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PROCEDE POUR LA MISE EN CONTACT DES MATIERES GRANULAIRES AVEC UN FLUIDE
SOUMIS A UN TRAITEMENT.
La présente invention se rapporte d'une manière générale à un système pour élever les matières granulaires à travers un conduit, par exem- ple un tube élévateur, à l'aide d'un courant gazeux. Elle vise notamment u- ne méthode et un appareillage perfectionnés pour assurer la prise en charge de la matière granulaire par le gaz d'élévation et pour introduire le mélan- ge de gaz et de matière solide dans le trajet ou canal d'élévation.
On a déjà proposé plusieurs dispositifs pour l'élévation de ma- tières solides à l'aide d'un système élévateur à gaz ; toutefois, on a consta- té que ces dispositifs ne peuvent pas être adaptés aisément à un système dans lequel la matière granulaire est transportée par le gaz à travers un tube é- lévateur relativement long, et où ce transport fait partie d'un processus cy- clique dans un système à pression équilibrée dans lequel il s'agit de main- tenir un contrôle réglable du débit des matières solides en circulation et un contrôle des conditions de fonctionnement à l'intérieur de l'élément élé- vateur, de façon à assurer un écoulement sensiblement uniforme.
Une autre circonstance limitant les possibilités des systèmes é- lévateurs à gaz, utilisés généralement pour le transport de matières solides granulaires, consiste en ce que ces systèmes ne conviennent pas particuliè- rement pour la manipulation de matières gazeuses et solides dans des condi- tions de température extrêmement élevée et de vitesse relativement élevée.
Dans ces conditions, il se présente de sérieux problèmes dûs à l'érosion des éléments de la construction, provoquée par les impacts des particules soli- des contre des zones localisées des surfaces métalliques échauffées, ainsi qu'à l'attrition des matières solides causée par le contact physique brutal -et répété des particules solides entre elles et avec des parties de l'appa- reillage.
La présente invention concerne la prévision d'un système éléva- teur à gaz susceptible de fonctionner d'une manière efficace dans des condi- tions relativement difficiles de température et de pression, cela avec des
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débits élevés et exactement contrôlés.
L'invention, laquelle trouve une application générale dans une gamme étendue d'usages industriels nécessitant l'élévation de masses de ma- tières granulaires, convient spécialement pour le traitement chimique et pour les industries s'occupant du raffinage d'huiles,dans le but de trans- porter ou de faire circuler de grandes masses de matières de contact soli- des sous forme de particules, par exemple de catalyseur granulaire ou en globules employé dans divers systèmes de transformation d'hydrocarbures.
Selon l'invention, la matière granulaire est élevée à travers un conduit ou tube élévateur, grâce à l'introduction de cette matière dans une zone de prise en charge délimitée, établie autour de l'extrémité infé- rieure du tube élévateur, où cette matière est amenée à graviter, sous la forme d'un lit mobile, autour de la partie inférieure de ce tube. L'extré- mité d'entrée ouverte ou embouchure de ce tube est située dans la région inférieure de cette zone délimitée, où elle reçoit les matières granulaires au point de renversement du sens d'écoulement, déterminé par un courant de gaz d'élévation continuellement introduit dans la zone de prise en charge.
Le gaz d'élévation prend en charge les particules solides et les conduit par entraînement dans le tube élévateur, à travers lequel il les fait mon- ter jusqu'au point d'élévation voulu, où l'on peut prévoit des moyens clas- siques pour séparer le gaz d'avec les matières solides. Si la matière gra- nulaire est introduite d'une manière continue dans la zone de prise en charge, on peut compter qu'un joint suffisamment hermétique sera maintenu dans la conduite d'admission du solide, pour assurer le courant ascendant voulu à travers le tube élévateur.
Dans la zone de prise en charge, un cou- rant de gaz d'élévation est mis en contact avec la matière granulaire en un point ou en une région voisine de l'orifice d'admission du tube éléva- teur et située à l'extrérieur de cet orifice, latéralement à celui-ci, de sorte que le courant de gaz, pratiquement exempt de particules solides en- traînées, attaque le dit mobile de matière granulaire en un point ou une région où il acquiert une composante de mouvement latérale en direction de l'entrée du système élévateur. De préférence, ce courant, ainsi admis, com- porte une composante descendante.
L'introduction de gaz d'élévation dans la région de l'orifice d'entrée du tube élévateur en une quantité propre à assurer l'élévation voulue de la matière granulaire crée une espèce de po- che à faible concentration de particules solides à l'entrée du tube éléva- teur, poche dans laquelle l'énergie fournie par le courant de gaz en mouve- ment est imprimée aux particules solides de façon à les entraîner latérale- ment sous le bord du tube élévateur et ensuite vers le haut, le long du tra- jet d'élévation.
Comme l'introduction du gaz se fait à proximité immédiate de l'entrée du tube élévateur, il s'établit une nappe de gaz continue, qui passe à une vitesse plus élevée sous la périphérie inférieure du tube élé- vateur et qui sert à réduire la fréquence des impacts directs des particules solides contre la surface en bout du tube élévateur.
