Language selection

Search

Patent 2692701 Summary

Third-party information liability

Some of the information on this Web page has been provided by external sources. The Government of Canada is not responsible for the accuracy, reliability or currency of the information supplied by external sources. Users wishing to rely upon this information should consult directly with the source of the information. Content provided by external sources is not subject to official languages, privacy and accessibility requirements.

Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 2692701
(54) English Title: REACTEUR ECHANGEUR A TUBE BAIONNETTE PERMETTANT DE FONCTIONNER AVEC DES DIFFERENCES DE PRESSION DE L'ORDRE DE 100 BARS ENTRE LE COTE TUBE ET LE COTE CALANDRE
(54) French Title: EXCHANGER REACTOR HAVING A BAYONET TUBE ALLOWING OPERATION WITH PRESSURE DIFFERENCES OF THE ORDER OF 100 BAR BETWEEN THE TUBE SIDE AND THE SHELL SIDE.
Status: Expired and beyond the Period of Reversal
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • B1J 8/06 (2006.01)
  • B1J 19/24 (2006.01)
(72) Inventors :
  • GIROUDIERE, FABRICE (France)
  • TRICARD, JEAN CHRISTIAN (France)
  • LANGLOIS, BERNARD (France)
(73) Owners :
  • IFP ENERGIES NOUVELLES
(71) Applicants :
  • IFP ENERGIES NOUVELLES (France)
(74) Agent: ROBIC AGENCE PI S.E.C./ROBIC IP AGENCY LP
(74) Associate agent:
(45) Issued: 2014-05-27
(86) PCT Filing Date: 2008-06-24
(87) Open to Public Inspection: 2009-02-26
Examination requested: 2012-04-16
Availability of licence: N/A
Dedicated to the Public: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2008/000888
(87) International Publication Number: FR2008000888
(85) National Entry: 2010-01-06

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
0705316 (France) 2007-07-20

Abstracts

English Abstract

The present invention describes an exchanger reactor intended for implementing endothermic reactions, comprising a shell inside which the heat-transfer fluid flows, said shell enclosing a plurality of tubes inside which the reactive fluid flows, the tubes being of the bayonet type, and the reactor not having a tube plate. This reactor may operate with a pressure difference between the tube side and the shell side that may range up to 100 bar.


French Abstract


La présente invention décrit un réacteur échangeur
destiné à la mise en oeuvre de réactions endothermiques, comportant une
calandre à l'intérieur de laquelle circule le fluide caloporteur (11),
ladite calandre enfermant une pluralité de tubes (4) à l'intérieur desquels
circule le fluide réactif (5,6), les tubes étant, de type baïonnette, et le
réacteur ne présentant pas de plaque tubulaire. Ce réacteur peut
fonctionner avec une différence de pression entre le côté tube et le côté
calandre pouvant aller jusqu'à 100 bars.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


13
REVENDICATIONS
1- Réacteur échangeur sans plaque tubulaire consistant en une calandre de
forme
cylindrique fermée par une calotte supérieure et un fond inférieur, à
l'intérieur de
laquelle circule le fluide caloporteur, ladite calandre enfermant une
multiplicité de
tubes parallèles d'axe sensiblement vertical à l'intérieur desquels circule le
fluide
réactionnel, les tubes étant de type baïonnette et ayant une densité comprise
entre
2 et 12 tubes par m2 de section du réacteur, l'espacement entre chaque tube
baïonnette, ou distance centre à centre, étant comprise entre 2 et 5 fois le
diamètre
intérieur du tube externe (6), l'entrée et la sortie de chaque tube baïonnette
étant
situées à l'extérieur du réacteur, et le fluide caloporteur étant obtenu par
une
combustion réalisée in situ au moyen de brûleurs longilignes (8) s'intercalant
entre
lesdits tubes baïonnettes (4) en formant un pas triangulaire, l'entraxe entre
les
brûleurs étant compris entre 2 et 5 fois le diamètre du tube externe (6) d'un
tube
baïnnette.
2- Réacteur échangeur selon la revendication 1, dans lequel chaque tube
baïonnette est entouré d'une cheminée cylindrique (10) sensiblement coaxiale
au
tube externe (6).
3- Réacteur échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, dans
lequel le tube interne (5) de chaque tube baïonnette traverse le tube externe
(6) en
un point situé à l'extérieur du réacteur, à une distance d'au moins 1 mètre
par
rapport à la calotte supérieure du réacteur échangeur et sous un angle compris
entre 30° et 60° par rapport à la verticale.
4- Réacteur échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans
lequel le tube interne (5) de chaque tube baïonnette est alimenté depuis un
tube
d'alimentation principal se ramifiant en N branches, chaque branche alimentant
un
tube interne (5), N étant compris entre 5 et 100.

