales hélicoïdales permettant aux dites particules solides d'utiliser une partie de leur énergie cinétique de rotation pour monter le long de celles-ci, afin de réduire les différences de pression et d'épaisseurs des dit lits fluidifiés rotatifs entre le haut et le bas des dites chambres cylindriques. Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il comprend une colonne de transfert ou un tube extérieur au dit réacteur permettant de recycler les dites particules solides évacuées d'une dite chambre cylindrique à une extrémité du dit réacteur dans la dite chambre cylindrique située à l'autre extrémité du dit réacteur.

Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il comprend au moins deux ensembles de dites successions de dites chambres

cylindriques et au moins un dit passage permettant de transférer les dites particules solides d'un dit ensemble à l'autre dit ensemble, et en ce que les dits dispositifs d'alimentation et d'évacuation du dit fluide ou mélange de fluides permettent d'alimenter le dit fluide ou mélange de fluides évacué d'un des dits ensembles dans l'autre dit ensemble. Selon un autre mode de réalisation préféré, le dispositif suivant la présente invention est caractérisé en qu'il comprend au moins deux ensembles de dites successions de dites chambres cylindriques et au moins un dit passage permettant de transférer les dites particules solides d'un dit ensemble à l'autre dit ensemble, et en ce que les dits dispositifs d'alimentation et d'évacuation du dit fluide ou mélange de fluides permettent d'évacuer de manière séparée le dit fluide ou mélange de fluides de chacun des dits ensembles et de le recycler dans le même dit ensemble.

En plus, la présente invention, pour améliorer l'efficience du transfert de quantité de mouvement et d'énergie cinétique entre un jet de fluide et des particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif, comprend également des déflecteurs, à l'intérieur du lit fluidifié rotatif, adéquatement profilés et disposés à proximité des injecteurs du fluide, afin de permettre le mélange du fluide injecté avec une quantité limitée de particules solides, tout en le canalisant, afin d'empêcher ou réduire son expansion dans le réacteur avant qu'il ait transféré une quantité importante de son énergie cinétique à ces particules solides. Plus en particulier, le dispositif suivant l'invention est pourvu d'un dispositif d'alimentation d'un ou plusieurs fluides, lequel comprend un dispositif d'injection de fluide à l'intérieure dudit lit fluidifié rotatif, lequel dispositif d'injection de fluide comprend au moins un déflec- teur délimitant à l'intérieur du dit lit fluidifié rotatif un espace autour d'un ou plusieurs jets du dit fluide dirigés dans le sens de la rotation du dit lit fluidifié rotatif, provenant d'un ou plusieurs injecteurs du dit fluide, ce dit déflecteur étant disposé de manière à délimiter entre le ou les dits injecteurs et le dit déflecteur, un passage ou couloir d'accès à un flux des dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif, provenant de l'amont du dit injecteur, pour entrer dans ce dit espace afin de s'y mélanger avec le ou les dits jets de fluide, ce dit espace étant suffisamment long pour permettre à ce ou aux dits jets de fluide de céder une partie substantielle de leur énergie cinétique aux dites particules solides avant d'atteindre la sortie de ce dit espace. La présente invention se rapporte donc également à un dispositif d'injection d'un fluide ou mélange de fluides, liquides ou gazeux, à l'intérieur d'un lit fluidifié rotatif permettant d'augmenter la quantité de mouvement et l'énergie que le fluide peut transférer aux particules solides tournant dans un lit fluidifié rotatif en vue d'en augmenter la vitesse de rotation. Ce dispositif permet d'utiliser des fluides beaucoup plus légers que les particules solides et de l'injecter à grande vitesse dans le réacteur sans perdre une grande partie de son énergie cinétique en raison de son expansion dans le réacteur

Plus en particulier, l'invention se rapporte à un dispositif d'injection de fluides à l'intérieur d'un lit fluidifié rotatif où les jets de fluides sont orientés dans le sens de la rotation du lit fluidifié et entourés d'au moins un déflecteur délimitant autour de ces jets un espace généralement convergent puis divergent et en amont de ces jets des passages par où les particules en suspension dans le lit fluidifié rotatif peuvent pénétrer afin de se mélanger aux jets de fluides qui leur transfèrent une partie de leur énergie cinétique avant de sortir de cet espace. Encore plus en particulier, la présente invention prévoit un dispositif d'injection de fluide à

l'intérieur d'un lit fluidifié rotatif permettant d'améliorer l'efficience du transfert d'énergie et de quantité de mouvement du dit fluide aux particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un déflecteur délimitant à l'intérieur du dit lit fluidifié rotatif un espace autour d'un ou plusieurs jets du dit fluide dirigés dans le sens de la rotation du dit lit fluidi- fié rotatif, provenant d'un ou plusieurs injecteurs du dit fluide, ce dit déflecteur étant disposé de manière à délimiter entre le ou les dits injecteurs et le dit déflecteur, un passage ou couloir d'accès à un flux des dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif, provenant de l'amont du dit injecteur, pour entrer dans ce dit espace afin de s'y mélanger avec le ou les dits jets de fluide, ce dit espace étant suffisamment long pour permettre à ce ou aux dits jets de fluide de céder une partie substantielle de leur énergie cinétique aux dites particules solides avant d'atteindre la sortie de ce dit espace.

Dans un mode de réalisation préféré, le présent dispositif d'injection de fluide à l'intérieur d'un lit fluidifié rotatif est caractérisé en ce que le dit espace délimité par le dit déflecteur et entourant le ou les dits jets de fluide est d'abord convergent puis divergent. Dans un autre mode de réalisation préféré, le présent dispositif d'injection de fluide à l'intérieur d'un lit fluidifié rotatif est caractérisé en ce que le dit espace délimité par le dit déflecteur et entourant le ou les dits jets de fluide est de section constante.

Selon un autre mode de réalisation le dispositif d'injection de fluide suivant la présente invention est caractérisé en ce que la section du ou des dits injecteurs de fluide est allongée afin d'in- jecter le dit fluide sous la forme d'un ou plusieurs films peu épais le long de la paroi cylindrique du réacteur contenant le dit lit fluidifié rotatif et que le dit déflecteur à la forme d'une ailette délimitant avec la dite paroi cylindrique du dit réacteur le dit espace, par où passe le ou les dits films peu épais du dit fluide. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré le dispositif d'injection de fluide est caractérisé en ce que le dit espace est au moins deux fois plus étroit que l'épaisseur moyenne du dit lit fluidifié rotatif.

Selon un autre mode de réalisation le dispositif d'injection de fluide suivant la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend des anneaux ou fraction d'anneaux transversaux fixés le long de la paroi cylindrique du réacteur contenant le dit lit fluidifié et délimitant avec le dit déflecteur et la dite paroi cylindrique du dit réacteur le dit espace par où passent le ou les dits jets de fluide. Selon un mode de réalisation préféré le dispositif d'injection de fluide est caractérisé en ce que les dites fractions d'anneaux sont des ailettes transversales inclinées par rapport à l'axe central du dit réacteur afin de faire monter les dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif le long de la dite paroi cylindrique du dit réacteur. Selon un mode de réalisation particulièrement préféré le dispositif d'injection de fluide est caractérisé en ce que les dits anneaux ou fractions d'anneaux sont des spires hélicoïdales orientées de manière à faire monter les dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif le long de la dite paroi cylindrique du dit réacteur.

Selon un autre mode de réalisation le dispositif d'injection de fluide suivant la présente invention est caractérisé en ce que la section du dit passage ou couloir d'accès est plus grande que la section du ou des dits injecteurs. Selon un autre mode de réalisation le dispositif d'injection de fluide suivant la présente in-

vention est caractérisé en ce que la section de la dite sortie de ce dit espace convergent puis divergent est égale ou supérieure à la somme des sections du ou des dits injecteurs et du dit passage ou couloir d'accès.

Selon un autre mode de réalisation le dispositif d'injection de fluide suivant la présente in- vention est caractérisé en ce que le dit fluide est un gaz de densité beaucoup moins élevée que la densité des dites particules solides et qu'il est injecté à des vitesses au moins 3 fois plus élevées que la vitesse moyenne de rotation des dites particules solides en suspension dans le dit lit fluidifié rotatif.

Selon un autre mode de réalisation le dispositif d'injection de fluide suivant la présente in- vention est caractérisé en ce que la longueur du dit espace est suffisamment courte pour que le dit fluide ait encore une vitesse sensiblement supérieure à la vitesse des dites particules solides en sortant du dit espace.

La présente invention peut aussi s'appliquer à un réacteur horizontal. Dans ce cas la vitesse d'injection du fluide dans le réacteur, son débit et l'efficience du transfert de son énergie cinétique doivent être suffisants pour donner une vitesse de rotation au lit fluidifié produisant une force centrifuge suffisante pour le maintenir contre la paroi cylindrique de la partie supérieure du réacteur.

Les figures 11 à 22 illustrent des modes de réalisation d'un dispositif à lit fluidifié rotatif suivant l'invention dans lequel la chambre de réaction circulaire est divisée en une succession de chambres cylindriques.

La figure 11 montre une vue schématique d'une coupe d'un réacteur cylindrique vertical dont on voit la section de sa paroi latérale cylindrique (201) de chaque côté de son axe de symétrie cylindrique (202). Une succession de disques creux dont on voit les sections creuses (203) divise le réacteur en une succession de chambres ou zones cylindriques, de Z1 à Z3. Le fluide (204) est alimenté par le distributeur (205) dans des ensembles de tubes (206), répartis autour du réacteur et reliés à des ensembles d'injecteurs (207) répartis à l'intérieur du réacteur et conçus pour injecter le fluide, généralement en films peu épais, horizontalement et tangentiellement à la paroi du réacteur, c'est-à-dire perpendiculairement au plan de la figure. Tout en tournant, le fluide traverse le lit fluidifié qui contient des particules solides en suspension, symbolisées par les points noirs. Il se rapproche du centre du réacteur à une vitesse radiale, symbolisée par les flèches (208), qui est d'un ordre de grandeur inférieure à sa vitesse de rotation. Après avoir traversé la surface approximativement conique du lit fluidifié, dont on voit la section (209), le fluide (210) pénètre dans les ouvertures centrales des disques creux (203), qui peuvent être surmontés de tubes (211) pour éviter que les particules solides n'y pénètrent lors des arrêts et qui peuvent être élargis (212) autour de leurs ouvertures centrales afin de faciliter l'entrée du fluide. Le fluide (213) est ensuite évacué, au travers des ouvertures (214) des bords latéraux des disques creux qui peuvent être élargis (215) autour de ces ouvertures (214) pour faciliter la sortie du fluide, par les ensembles de tubes (216) répartis autour du réacteur vers un collecteur (217) relié à un ventilateur ou compresseur (218), qui aspire le fluide pour le recycler, après un traitement adéquat en (219), au travers de la partie inférieure (205.1) du distribu- teur, par un ensemble de tubes (206) et d'injecteurs (207), répartis autour du réacteur et alimentant

les zones inférieures du réacteur. Le fluide peut être recyclé plusieurs fois avant d'être évacué en (220), au travers de la partie inférieure (217.1) du collecteur, par le ventilateur ou compresseur (218.1). Le nombre de recyclage moyen du fluide est environ égal au rapport des débits des ventilateurs (218) et (218.1). II faut remarquer que la vitesse d'injection du fluide est influencée par la pression hydrostatique engendrée par le poids du lit fluidifié dans chaque zone. Pour éviter une trop grande différence de vitesse d'injection et de débit du fluide entre la base et le sommet de chaque zone, les fentes (207) par où le fluide est injecté peuvent être profilées adéquatement, comme le symbolise leur forme trapézoïdale, et elles peuvent être équipées d'obstacles répartis adéquatement pour réduire la vitesse d'injection dans leur partie supérieure. Des vannes de contrôle (222) peuvent également permettre d'ajuster la vitesse et la proportion du fluide (223) injecté aux différents niveaux des chambres cylindriques. Une vanne de contrôle (224) peut également ajuster le débit de sortie du fluide (220).

L'introduction des particules solides (225) peut se faire dans le bas du réacteur par le tube (226) par des moyens adéquats, tels que la gravité, une vis hélicoïdale ou un jet de fluide. Le réacteur étant divisé par les disques creux en plusieurs chambres cylindriques, de Z1 à Z3, elles montent d'une chambre à la suivante, par les passages (227) qui sont aménagés au travers des disques creux. Elles sont évacuées de la dernière chambre cylindrique, Z3, au sommet du réacteur, en (229), par le tube (230) par des moyens adéquats. D'autres sorties, (230.1), peuvent être prévues, par exemple dans le bas de chaque chambre, pour pouvoir vider rapidement le réacteur.