Dans un mode de fonctionnement préféré, le gaz élévateur intro- duit dans la zone de prise en charge peut être amené à traverser le lit mo- bile, sous la forme d'un courant délimité et à se diriger, dans un sens gé- néralement descendant, sous la forme d'un courant annulaire, autour de l'ex- trémité inférieure du tube élévateur,.de façon qu'il.existe un courant de gaz sensiblement uniforme sous la périphérie inférieure du tube élévateur et de même ampleur que cette périphérie.
A titre facultati@, du gaz d'élévation supplémentaire peut ê- tre introduit dans le lit mobile de matière granulaire en un'point situé sensiblement au-dessous de l'extrémité inférieure du tube élévateur, mais de préférence en alignement axial avec celle-ci. Toutefois, dans ce cas, il est prévu que le courant de gaz d'élévation introduit à proximité immé- diate de l'entrée du tube élévateur sera, du point de vue de la quantité le courant de gaz primaire ou principal, tandis que le courant de gaz in- troduit en un point situé au-dessous de l'entrée de ce tube constituera le courant secondaire ou auxiliaire de gaz d'élévation. Les courants de gaz d'élévation primaire et secondaire ne doivent pas nécessairement provenir
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d'une même source ni présenter une composition identique.
Par exemple, des gaz brûlés peuvent être utilisés comme agent d'élévation primaire, tandis que de la vapeur peut servir d'agent d'élévation secondaire.
Pour fournir un exemple de la construction perfectionnée du sys- tème élévateur dans une de ses applications les plus appropriées, on décri- ra ci-après ce système d'une manière plus détaillée dans son application à un système de transformation catalytique pour le pétrole, tel que décrit dans un article sous le titre "Houdriflow : New Design in Catalytic Crac- king" qui a paru à la page 78 du numéro du 13 janvier 1949 de la revue "Oil and Gas Journal".
Cet article décrit un système dans lequel le catalyseur, sous la forme de globules ou de pastilles, descend par gravité en traver- sant successivement une série de zones de contact dans lesquelles le cata- lyseur, sous la forme d'un lit mobile, est mis en contact avec des gaz ou des vapeurs dans le but : d'effectuer la transformation voulue de l'hydro- carbure, de régénérer le catalyseur qui a été contaminé par le dépôt carbo- né, et de débarrasser le catalyseur de gaz ou de vapeurs de la manière u- suelle.
Le catalyseur est fourni à la section de traitement du système par une trémie d'élévateur supérieure, d'où il est envoyé vers une trémie d'é- lévateur inférieure,et est ensuite élevé vers la trémie d'élévateur supé- rieure à travers un tube élévateur au moyen d'un courant de gaz brûlés.Tou- tefois, le système élévateur établi selon la présente invention n'est pas limité à l'emploi de gaz brûlés en tant qu'agent élévateur. Il peut être aisément adapté à l'emploi d'autres gaz, tels que l'air, la vapeur, l'azo- te, les vapeurs d'hydrocarbures, etc..., ou de mélanges convenables de ces gaz.
Dans tous les cas, on prévoit des moyens appropriés pour assurer un joint,à l'épreuve de la pression, afin d'empêcher des fuites de gaz entre trémies d'élévateur et entre zones adjacentes, lorsque des gaz incompati- bles se trouvent dans les zones respectives.
L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la descrip- tion ci-après, concernant un mode d'exécution préféré de cette invention, ainsi qu'aux revendications qui lui font suite, le tout considéré en regard du dessin annexé qui fait partie de la présente demande et dans lequel : la fig. 1 est une vue d'élévation, partie en coupe, montrant schématiquement la construction perfectionnée du système élévateur, tel qu'appliqué à un système de fractionnement catalytique type; la fig. 2 est une vue d'élévation fragmentaire à plus grande é- chelle, partie en coupe, de la trémie d'élévateur inférieure de la fig. 1; la fige :3 est une vue d'élévation en coupe de la trémie d'élé- vateur inférieure de la fig. 1, montrant une disposition modifiée pour l'in- troduction de gaz d'élévation;
la fige 4 est une vue d'élévation fragmentaire, à plus grande é- chelle, partie en coupe, de la trémie d'élévateur inférieure selon la fig.3.
Comme montré dans la fig. 1 de ce dessin, laquelle représente clairement les éléments du système, une-trémie ou chambre d'élévation infé- rieure 1 constitue une zone de prise en charge du catalyseur, dans laquelle celui-ci est pris en charge par le courant de gaz d'élévation et est entraî- 'né par celui-ci dans le tube élévateur 2 et à travers celui-ci, l'extrémité inférieure ouverte ou entrée de ce tube occupant une position centrale dans la région inférieure de la chambre 1,
Le tube élévateur 2, lequel est représenté comme un tube verti- cal droit de diamètre uniforme, mais ui peut présenter n'importe quelle for- me convenable en vue d'assurer les caractéristiques d'écoulement voulues, se dirige vers le haut pour aboutir à une trémie ou chambre d'élévateur supé- rieure 3, laquelle constitue une zone de dégagement de catalyseur.