14
5- Réacteur échangeur selon la revendication 4, dans lequel N est compris
entre 10
et 50.
6- Réacteur échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans
lequel le tube externe (6) de chaque tube baïonnette est connecté à un
collecteur
primaire, lui-même connecté à un collecteur secondaire, et ainsi de suite
jusqu'au
collecteur final correspondant à un nombre M de collecteurs compris entre 2 et
10.
7- Procédé de vaporeformage d'une coupe hydrocarbure utilisant le réacteur
échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la
pression
côté calandre est comprise entre 1 et 10 bars absolus, et la pression à
l'intérieur
des tubes baïonnettes est comprise entre 25 et 50 bars absolus.
8- Procédé de vaporeformage d'une coupe hydrocarbure utilisant le réacteur
échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le
combustible utilisé pour réaliser la combustion in situ est une partie de
l'effluent de
vaporeformage.
9- Procédé de vaporeformage d'une coupe hydrocarbure utilisant le réacteur
échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le
fluide
caloporteur circule à l'intérieur de l'espace annulaire (11) compris entre la
paroi
externe (6) du tube baïonnette et la cheminée (10) entourant ledit tube avec
une
vitesse comprise entre 20 m/s et 50 m/s.
10- Procédé de vaporeformage d'une coupe hydrocarbure utilisant le réacteur
selon
l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le fluide réactif est
introduit
par l'extrémité d'entrée de la zone annulaire (7), et les effluents sont
récupérés par
l'extrémité de sortie du tube central (5).

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


CA 02692701 2010-01-06
WO 2009/024664
PCT/FR2008/000888
1
REACTEUR ECHANGEUR A TUBE BAIONNETTE PERMETTANT DE
FONCTIONNER AVEC DES DIFFERENCES DE PRESSION DE L'ORDRE DE 100
BARS ENTRE LE COTE TUBE ET LE COTE CALANDRE.
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un réacteur échangeur consistant en une
calandre
enfermant une pluralité de tubes, structure que l'homme du métier qualifie de
tubes/calandre, ledit réacteur échangeur permettant la mise en oeuvre de
réactions
fortement endothermiques telles que la réaction de vaporeformage du gaz
naturel, le
fluide réactif circulant à l'intérieur des tubes, et le fluide caloporteur
circulant à
l'extérieur des tubes (appelé aussi côté calandre par l'homme du métier).
Le réacteur échangeur selon l'invention permet d'atteindre des tailles de
réacteur
ayant un diamètre supérieur à 4 mètres, voire supérieur à 10 mètres, avec une
différence de pression entre l'intérieur des tubes et l'extérieur des tubes
pouvant
atteindre 30 bars à 100 bars (1 bar = 0,1 MegaPascal), sans utilisation d'une
plaque
tubulaire pour assurer la distribution du fluide réactif sur l'ensemble des
tubes.
Néanmoins, le réacteur selon l'invention est parfaitement réalisable à des
tailles
inférieures à 4 mètres de diamètre.
Dans la suite du texte, on parlera de "côté tube" pour désigner ce qui
concerne la
réaction chimique et la circulation des fluides réactionnels à l'intérieur
desdits tubes,
et de "côté calandre" pour désigner ce qui se rapporte au transfert de chaleur
depuis
le fluide caloporteur vers le fluide réactionnel et la circulation dudit
fluide caloporteur.
EXAMEN DE L'ART ANTERIEUR
L'art antérieur dans le domaine des réacteurs échangeurs destinés à la mise en
oeuvre de réactions fortement endothermiques telle que la réaction de
vaporeformage d'une coupe hydrocarbonée, correspond au réacteur représenté sur
la figure 1.
Ce type de réacteur échangeur présente un système de distribution du fluide
réactif
au moyen d'une première plaque tubulaire et un système de collecte des
effluents
au moyen d'une seconde plaque tubulaire.