La quantité de particules transférées dépend de la vitesse de rotation de ces particules, qui doit être suffisante pour vaincre la pression hydrostatique du lit fluidifié situé au-dessus du passage. Ainsi en augmentant la proportion et la vitesse du fluide injecté au sommet d'une chambre cylindrique à l'aide d'une vanne de contrôle (222), on augmente l'énergie injectée dans le haut de cette chambre et donc la vitesse de rotation des particules solides et donc leur transfert vers la zone supérieur. En asservissant ces vannes à des détecteurs de niveau de la surface des lits fluidifiés de chaque chambre, on peut stabiliser ces surfaces entre les passages et l'entrée centrale des disques creux. Ceci permet de localiser ces passages contre la paroi latérale du réacteur, là où la concentration des particules est la plus élevée et donc de réduire la quantité de fluide entraîné avec ces parti- cules solides.

La quantité de particules solides transférées d'une zone à l'autre peut aussi varier suivant que les passages sont plus ou moins immergés dans le lit fluidifié de la chambre cylindrique inférieure, ce qui permet de stabiliser la surface du lit fluidifié au sommet de chaque chambre cylindrique le long de ces passages. Ainsi, à l'équilibre, le lit fluidifié peut être plus ou moins épais en fonc- tion de l'éloignement de ces passages du bord latéral du réacteur.

La vidange du réacteur peut se faire par des sorties latérales au bas de chaque zone et son remplissage initial peut se faire par le bas, en fermant l'alimentation du fluide par les tubes (206) des chambres cylindriques supérieures non remplies pendant le remplissage d'une chambre cylindrique inférieure, pour éviter que la plus grande partie du fluide ne passe par les chambres vides. Il peut se faire également au travers des tubes d'alimentation du fluide recyclé, si la dimension et la nature

des particules solides le permettent ou par le haut si l'orientation d'au moins un passage par disque creux le permet.

Le film peu épais de fluide sortant des injecteurs à tendance à s'élargir très rapidement et donc à ralentir avant d'avoir pu transférer suffisamment d'énergie cinétique de rotation aux particu- les solides. Pour l'éviter, des déflecteurs latéraux adéquatement profilés peuvent être fixés plus ou moins parallèlement à la paroi latérale du réacteur, à proximité des sorties des injecteurs, afin de mélanger un volume restreint de particules solides au fluide injecté dans les espaces ou couloirs situés entre ces déflecteurs latéraux et la paroi du réacteur. Ces déflecteurs latéraux empêchent l'expansion du fluide, et donc son ralentissement, avant qu'il ait transféré une partie suffisante de son énergie cinétique aux particules solides, à l'intérieur de ces espaces ou couloirs, qui doivent avoir un profil et une longueur adaptée aux objectifs.

La figure 12 est une coupe transversale d'un réacteur permettant de visualiser un dispositif d'injection de fluides. On y voit la section (301 ) de la paroi cylindrique d'un réacteur cylindrique de rayon (233), les sections (302) de largeur (303) d'injecteurs de fluides (304), pénétrant tangentielle- ment dans le réacteur, et la section (305) de déflecteurs latéraux, disposés longitudinalement (perpendiculairement au plan de la figure) à petite distance de la paroi cylindrique du réacteur, en face des injecteurs, afin de canaliser les jets de fluides dans les espaces ou couloirs (306), généralement convergents puis divergents, situés entre les déflecteurs et la paroi cylindrique du réacteur. On y voit également la section circulaire de la surface du lit fluidifié de rayon (235). Les particules solides sont schématisées par les petites flèches (312), indiquant leur sens de déplacement.

Ces déflecteurs latéraux délimitent avec les injecteurs des passages ou couloirs d'accès de largeur (307), par où des flux (308) de particules solides en suspension dans le lit fluidifié rotatif peuvent pénétrer dans ces espaces (306) et se mélanger aux jets de fluides (304). Des flux concentrés de particules solides, symbolisés par les flèches (308), pénètrent dans ces espaces ou cou- loirs, généralement convergents puis divergents, par des passages ou couloirs d'accès, de largeur (307), situées entre la paroi des injecteurs (302) et les déflecteurs latéraux (305), à une vitesse, qui est environ la vitesse moyenne de rotation des particules solides dans le réacteur. Ces flux concentrés de particules solides se diluent en se mélangeant au fluide injecté, qui leur cède une partie substantielle de son énergie cinétique, et donc augmente leur quantité de mouvement, dans ces espaces ou couloirs entre les parois du réacteur (301) et les déflecteurs latéraux (305). Ensuite les particules solides se mélangent aux autres particules solides du lit fluidifié en leur cédant la quantité de mouvement acquise.

La convergence ou la divergence limitée par les déflecteurs dans la première partie de ces espaces (306) empêche ou limite l'expansion des jets de fluides dont la pression peut diminuer pour conserver une bonne partie de leur vitesse pendant qu'ils accélèrent les flux (308) de particules solides. Les flux de fluides (309) ralentissent ensuite dans la partie divergente de ces espaces ou couloirs (306) et leur pression peut remonter pour atteindre la pression du réacteur. Grâce à leur inertie les particules solides sont moins ralenties et peuvent avoir une vitesse tangentielle de sortie proche et même supérieure à celle des fluides qui leur auront donc cédé une grande partie de leur énergie cinétique.

Si la longueur de l'espace (306) et sa section minimum (310) sont telles que les fluides injectés peuvent céder une si grande partie de leur énergie aux particules solides que leur vitesse à la sortie du dit espace peut trop diminuer, la pression d'injection et donc leur énergie doit augmenter pour permettre aux fluides de s'échapper par la sortie (311), malgré le fort ralentissement provoqué par les particules solides. Cette augmentation de pression se répercute dans les passages ou couloirs d'accès (307) et y diminue la vitesse d'entrée des particules solides, dont la concentration augmente et dont le débit diminue, diminuant donc la quantité d'énergie qu'elles peuvent absorber, afin de trouver un équilibre du transfert d'énergie dépendant des dimensions de ces espaces (306), des vitesses et des densités des particules solides et des fluides. Pour éviter ce ralentissement des particules solides dans les passages ou couloirs d'accès (307), il faut que la longueur de ces espaces (306) soit d'autant plus courte que les rapports entre la largeur (303) ou section des injecteurs et la largeur (307) ou section des passages d'accès sont petits, pour que les fluides aient encore une vitesse sensiblement supérieure à celle des particules à la sortie (311 ). Par contre la quantité d'énergie transférée aux particules solides sera d'autant plus grande que ces rapports de sections sont petits et que la longueur de ces espaces (306) est grande, l'optimum dépendant des conditions de fonctionnement et des objectifs.

Des calculs simplifiés montrent que ces dimensions permettent de larges variations des conditions de fonctionnement permettant aux fluides de céder au moins les trois quarts de leur énergie cinétique, ce qui permet d'obtenir un transfert suffisant de quantité de mouvement vers les particules solides par des fluides très légers, sans augmenter exagérément leur débit, en injectant ces fluides à grande vitesse.

Sur ce schéma on montre encore la section (311) de la surface du lit fluidifié rotatif, les particules solides symbolisées par de petites flèches (312) indiquant leur direction de déplacement, la section de déflecteurs centraux (313), délimitant des fentes longitudinales permettant d'aspirer cen- tralement les fluides (314), pour leur évacuation du réacteur, la courbure (315) de ces déflecteurs centraux assurant la séparation entre les particules solides et le fluide avant son aspiration. Dans un exemple, sur ce schéma les tubes d'accès aux disques creux, non représentés, sont reliés par des déflecteurs centraux, perpendiculaires au plan de la figure, de section (313), de courbure (315), délimitant des fentes par où le fluide (314) est aspiré vers les ouvertures centrales des disques creux, et permettant de mieux séparer le fluide des particules.

Sur la figure 12, ces espaces ou couloirs sont d'abord convergents, pour atteindre une largeur minimum (310), et ensuite divergents, pour atteindre la largeur de sortie (311). Ils peuvent aussi avoir une largeur constante. Dans ce cas le fluide ralenti au fur et à mesure que les particules solides et le fluide qui les accompagne s'accélèrent. D'une manière générale, les dimensions de ces espaces ou couloirs doivent être établies en fonction des conditions de fonctionnement et des objectifs de transfert d'énergie cinétique.

Il faut également tenir compte de la diminution de la pression hydrostatique du lit fluidifié, le long de la surface cylindrique du réacteur, en fonction de la hauteur dans les chambres cylindriques du réacteur. Le fluide sortant des injecteurs peut avoir tendance à remonter le long des parois du réacteur avant de se mélanger aux particules solides en raison de cette différence de pression hy-

drostatique le long de cette paroi. Pour l'éviter, des déflecteurs transversaux, perpendiculaires à la paroi cylindrique du réacteur, comme par exemple des anneaux, peuvent diviser l'espace délimité par les ailerons et la paroi latérale du réacteur, pour guider le fluide et les particules dans la direction souhaitée, généralement horizontale ou inclinée vers le haut, jusqu'à ce que le fluide soit mélangé aux particules, comme le montre la figure 13.

La Figure 13 est une projection axonométrique d'une partie de la paroi latérale (301) d'un réacteur afin de mieux visualiser les dispositifs d'injection des fluides. On y montre des injecteurs, schématisés en (316), ou leur section longitudinale (317) avec leurs déflecteurs latéraux (319) et des anneaux (320), servant de déflecteurs transversaux empêchant le fluide de monter le long de la paroi du réacteur. On y montre également, en pointillé, les entrées des tubes (318) d'alimentation du fluide, situés derrière la paroi latérale des injecteurs, et, en hachuré, les sections des sorties d'injec- teurs (317), à l'avant plan. Les flèches (304) et (321) indiquent respectivement les directions des flux de fluide et des particules solides pénétrant ou sortant des espaces convergents et divergents entre les déflecteurs latéraux (319) et la paroi latérale (301) du réacteur. Les injecteurs sont séparés par des anneaux ou fractions d'anneaux transversaux (320) longeant la paroi latérale (301) du réacteur et les déflecteurs latéraux (319) sont insérés entre ces anneaux, en laissant un couloir d'accès aux flux de particules solides, symbolisés par les flèches noires (321 ).

Les déflecteurs transversaux, illustrées par de larges anneaux (320), peuvent être creux, formant des sortes de buses circulaires et être reliés à l'extérieur du réacteur par un ou plusieurs tubes d'alimentation afin de distribuer le fluide à une succession d'injecteurs disposés le long de ceux-ci, pour réduire le nombre de tubes traversant la paroi du réacteur, nécessaires à l'alimentation des injecteurs, ce qui peut être souhaitable lorsque la pression dans le réacteur est élevée. Ces anneaux ou fractions d'anneaux (déflecteurs transversaux) peuvent être des ailettes transversales ou des spires hélicoïdales orientées de façon à faire monter les particules solides le long de la paroi latérale du réacteur. Ils peuvent aussi être creux et servir de distributeur de fluide aux injecteurs qui y sont reliés.Ces anneaux ou fractions d'anneaux (déflecteurs transversaux) peuvent aussi être des successions de spires hélicoïdales, formant une spirale ascendante, continue ou discontinue, à l'intérieur de chaque chambre cylindrique ou être une succession de fractions de spires hélicoïdales ou ailettes transversales, groupées à un même ou plusieurs mêmes niveaux des chambres, le bord supérieur d'une fraction de spire ou ailette surplombant le bord inférieur de la suivante, afin de faire monter les particules solides le long de la paroi du réacteur en vue de réduire la différence d'épaisseur du lit fluidifié et les différences de pression le long de cette paroi entre le haut et le bas des différentes chambres cylindriques du réacteur. La figure 14 est la projection d'une demi coupe transversale d'une chambre cylindrique, où des successions de quarts de spires hélicoïdales (246) forment soit une spirale continue faisant trois tours à l'intérieur de la chambre, soit trois ensembles de quatre spires hélicoïdales situées au mêmes niveaux de la chambre et se succédant tous le 90°, le bord supérieur d'un quart de spire surplombant le bord inférieur de la suivante. On y voit : les sections des disques creux (203), des tubes d'alimentation (206) du fluide (204), des tubes d'entrée (211) des disques creux, élargis en (212) et

reliés par des déflecteurs centraux (238), dont on voit une section (249); les flèches (208), (210) et (213) symbolisant respectivement les flux de fluide sortant (208) des injecteurs (207), entrant (210) dans les tubes centraux (211) par les fentes délimitées par les déflecteurs centraux (238), et traversant radialement (213) les disques creux (203) vers les tubes de sortie (216) du réacteur ; les pas- sages (227) de transfert de particules d'une zone à l'autre, les déflecteurs latéraux (232), les injecteurs de fluide (207) et leurs sections à l'avant plan, formant, de bas en haut, des ensembles continus, séparés par les quarts de spires hélicoïdales (246).