L'extré- mité de décharge supérieure ou débouché du tube élévateur 2 se termine en un,point situé dans le chambre 3 à une distance suffisante au-dessous de l'extrémité supérieure de cette chambre pour fournir un espace de dégagement adéquat en vue de la séparation du catalyseur d'avec le gaz d'élévation, et à une distance suffisante au-dessus de l'extrémité inférieure, pour consti-
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tuer un espace pour l'accumulation du catalyseur séparé. Le gaz d'élévation séparé de la masse, s'échappe depuis la région supérieure de la chambre.3 à travers le conduit de sortie 4 et traverse un dispositif de séparation clas- sique, par exemple un séparateur 5 dit cyclone, dans le but de récupérer les particules de catalyseur entraînées par les gaz ou les vapeurs sortantes.
Le gaz pratiquement exempt de catalyseur est évacué du séparateur 5 à travers le tube de sortie 6 muni d'une soupape 6a pour le contrôle de la pression de sortie. Les fines particules de catalyseur récupérées sont évacuées du sépé- rateur 5 par la conduite 7 munie d'une soupape.
Le catalyseur séparé est évacué d'une manière continue du fond de la chambre 3 et se dirige par gravité, en traversant un support creux hermé- tique 8, vers l'extrémité supérieure de la chambre de contact 9, laquelle, dans le présent exemple, est.une chambre de réaction. Tout en gravitant sous la forme d'un lit mobile à travers la chambre 9, le catalyseur est d'abord mis en contact avec un courant d'hydrocarbure introduit dans cette chambre à travers le tube d'admission 9a. Tout en poursuivant son écoulement par gra- vité, le catalyseur descend dans la chambre 9, en traversant successivement la zone de réaction, une section de dégagement de vapeur et une section de purge de vapeur. Le gaz quittant la zone de réaction et la section de purge est évacué par le tube de sortie 9b.
Lorsque la pression dans la chambre 3 est inférieure à celle qui règne dans la région supérieure de la chambre 9, un gaz-joint approprié, tel que des gaz brûlés ou de la vapeur, peut être introduit dans la région supérieure de la chambre 9, au-dessus de la zone de réaction, par le tube d'admission 9c, pour empêcher les gaz ou vapeurs d'hydrocarbures de remonter à travers le support creux hermétique 8. Un a- gent de purge gazeux approprié, tel que de la vapeur, est introduit dans la région inférieure de la chambre 9 par le tube 9d, ce gaz de purge se dépla- çant à contre-courants par rapport au catalyseur et étant évacué avec les produits gazeux de la réaction à travers le tube de sortie 9b.
Le catalyseur épuisé et purgé quitte le fond de la chambre 9 et se dirige par gravité à travers un support creux hermétique 10 vers une deu- xième chambre de contact 11 qui, dans la présente invention, est un régéné- rateur ou étuve. Dans cette dernière, la matière carbonée qui s'est déposée sur le catalyseur est éliminée par combustion en présence d'un gaz combu- rant, tel que l'air, lequel peut être introduit par le tube d'admission lla dans la partie inférieure de la zone de régénération, pour remonter dans cette zone en contre-courants par rapport au courant de catalyseur, les pro- duits gazeux de la régénération, c'est-à-dire les gaz brûlés, étant évacués par le tube de sortie llb.
Un agent d'étanchéité convenable, tel que de la vapeur ou les gaz brûlés, peut être introduit dans la partie supérieure de la chambre 11 à travers le tube d'admission 11c, afin d'empêcher une circu- lation de gaz indésirable entre les chambres 9 et 11.
Le catalyseur régénéré quittant le fond de la chambre 11 se di- rige par gravité à travers le support creux hermétique 12,pour arriver dans la trémie d'élévateur inférieure 1, fermant ainsi le circuit du catalyseur.
Tout comme dans le cas des supports creux 8 et 10, un agent d'étanchéité con- venable peut être introduit dans la partie supérieure de la trémie d'éléva- teur inférieure 1, ou directement dans le support creux 12, pour empêcher u- ne circulation de gaz indésirable entre les chambres 1 et 11. Le point d'in- troduction du catalyseur dans la chambre 1 est situé à une distance suffi- sante au-dessus de l'extrémité inférieure du tube élévateur 2, pour permet- tre la formation d'un lit mobile de catalyseur C comportant une surface in- clinée, représentée approximativement par la ligne la.
Il est préférable que, pendant le fonctionnement normal du dispositif, le catalyseur soit fourni à la chambre 1 en une quantité telle que l'extrémité inférieure du tube élévateur 2 soit constamment noyée.dans le lit de catalyseur.
Selon le mode d'exécution de l'invention représenté dans les fi- gures 1 et 2, un manchon cylindrique 13 occupe une position écartée et con- centrique par rapport à 1'extrémité inférieure du tube élévateur 2, l'espa- ce compris entre ces deux éléments formant un passage annulaire délimité A s'étendant depuis un point situé sensiblement au-dessus du niveau normal du
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- 5 - 494820 lit de catalyseur jusqu'à un point situé dans l'intérieur de ce lit et à proximité de l'extrémité inférieure du tube élévateur.
Le gaz d'élévation est introduit dans la région supérieure de la chambre 1 à travers le tube d'entrée 14, le courant de gaz étant contrôlé par la soupape 15. Le gaz est amené de la région supérieure de la chambre, à travers le passage annulaire 1, à la région qui entoure immédiatement l'en- trée du tube élévateur où, comme indiqué plus haut, ce gaz prend en charge le catalyseur, l'entraîne dans le tube élévateur et le fait remonter dans celui-ci.