CA 02692701 2010-01-06
WO 2009/024664
PCT/FR2008/000888
2
Un tube baïonnette (4) peut être défini comme étant constitué d'un tube
interne (5)
contenu dans un tube externe (6), le tube interne (5) et le tube externe (6)
étant
sensiblement coaxiaux.
Le fluide caloporteur est généralement généré par une combustion réalisée à
l'extérieur du réacteur échangeur par tout système de combustion tel que fours
ou
chaudières faisant appel à des brûleurs. Le fluide caloporteur peut également
être
constitué de fumées de récupération, ou d'un fluide chaud disponible sur le
site tel
que de la vapeur.
La circulation du fluide caloporteur peut être canalisée à l'intérieur de
cheminées
(10) entourant, au moins sur une certaine longueur, les tubes baïonnette (4)
et
définissant un espace annulaire (10) adéquat à la circulation du fluide
caloporteur à
l'intérieur dudit espace annulaire.
La compréhension de l'invention nécessite d'exposer les limitations liées à la
plaque
tubulaire.
Selon l'art antérieur, la plaque tubulaire dans les réacteurs échangeur peut
se définir
comme une plaque perforée s'étendant sensiblement selon une section du
réacteur,
chaque perforation recevant un tube réactionnel. L'ensemble des tubes
réactionnels
a donc son extrémité d'entrée (ou de sortie) située sur la plaque tubulaire
d'entrée
(respectivement de sortie).
La plaque tubulaire d'entrée (i) sépare donc le volume du réacteur en un
premier
espace (20) situé au dessus de ladite plaque tubulaire, ce premier espace
contenant
le fluide réactionnel et permettant sa distribution dans chacun des tubes
réactionnels, et un second espace (21) situé au dessous de ladite plaque
tubulaire,
ce second espace entourant les tubes et ne contenant que le fluide
caloporteur.
De la même manière, la plaque tubulaire de sortie (s) sépare le volume du
réacteur
en un troisième espace (22) situé au dessus de ladite plaque tubulaire, ce
troisième
espace ne contenant que les effluents de la réaction issus de chaque tube
réactionnel.
Le premier espace (20) est en fait compris entre la plaque tubulaire d'entrée
(i) et la
plaque tubulaire de sortie (s) et ne contient que le fluide réactionnel
introduit dans
ledit espace(20) par la tubulure notée A sur la figure 1.

CA 02692701 2010-01-06
WO 2009/024664
PCT/FR2008/000888
3
Dans le cas d'un réacteur échangeur selon l'art antérieur comportant des tubes
baïonnettes, tel que représenté sur la figure 1, le réacteur possède deux
plaques
tubulaires l'une supérieure (s) recevant l'extrémité de sortie des tubes
centraux (5),
l'autre inférieure (i) recevant l'extrémité d'entrée de la zone annulaire
comprise entre
le tube central (5) et le tube externe (6). La distribution du fluide
réactionnel se fait
par l'espace (20) compris entre la plaque tubulaire inférieur (i) et la plaque
tubulaire
supérieure (s), au moyen de la tubulure d'entrée (A).
Le côté calandre correspond dans le cas de la figure 1 à l'espace (21)
extérieur aux
tubes réactionnels et situé au dessous de la plaque tubulaire inférieure (i).
La figure 1 permet de voir clairement que dans un réacteur échangeur selon
l'art
antérieur et comportant des tubes baïonnettes, l'entrée et la sortie de chaque
tube
baïonnette (4) se fait au niveau des plaques tubulaires d'entrée et de sortie,
donc à
l'intérieur du réacteur.
Or la différence de pression entre l'intérieur des tubes (5) et l'extérieur
des tubes
(21), ou côté calandre, qui contient le fluide caloporteur, peut être de
plusieurs
dizaines de bars. Dans le cas particulier de la réaction de vaporeformage,
cette
différence de pression peut atteindre de 25 bars à 40 bars (1 bar = 0,1 MPa).
La plaque tubulaire inférieure (i) peut donc avoir sa face supérieure
attenante à la
zone d'introduction des fluides (20), et sa face inférieure attenante à la
zone de
circulation du fluide caloporteur (21) qui subissent une différence de
pression de 25
à 50 bars.
Il est connu de l'homme du métier que le dimensionnement d'une plaque
tubulaire
capable de résister à de telles différences de pression conduit à des
épaisseurs très
importantes, et en pratique non réalisables, dès que le diamètre du réacteur
atteint
une valeur d'une dizaine de mètres.
A titre d'exemple, le tableau ci dessous donne les épaisseurs de plaque
tubulaire en
mm (10-3 mètres) pour des diamètres de réacteur allant de 2 à 10 mètres, et
pour
une différence de pression de part et d'autre de la plaque tubulaire de 25, 30
et 35
bars ( en ordonnées).