La figure 15 montre la coupe d'un passage (227). On y voit la section (203) des deux plaques parallèles formant le disque creux et son espace intérieur (250) par où passe le fluide radiale- ment, c'est à dire perpendiculairement au plan de la figure, pour sortir du réacteur. Les particules solides sont représentées par les points noirs qui se déplacent dans le sens des flèches (251 ). Elles traversent le disque creux en longeant les parois inclinées (252) du passage. Elles sont prolongées par des déflecteurs (253) de chaque côté du disque creux afin de faciliter le transfert des particules du bas vers le haut, dans le sens de leur vitesse de rotation. Ces déflecteurs (253) peuvent être prolongés par des spirales dont on voit la section (246), afin de faciliter l'ascension des particules solides.

La figure 16 est un schéma de circulation transversale des particules solides le long d'une demi section longitudinale d'une chambre cylindrique semblable à celle qui est montrée sur la figure 4, sans les déflecteurs latéraux et centraux. On y reconnaît la section (201) de la paroi du réacteur, son axe de symétrie cylindrique (202), les tubes d'alimentation (206) du fluide (204) dans les injecteurs de section (207), les sections (246) du début des quarts de spires hélicoïdales longeant la paroi latérale de la chambre cylindrique, situées en dessous des sections (246.1) de la fin des quarts de spires hélicoïdales situées dans le quart de la chambre cylindrique en avant plan de la figure. Le fluide (204), injecté dans la chambre cylindrique, perpendiculairement au plan de la figure, traverse la surface du lit fluidifié de section (209) et pénètre (210) dans les tubes d'entrée (211) des disques creux (203), d'où il est aspiré par les tubes de sorties (216). Les particules solides, dont la vitesse de rotation perpendiculaire au plan de la figure est d'un ordre de grandeur supérieur aux vitesses transversales, entrent dans la chambre cylindrique par le passage inférieur, (227e), à un débit Fe et elles en sortent par le passage supérieur (227s) au débit Fs. Si ce dernier est supérieur au débit d'entrée, Fe, la chambre se vide progressivement de ses particules solides et la surface du lit fluidifié se rapproche de sa paroi latérale, ce qui diminue automatiquement le débit de sortie Fs. Une autre façon d'ajuster le niveau du lit fluidifié est d'asservir le débit d'injection du fluide dans la partie supérieure de la chambre à un détecteur de particules, qui peut être placé le long de la paroi inférieure du disque creux et qui, suivant la position de la surface du lit fluidifié, augmente ou diminue ce débit et donc la vitesse de rotation des particules solides et donc la quantité de particules solides transférées par le passage (227s).

Les particules solides, tournant dans le lit fluidifié à l'intérieur de la chambre cylindrique, sont poussées vers le haut par les ensembles de quarts de spires hélicoïdales, à un débit Fp, symbolisé par les flèches ascendantes. Si ce débit est supérieur au débit de sortie, Fs, elles doivent retomber

dans l'espace entre les spires hélicoïdales et les tubes (211), à un débit F'p=Fp-Fs, et la force centrifuge les maintient dans le lit fluidifié, dont la surface ondule autour des spires hélicoïdales. Celles-ci, en supportant le poids du lit fluidifié situé au dessus d'elles, subissent une différence de pression entre leur surface inférieure et supérieure, ce qui permet de diminuer la différence de pression entre le bas et le haut de la chambre cylindrique. Elles permettent aussi de réduire la différence d'épaisseur du lit fluidifié entre le haut et le bas de la chambre cylindrique, et donc d'en augmenter la hauteur.

La différence de pression entre le haut et le bas de la chambre cylindrique peut entraîner des différences de vitesses d'injection du fluide en fonction de la hauteur de leur injection. Ces diffé- rences génèrent des différences de vitesses de rotation des particules solides. En outre la différence de pression entre les deux faces des disques creux et plus particulièrement entre l'entrée et la sortie des passages au travers de ces disques creux et le frottement ralentissent les particules solides qui sont transférées d'une chambre à l'autre et donc freinent la vitesse de rotation des particules solides dans le bas de la chambre cylindrique suivante. La plus faible vitesse de rotation des particules solides et donc de la force centrifuge dans le bas des chambres cylindriques provoquent à la fois une légère diminution de la pression le long de la paroi latérale et une légère augmentation de l'épaisseur du lit fluidifié, ce qui diminue la pente de sa surface qui dépend du rapport de la force centrifuge et de la force de gravité. Ces différences de pression et de pente génèrent une circulation interne, qui tend à réduire ces différences et qui est dirigée vers le bas le long de la paroi latérale, symbolisée par les flèches descendantes, Fi, et vers le haut à proximité de la surface du lit fluidifié, symbolisée par les flèches ascendantes, Fi.

De la même manière, les particules solides sont ralenties par le frottement et l'augmentation de leur énergie potentielle en montant le long de la surface supérieure des spires hélicoïdales, ce qui entraîne le même type de circulation interne entre les ensembles de spires hélicoïdales. Ces ralentissements successifs de la vitesse de rotation des particules solides et leur circulation interne augmentent la quantité d'énergie que le fluide doit transférer aux particules, nécessitant un transfert efficient de quantité de mouvement et un débit de fluide très élevé, convenant bien à ce procédé.

On peut estimer approximativement la circulation interne en divisant le lit fluidifié en anneaux dont on suppose les vitesses de rotations moyennes et déterminer les écarts de pression et d'épaisseur entre ces anneaux pour en déduire l'importance de cette circulation, et ensuite appliquer la conservation de la quantité de mouvement pour déterminer par approximations successives la vitesse moyenne de rotation d'équilibre de ces anneaux.

Ces vitesses dépendent entre autre de la quantité de mouvement transférée par le fluide vers les particules solides. Dans un espace ouvert, cette quantité de mouvement dépend de la vi- tesse de rotation du fluide qui est davantage liée aux proportions de la chambre cylindrique et au débit du fluide, qu'à sa vitesse d'injection. Par contre, la variation de pression à l'intérieur d'un espace convergent permet de transférer aux particules solides une quantité de mouvement en relation avec son énergie cinétique et donc sa vitesse d'injection, ce qui favorise ce type d'alimentation lorsque le rapport entre la vitesse d'injection du fluide et la vitesse souhaitée de rotation des particules solides doit être très élevé en raison du rapport élevé entre la densité des particules et du fluide.

Si les dimensions de l'espace confiné sont adéquates, celles-ci dépendant, entre autres, des rapports de vitesses et de densités du fluide et des particules solides, le fluide peut céder aux particules solides la quasi totalité de son énergie cinétique disponible. D'une manière générale plus le rapport des vitesses vf/vp est élevé et/ou moins le rapport entre la densité des particules solides et du fluide est élevé, plus le rapport des sections Sp/Si peut être grand pour pouvoir transférer le maximum d'énergie cinétique du fluide vers les particules solides dans des conditions optimum.

Pour fixer les ordres de grandeurs, si la densité des particules solides est 700 fois celle du fluide et leur concentration dans le lit fluidifié est d'environ 35%, si le rapport des sections d'entrées, Sp/Si, est de 2 et si le rapport de la section de sortie et des sections d'entrées, Ss/(Sp+Si), est d'environ 2,2, et si l'espace confiné a une longueur suffisante, dépendant de la forme et de la taille des particules solides, pour que le fluide ait le temps de céder son énergie aux particules solides, un calcul simplifié, supposant que les vitesses de sorties de l'espace confiné du fluide et des particules sont égales et ne tenant pas compte des variations de volume du fluide, montre que, lorsque la vi- tesse d'injection du fluide, vf, est de 8 à 12 fois la vitesse de rotation des particules solides, vp, la vitesse de sortie du fluide et des particules est d'environ 1/6 de la vitesse d'injection du fluide qui a cédé environ 90% de son énergie cinétique aux particules solides.

Si la longueur de l'espace confiné est réduite, afin d'obtenir une vitesse de sortie du fluide plus élevée que la vitesse de sortie des particules, et si le rapport des sections Ss/(Sp+Si) est réduit à 1 ,3, le fluide peut encore céder aux particules solides plus de 80% de son énergie cinétique avec des rapports de vitesses vf/vp beaucoup plus faibles.

Si le rapport des densités est dix fois plus petit, ce qui réduit considérablement la quantité de fluide nécessaire à un transfert adéquat d'énergie entre le fluide et les particules solides, le rapport des vitesses vf/vp peut diminuer à 3 tout en restant proche de l'optimum avec un rapport des sections Ss/(Sp+Si)=1 ,2.

Les dimensions optimum plus précises, en fonction des objectifs, peuvent être déterminée, en tenant compte de l'ensemble des paramètres, par simulation numérique et par l'expérience dans des unités pilotes.

Réacteur horizontal

Pour un réacteur horizontal, l'injection du fluide tout le long d'une fente d'injection se faisant à la même hauteur, à partir d'un distributeur qui uniformise la pression d'injection, sa vitesse d'injection est approximativement uniforme. Par contre elle peut varier d'une fente à l'autre, si ces fentes ne sont pas disposées à la même hauteur dans le réacteur. Elle est plus faible pour les fentes si- tuées dans le bas du réacteur. Si la différence est trop importante et qu'il est nécessaire de placer des fentes d'injection dans le bas du réacteur, il peut être nécessaire de disposer de distributeurs séparés, permettant d'injecter le fluide à des pressions différentes.

La vitesse moyenne de rotation des particules est minimum au sommet du réacteur et maximum dans le bas, la différence entre les deux étant due à leur énergie potentielle. Pour cette raison, l'épaisseur du lit fluidifié doit être plus grande dans la partie supérieure du réacteur.

Soit, pour une zone de largeur L d'un réacteur horizontal de rayon R, Df, la densité moyenne du fluide ; Dp, la densité apparente des particules, égale à leur densité réelle fois leur concentration, Cet ; X=Dp/Df, le rapport des densités ; Rl, le rayon de la surface du lit fluidifié ; E=R- Rl, l'épaisseur moyenne du lit fluidifié ; SI=2ττ.LRI, la surface du lit fluidifié ; Vl=π .LE.(2R-E) le vo- lume du lit fluidifié ; Es=E+dE et Ei=E-dE, respectivement l'épaisseur moyenne de la partie supérieure et de la partie inférieure du lit fluidifié, où dE est la distance entre l'axe de symétrie du réacteur et de la surface du lit fluidifié ; v, vs et vi, la vitesse moyenne de rotation des particules, respectivement dans la partie médiane, supérieure et inférieure du lit fluidifié; Fp, le flux de particules dans les passages au travers d'un disque creux ; Nf, le nombre de fentes d'injection du fluide dans la zone ; Ef, l'épaisseur ou largeur des fentes d'injections ; Sf=Nf.Ef.L, la section totale des fentes d'injection de la zone ; vf, la vitesse d'injection du fluide ; Ff=Sf.vf, le flux ou débit du fluide ; vrf=Ff/(SI.(1-Cct)), la vitesse radiale du fluide à proximité de sa sortie du lit fluidifié ; vsl=k.v, la vitesse moyenne du fluide à sa sortie du lit fluidifié, où k, généralement proche de I , est une variable déterminable expérimentalement ; Rd, le rayon de l'ouverture d'entrée d'un disque creux et ved=Ff/(2ττ.Rd ² ), la vitesse d'entrée du fluide dans un disque creux, s'il y a deux entrées centrales des disques creux par zone.

La conservation des masses et d'énergie peuvent s'écrire : Es.vs=(E+dE).vs=E.v=(E-dE).vi, et VP-VS ² S 2g.(2R-E); ce qui donne 2E ³ .dE.v ² ≡ g.(2R-E).(E ² -dE ² ) ² ou x/(1-x ² ) ² =g.(R-E/2)/v ² , si x=dE/E , et, en première approximation, si x«1 ou si g.(R-E/2)«v ² , dE≡ g.(R-E/2)/v ² (10), où g est la force de gravité.

L'équilibre de la force centrifuge avec la pression le long de la paroi du réacteur donne la différence de pression entre la partie inférieure et la partie supérieure du réacteur, dP=Pi- Ps=2.Dp(E.g+dE.v ² /R.(1-x ² ), où Pi et Ps est respectivement la pression au sommet et à la base du réacteur. C'est la pression qu'il faut compenser pour injecter le fluide à la même vitesse dans le bas du réacteur que dans le haut.

A l'équilibre, l'énergie cédée aux particules par le fluide qui traverse le lit fluidifié est égale à l'énergie perdue par le lit fluidifié, due aux frottements et à la turbulence, et à l'énergie perdue par les particules lors de leur transfert au travers des passages dans les disques creux due aux frottements et au changement d'orientation de la vitesse des particules lors de ces transferts ou, pour la première zone, à l'énergie à acquérir par les particules injectées dans cette zone, dépendant de leur vitesse d'injection.