Il ressort des observations faites que, parmi les variables im- portantes qui interviennent dans le réglage du débit des particules soli- des à travers un tube élévateur se trouvent, le volume de gaz introduit dans la zone de prise en charge et à la hauteur du manchon, laquelle est consi- dérée arbitrairement comme la distance verticale de l'extrémité inférieure 13a du manchon au-dessus de l'extrémité inférieure 2a du tube élévateur.Par conséquent, et. lorsque le déplacement du manchon est maintenu dans des limi- tes étroites, on peut effectuer un réglage efficace du débit du catalyseur en circulation en modifiant le volume de gaz introduit dans la zone de pri- se de charge.
Afin d'assurer le fonctionnement le plus efficace, on effectue initialement un réglage optimum de la hauteur du manchon, de sorte que le débit du catalyseur est désormais réglé dans certaines limites en modifiant le débit du gaz. Toutefois, pour réaliser une modification appréciable dans le débit du catalyseur, la plus grande part du réglage peut être effectuée par la mise au point de la hauteur du manchon,- que l'on amène dans une nou- velle position, et en agissant, comme dans le cas précédent, sur le débit du gaz.
Afin de faciliter les modifications ultérieures de la hauteur du manchon, on peut prévoir, à l'intérieur ou à l'extérieur de la trémie d'élé- vateur, des moyens permettant de régler le manchon 13 quant à sa longueur ou sa position. Par exemple, le manchon peut être fixe par rapport au tube élévateur, et l'on peut prévoir un organe extensible à l'extrémité inférieu- re de celui-ci, ou bien, le manchon peut être monté de façon à être mobile longitudinalement suivant l'axe du tube. Cette dernière solution est montrée dans la figure 1; elle comporte, comme on le voit, une série de biellettes ou tringles 16 attachées à l'extrémité supérieure du manchon'et de préféren- ce réparties uniformément sur sa périphérie.
Les tringles 16 émergent vers le haut à travers des joints à glissement hermétique, prévus dans l'extrémi- té supérieure de la chambre 1. Les extrémités supérieures des tringles 16 sont reliées d'une manière réglable, par l'intermédiaire de tendeurs 17, à des biellettes 18 suspendues aux potences 19 fixées au tube élévateur. De cette façon le manchon 13 peut être élevé ou abaissé afin d'assurer le ré- glage voulu du manchon. Afin de maintenir ce dernier constamment dans une position concentrique, on prévoit des taquets d'espacement 20 fixés à une extrémité de la paroi interne du manchon 13 et qui traversent radialement le passage annulaire A, de façon à glisser librement au contact de la surface externe du tube élévateur.
Une caractéristique des systèmes élévateurs à gaz en général con- siste en ce que, pour un tube élévateur d'une section transversale quelcon- que, le débit des particules solides est seulement fonction de la chute de pression à travers le tube élévateur et du débit du gaz d'élévation employé.
Donc, pour un débit donné quelconque du gaz d'élévation, la chute de pres- sion dans le tube .élévateur est une fonction directe de la quantité des par- ticules solides élevées. En introduisant le gaz d'élévation directement dans la région située autour de l'extrémité inférieure du tube élévateur, par exemple à l'aide du manchon annulaire 13, on établit une méthode pour intro- duire les particules solides dans le tube élévateur, laquelle peut être uti- lisée en'vue du réglage de la quantité de matière solide traversant le sys- tème 'élévateur.
Toutefois, quelle que soit la.quantité de catalyseur dépla-, cée à travers ce système, l'allure de l'écoulement du courant gaz-solide qui pénètre dans'le tube élévateur est telle que le problème de l'érosion des parties inférieures du tube élévateur perd de son importance ou se trouve. éliminé.
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Les données ci-après, obtenues en exécutant un certain nombre de passages dans un système élévateur comme décrit ici, et où la matière gra- nulaire était un catalyseur régénéré consistant en argile tandis que l'air comprimé servait d'agent d'élévation, permettront d'illustrer le fonctionne- ment du système élévateur selon l'invention : EXEMPLE I.
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Diamèt <SEP> d <SEP> tub <SEP> élévateur <SEP> (2) <SEP> ( <SEP> extérieur <SEP> 6,625 <SEP> inches
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<tb> Diamètre <SEP> du <SEP> tube <SEP> élévateur <SEP> (2) <SEP> intérieur <SEP> 6,065 <SEP> inches
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<tb> Diamètre <SEP> du <SEP> manchon <SEP> (13) <SEP> extérieur <SEP> 10,750 <SEP> inches
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<tb> ( <SEP> extérieur <SEP> la,136 <SEP> inches
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<tb> ) <SEP> diamètre <SEP> approximatif <SEP> 0,12 <SEP> inch
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<tb> Catalyseur <SEP> ) <SEP> densité <SEP> globale <SEP> apparente <SEP> 54 <SEP> lbs <SEP> / <SEP> foot <SEP> cube
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<tb> ) <SEP> densité <SEP> des¯pastilles <SEP> 89 <SEP> lbs <SEP> / <SEP> foot <SEP> cube
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<tb> Température <SEP> (moyenne)
<SEP> dans <SEP> le <SEP> système <SEP> élévateur <SEP> : <SEP> 120 F.