CA 02692701 2013-08-16
4
Diamètre du réacteur
2m 5m 10m
Delta 25 bar 193 mm 483 mm 967 mm
de 30 bar 212 mm 530 mm 1059 mm
pression 35 bar 229 mm 572 mm 1144 mm
Si l'on admet une épaisseur maximale de la plaque tubulaire de l'ordre de 400
mm,
il en résulte une limite dans la taille du réacteur qui s'établit à environ 5
mètres de
diamètre pour une différence de pression de part et d'autre de la plaque
tubulaire de
25 bars. Cette taille limite est encore inférieure si la différence de
pression de part
et d'autre de la plaque tubulaire est plus importante. Ainsi, si la différence
de
pression de part et d'autre de la plaque tubulaire atteint 35 bars, le
diamètre
maximum du réacteur n'est plus que de 3 mètres environ.
Du point de vue résistance mécanique, il existe également une limite dans la
densité de tubes admissible sur la plaque tubulaire, limite qui dépend du
diamètre
des tubes et se situe à environ 10 tubes/ m2 pour un diamètre de tube de 170
mm.
Le réacteur selon la présente invention permet de dépasser la limite en taille
des
réacteurs selon l'art antérieur, c'est-à-dire comportant une plaque tubulaire,
en
supprimant ladite plaque tubulaire, la distribution des fluides réactifs et la
collecte
des effluents se faisant entièrement à l'extérieur du réacteur.
Le réacteur échangeur selon la présente invention permet de résoudre un second
problème lié au remplissage en catalyseur des tubes baïonnettes. En effet,
dans un
réacteur selon l'art antérieur, le remplissage en catalyseur des tubes
baïonnettes se
fait par l'espace (20) compris entre les deux plaques tubulaires. Or cet
espace est
limité et rendu très malcommode par la présence des nombreux tubes fixés à la
plaque tubulaire supérieure.
Dans le réacteur selon la présente invention, le remplissage des tubes
baïonnettes
se fait par leur extrémité située à l'extérieur du réacteur qui se trouve dans
un
environnement beaucoup moins contraignant.

CA 02692701 2013-08-16
Un autre intérêt du réacteur selon l'invention est qu'il fonctionne avec un
fluide
caloporteur dont la génération est réalisée in situ, c'est-à-dire au moyen
d'une
combustion effectuée au sein même du réacteur échangeur, côté calandre. Une
telle combustion "in situ" peut être réalisée au moyen de brûleurs,
généralement de
forme longiligne, s'intercalant entre les tubes baïonnette.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES
La figure 1 représente un réacteur échangeur à tubes baïonnettes selon l'art
antérieur présentant une plaque tubulaire inférieure pour la distribution des
fluides
réactifs, et une plaque tubulaire supérieure pour la collecte des effluents.
La figure 2 représente un réacteur échangeur selon l'invention, c'est-à-dire
sans
plaque tubulaire, avec l'extrémité des tubes baïonnettes située à l'extérieur
du
réacteur, le fluide caloporteur étant issu d'une combustion réalisée à
l'intérieur du
réacteur au moyen de brûleurs longilignes s'intercalant entre les tubes
baïonnettes.
La figure 3 représente un exemple de dispositif de distribution et de collecte
des
fluides réactionnels dans le réacteur selon l'invention.
La figure 4 représente un exemple de brûleurs pouvant être utilisés pour
assurer la
génération du fluide caloporteur à l'intérieur même du réacteur échangeur
selon
l'invention.
DESCRIPTION SOMMAIRE DE L'INVENTION
La présente invention vise un réacteur échangeur sans plaque tubulaire
consistant
en une calandre de forme cylindrique fermée par une calotte supérieure et un
fond
inférieur, à l'intérieur de laquelle circule le fluide caloporteur, ladite
calandre
enfermant une multiplicité de tubes parallèles d'axe sensiblement vertical à
l'intérieur desquels circule le fluide réactionnel, les tubes étant de type
baïonnette et
ayant une densité comprise entre 2 et 12 tubes par m2 de section du réacteur,
l'espacement entre chaque tube baïonnette, ou distance centre à centre, étant