Si 1/Cx est la résistance à la rotation du lit fluidifié due aux frottements et Kp.v.cosα est la vitesse de rotation des particules à la sortie des passages au travers des disques creux, ralentie d'un facteur Kp en raison du frottement et déviée d'un angle α dépendant de l'inclinaison des pas- sages, on obtient l'équation d'équilibre approximative suivante :

Ff (vf ² -k ² V)/2 = x Vl g v/Cx+x Fp (v ² -Kp ² ∞sa ² _v ² )/2 (11) ; ce qui donne : v = (-b + 4b ² + aχc)la où a=Ff.k ² +Fp.X.(1-Kp ² .cosα ² ) ; b=X.VI.g/Cx et c≈Ff.vF≈FP/Sf ² .

Il faut toutefois remarquer que si la turbulence est faible, la vitesse de rotation des particules est plus faible à proximité des disques creux en raison de leur ralentissement provoqué par le frot-

tement des disques creux et par les transferts de particules. Dans ce cas, l'épaisseur du lit fluidifié et le débit du fluide y sont légèrement plus grands pour y compenser la plus faible pression générée par la plus faible force centrifuge et ces différences de pression génèrent une circulation interne des particules, dirigée vers les disques creux le long de la paroi latérale du réacteur et dans le sens op- posé le long de la surface du lit fluidifié. Cette circulation interne, Fi, va réduire les différences de vitesses. Il est également possible, en injectant le fluide à plus grand vitesse à proximité des disques creux, d'y augmenter la vitesse de rotation des particules solides et donc la force centrifuge, ce qui réduit l'épaisseur du lit fluidifié à proximité des disques creux et donc aussi le risque d'entraînement de particules solides dans leurs ouvertures centrales.

Réacteur vertical

La figure 20 schématise la demi section d'une zone d'un réacteur vertical, afin de visualiser la circulation interne et son influence sur la surface du lit fluidifié. On y reconnaît la section (201 ) de la paroi latérale du réacteur, l'axe de symétrie cylindrique (202), les sections (203) des disques creux, le fluide (206) entrant par les tubes (204) dans les fentes d'injection (207), la section de la surface du lit fluidifié (209), et les passages (227) au travers des disques creux (203).

La zone considérée est divisée en une succession de tranches cylindriques superposées, de n=l, en bas, à n=N, au sommet de la zone, et de hauteur h, la hauteur de la zone étant H=N*h . Pour 3 tranches consécutives, on définit Rl', Rl et Rl" ; v', v et v", comme étant respectivement le rayon de la surface du lit fluidifié et la vitesse moyenne de rotation des particules, perpendiculaire au plan de la figure, dans les tranches n-1 , n et n+1.

Soit R, le rayon du réacteur ; E=R-RI, l'épaisseur du lit fluidifié d'une tranche n ; dE'=E'- E=RI-RI' et dE"=E-E"=RI"-RI, l'augmentation de l'épaisseur du lit fluidifié entre ces tranches successives ; Vl = ττ.h.(R ² -RI ² ) , le volume du lit fluidifié de la tranche n ; Ff=h.Ef.Nf.vf, le flux de fluide injecté dans la tranche n où Ef et Nf sont l'épaisseur et le nombre de fentes d'injection du fluide de la tranche n et vf sa vitesse d'injection, perpendiculaire au plan de la figure.

Si les vitesses moyennes de rotation des particules solides sont égales d'une tranche à l'autre, soit v"=v=v', la pression, Pb, le long du bord des tranches varient suivant la pression hydrostatique du lit fluidifié, et donc la différence de pression entre la tranche n et n-1 est de dPb'=Pb'- Pb=Dp.h, et l'augmentation de l'épaisseur nécessaire pour que la force centrifuge compense l'augmentation de la pression hydrostatique est d'environ : dE' ≡ h.R.g/v ² , où g est la force de gravité. Dans ce cas, la section de la surface du lit fluidifié est celle représentée par les lignes en traits fins (209').

Lorsque v">v>v', les différences de forces centrifuges entraînent entre les tranches succes- sives des différences supplémentaires de pressions, qui se répartissent entre leur bord latéral, qui est la paroi du réacteur et leur bord intérieur qui est la surface du lit fluidifié. Les différences supplémentaires de pressions le long du bord du réacteur, appelées différences de pressions dynamiques, sont approximativement dPb"=Pb-Pb"≡ -Dp.E.(v" ² -v ² )/2.R.g et dPb'=Pb'-Pb≡ -Dp.E.(v ² -v' ² )/2.R.g respectivement entre les tranches n+1 et n et entre les tranches n et n-1 et les différences supplé- mentaires de pressions le long de la surface du lit fluidifié entraînent des variations supplémentaires

de son épaisseur, appelées différences d'épaisseur dynamiques, ε"=E.(v" ² -v ² )/2.v ² , et ε'≡ E.(v ² - M' ² )I2.M' ² . Ces différences d'épaisseurs diminuent la pente de la surface du lit fluidifié, dont la section devient (209), et, combinées avec les différences de pressions dynamiques, elles entraînent une circulation interne, Fi", entre la tranche n+1 et la tranche n, et Fi', entre la tranche n et la tranche n-1 , dirigée vers le bas le long de la paroi du réacteur et vers le haut le long de la surface du lit fluidifié.

Si Fi">Fi', la conservation des masses nécessite, dans la tranche n, une circulation interne radiale, dFi, allant du bord latéral vers le centre, telle que Fi'=Fi"+dFi. Cette circulation centripète augmente la pression et l'épaisseur de la tranche n d'une quantité dPx et dEx, et donc augmente la pente entre les tranches n-1 et n et la diminue entre les tranches n et n+1. Les différences d'épais- seurs et de pressions dynamiques deviennent respectivement ε"=dEx+E.(v" ² -v ² )/2.v ² ; ε'≡ - dEx+E.(v ² -v' ² )/2.v' ² ; dPb"≡ dPx-Dp.E.(v" ² -v ² )/2.R.g et dPb'≡ -dPx-Dp.E.(v ² -v' ² )/2.R.g.

Les écarts dynamiques de pressions et de pente maintiennent, accélèrent ou ralentissent la circulation interne qui dépend fortement de la turbulence qu'elle contribue à créer. Dans l'exemple schématisé sur la figure 20, la quantité et la vitesse d'injection du fluide par tranche est prévue pour accélérer rapidement la vitesse de rotation des particules dans le bas de la zone, soit v'<v<v". La circulation interne, Fi, y augmente rapidement et est dirigée vers le bas le long de la paroi latérale du réacteur et vers le haut le long de la surface du lit fluidifié et la pente hydrodynamique, (209), de la surface du lit fluidifié y est plus faible que la pente théorique (209').

L'injection du fluide est ensuite à vitesse réduite dans la partie médiane de la zone. La vi- tesse de rotation des particules solides s'y ralentit progressivement, soit v'>v>v", et la circulation interne, Fi, s'y ralentit et peut même s'inverser si cette partie est suffisamment haute. La pente hydrodynamique, (209), de la surface du lit fluidifié y est plus forte que la pente théorique (209'), si v=v'. Ceci permet de donner une plus forte pente à la surface du lit fluidifié dans les tranches médianes sans devoir augmenter la vitesse moyenne de rotation des particules. Au sommet de la zone, l'énergie transférée par le fluide est à nouveau augmentée afin d'y accélérer la vitesse moyenne de rotation des particules pour leur donner une énergie suffisante pour assurer leur transfert vers la zone supérieure, malgré la différence de pression au travers du passage (227), ce qui augmente à nouveau la circulation interne dans le même sens que dans la partie inférieure de la zone.

L'augmentation ou la diminution de l'énergie de circulation interne d'une tranche à l'autre est égale à l'énergie reçue par l'écart dynamique de pente et de pression moins la perte d'énergie due à la turbulence et au frottement. Cette dernière est

La conservation d'énergie implique que l'énergie cinétique de Fi" est égale à l'énergie cinétique de Fi' moins les pertes d'énergie, dues à la turbulence et au frottement, plus l'énergie acquise au travers de la différence de pente dynamique le long de la surface du lit fluidifié ou perdue au tra- vers de la différence de pression dynamique le long du bord latéral. A l'équilibre, les pertes d'énergie doivent être compensées par un transfert d'énergie de rotation des particules solides, provenant elle-même d'un transfert d'énergie de rotation du fluide qui traverse le lit fluidifié.

Si Eci' et Eci" représentent l'énergie cinétique de circulation en surface ou le long des bords, et Ki est un coefficient d'efficience représentant la fraction d'énergie perdue dans la tranche n, on a l'équation de conservation d'énergie suivante: Eci"=(1-Ki).Eci'+Dp.(Fi'+dFi).E.(v" ² -v ² )/R.g. ;

avec Eci'=Dp.Fi' ³ /S ² où S≡ττ.E.(R-E)/4=VI/4.h est la section moyenne traversée par Fi le long de la paroi du réacteur et de la surface du lit fluidifié telle que la vitesse moyenne de circulation interne, vi=Fi/S.

Si l'épaisseur du lit fluide est relativement faible, la circulation interne, Fi, augmente rapide- ment à proximité des parois et se stabilise ensuite. Lorsque dFi=O, l'équation de conservation d'énergie devient : Fi ² /S ² =vi ² ≡ (v" ² -v ² ).E/R.Ki.

La circulation interne, Fi, dont la somme est nulle, s'ajoute à la circulation, Fp, des particules passant d'une zone à l'autre par les passages (227) au travers des disques creux (203). Elles entraînent des transferts d'énergie de rotation des particules entre les différentes tranches, Et' et Et", réduisant ainsi les écarts entre leurs vitesses de rotation.

A l'équilibre, l'énergie, Ef, cédée par le fluide pour faire tourner les particules de la tranche qu'il traverse et l'énergie transférée, Et' et Et", provenant des particules venant des tranches adjacentes est égale à l'énergie de rotation perdue par le frottement et la turbulence, Ex, et les pertes d'énergie de circulation, 2.Ki.Eci' , soit : Ef+Et'+Et"=Ex+Ki.Eci'. On peut écrire en première approxi- mation: Ff.(vf ² -k ² .v ² )/X ≡ 2.Vl.g.v/Cx+Ki.Fi'.vi' ² +(Fp + F'i).(v ² -v' ² ) + Fi".(v ² -v" ² ) (10") ; où k.v est la vitesse de rotation du fluide, proche de la vitesse moyenne de rotation des particules, à sa sortie du lit fluidifié; X=Dp/Df, est le rapport de la densité apparente des particules dans le lit fluidifié et la densité du fluide, 1/Cx est un coefficient de friction représentant la perte d'énergie de rotation due à la turbulence et à la friction dans la tranche considérée et où Fi' et Fi" sont pris en valeur absolue.

Les vitesses vf", vf et vf d'injection du fluide, respectivement dans les tranches n+1 , n et n- 1 , dépendent de la différence de pression entre le distributeur et le bord intérieur du réacteur, qui varie d'une tranche à l'autre. Soit, en première approximation, pour de faibles variations de pression, le carré de la vitesse d'injection du fluide dans la tranche n est de : vP≡ vf ² +2g.X.dh-2X.E.(v ² -v' ² )/R, si la pression d'alimentation est la même pour les tranches n et n-1. Elle augmente rapidement avec la hauteur de la tranche, sauf si on réduit la pression dans les tubes supérieurs (6) d'alimentation à l'aide de vannes de contrôles et/ou si on insère dans la partie supérieure des fentes d'injection des obstacles adéquats pour y réduire la vitesse du fluide.

Le transfert des particules au travers des passages du disque inférieur nécessite, pour la tranche inférieure, le calcul de la vitesse de rotation des particules à la sortie du passage au travers du disque, vps =Kp.vpe, où Kp est le coefficient de ralentissement de vpe dû au frottement dans le passage et vpe est la vitesse d'entrée dans le passage, approximativement égale à la vitesse moyenne de rotation des particules de la tranche au sommet de la zone précédente, V.

Si Lp est la distance entre un passage et la paroi latérale du réacteur et Ed est l'épaisseur ou la hauteur du disque creux, la différence de pression, dPp, au travers de ce passage est approximativement : dPp≡ Dp.[( H+Ed) +Lp.(v ² -v' ² )/R.g], où v est la vitesse moyenne de rotation des particules à la base de la zone considérée. L'équation d'équilibre d'énergie au travers des passages est : Dp.(Kp ² .vpe ² -vps ² )/2≡ dPp.g , ce qui permet d'estimer vps si la zone inférieure est semblable à la zone considérée.

Ces différentes relations permettent d'estimer approximativement, tranches par tranches, par itérations successives, les ordres de grandeur des variables Fi, vp et El en fonction de Ff, pour une configuration et des coefficients déterminés, dans la mesure où la circulation des particules dans chaque tranche est relativement homogène. Des calculs numériques plus complexe et la simu- lation dans des unités pilotes est toutefois nécessaire pour obtenir des résultats plus précis.