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N <SEP> du <SEP> passage
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--------------------------------#-------------------------------------y
EMI6.3
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6
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EMI6.4
:----------------------------------------:
EMI6.5
<tb> Chambre <SEP> 1 <SEP> 3.6 <SEP> 3. <SEP> 3 <SEP> 4.6 <SEP> 4.5 <SEP> 5.9 <SEP> 5.8
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<tb> Pression <SEP> (livres/
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<tb> pouce <SEP> carré <SEP> au
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<tb> manomètre
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<tb> chambre <SEP> 3 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1
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EMI6.6
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯...a¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ '
EMI6.7
<tb> Hauteur <SEP> du <SEP> manchon <SEP> (inchs) <SEP> 0.5 <SEP> - <SEP> 0.
<SEP> 5 <SEP> 0.8 <SEP> 0.8 <SEP> 1.1 <SEP> 1.1
<tb>
EMI6.8
Débit de l'air (pieds g50 700 850 700 $50 700 cubiques standard/minute) ' ' ' ' ' ' Débit du catalyseur 16 4 9 8 2-:1 2 15 8 '!J/2 0 22.3
EMI6.9
<tb> (tons/heure) <SEP> 16.4 <SEP> 9.8 <SEP> 23.2 <SEP> 15.8 <SEP> 32.0 <SEP> 22.3
<tb>
Les données ci-dessus font ressortir clairement que le manchon annulaire exerce une nette action d'étranglement sur l'admission du cata- lyseur dans le tube élévateur, et que la modification de la hauteur du man- chon entraîne une modification des limites entre lesquelles le débit du catalyseur peut être réglé par une modification du débit de l'air. Il en ressort en outre que tant le débit de l'air que la hauteur du manchon exer- cent un effet de réglage sensible sur le débit du catalyseur à travers le système élévateur.
Les figures 3 et 4 montrent une variante du système représenté dans les figures 1 et 2. Cette variante permet de réaliser un fonctionne- ment amélioré par l'introduction d'un courant secondaire dans le lit en mouvement, cette introduction se faisant à l'intérieur de la zone de prise en charge, en un point situé sensiblement au-dessous de l'extrémité infé- rieure du tube élévateur,de préférence en alignement axial avec cette ex- trémité. Le courant de gaz secondaire débouche dans un sens ascendant et se diffuse à travers le mélange de catalyseur et de gaz d'élévation primai- re, en direction de l'entrée du tube élévateur.
Le mélange constitué par le gaz d'élévation primaire, admis par le passage annulaire 'et le gaz d'éléva- tion secondaire admis à travers l'orifice du diffuseur ou ajutage, ainsi que le catalyseur entraîné, se dirige vers le haut à travers le tube élé- vateur Jusqu'-au point d'élévation voulu. Il a été constaté que l'introduc- tion d'une quantité de gaz d'élévation qui représente une proportion rela- tivement faible du gaz d'élévation totale, à¯travers l'orifice diffuseur, permet d'exercer un réglage très important de la vitesse d'écoulement du catalyseur, ce réglage étant efficace dans des limites étendues. De cette façon, on peut obtenir un contrôle convenable du débit du catalyseur dans
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de larges limites, sans devoir modifier la hauteur du manchon.
Par consé- quent, on peu omettre le système de réglage de la hauteur du manchon, lequel peut être fixé initialement dans la position la plus appropriée à un fonc- tionnement efficace. De préférence, le manchon cylindrique est prolongé vers le haut et est fixé à l'extrémité supérieure de la chambre qui délimite la zone de prise en charge. Toutefois, on prévoit une communication ouverte en- tre le manchon et la région supérieure de la zone de prise en charge, afin de permettre l'introduction, dans le manchon, du gaz d'élévation primaire introduit dans la région en question.
Grâce à cette disposition, le débit du catalyseur est réglé soit par la variation de la quantité totale de gaz d'élévation introduite dans la zone de prise en charge, soit par la variation des proportions dans les- quelles la totalité du gaz d'élévation est répartie entre les courants pri- maire et secondaire. '
Dans cette variante, le manchon cylindrique 23, fixé rigidement par son extrémité supérieure à la paroi supérieure de la chambre 1, est disposé concentriquement et à écartement par rapport à la partie du tube é- lévateur 2 qui plonge dans cette chambre. Ce manchon est muni d'ouvertures 23a qui assurent la communication entre la région supérieure de la chambre 1 et le passage annulaire délimité A formé entre le manchon et le tube élé- vateur.
Les orifices 23a sont situés au-dessus du niveau normal du cataly- seur,indiqué par la ligne la, afin d'empêcher le catalyseur de pénétrer dans le passage A par ces orifices.