CA 02692701 2013-08-16
6
comprise entre 2 et 5 fois le diamètre intérieur du tube externe (6), l'entrée
et la
sortie de chaque tube baïonnette étant situées à l'extérieur du réacteur, et
le fluide
caloporteur étant obtenu par une combustion réalisée in situ au moyen de
brûleurs
longilignes (8) s'intercalant entre lesdits tubes baïonnettes (4) en formant
un pas
triangulaire, l'entraxe entre les brûleurs étant compris entre 2 et 5 fois le
diamètre
du tube externe (6) d'un tube baïonnette.
De préférence, le réacteur échangeur selon la présente invention consiste en
une
calandre de forme cylindrique fermée par une calotte supérieure et un fond
inférieur, à l'intérieur de laquelle circule le fluide caloporteur, ladite
calandre
enfermant une multiplicité de tubes parallèles, d'axe sensiblement vertical, à
l'intérieur desquels circule le fluide réactionnel, les tubes réactionnels
étant de type
baïonnette et ayant une densité comprise entre 2 et 12 tubes par m2 de section
du
réacteur, l'espacement entre chaque tube baïonnette, ou distance centre à
centre,
étant comprise entre 2 et 5 fois le diamètre intérieur du tube externe (6),
l'entrée et
la sortie de chaque tube baïonnette étant situées à l'extérieur du réacteur,
et le
fluide caloporteur étant obtenu par une combustion réalisée in situ au moyen
de
brûleurs longilignes (8) s'intercalant entre lesdits tubes baïonnettes (4) en
formant
un pas triangulaire, l'entraxe entre les brûleurs étant compris entre 2 et 5
fois le
diamètre du tube externe (6) d'un tube baïonnette.
Le réacteur selon l'invention ne comporte pas de plaque tubulaire.
De préférence, dans le réacteur échangeur selon la présente invention,
l'entrée et la
sortie de chaque tube baïonnette sont situées à l'extérieur du réacteur tel
que cela
est montré sur la figure 2.
Selon une variante préférée du réacteur échangeur, chaque tube baïonnette (4)
est
entouré d'une cheminée cylindrique (10) sensiblement coaxiale au tube
baïonnette,
le fluide caloporteur circulant à l'intérieur de l'espace annulaire (11)
compris entre la
paroi externe du tube baïonnette (4) et ladite cheminée (10) avec une vitesse
comprise entre 20 m/s et 50 m/s.

CA 02692701 2013-08-16
,
7
Les tubes baïonnettes sont préférentiellement assemblés selon un pas
triangulaire.
L'espacement entre chaque tube baïonnette, ou distance centre à centre, est
généralement compris entre 2 et 5 fois le diamètre intérieur du tube externe
(6).
Un espacement selon un pas carré reste néanmoins parfaitement dans le cadre de
la présente invention.
De préférence, le tube interne (5) de chaque tube baïonnette (4) traverse le
tube
externe (6) en un point situé à l'extérieur du réacteur, à une distance d'au
moins 1
mètre par rapport à la calotte supérieure du réacteur échangeur, et sous un
angle
compris entre 300 et 60 par rapport à la verticale. Cette disposition permet
de
séparer nettement l'entrée et la sortie de chaque tube baïonnette (4), de
manière à
faciliter la mise en place du dispositif de distribution des fluides
réactionnels, et du
dispositif de collecte des effluents réactionnels tels que représentés sur la
figure 3.
De manière préférée, le tube interne (5) de chaque tube baïonnette (4) est
alimenté
depuis un conduit d'alimentation principal se ramifiant en N branches, chaque
branche alimentant un tube interne, N étant compris entre 5 et 100, et étant
préférentiellement compris entre 10 et 50.
De manière préférée, le tube externe (6) de chaque tube baïonnette (4) est
connecté à un collecteur primaire, lui-même connecté à un collecteur
secondaire et
ainsi de suite jusqu'au collecteur final qui correspond à un nombre M de
collecteurs
compris entre 2 et 10.
De manière préférée, le fluide réactif est introduit par l'extrémité d'entrée
de la zone
annulaire (7) comprise entre le tube externe (6) et le tube interne (5),
ladite zone
annulaire (7) étant au moins en partie remplie de catalyseur.
Les effluents réactionnels sont récupérés par l'extrémité de sortie du tube
central
(5).
De manière générale et préférentielle, le fluide caloporteur est constitué de
fumées
de combustion, ladite combustion ayant lieu in situ, c'est-à-dire au moyen de
brûleurs situés à l'intérieur même du réacteur et s'intercalant entre les
tubes
baïonnettes dans un équipement distinct du présent réacteur échangeur. Les