Le dispositif de la présente invention peut être appliqué à des procédés industriels de polymérisations catalytiques, de séchage, d'imprégnation, d'enrobage, de torréfaction ou d'autres traitements de particules solides en suspension dans un lit fluidifié ou de craquage, de déshydro- génation ou d'autres transformations catalytiques de fluides ou mélanges de fluides traversant un lit fluidifié. C'est pourquoi, dans un mode de réalisation, la présente invention se rapporte à un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif ou de transformation catalytique de fluides traversant le dit lit fluidifié rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter un ou des flui- des, en couches successives, dans une chambre circulaire de réaction, et de les évacuer centra- lement par une cheminée centrale traversant ou pénétrant dans la dite chambre circulaire, suivant la présente invention, à un débit et une pression d'injection entraînant les dites particules solides à une vitesse moyenne de rotation engendrant une force centrifuge au moins trois fois supérieure à la force de gravité. Dans un mode de réalisation préféré, la présente invention concerne un procé- dé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitement de particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif ou de transformation catalytique de fluides traversant le dit lit fluidifié rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à recycler le ou les dits fluides. Dans un autre mode de réalisation préféré, la présente invention concerne un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif ou de transformation catalytique de fluides traversant le dit lit fluidifié rotatif, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape qui consiste à recycler les dites particules solides. Dans encore un autre mode de réalisation préféré, la présente invention se rapporte également à un procédé de polymérisation catalytique, d'imprégnation, d'enrobage ou autres traitements de particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consiste à pulvériser un liquide en fines gouttelettes sur les dites particules solides et à faire réagir chimiquement le dit liquide imprégnant ou entourant les dites particules avec le ou les dits fluides gazeux traversant le dit lit fluidifié rotatif.

Plus en particulier, la présente invention se rapporte à un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un réacteur cylindrique horizontal, comprenant de préférence une succession de chambres cylindriques reliées suivant la présente invention, un fluide ou mélange de fluides à une vitesse et à un débit donnant aux dites particules solides une vitesse moyenne de rotation supérieure à la racine carrée du produit du diamètre du réacteur et de g qui est l'accélération due à la pesanteur.

Dans un autre mode de réalisation, la présente invention se rapporte également à un procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un réac- teur cylindrique vertical, comprenant de préférence une succession de chambres cylindriques reliées suivant la présente invention, un fluide ou mélange de fluides à une vitesse et à un débit générant dans le dit lit fluidifié rotatif une force centrifuge supérieure à la pesanteur, les dites particules solides étant transférées d'une dite chambre cylindrique à l'autre vers le bas du dit réacteur. Dans un autre mode de réalisation, la procédé de polymérisation catalytique, de séchage ou autres traitements de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un réacteur cylindrique vertical, comprenant de préférence une succession de chambres cylindriques reliées suivant la présente invention, un fluide ou mélange de fluides à une vitesse et à un débit donnant aux dites particules solides une vitesse moyenne de rotation supérieure à la vitesse qu'elles peuvent acquérir en tombant du sommet à la base des dites chambres cylindriques et leur permettant de passer d'une dite chambre cylindrique inférieure à la dite chambre cylindrique supérieure par au moins un passage aménagé dans le dit disque creux les séparant et orienté dans le sens faisant monter les dites particules solides.

La présente invention se rapporte également à un procédé de polymérisation catalytique de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un tube ou une colonne de transfert, suivant l'invention, un fluide régénérant les catalyseurs contenus dans les dites particules solides recyclées dans le dit réacteur. De préférence, le dit procédé de polymérisation catalytique de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs ou de transformation catalytique de fluides traversant des lits fluidifiés rotatifs, est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à injecter dans un tube ou une colonne de transfert suivant l'invention, un fluide purgeant les dites particules solides recyclées dans le dit réacteur des fluides indésirables qui sont entraînés par les dites particules solides.

Dans un autre mode de réalisation, l'invention prévoit un procédé de polymérisation cataly- tique de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à recycler dans au moins deux ensembles de successions de chambres cylindriques suivant l'invention, des dits fluides ou mélange de fluides, évacués de manière séparée des dits ensembles, contenant des fluides actifs de compositions différentes d'un ensemble à l'autre, pour produire des polymères bi ou multimodaux. Selon un autre mode de réalisation, l'invention prévoit un procédé de polymérisation catalytique de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à pulvériser de fines gouttelettes d'un comonomère sur la surface du dit lit fluidifié rotatif d'au moins une dite chambre cylindrique par un injecteur suivant l'invention. Dans un autre mode de réalisation préféré, l'invention se rapporte à un procédé de polymé-

risation catalytique de particules solides en suspension dans des lits fluidifiés rotatifs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à pulvériser sur la surface du dit lit fluidifié d'au moins une dite chambre cylindrique par un injecteur suivant l'invention, un liquide servant au refroidissement des dites particules solides.

Un dispositif suivant la présente invention peut être avantageusement utilisé dans divers procédés. C'est pourquoi, la présente invention comprend également l'utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de polymérisation. Par exemple, la présente invention se rapporte à utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de polymérisation de particules solides en suspension dans un lit fluidifié rotatif. Dans un mode de réalisation préféré, la présente invention se rapporte à utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de polymérisation, caractérisé en ce que au moins un des dits fluides contient des alpha oléfines.

La présente invention peut aussi comprendre l'utilisation d'un dispositif décrit dans la pré- sente invention dans un procédé de transformation catalytique d'un fluide ou mélange de fluides traversant un lit fluidifié rotatif dont les particules solides sont des catalyseurs. Dans un mode de réalisation préféré, la présente invention se rapporte à utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de transformation catalytique, caractérisé en ce que le dit fluide ou mélange de fluides contient des oléfines, par exemple des oléfines légères, et que la dite trans- formation catalytique implique le changement de la distribution des poids moléculaires des dites oléfines, par exemple des dites oléfines légères. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, la présente invention se rapporte à utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de transformation catalytique, caractérisé en ce que le dit fluide ou mélange de fluides contient de l'éthylbenzène et que la dite transformation catalytique implique sa déshy- drogénation pour le transformer en styrène. Dans un autre mode de réalisation particulièrement préféré, la présente invention se rapporte à utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de transformation catalytique, caractérisé en ce que les dites particules solides contiennent des composants qui peuvent réagir avec l'hydrogène provenant de la dite déshy- drogénation, afin d'en réduire la concentration dans le dit fluide ou mélange de fluides, ces dits composants pouvant être régénérés à l'extérieur de la dite chambre circulaire de réaction.

En outre, la présente invention concerne aussi l'utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de séchage ou d'extraction de composants volatils des dites particules solides. Dans un mode de réalisation préféré, l'invention concerne l'utilisation du dispositif décrit dans la présente invention, est en particulier caractérisé en ce qu'au moins un des dits disques creux permet le passage d'un injecteur capable de pulvériser de fines gouttelettes d'un fluide secondaire sur la surface d'au moins un dit lit fluidifié rotatif d'au moins une des dites chambres cylindriques, au moins un des autres dits fluides étant gazeux dans un procédé d'imprégnation des dites particules solides par le dit fluide secondaire. La présente invention prévoit aussi l'utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé d'imprégnation ou d'enrobage des dites particules solides. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré,

présente invention se rapporte à utilisation d'un dispositif décrit dans la présente invention dans un procédé de séchage, d'extraction, d'imprégnation ou d'enrobage, caractérisé en ce que les dites particules solides sont des grains, de la poudre ou autres fragments d'origine agricole.

Un dispositif suivant la présente invention peut donc s'adapter à différents schémas, suivant différents procédés. Ci-dessous, quelques exemples de procédés sont illustrés dans lesquelles un dispositif suivant l'invention peut être appliqué. Afin de donner des ordres de grandeurs, ces différents procédés peuvent être illustrés par des exemples chiffrés. Les formules mathématiques mentionnées dans ces exemples se rapportent aux équations susmentionnées. Cependant, les vitesses de rotation des particules dépendant d'un ensemble de facteurs tels que la turbulence et la viscosité du lit fluidifié, qui dépendent de la nature des particules solides et de l'aérodynamisme à l'intérieur des chambres cylindriques, les exemples qui suivent ne sont donnés qu'à titre indicatif.

Exemples EXEMPLE 1 : CONVERSION D'ESSENCES DE CRACKING EN OLEFINES LEGERES UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

La chambre de réaction cylindrique illustrée par la figure 8 peut avoir, à titre indicatif, 1 m de diamètre, 4,5 m de longueur et 0,23 m d'épaisseur (largeur) moyenne, ce qui lui donne un volume d'environ 2,5 m ³ . Le fluide (100), constitué d'essences de cracking préchauffées à tempéra- ture élevée, d'une masse spécifique, à la température et à la pression d'injection, d'environ 5 kg/m ³ , est injecté à grande vitesse (par exemple 200 à 300 m/s, donnent une pression potentielle de 100 à 200 000 Pa) dans l'éjecteur (105) pour être surchauffé à la température souhaitée (plus de 600 ⁰ C), en même temps que le fluide recyclé qu'il entraîne dans le four (102) et ensuite dans la chambre de réaction, où ils sont injectés, par exemple, à une vitesse de 60 m/s au travers de 17 fentes d'injection de 0,005 m d'épaisseur, donnant un débit d'environ 23 m ³ /s, soit 400 tonnes par heure. (Ce débit élevé nécessite une cheminée centrale traversant la chambre de réaction pour pouvoir évacuer le fluide des 2 côtés et le réacteur peut être horizontal ou vertical.) Si la quantité de fluide qui est recyclé est d'environ 50%, le débit d'alimentation d'essences de cracking est d'environ 200 tonnes par heure et son temps moyen de résidence dans la chambre de réaction est d'environ deux fois un dixième de seconde.

Si Cc*Kf*M/m*Ke ≈ 30, ce qui donne X ≈ 0,7, la poudre de catalyseur, qui est alimentée par le tube (16) est entraînée par le fluide à une vitesse moyenne de rotation, Vp, d'environ 13 m/s, donnant une force centrifuge de 35 fois la pesanteur, générant une pression sur la paroi cylindrique d'environ 30 000 Pa et permettant au fluide de traverser le lit fluidifié à une vitesse de plus de 2 m/s. La poudre de catalyseur est évacuée par le tube (19) et peut être aisément recyclée après régénération, avec un temps de cycle pouvant être de quelques minutes à de nombreuses heures.

EXEMPLE 2 : SECHAGE DE GRAINS AGRICOLES UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION Le séchage de grains d'origine agricole peut se faire suivant le schéma de la figure 9. La

chambre de réaction ou chambre de séchage peut avoir les mêmes dimensions que celles de l'exemple ci-dessus. Dans ce cas, l'air frais (112) est introduit par le tube (8.1), éventuellement au travers d'un condenseur d'humidité (113), pour traverser l'extrémité de la chambre de réaction située du côté de la sortie des grains (19) afin de se réchauffer en les refroidissant et en achevant leur séchage. Cet air (11.1) est ensuite aspiré par le compresseur ou ventilateur centrifuge (108.1) au travers de la conduite (10.1) et recyclé dans le réacteur par la conduite (8.2) après avoir été chauffé davantage dans le réchauffeur (102). Après avoir été recyclé plusieurs fois, cet air (11.2) est aspiré par le compresseur ou ventilateur centrifuge (108.2) au travers de la conduite (10.2) et recyclé dans le réacteur par la conduite (8.3) après avoir été réchauffé par le réchauffeur (102). Après avoir été à nouveau recyclé quelque fois, cet air chargé d'humidité et refroidi par les grains, qui sont alimentés par la conduite (16) et qu'il a réchauffés, est évacué en (114).

L'air étant aspiré par les compresseurs ou ventilateurs, la pression dans le réacteur est inférieur à la pression atmosphérique, ce qui est favorable au séchage et des moyens mécaniques peuvent aisément transférer les grains séchés pour un stockage à la pression atmosphérique. L'air peut être injecté dans la chambre de séchage au même débit de 23 m ³ /s de l'exemple ci-dessus, soit environ 100 tonnes par heure. S'il est recyclé 5 à 10 fois, cela donne une quantité d'air frais de

10 à 20 tonnes par heure et un temps de contact avec les grains d'environ 5 à 10 fois 0,1 seconde.

La quantité de grains dans la chambre de séchage peut être d'environ 500 kg, ce qui donne un temps de séjour moyen de 90 secondes pour le séchage de 20 tonnes par heure, ce qui peut être suffisant compte tenu de la vitesse élevée et de la faible pression de l'air et de la possibilité de travailler à des températures plus élevée grâce à la brièveté du temps de séjour et du refroidissement des grains avant leur sortie du réacteur.