Le gaz d'élévation est fourni à la chambre 1, depuis une source non représentée par la conduite 24, la quantité totale de gaz étante con- trôlée par une soupape 25. Conformément à la présente invention,. le gaz d'é- lévation admis par la soupape 25 est divisé en deux courants dont l'un est introduit par le tuyau d'embranchement 26, contrôlé par la soupape 27, dans la région supérieure de la chambre 1, au-dessus du lit de catalyseur mobi- le, tandis que l'autre est introduit à travers le tuyau d'embranchement 28 contrôlé par la soupape 29, directement dans le lit de catalyseur, à l'ai- de d'un ajutage ou jet 30.
La disposition selon les figures 3 et 4 permet n'importe quelle répartition du gaz entre les deux courants ; est cepen- dant préférable que le flux majeur ou primaire de gaz soit dirigé par le tu- be 26 et que le flux mineur ou secondaire soit dirigé par le tube 28. Le gaz d'élévation introduit dans la région supérieure de la chambre 1 par le tube 26 pénètre dans le passage annulaire A à travers des ouvertures 23a et descend, en un courant annulaire délimité, à travers la partie supérieure du lit de catalyseur C, jusqu'à la région immédiatement proche de l'extré- mité inférieure ouverte du tube élévateur où il capté des particules de ca- talyseur qui se déplacent vers l'intérieur depuis le lit gravitant situé à l'extérieur du manchon, pour les conduire dans le tube élévateur et les é- lever dans celui-ci.
L'ajutage 30 est disposé de façon à introduire un cou- rant de gaz dans le lit de catalyseur de telle manière que ce gaz puisse diffuser vers le haut à travers' le mélange de catalyseur et de gaz péné- trant dans l'extrémité ouverte du tube élévateur. De préférence, bien que non nécessairement l'ajutage 30 est aligné axialement avec le tube éléva- teur, de sorte que le courant de gaz sortant de cet ajutage se dirige axia- lement vers le haut vers le tube élévateur. L'ajutage 30 peut être mis au point initialement dans la position la plus appropriée pour déterminer les caractéristiques avantageuses du courant, où il peut être rendu réglable dans le sens axial, de façon à permettre l'ajustement ultérieur de la po- sition de l'ajutage.
Eventuellement, on peut disposer un chapeau de la ma- nière habituelle au-dessus de l'extrémité de l'ajutage ou munir cette ex- trémité d'une plaque perforée, pour empêcher le catalyseur de pénétrer dans le débouché de l'ajutage au cas où le débit du gaz traversant ce dernier ne serait pas de nature à empêcher cette pénétration.
Conformément à la variante des figures 3 et 4, la prévision d'u- ne double introduction de gaz d'élévation fournit des limites suffisamment étendues du débit du catalyseur vers le tube élévateur, de sorte que la né- cessité de prévoir un réglage de la hauteur du manchon après avoir opéré
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une mise au point initiale convenable se trouve pratiquement éliminée. Tou- tefois, si on le désire, on peut employer un manchon réglable, comme celui de la figure 1. Dans le mode d'exécution des figures 3 et 4, l'extrémité inférieure 23b du manchon fixe 23 se trouve sensiblement au même niveau que l'extrémité inférieure 2a du tube élévateur 2.
Toutefois, la hauteur du man- chon,telle que définie plus haut, peut être affectée de n'importe quelle valeur positive ou négative, suivant que l'extrémité inférieure de ce man- chon est située au-dessus ou au-dessous de l'extrémité inférieure du tube élévateur. En ce qui concerne l'ajutage 30, par lequel le courant secondai- re de gaz d'élévation est introduit dans la chambre 1, on peut prévoir n'im- porte quelles dimensions ou forme appropriées, dès que l'effet critique sur le débit du catalyseur à l'entrée du tube élévateur est assuré. L'interval- le du jet, lequel représente arbitrairement la distance verticale entre l'ex- trémité supérieure de l'ajutage 30 et l'extrémité inférieure du tube éléva- teur 2 est réglé de telle façon que l'ajutage ne soit ni trop rapproché ni trop éloigné de l'extrémité inférieure du tube élévateur.
Par exemple, un interval approximativement égal au diamètre du tube élévateur peut donner satisfaction dans la plupart des cas.'
Lorsqu'un système élévateur comprenant la trémie de prise en charge représentée dans la figure 1 est en fonctionnement, le gaz élévateur est admis, à travers le tube 24 sous le controle de la soupape 25. Le cou- rant de gaz admis par la soupape 25 est alors réparti entre les tubes 26 et 28.
Les soupapes 27 et 29 sont réglées de telle façon que le courant primai- re de gaz d'élévation contrôlé par la soupape 27 suit le trajet suivant : tube 26, région supérieur de la chambre 1, orifices 23a du manchon 23, pas- sage annulaire A, pour descendre à travers ce passage jusqu'à la région si- tuée dans le lit de catalyseur C et entourant l'extrémité inférieure du tu- be élévateur, tandis que le courant secondaire de gaz d'élévation, contrôlé par la soupape 29, passe par le tube 28 et l'ajutage 30, pour pénétrer dans le lit de catalyseur C, en un point situé à une distance convenable au-.des- sous de l'extrémité inférieure du tube élévateur.