CA 02692701 2013-08-16
=
8
fumées de combustion quittent le réacteur par la tubulure de sortie (G) située
en
partie supérieure du réacteur.
Selon l'invention, le fluide caloporteur apportant la chaleur nécessaire à la
réaction
est obtenu par une combustion réalisée in situ au moyen de brûleurs
longilignes (8)
s'intercalant entre les tubes baïonnettes (4).
De préférence, ils sont dans la suite du texte compris au moyen de la figure 4
comme des brûleurs sans pré mélange de géométrie cylindrique, de longueur Lb
et
de diamètre Db, avec un rapport Lb/Db compris entre 10 et 500, et
préférentiellement compris entre 30 et 300.
De préférence, ces brûleurs possèdent un distributeur central de combustible
(27)
ayant une répartition d'orifices (30) éventuellement non uniforme, et
possédant un
élément poreux (28) de forme annulaire entourant le distributeur central (27)
au
moins sur toute sa longueur Lb, l'épaisseur dudit élément poreux (28) étant
comprise entre 0,5 et 5 cm, et la surface interne dudit poreux (28) étant
située à une
distance du distributeur central (27) comprise entre 0,5 cm et 10 cm. Il
s'agit
précisément de la distance correspondant à la zone notée (29) sur la figure 4.
Préférentiellement, les brûleurs longilignes forment un pas triangulaire,
l'entraxe
entre les brûleurs étant compris entre 2 et 5 fois le diamètre externe des
tubes
baïonnettes.
L'invention consiste également en un procédé de vaporeformage d'une coupe
hydrocarbure utilisant le présent réacteur échangeur.
De préférence, selon une variante du procédé selon l'invention, le combustible
utilisé pour réaliser la combustion in situ est un gaz contenant plus de 90%
d'hydrogène.
De manière générale, le procédé de vaporeformage d'une coupe hydrocarbure
utilisant le réacteur échangeur selon l'invention est opéré à une pression
côté
calandre comprise entre 1 et 10 bars absolus, (1 bar = 105 pascal), et à une
pression à l'intérieur des tubes baïonnettes comprise entre 25 et 50 bars
absolus.

CA 02692701 2013-08-16
9
De préférence, la température à l'intérieur des tubes réactionnels est
généralement
comprise entre 700 C et 950 C.
La présente invention vise aussi un procédé de vaporeformage d'une coupe
hydrocarbure utilisant le réacteur échangeur, dans lequel le combustible
utilisé pour
réaliser la combustion in situ est une partie de l'effluent de vaporeformage.
La présente invention vise aussi un procédé de vaporeformage d'une coupe
hydrocarbure utilisant le réacteur échangeur, dans lequel le fluide
caloporteur
circule à l'intérieur de l'espace annulaire (11) compris entre la paroi
externe (6) du
tube baïonnette et la cheminée (10) entourant ledit tube avec une vitesse
comprise
entre 20 m/s et 50 m/s.
La présente invention vise aussi un procédé de vaporeformage d'une coupe
hydrocarbure utilisant le réacteur, dans lequel le fluide réactif est
introduit par
l'extrémité d'entrée de la zone annulaire (7), et les effluents sont récupérés
par
l'extrémité de sortie du tube central (5).
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Le réacteur échangeur selon la présente invention est destiné à la mise en
oeuvre
de réactions fortement endothermiques et à des niveaux de températures pouvant
aller jusqu'à 950 C. Typiquement, il pourra être utilisé pour le vaporeformage
de
coupes hydrocarbures, notamment le naphta ou le gaz naturel en vue de la
production d'hydrogène.
La description qui suit se rapporte à la figure 2.
Le réacteur échangeur selon l'invention est constitué d'une calandre de forme
globalement cylindrique (1) fermée dans sa partie supérieure par une calotte
(2) de
forme sensiblement ellipsoïdale et dans sa partie inférieure par un fond (3)
de forme
sensiblement ellipsoïdale, ladite calandre (1 ) enfermant une pluralité de
tubes