Cet ensemble peut être réalisé de manière compacte et facilement transportable, ce qui montre l'avantage de pouvoir faire traverser un lit fluidifié dense par de très grande quantité de fluide à vitesse élevée grâce à la force centrifuge.

EXEMPLE 3 : COPOLYMERISATION DΕTHYLENE ET DOCTENE EN PHASE GAZEUSE UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

La copolymérisation de l'éthylène et de l'octène n'est possible en phase gazeuse que si la pression dans le réacteur est faible, au maximum quelques fois la pression atmosphérique, car la pression partielle de l'octène est limitée à environ 0,2 atmosphères à 70 ⁰ C. A ces pressions, la quantité de calories produites par ces réactions très exothermiques ne peut être évacuée qu'en utilisant des catalyseurs peu actifs ou en diluant le mélange de gaz actifs avec un gaz inactif pour ralentir la vitesse de réaction, ce qui augmente le coût de l'installation, ou en faisant traverser le lit fluidifié par une telle quantité de gaz que cela nécessite un lit fluidifié rotatif, par exemple suivant le schéma décrit dans la figure 10.

L'octène peut être pulvérisé en fines gouttelettes (120) dans la chambre de réaction par le tube (121) qui passe par la cheminée centrale et / ou être alimenté sous la forme gazeuse en même temps que l'éthylène frais (119) et le fluide recyclé par un ou plusieurs des tubes de (8.1 ) à (8.4).

A titre indicatif, la chambre de réaction cylindrique peut, par exemple, avoir un diamètre de 1 ,6 m; 10 m de long et de 0,32 m d'épaisseur, comprenant 29 fentes d'injection de 0,005 m d'épaisseur, permettant l'injection d'environ 50 m ³ /s de fluides actifs, si la vitesse d'injection du fluide est de 35 m/s. Si la pression est d'environ 3 fois la pression atmosphérique, ce qui permet une concentration d'environ 20% en poids d'octène, le flux de fluides actifs recyclés est d'environ 700 tonnes par heure, ce qui permet d'évacuer la chaleur de polymérisation d'environ 10 à 20 tonnes par heure de polymère. La quantité de polymère dans la chambre de réaction dont le volume est d'environ 12 m ³ est d'environ 3 tonnes, ce qui donne un temps de résidence des particules de polymère dans la chambre de réaction de 10 à 15 minutes, ce qui permet d'employer des cataly- seurs très actifs. La vitesse de rotation des particules de polymère peut être d'environ 11 m/s, ce qui donne une force centrifuge d'environ 16 fois la pesanteur, ce qui permet de traverser le lit fluidifié avec une vitesse radiale de plus de 1 ,5 m/s en 0,2 secondes environ.

Ce réacteur peut être mis en série, par exemple à la suite d'un autre réacteur pouvant travailler à des pressions beaucoup plus élevées sans comonomère ou avec des comonomères plus légers, afin d'obtenir des polymères multimodaux. Il permet également de faire varier progressivement la composition et / ou la température du fluide traversant le lit fluidifié rotatif.

EXEMPLE 4 : IMPREGNATION OU ENROBAGE DE PARTICULES SOUDES UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION Le schéma de la figure 10 peut aussi être utilisé pour l'imprégnation ou l'enrobage de particules solides. Le fluide servant à l'imprégnation ou l'enrobage peut être pulvérisé sous forme de fines gouttelettes (120) dans la partie de la chambre de réaction qui est située du côté de l'alimentation des particules solides par le tube (16). Ces particules sont ensuite séchées dans les tronçons annulaires successifs de la chambre circulaire de réaction et les composants servant à l'im- prégnation ou l'enrobage des particules solides peuvent même être cuits, si la température du fluide recyclé est suffisamment élevée et les particules solides peuvent être recyclées par un dispositif adéquat, s'il est nécessaire d'appliquer plusieurs couches d'enrobage.

EXEMPLE 5 : PROCEDE DE POLYMERISATION CATALYTIQUE DE PARTICULES SOLIDES UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

La Figure 17 illustre un schéma simplifié, semblable à la figure 11, légèrement modifié afin de permettre la co-polymérisation bimodale ou multimodale, de particules solides, servant de catalyseur, en suspension dans des fluides ou mélanges de fluides actifs, contenant le monomère et le ou les comonomère, comme par exemple, la copolymérisation catalytique bimodale de l'éthylène avec de l'hexène.

On y reconnaît le réacteur (201), son axe de symétrie cylindrique (202), les sections creuses des disques creux (203) séparant le réacteur en deux ensembles de deux chambres cylindriques successives, de Z1 à Z2 et de Z3 à Z4, les tubes d'alimentation (206), avec leurs vannes de contrôle (222), la section des injecteurs (207), les sections (209) des surfaces des lits fluidifiés, les tubes d'entrées (211) des disques creux et les tubes de sorties (216).

II y a deux ensembles de distributeurs indépendants, (205) et (205.1), deux ensembles de collecteurs, (217) et (217.1), reliés entre eux par un tube (245) pour l'équilibrage des pressions dans les deux ensembles de chambres cylindriques, deux compresseurs, (218) et (218.1), avec leurs unités de traitement des fluides, symbolisées par les échangeurs de température, (219) et (219.1), et les cyclones (221) et (221.1) et le disque creux, séparant la chambre Z2 de la chambre Z3, est divisé par une cloison de séparation (260) empêchant le mélange des fluides provenant de ces deux chambres afin de permettre de recycler séparément les fluides circulant dans chacun des ensembles de chambres cylindriques, de Z1 à Z2 et de Z3 à Z4. Le nombre d'ensembles de chambres cylindriques et le nombre de chambres cylindriques par ensemble peut varier. Il dépend de la taille du réacteur et des objectifs de polymérisation.

Les particules de polymère, symbolisées par les points noirs, sortant du sommet du réacteur par le tube (230) sont introduites dans un tube de recyclage qui peut être une colonne de purification, (261 ), traversée par le fluide injecté en (204.1), fluidifiant les particules de polymère qui forment un lit fluidifié de surface (262), le fluide s'échappant en (266) en passant par le séparateur de parti- cules (267) pour être recyclé par le compresseur (218). Les particules de polymère sont ensuite recyclées par le tube (226) au bas du réacteur. Après avoir parcouru un certain nombre de cycles, elles (229) sont évacuées par des tubes (230.1), pouvant être disposés le long des parois latérales des différentes chambres cylindriques.

L'alimentation en monomère frais, comme de l'éthylène, peut être introduite : en partie en (204.1), au bas de la colonne de purification et être recyclé dans la partie supérieure du réacteur après avoir purgé les particules de polymère du co-monomère excédentaire, comme de l'hexène, qu'elles contiennent ; en partie en (204.2), pour faciliter le recyclage des particules de polymère, bien que la pression hydrostatique du lit fluidifié de la colonne (261), déterminée par le niveau d'équilibre de sa surface (262), peut suffire et en partie dans le tube (245) d'équilibrage des pres- sions, pour empêcher que l'équilibrage des pressions entre l'ensemble supérieur et l'ensemble inférieur des chambres cylindriques occasionne des transferts indésirables de fluides entre ces ensembles.

Le co-monomère (263), comme de l'hexène, peut être pulvérisé en fines gouttelettes sur la surface des lits fluidifiés d'une ou plusieurs chambres cylindriques supérieures par des injecteurs (264), qui passent par les disques creux et le catalyseur peut être introduit par un dispositif adéquat (265) dans une des chambres cylindriques. D'autres composants actifs, comme de l'hydrogène, et d'autres monomère peuvent être introduits dans un des circuits de recyclage, et leur excédent peut être éliminé dans l'autre circuit de recyclage, par exemple par absorption dans des absorbeurs ré- générables. Si nécessaire, des fluides de refroidissement additionnel, non actifs, comme du propane ou de l'isobutane, peuvent être pulvérisé en fines gouttelettes sur les lits fluidifiés de la même manière que le comonomère.

Ce schéma permet de limiter les transferts indésirables de fluides d'un ensemble vers l'autre, aux fluides non éliminés par la colonne de purification (241) et aux fluides accompagnant les particules de polymère dans le ou les passages (227) qui relient les chambres cylindriques Z2 et Z3, et dont la taille peut être limitée en fonction des objectifs de polymérisation.

Les accessoires de contrôles, de purifications, etc.... y compris la possibilité de refroidir les disques creux, la colonne de purification et autres surfaces disposées à l'intérieur des chambres, ne sont pas décrits. Ils peuvent être définis en fonction des objectifs de polymérisation par les personnes maîtrisant les procédés de polymérisation en lit fluidifié.

EXEMPLE 6 : PROCEDE DE TRANSFORMATION CATALYTIQUE DE FLUIDES UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

La figure 18 illustre un schéma simplifié, semblable à celui de la figure 17, légèrement modifié afin de permettre la transformation catalytique d'un fluide ou mélange de fluides, dans un lit fluidifié rotatif contenant des particules catalytiques solides, comme par exemple, le craquage catalytique d'oléfines légères.

Dans ce schéma, le fluide à transformer, (204), est injecté, préchauffé si nécessaire, dans le ou les distributeurs (205) qui alimentent l'ensemble de chambres cylindriques inférieures, Z1 et Z2. Il est évacué de ces chambres par le ou les collecteurs (217), pour être réchauffé dans le réchauffeur (219), et être recyclé par le ou les distributeurs (205.1) dans l'ensemble de chambres cylindriques supérieures, Z3 et Z4, d'où il est aspiré, au travers du ou des collecteurs (217.1 ) par un compresseur unique (218), pour être transféré en (220) vers des unités adéquates de traitement.

La poudre de catalyseur frais ou recyclé est alimentée dans la chambre cylindrique Z1 du bas du réacteur par le tube (226) et remonte lentement d'une chambre à l'autre, jusqu'au sommet du réacteur d'où elle est évacuée par les tubes (230), vers une colonne de régénération (261). Un fluide de régénération, (204.1), par exemple un mélange d'air et de vapeur d'eau, fluidifie la poudre de catalyseur dans le régénérateur, tout en le régénérant. Il est évacué, en (266), au travers d'un séparateur de particules (267). Le niveau d'équilibre de la surface (262) du lit fluidifié de la colonne (261) est celui qui donne une pression hydrostatique suffisante pour permettre le recyclage de la poudre de catalyseur régénéré au débit souhaité. Ce recyclage peut être facilité par l'injection d'un fluide d'entraînement, (204.2), comme de la vapeur d'eau.

L'alimentation en série des deux ensembles de chambres cylindriques entraîne une différence de pression significative entre la chambre Z2 et la chambre Z3, ce qui va accélérer les particules catalytiques et le fluide qui les accompagne dans le passage (227) qui les relie. Ceci nécessite de réduire les dimensions de ce passage, qui peut être localisé à la distance de la paroi latérale correspondant à l'épaisseur désirée du lit fluidifié ou qui peut être contrôlé par une vanne de contrôle de débit asservie à des détecteurs de niveau du lit fluidifié de la chambre cylindrique Z2.

Si le rapport entre la densité du lit fluidifié et du fluide est très élevé, il faut non seulement un débit de fluide très élevé, mais aussi une vitesse d'injection élevée, il est souhaitable d'utiliser un dispositif adéquat de transfert d'énergie et de quantité de mouvement du fluide vers les particules catalytiques, avant que le fluide ait perdu une partie substantielle de sa vitesse en raison de son expansion dans l'espace ouvert des chambres cylindriques.

Le nombre de chambres et d'ensembles peut varier. Les accessoires de contrôles, de purifications, etc.... ne sont pas décrits. Ils peuvent être définis en fonction des objectifs, par les person- nés maîtrisant les procédés de transformation catalytique en lit fluidifié.

Dans ce schéma le fluide sortant, venant de l'ensemble supérieur de chambres cylindriques est à plus basse pression, ce qui est généralement favorable à la transformation du fluide, mais il est en contact avec le catalyseur qui doit être régénéré, ce qui est défavorable et nécessite des temps de cycles entre deux régénérations plus courts. Ceci peut être évité en ajoutant un deuxième compresseur avant le réchauffeur (219) pour égaliser les pressions dans les deux ensembles de chambres cylindriques, ce qui permet d'inverser la circulation du fluide, c'est à dire d'alimenter le fluide à transformer dans l'ensemble supérieur et de retirer le fluide transformé de l'ensemble inférieur.

EXEMPLE 7 : PROCEDE DE SECHAGE OU AUTRES TRAITEMENTS DE PARTICULES SOLIDES UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

Le séchage de particules solides, comme des graines de céréales, pouvant se faire avec de l'air à une pression voisine de la pression atmosphérique, il est possible, grâce à ce procédé, de le réaliser dans des unités légères, peu encombrantes et facilement transportables, comme décrits dans les figures 19 à 22.