Le courant de gaz primai- re crée une sorte de poche immédiatement au-dessous du passage annulaire A, dans laquelle la matière granulaire ambiante se voit imprimer une énergie suffisante par le courant de gaz en mouvement, pour être. entraînée dans l'in- térieur du tube élévateur et élevée à travers celui-ci. Le courant de gaz secondaire se dirige vers le haut depuis un point situé au-dessous de cette poche et diffuse, en s'y confondant, à travers le mélange de gaz primaire et de catalyseur qui se dirige latéralement vers l'entrée du tube élévateur, pour remonter dans ce dernier.
On a indiqué plus haut que les deux facteurs principaux qui in- terviennent dans le réglage du débit avec lequel le catalyseur pénètre dans le tube élévateur sont représentés par la hauteur du manchon et le volume total de gaz d'élévation employé, le premier facteur fournissant un contrô- le mécanique des limites entre lesquelles le réglage du volume de gaz aura un effet maximum tandis que le deuxième facteur permet de contrôler le pro- cédé en réglant le débit d'introduction du catalyseur dans des limites éta- blies par la,position choisie du manchon.
La variante des figures 3 et 4 introduit un troisième facteur de contrôle majeur grâce à la répartition du volume total de gaz d'élévation entre le manchon 23 et l'ajutage 30, ce dernier recevant une proportion re- lativement réduite du gaz total, par exemple jusqu' 35 % environ du volume total. Pour un volume total donné de gaz d'élévation, le débit du cataly- seur d sera une fonction directe du volume de gaz introduit par l'ajutage 30. On a constaté que le réglage de l'ajutage est critique, en ce sens que de légères modifications dans le débit du gaz à travers l'ajutage produi- sant des modifications relativement prononcées dans le débit de catalyseur à travers le tube élévateur.
Les limites dans lesquelles ce dernier contrô- le est efficace sont normalement suffisamment étendues pour éliminer la né- cessité de prévoir des moyens pour régler la hauteur du manchon après qu'il aura été intialement mis au point. Toutefois, on peut employer éventuelle- ment un manchon réglable.
On peut évidemment envisager le fait que la nature
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du catalyseur en ce qui concerne sa composition, sa grosseur de grain, sa densité, etc...,ainsi que la composition et les autres caractéristiques du ou des'gaz d'élévation, peuvent imposer la nécessité d'un réglage exter- ne approprié de la hauteur du manchon et de l'intervalle de jet, de sorte que le type de fonctionnement particulier auquel cette variante de systè- me élévateur peut être destinée et les facteurs relatifs aux frais d'instal- lation et d'entretien peuvent être déterminants.
S'il est vrai que, comme indiqué plus haut, la vitesse d'intro- duction du catalyseur peut varier en fonction directe du courant du gaz se- condaire, cette relation n'est pas exact pour toutes les valeurs de hauteur de manchon et d'intervalle de jet. Lorsque cet intervalle est réduit à tel .point que l'extrémité supérieure de l'ajutage n'est que légèrement écartée de l'extrémité inférieure du tube élévateur, le courant de gaz secondaire tend à s'opposer au courant de gaz primaire, avec le résultat que la vites- se d'introduction du catalyseur varie en proportion inverse de la quantité de gaz admise par l'ajutage 30.
Afin de mieux expliquer la variante des figures 3 et 4 et d'of- frir un exemple de l'effet inverse produit sur le débit du catalyseur par un réglage consistant à réduire l'intervalle de jet à l'extrême, on se ré- féra aux données ci-après obtenues en exécutant d'abord une série de pas- sages avec un intervalle de jet approximativement égal au diamètre du tube élévateur et en exécutant ensuite une série de passages avec un intervalle de jet sensiblement inférieur à celui du diamètre de ce tube. Dans chaque exemple, on a employé l'air comprimé comme agent élévateur.
Dans l'exemple II, la matière granulaire était constituée par des globules de silice-alu- mine synthétique, tandis que, dans l'exemple 3, on a utilisé, en parties ap- proximativement égales, des pastilles d'argile, des globules de silice-alu- mine synthétique et des pastilles de silice,-alumine synthétique.
EXEMPLE II.
EMI9.1
<tb>
Diamètre <SEP> du <SEP> tube <SEP> élévateur <SEP> (2) <SEP> (Extérieur <SEP> 12,75 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
'( <SEP> Intérieur <SEP> 12,09 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Diamètre <SEP> du <SEP> manchon <SEP> (23) <SEP> extérieur <SEP> 22,00 <SEP> in.
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Hauteur <SEP> du <SEP> manchon <SEP> (23) <SEP> 1,0 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb>
Intervalle <SEP> du <SEP> jet <SEP> (30) <SEP> 12,0 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb> diamètre <SEP> approximatif <SEP> 0,117 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb>
Catalyseur <SEP> densité <SEP> globale <SEP> apparente <SEP> 52 <SEP> lbs/foot <SEP> cube
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (densité <SEP> des <SEP> pastilles <SEP> 78,6 <SEP> lbs/foot <SEP> cube
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> (moyenne) <SEP> dans <SEP> le <SEP> tube <SEP> élévateur <SEP> 120 F.