CA 02692701 2013-08-16
9a
verticaux (4) de longueur (L) s'étendant le long de la partie cylindrique de
la
calandre (1).
Les tubes (4) sont de type baïonnette, c'est-à-dire qu'ils sont constitués
d'un tube
interne (5) contenu dans un tube externe (6), le tube interne et le tube
externe étant
sensiblement coaxiaux. La coaxialité est obtenue par exemple à l'aide
d'ailettes de
centrage soudées à distance régulière sur le tube intérieur (5) et qui
permettent de
maintenir un écartement fixe avec le tube externe (6).
L'espace annulaire (7) compris entre le tube interne (5) et le tube externe
(6) est
généralement rempli de catalyseur, ce catalyseur ayant la forme de particules
cylindriques, qui dans le cas de la réaction de vaporeformage, ont une
longueur
typique de quelques millimètres et un diamètre de quelques millimètres.
La forme des particules de catalyseur n'est pas un élément caractéristique de
l'invention qui est compatible avec toute forme des particules de catalyseur
dont la
taille permet l'introduction dans la partie annulaire (7) des tubes verticaux
(4).
Le fluide réactionnel est préférentiellement introduit dans le tube baïonnette
(4) par
la zone annulaire catalytique (7) dont l'extrémité d'entrée se trouve à
l'extérieur du
réacteur, les réactions de vaporeformage se développant dans la zone annulaire
catalytique, et les effluents étant récupérés en sortie du tube central (5),
ladite sortie
étant également située à l'extérieur du réacteur.
Une autre configuration dans laquelle le fluide réactionnel est introduit par
le tube
central (5) et les effluents récupérés en sortie de la zone annulaire (7) est
également possible.

CA 02692701 2013-08-16
e.
9b
Les fluides réactifs circulent donc à l'intérieur des tubes baïonnetteS (4),
d'abord en
descendant le long de la zone annulaire (7) du tube, puis en remontant le long
du
tube central (5), lesdits tubes (4) ayant leur extrémité d'entrée/sortie
situées à
l'extérieur du réacteur échangeur, et lesdits tubes (4) étant chauffés par un
fluide
caloporteur circulant du côte calandre (8).
La nature du fluide caloporteur n'a pas d'importance dans le cadre de la
présente
invention. Il s'agit de fumées issues d'une combustion réalisée à l'intérieur
même du
réacteur échangeur au moyen de brûleurs spécifiques.
Le rapport H/D entre la hauteur H du réacteur et son diamètre D est
généralement
compris entre 2 et 8, et préférentiellement compris entre 2,5 et 6.
Les tubes baïonnettes (4) sont généralement équipés d'une cheminée (10) qui
les
entoure de manière sensiblement coaxial, permettant d'obtenir une vitesse de
circulation des fumées de combustion le long du tube à chauffer comprise entre
5
m/s et 50 m/s, et préférentiellement comprise entre 20 m/s et 40 m/s.

CA 02692701 2010-01-06
WO 2009/024664
PCT/FR2008/000888
Le nombre de tubes à chauffer par m2 de section du réacteur est généralement
compris entre 2 et 12, et préférentiellement compris entre 3 et 8. On entend
par
section du réacteur la section géométrique supposée vide de tout interne.
Les tubes baïonnettes (4) forment le plus souvent un pas triangulaire avec une
5 distance centre à centre comprise entre 2 et 5 fois le diamètre intérieur du
tube
externe (6).
Lorsque la combustion in situ générant le fluide caloporteur est réalisée au
moyen de
brûleurs longiligne, ceux ci s'intercalent entre les tubes baïonnette et
forment donc
un pas triangulaire avec une distance centre à centre entre brûleur comprise
entre 2
10 et 5 fois le diamètre externe desdits tubes baïonnettes.
EXEMPLE SELON L'INVENTION
L'exemple ci dessous fournit le dimensionnement d'un réacteur échangeur selon
l'invention destiné à produire 90000 Nm3/heure d'H2 par vaporeformage de gaz
naturel.
Le combustible utilisé pour apporter les calories nécessaires à la réaction de
vaporeformage a la composition suivante en % molaire:
H2: 92,10%
CH4: 5,35%
002: 0,78%
CO: 1,5%
N2: 0,25%.
La température à l'intérieur des tubes baïonnettes est de: 900 C.
La température des fumées circulant côté calandre est en moyenne de: 1200 C.
La pression à l'intérieur des tubes baïonnettes est de: 35 bars
La pression des fumées circulant côté calandre est de: 5 bars
La différence de pression entre tube et calandre est dans donc de 30 bars.