La figure 19 montre la section longitudinale d'un réacteur horizontal, pouvant travailler à une pression légèrement inférieure à la pression atmosphérique. On y voit la section (201) de sa paroi, son axe de symétrie cylindrique (202) et les sections creuses (203) des disques creux qui séparent le réacteur en cinq chambres cylindriques successives, de Z1 à Z5. Le distributeur (205) est traversé par une fente longitudinale, symbolisée par le trait fin (269) et est relié par des plaques, remplaçant les tubes (206) et schématisées par le rectangle (270), à de longues fentes longitudinales sur toute la longueur du réacteur, symbolisées par le rectangle (207), divisant la paroi cylindrique du réacteur en deux demis cylindres et conçues pour injecter le fluide (204) perpendiculairement au plan de la figure, c'est-à-dire tangentiellement dans le réacteur. Tout en tournant, le fluide traverse, à une vitesse radiale (208), le lit fluidifié, dont la surface

(209) est approximativement cylindrique. Cependant, la vitesse de rotation des particules, symbolisées par les points noirs, étant plus grande dans la partie inférieure du réacteur en raison de la pesanteur, l'épaisseur du lit fluidifié y est moindre et donc l'axe de symétrie (202.1) de la surface du lit fluidifié est légèrement plus bas que l'axe de symétrie (202) du réacteur. La distance entre ces deux axes, δ, qui est environ égale à la moitié de la différence d'épaisseur entre le haut et le bas du lit fluidifié, est approximativement δ≡ E.(2R-E).g/2v ² , où E, R, g et v sont respectivement l'épaisseur moyenne du lit fluidifié, le rayon des chambres cylindriques, l'accélération de la pesanteur et la vitesse moyenne de rotation des particules solides, si R-E/2«v ² /g.

Le fluide (210) pénètre ensuite par les ouvertures centrales des disques creux (203), élargis (212) autour de celles-ci. Le fluide (213) sort du réacteur par les ouvertures (214), en traits fins, qui sont de longues fentes transversales découpées dans la paroi latérale des disques creux qui sont élargis (215) autour de celles-ci et il pénètre par les buses (216) dans le collecteur de section (217) et est aspiré par un ventilateur (218). Des tubes (271), traversant les extrémités ou couvercles du réacteur, peuvent aussi évacuer le fluide centralement. Ensuite une partie du fluide est évacuée en (220) en passant par une vanne de contrôle (224). Son débit est approximativement égal au débit

du fluide alimenté en (204). Le reste du fluide est traité, par exemple séché à l'aide d'un condenseur et/ou réchauffé, en (219), puis recyclé (223) par l'extrémité opposée du distributeur (205). Il faut remarquer que, dans le schéma décrit ci-dessus, le fluide peut être recyclé en moyenne plusieurs fois avant d'être évacué, si le débit du fluide de recyclage (223) est plusieurs fois supérieur au débit d'alimentation (204) et donc aussi au débit d'évacuation (220), mais, en raison de son mélange dans le ventilateur (218) une petite fraction du fluide sera évacuée dès son premier passage dans le réacteur. Ceci peut être évité en utilisant un deuxième ventilateur, (218.1) comme montré sur le schéma de la figure 11.

Les particules solides (225) sont introduites dans le réacteur par le tube (226) par des moyens adéquats et sont transférées d'une chambre à l'autre par les passages (227). Les particules vont d'abord remplir la première chambre cylindrique, Z1 , jusqu'à ce que le niveau de la surface (209) du lit fluidifié arrive au niveau du premier passage (227). Ensuite les particules peuvent commencer à remplir la deuxième chambre cylindrique et ainsi de suite jusqu'au moment où le niveau de la dernière chambre cylindrique, Z5, arrive au niveau de l'ouverture de sortie des particules (229) par le tube (230) permettant leur sortie du réacteur.

Toutefois, le fluide passant préférentiellement par les zones ne contenant pas ou peu de particules solides, il faut prévoir des passages secondaires (227.1), localisés contre la paroi latérale du réacteur pour permettre un remplissage progressif et plus ou moins uniforme de l'ensemble des chambres cylindriques pour éviter que de trop grandes différences de débits du fluide dans les fen- tes d'injection empêchent de transférer l'énergie nécessaire à la rotation des particules solides dans les zones qui se remplissent.

La vitesse de transfert dépend de la vitesse de rotation des particules solides, des dimensions des passages et de leur profil et des différences de niveau de la surface du lit fluidifié d'une chambre à l'autre. Cette dernière peut être accentuée ou diminuée en inclinant le réacteur. La rotation des particules est assurée par le transfert de quantité de mouvement du fluide vers les particules, afin de compenser les pertes d'énergie dues à la turbulence, au frottement et à leurs transferts dans le réacteur et d'une chambre à l'autre. Cette quantité de mouvement peut être augmentée en plaçant des déflecteurs latéraux, (non représentés sur cette figure) adéquatement profilés en face des injecteurs. Les pertes d'énergie peuvent être minimisées en soignant l'aérodynamisme intérieur des chambres cylindriques.

La vidange du réacteur, en cas de disfonctionnement, peut être assuré par des ouvertures aménagées dans le bas de chaque zone et un filtre ou séparateur de particules peut être installé en amont du ventilateur (218) ou de la sortie (220) pour éviter d'envoyer des particules solides en aval de l'installation. Les ouvertures centrales des disques creux peuvent être reliées par des déflecteurs centraux, comme ceux (313) décrits sur la figure 12, et leurs entrées peuvent être situées dans la partie supérieure du réacteur pour minimiser le risque d'aspiration de particules, surtout lors des arrêts intempestifs.

La figure 20 représente la vue d'une coupe traversant un disque creux, suivant le plan AA' de la figure 19, pour un réacteur ayant deux distributeurs et deux collecteurs et formant avec ceux-

ci un ensemble compact facilement transportable et conçu pour être facilement démontable. On y montre la section (201) de la paroi latérale du réacteur, la section (205) de deux distributeurs, de leurs fentes longitudinales (269), perpendiculaires au plan de la figure, et des plaques (270) permettant d'injecter le fluide (204) par les fentes (207) traversant longitudinalement (perpendiculairement au plan de la figure) la paroi du réacteur, le divisant en deux demis cylindres. Elles sont aménagées de préférence à peu près à la même hauteur de chaque côté du réacteur, pour que le débit du fluide les traversant ne soit pas affecté par des différences de pression hydrostatique à l'intérieur du lit fluidifié. Elles sont encadrées par les plaques (273), qui sont soudées ou prolongent la paroi latérale (201) du réacteur et qui sont reliées, de manière démontable, aux plaques (270) des distributeurs (205) par les fixations (274). Leur écartement est maintenu par des inserts (275) disposés régulièrement le long de ces fentes longitudinales et profilés adéquatement pour minimiser leur résistance à l'écoulement du fluide qui est injecté dans le réacteur. Ce dispositif permet d'ouvrir le réacteur en soulevant sa partie supérieure.

L'élargissement (212) du disque creux autour de son ouverture centrale est délimité par deux cercles (276), en traits fins, et les deux élargissements (215) à la périphérie du disque, autour de ses ouvertures latérales, sont délimités par les courbes (277), en traits fins. L'intérieur du disque creux étant apparent, on peut voir la section (278) de longerons reliant ses deux parois parallèles pour en maintenir l'écartement, pour augmenter la rigidité de l'ensemble et pour guider vers les ouvertures aménagées dans sa paroi latérale (279) le fluide (280) qui tourne rapidement lorsqu'il pénè- tre dans le disque creux.

Le fluide (213) sort ensuite du disque creux et pénètre dans les deux collecteurs de section (217) en passant par les buses, dont on voit une face (216) et dont une extrémité (281 ), en trait fin, est soudée au collecteur (217) et dont l'autre extrémité, qui pénètre dans la fente transversale du réacteur, est soudée à la paroi latérale du réacteur et pénètre à l'intérieur du disque creux au travers des fentes dans sa paroi latérale (279). L'extrémité circulaire (282) de la buse (216) est appuyée contre la paroi inférieure du disque creux et les côtés latéraux des buses, dont on voit les sections (283), sont plies à leur extrémité (284) pour faciliter leur insertion dans les ouvertures de la paroi latérale du disque creux, lors du montage du réacteur. Des longerons triangulaires (285) relient les parois opposées des buses pour en augmenter la rigidité et leurs extrémités (286) adéquatement profilées pénètrent dans le disque creux afin de guider ces buses à l'intérieur du disque lors de l'assemblage des deux parties du réacteur. Les extrémités (282) et (284) des buses (216) ont des dimensions qui permettent de les emboîter facilement et de manière suffisamment étanche dans les ouvertures latérales des disques creux.

Les passages qui permettent le transfert des particules d'une zone du réacteur à l'autre au travers du disque creux, sont disposés, par exemple, le long des bords du disque creux, (227.1), et plus près de son centre, (227.2). Ils sont délimités par les parois (287) perpendiculaires au plan de la figure et les parois inclinées (252) qui guident les particules solides se déplaçant dans la direction (289), de la zone d'un côté du disque vers la zone de l'autre côté. Si un transfert des particules solides dans les deux sens est souhaitable pour obtenir un reflux, par exemple des particules les plus lourdes, certains passages, par exemple près de la paroi du réacteur, peuvent être inclinés dans le

sens contraire.

La figure 21 est un agrandissement du dispositif d'injection du fluide montré dans les figures 19 et 20. On y montre, en hachuré, un morceau des section (201) de la paroi latérale du réacteur, du distributeur (205), des plaques (270) et (273) reliant la fente longitudinale (207), perpendicu- laire au plan de la figure, dans la paroi du réacteur à la fente longitudinale (269) du distributeur (205) du fluide (204), et en traits fins, l'attache (274) qui permet d'assembler la partie basse du réacteur, à gauche de la figure, avec sa partie haute, à droite, et la section de l'insert (275) qui assure l'écartement des plaques (273) dont l'une est le prolongement de la paroi (201) de la partie supérieure du réacteur, à droite, et l'autre est soudée à la partie inférieure du réacteur, à gauche. La paroi latérale (279) du disque creux et un passage (227.1), le long du bord latéral du disque creux, délimité par une paroi latérale (287) et des parois inclinées (288) qui guident les flux de particules (289) de la zone en dessous du disque creux à la zone au dessus du disque creux sont également visibles sur cette figure.

Les sections de déflecteurs latéraux (305), comme ceux qui sont décrits sur la figure 12, ne sont pas représentées. Elles pourraient coïncider ou être en retrait de la section (287) de la paroi latérale d'un passage et être prolongée au-delà du passage, suivant les besoins.

La figure 22 montre la vue d'une coupe, suivant le plan BB' perpendiculaire à la figure 20, de la buse reliant un disque creux à un collecteur. On y montre la surface extérieure du collecteur (217), la surface intérieure du côté latéral (279) d'un disque creux et la section (203) de ses deux parois parallèles, les deux extrémités circulaires (282) et les extrémités (284) des bords latéraux triangulaires de la buse, pliées et profilées pour s'insérer dans l'ouverture (214), aménagée dans la paroi latérale (279) du disque creux entre ses parois (203), les longerons triangulaires (285) avec leur extrémités (286) adéquatement profilées pour faciliter l'encastrement de la buse dans l'ouverture du disque creux et enfin la paroi supérieure et inférieure (216) de la buse qui coupe le collecteur (217) suivant les lignes de soudure (281 ).

EXEMPLE 8 : CO-POLYMERISATION CATALYTIQUE BIMODALE D'ETHYLENE ET D'HEXENE UTILISANT UN ISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

A titre indicatif, une unité de taille industrielle, suivant le schéma de la figure 17, peut, par exemple, avoir des chambres cylindriques de 3 m de diamètre et 1 ,8 m de hauteur. Si la pression de l'éthylène est d'environ 25 atmosphères et si la concentration des particules dans le lit fluidifié est d'environ 35%, le rapport de la densité du lit fluidifié et du fluide est d'environ 11.

Des ouvertures centrales des disques creux de 0,8 m de diamètre permettent d'évacuer aisément un débit d'éthylène recyclé de 5 πWsec par chambre cylindrique, soit environ 500 tonnes par heure. Si les particules de polymère sont transférées d'une chambre à l'autre à un débit de 125 litres par seconde, soit environ 150 tonnes par heure et un peu plus si le profil des passages est conçu pour y augmenter la concentration des particules afin de réduire les transferts de fluides indésirables d'une chambre à l'autre, une vitesse d'injection moyenne du fluide de 20 m/sec environ et un transfert efficient de la quantité de mouvement du fluide vers les particules de polymère peut permettre de les faire tourner à une vitesse moyenne de plus de 6 m/s, suffisante pour obtenir un lit fluidifié

rotatif vertical.