<tb>
<tb>
N <SEP> du <SEP> passage
<tb>
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
<tb> Pression <SEP> CI--*ivres/ <SEP> chambre <SEP> 1 <SEP> 5.2 <SEP> 6.4 <SEP> 7. <SEP> 6
<tb>
<tb> pouce <SEP> carre <SEP> au <SEP> @ <SEP> @
<tb>
<tb> manomètre <SEP> chambre <SEP> 3 <SEP> 0.4 <SEP> 0.4 <SEP> 0.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> total <SEP> de <SEP> l'air
<tb>
<tb> (pieds <SEP> cubiques <SEP> standard <SEP> minute) <SEP> 2700 <SEP> 2700 <SEP> 2700
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> de <SEP> l'air <SEP> par <SEP> l'ajutage <SEP> 405 <SEP> 540 <SEP> 675
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rapport <SEP> débit <SEP> total/débit <SEP> ajutage <SEP> 15 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> % <SEP> 25 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> du <SEP> catalyseur <SEP> (tons/heure) <SEP> 68.5 <SEP> 82.0 <SEP> 94.5
<tb>
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EXEMPLE III.
EMI10.1
Diamètre tube élévateur extérieur 3,5 in.
Diamètre du tube élévateur térieur 30 in. extérieur 6, 6 in.
( extérieur 6,6
EMI10.2
<tb> Diamètre <SEP> du <SEP> manchon <SEP> (23) <SEP> (extérieur <SEP> 6,6 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Hauteur <SEP> du <SEP> manchon <SEP> (23) <SEP> 0,75 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb>
Intervalle <SEP> du <SEP> jet <SEP> (30) <SEP> 1,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> diamètre <SEP> approximatif <SEP> 0,103 <SEP> in.
<tb>
<tb>
<tb>
Catalyseur <SEP> densité <SEP> apparente <SEP> totale <SEP> 63 <SEP> lbs/foot <SEP> cube
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (densité <SEP> apparente <SEP> totale <SEP> 63 <SEP> lbs/foot <SEP> cube
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> moyenne <SEP> dans <SEP> le <SEP> tube <SEP> élévateur <SEP> 75 F.
<tb>
<tb>
<tb>
--------------------------------------
<tb>
<tb> N <SEP> du <SEP> passage
<tb>
EMI10.3
---- - ---- - --- - -------- - --------- 4---- - - -- - ----- - ---- - --- - - - --
EMI10.4
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> -------------------------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression <SEP> (livres/ <SEP> chambre <SEP> 1 <SEP> 2.8 <SEP> 2. <SEP> 6 <SEP> 2.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pouce <SEP> carré <SEP> au <SEP> @
<tb>
<tb>
<tb> manomètre <SEP> chambre <SEP> 3 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> 1. <SEP> 2 <SEP> 1.
<SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> total <SEP> de <SEP> l'air <SEP> 180 <SEP> 180 <SEP> 180
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (pieds <SEP> cubiques <SEP> standard <SEP> minute)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> de <SEP> l'air <SEP> par <SEP> l'ajutage <SEP> 9 <SEP> 21,6 <SEP> 36
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rapport <SEP> débit <SEP> ajutage <SEP> (débit <SEP> total) <SEP> ' <SEP> 5 <SEP> % <SEP> 12 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> du <SEP> catalyseur <SEP> (tons/heure)
<SEP> 6.6 <SEP> 6.0 <SEP> 5.25
<tb>
Les données des exemples II et III montrent clairement le degré de contrôle de la vitesse d'introduction de catalyseur que l'on peut réa- liser en introduisant des quantités relativement réduites de gaz d'éléva- tion sous la forme d'un courant diffus au-dessous de l'extrémité inférieu- re du tube élévateur, sans le réglage de la position du manchon. Une compa- raison entre les trois passages de l'exemple II et les trois passages de l'exemple III indique que, pour un réglage de l'intervalle de jet compris dans de larges limites, le débit d'introduction du catalyseur est une fonc- tion directe du débit du gaz secondaire et que, avec un intervalle de jet relativement étroit, le débit d'introduction du catalyseur est une fonction inverse du débit du gaz secondaire.
Bien que l'invention ait été décrite notamment à propos d'un système de transformation d'hydrocarbures dans lequel la matière solide ap- pelée à circuler était un catalyseur granulaire, il va de soi que l'inven- tion peut trouver une application plus étendue, sans aucune limitation quant à la nature de la matière granulaire ou quant au but dans lequel elle est utilisée.
En ce qui concerne l'agent gazeux servant à élever la matière gra- nulaire, il va de soi que tout milieu gazeux ou toute vapeur appropriée peut être utilisée comme agent élévateur, sans sortir du cadre de l'invention et indépendamment du fait,.à. savoir, si l'agent élévateur est introduit initia- lement sous la forme d'un gaz ou d'une vapeur ou d'un mélange des deux ou s'il est introduit en tout ou partie sous la forme d'un liquide en vue de son évaporation ultérieure dans le système élévateur.
Toutefois, si l'on introduit des hydrocarbures dans le système élévateur, par exemple, à l'aide du tube 24, il convient de prendre des précautions appropriées afin qu'il n'y ait pas de circulation de gaz incompatibles entre les diverses zones et afin que les conditions régnant dans le système élévateur et le temps de sé- jour des hydrocarbures dans celui-ci ne soient pas de nature à nuire à l'ef- ficacité du fonctionnement.