Si l'épaisseur du lit fluidifié aux sommets des chambres cylindriques est d'environ 30 cm, l'épaisseur à leurs bases peut être environ 0,9 m, donnant un volume de lit fluidifié de près de 7 m ³ par chambre cylindrique, soit environ 2,3 tonnes de polyéthylène. L'emploi de spirales hélicoïdales ou autres moyens adéquats permet d'augmenter l'épaisseur aux sommets des chambres tout en la diminuant à leurs bases, ce qui peut permettre un volume du lit fluidifié de 7,5 m ³ soit 2,5 tonnes de polyéthylène, tout en réduisant les différences de pressions, de vitesses et de temps de résidence du fluide dans le lit fluidifié entre leurs bases et leurs sommets.

Le temps moyen de résidence des particules de polymère dans chaque chambre cylindrique est d'environ 1 minute et celui du fluide dans le lit fluidifié est de 1 ,5 secondes. Si le réacteur comprend 10 chambres cylindriques, qui peuvent être groupées en deux ou plusieurs ensembles ayant des circuits de recyclage séparés, pour obtenir une composition des particules de polymère bi ou multimodale, le volume total de fluide recyclé est de 50 m ³ /sec, soit environ 5.400 tonnes par heure, ce qui permet d'assurer, sans l'aide de fluides réfrigérants, le refroidissement d'une production d'au moins 50 tonnes de polymère par heure avec un temps de résidence moyen des particules de 30 minutes, leur permettant environ 3 cycles complets en moyenne, ce qui permet d'assurer une homogénéité raisonnable aux particules de polymère, tout en limitant les transferts de fluides indésirables entre les différentes parties du réacteur. S'il faut donner la priorité à l'homogénéité des particules de polymère, on peut augmenter la quantité de particules de polymère transférées d'une cham- bre à l'autre, en augmentant les dimensions des passages, ce qui augmente aussi la quantité de fluides indésirables transférés d'un ensemble de chambres à l'autre et peut donc diminuer leur diffé- rentiation.

Le volume d'éthylène alimentant le réacteur étant d'environ 0,5 m ³ /sec, soit environ 6 fois le volume de fluide transféré avec les particules d'une chambre à l'autre et donc aussi dans la colonne de purification (61), il est aisé de purger les particules de ce fluide contenant de l'hexène en utilisant une partie de cet éthylène dans cette colonne, compte tenu de la possibilité d'avoir une plus faible concentration d'hexène dans la chambre cylindrique supérieure, si l'hexène n'est pulvérisé que dans les chambres cylindriques inférieures de l'ensemble supérieur.

Si l'ensemble inférieur de chambres cylindriques contient une concentration élevée d'hydrogène pour y diminuer le poids moléculaire du polyéthylène haute densité qui y est produit, une faible quantité de cet hydrogène est transférée vers le ou les ensembles supérieurs du réacteur en même temps que les particules de polymère. Pour éviter que sa concentration y soit trop élevée, elle peut être contrôlée à l'aide d'absorbeur d'hydrogène qui peuvent être intercalé dans le ou les circuits de recyclages des fluides du ou des ensembles supérieurs. C'est la surface du lit fluidifié d'environ 12 m ² par chambre, soit 120 m ² en tout, pour une épaisseur moyenne du lit fluidifié d'environ 0,6 m et la force centrifuge, qui permettent un débit de fluide aussi élevé et un temps de résidence du fluide dans le lit fluidifié aussi court. Les chambres cylindriques étant alimentées en parallèle, la différence de pression entre l'entrée et la sortie du réacteur est relativement faible permettant de limiter la dépense d'énergie nécessaire au recyclage du fluide. La force centrifuge et la direction du déplacement du fluide, essentiellement tangentielle à

la surface du lit fluidifié, permettent une différence élevée de vitesses entre le fluide et les particules, afin d'assurer un meilleur transfert de chaleur, sans trop diminuer la densité du lit fluidifié.

EXEMPLE 9: CRAQUAGE CATALYTIQUE D'OLEFINES LEGERES UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

Le craquage catalytique d'oléfines d'essences provenant de craqueurs catalytiques se fait à température élevée et à basse pression, proche de la pression atmosphérique. Il est très endother- mique, ce qui justifie de travailler en deux passages successifs avec réchauffage intermédiaire, ce qui nécessite la circulation de volume de fluide considérable. Le catalyseur est progressivement recouvert de carbone, et cela d'autant plus vite que le fluide à craquer est plus lourd, ce qui justifie une circulation du catalyseur avec régénération continue. Le temps du cycle moyen entre deux régénérations dépend des conditions de travail. Il peut être de moins d'une heure à plusieurs heures.

Par exemple, à titre indicatif pour fixer les ordres de grandeur, un réacteur industriel peut avoir des chambres cylindriques de 1 ,6 m de diamètre et de 1 ,5 m de haut. Si le rapport de la densi- té du lit fluidifié et du fluide est de 150, un débit de fluide recyclé de 2,4 m ³ /sec, injecté à une vitesse moyenne de 50m/sec, peut faire tourner les particules catalytiques à une vitesse de rotation supérieure à 4 m/sec, suffisante pour obtenir un lit fluidifié rotatif vertical. Les différences de vitesses de rotation des particules, de pressions et d'épaisseurs du lit fluidifié entre le haut et le bas des chambres pouvant être assez élevées, il est souhaitable de les équiper de spirales hélicoïdales ascen- dantes ou autres dispositifs permettant de les réduire. Ceci peut permettre d'obtenir un lit fluidifié d'épaisseur variant entre 20 et 40 cm, d'un volume d'environ 1 ,7 m ³ et d'une surface d'environ 5 m ² par chambre, avec un temps moyen de résidence du fluide dans le lit fluidifié de 0,7 secondes.

Si le réacteur comprend deux ensembles en série de quatre chambres cylindriques chacun, ce qui lui donne une hauteur de plus de 12 mètres, compte tenu de l'épaisseur des disques creux nécessaires à l'évacuation des fluides, il peut craquer environ 200 tonnes par heure, si la densité du fluide chauffé est de 6 gr/litres.

La différence de pression entre l'entrée et la sortie de chaque ensemble de chambres cylindriques, nécessaire pour compenser la pression hydrodynamique du lit fluidifié et injecter le fluide aux vitesses souhaitées, peut être inférieure à un quart de la pression atmosphérique. Si la chute de pression dans le four de réchauffage est suffisamment faible, l'alimentation des deux parties du réacteur étant en série, la différence de pression entre ces deux parties peut être inférieure à 50% de la pression atmosphérique, à comparer à la pression hydrostatique du lit fluidifié dans la colonne de recyclage (61 ), qui peut être proche de la pression atmosphérique pour une hauteur de 11 m, ce qui est suffisant pour recycler les particules catalytiques régénérées. Un des avantages de cette configuration en série est la plus faible pression du fluide dans le réacteur de sortie, ce qui favorise sa conversion. Cette configuration permet aussi d'utiliser plus de deux parties de réacteur en série, ce qui permet d'améliorer la conversion, sans surcoût très élevé, compte tenu des courtes distances possibles entre les fours et le réacteur et de l'absence de besoin d'un compresseur supplémentaire.

EXEMPLE 10 : SECHOIR A GRAIN HORIZONTAL UTILISANT UN DISPOSITIF SUIVANT L'INVENTION

Pour fixer les ordres de grandeur, un réacteur horizontal, tel que décrit par les figures 19 à 22, formant avec ces accessoires un ensemble de la taille d'un container facilement transportable, peut avoir 1 ,8 m de diamètre et être divisé en 6 chambres cylindrique de 0,5 m de large. Les grains humides (225) sont introduits par le tube (226) dans la zone Z1. Ils sont chauffés et séchés par l'air recyclé, qui est chauffé par l'échangeur (219) et éventuellement séché, si nécessaire, par un condenseur non représenté. Les grains sont transférés d'une chambre cylindrique à l'autre jusqu'à la dernière chambre, Z6, où ils sont refroidis par l'air frais (206) qu'ils préchauffent tout en achevant leur séchage avant de sortir (229) par le tube (230). L'air est réchauffé, séché et recyclé dans les autres zones, un nombre de fois égal au rapport du débit total du ventilateur et du débit de l'air évacué en (220).

Le déplacement du fluide à l'intérieur du lit fluidifié étant essentiellement parallèle à la surface du lit fluidifié et la force centrifuge permettant une vitesse radiale perpendiculaire à cette sur- face relativement élevée, la différence de vitesse entre l'air et les grains et le débit d'air peuvent être relativement élevés, ce qui réduit la durée nécessaire au séchage. De plus, les grains étant refroidis par l'air frais avant de sortir du réacteur et leur temps de séjour dans le réacteur étant relativement court, ils peuvent être chauffés à des températures légèrement plus élevées que dans un sécheur classique. En outre, l'air humide étant légèrement refroidi par les grains qu'il préchauffe avant de quitter le réacteur, l'utilisation des calories est très efficace. Cette efficacité peut être améliorée en utilisant un deuxième ventilateur, plus petit, qui évacue directement l'air sortant de la première chambre cylindrique, qui à servi au préchauffage des grains et qui peut être isolée par une séparation dans le premier disque creux, sans qu'il soit mélangé à l'air provenant des autres chambres cylindriques. De plus, de petits passages secondaires, (227.1 ), le long de la paroi latérale du réac- teur, peuvent assurer un transfert préférentiel des grains les plus lourds, et donc les plus difficiles à sécher, dans le sens inverse, afin d'augmenter leur temps de séjour dans le réacteur.

Si, par exemple, le lit fluidifié contenant les grains en suspension a une densité apparente de 300 grammes par litre, le rapport de cette densité et de l'air ambiant est d'environ 230, ce qui nécessite un débit d'air et une vitesse d'injection très élevés. Par exemple un débit d'air de 2 m ³ /sec par chambre, soit plus de 9 tonnes par heure par chambre, injecté à 40 m/sec environ et un transfert efficient de quantité de mouvement de l'air vers les grains peuvent donner des vitesses de rotation des grains de plus de 6 m/sec, ce qui donne une différence d'épaisseur entre le haut et le bas d'un lit fluidifié d'épaisseur moyenne de 30 cm, de moins de 12 cm.

Le débit d'air total de 12 m ³ /sec peut être alimenté par un ventilateur dans deux distribu- teurs de 0,65 m de diamètre et évacué par deux collecteurs de 0,7 m de diamètre, les ouvertures centrales des disques creux pouvant être inférieures à 0,6 m de diamètre. Ceci permet de contenir l'ensemble formé par le réacteur, ses distributeurs et collecteurs dans un carré de 2,5 m de côté, correspondant à la taille d'un container standard.

Le volume du lit fluidifié est d'environ 700 litres par chambre, soit 4,2 m ³ en tout, pour une surface de plus de 11 m ² . Si le transfert de grains d'une chambre à l'autre est de 20 litres par se-

condes, soit environ 20 tonnes par heure, leur temps de résidence moyen dans le séchoir est de 3,5 minutes environ. Leur degré de séchage dépend du degré de l'humidité et de la température de l'air qui peut être réchauffé, entre autres, par le refroidissement du moteur du ventilateur, et peut passer par un condenseur, mais d'une manière générale il est plus rapide que dans un séchoir ordinaire, compte tenu de la grande différence de vitesses entre l'air et les grains, obtenue grâce à leur direction tangentielle et à la force centrifuge.

En cas d'arrêt imprévu, il est nécessaire de prévoir un cyclone et/ou un filtre pour éviter qu'une partie des grains soit entraînée par le ventilateur et évacuée dans l'atmosphère et des ouvertures dans le bas de chaque zone pour pouvoir vider le réacteur avant le redémarrage. La capacité peut être doublée en doublant la longueur du réacteur et en utilisant un ventilateur supplémentaire du côté de la sortie des grains pour ne pas devoir augmenter le diamètre des distributeurs et des collecteurs.

EXEMPLE 11 : UTILISATION D'UN DISPOSITIF D'INJECTION DE FLUIDE SUIVANT L'INVENTION

Les transferts d'énergie et de quantité de mouvement entre des fluides et des particules solides dépendent fortement de la nature et de la taille des particules. Toutefois, en se référant aux figures 12 et 13, des calculs simplifiés permettent de montrer, à titre d'exemple indicatif, que, pour des particules solides d'une densité 700 fois plus élevée que la densité du fluide, avec un rapport entre la section des couloirs d'accès (307) et des injecteurs de 3 à 4 et une section de sortie (311 ) égale ou supérieure à la somme des sections des couloirs d'accès et des injecteurs, les fluides peuvent être injectés à une vitesse de 5 à 15 fois supérieure à la vitesse moyenne de rotation des particules solides et leur transférer au moins 75% de leur énergie cinétique si l'espace est suffisamment long compte tenu de la taille des particules.