CA 02692701 2010-01-06
WO 2009/024664
PCT/FR2008/000888
11
Les dimensions principales du réacteur selon l'invention sont les suivantes:
Hauteur totale du réacteur (avec les fonds supérieur et inférieur): 16m
Diamètre du réacteur: 7m
Rapport H/D: 2,3
Les tubes sont de type baïonnette
Longueur des tubes: 12m
Diamètre extérieur des tubes à chauffer: 200mm
Diamètre du tube central : 50mm
Distance centre à centre des tubes à chauffer: 300mm
Nombre de tubes : 235 tubes répartis en pas triangulaire
Diamètre extérieur des brûleurs poreux: 100mm
Longueur des brûleurs poreux: 5m
Nombre de brûleurs poreux: 470
Distance centre à centre entre brûleur poreux: 600mm
La partie annulaire des tubes baïonnettes est remplie au moyen d'un catalyseur
de
vaporeformage à base de nickel sous forme de pastilles cylindriques, chaque
particule de catalyseur ayant les dimensions suivantes:
- diamètre des pastilles: 10mm,
- longueur des pastilles: 13 mm.
Le fluide réactionnel est amené dans chaque tube réactionnel par l'extrémité
d'entrée du tube extérieur (6).
Le distributeur d'entrée des fluides réactionnels a une forme à 20 branches
telle que
celle représenté sur la figure 3.
L'effluent réactionnel est récupéré par l'extrémité de sortie du tube central
(5).
Le collecteur de sortie des effluents réactionnels a une forme à 4 branches
telle que
celle représentée sur la figure 3.
Le tube central (5) se sépare du tube externe (6) à une distance de 2 mètres
au
dessus du dôme supérieur du réacteur selon un angle de 30 par rapport à la
verticale.
Le remplissage du catalyseur se fait par l'extrémité d'entrée des tubes
externes (6).

CA 02692701 2010-01-06
WO 2009/024664
PCT/FR2008/000888
12
L'accès à la zone annulaire du tube externe (6) est facilité par le démontage
des
manchons en partie supérieure. Le tube central (5) ayant son extrémité déviée
à
l'extérieur du tube externe (6) de la baïonnette, il n'y a pas de risque de
mettre du
catalyseur dans le tube central (5) lors du chargement de l'espace annulaire.
Pour favoriser le chargement, les tubes baïonnette peuvent être mis en
vibration, par
exemple par leur extrémité inférieur accessible via un trou d'homme dans la
calandre et à l'aide d'un vibreur attaché le temps du chargement au tube
concerné.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

2024-08-01:As part of the Next Generation Patents (NGP) transition, the Canadian Patents Database (CPD) now contains a more detailed Event History, which replicates the Event Log of our new back-office solution.

Please note that "Inactive:" events refers to events no longer in use in our new back-office solution.

For a clearer understanding of the status of the application/patent presented on this page, the site Disclaimer , as well as the definitions for Patent , Event History , Maintenance Fee  and Payment History  should be consulted.

Event History

Description Date
Time Limit for Reversal Expired 2022-03-01
Letter Sent 2021-06-25
Letter Sent 2021-03-01
Letter Sent 2020-08-31
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-08-19
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-08-06
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-07-16
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-07-02
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-06-10
Common Representative Appointed 2019-10-30
Common Representative Appointed 2019-10-30
Change of Address or Method of Correspondence Request Received 2018-12-04
Grant by Issuance 2014-05-27
Inactive: Cover page published 2014-05-26
Pre-grant 2014-03-11
Inactive: Final fee received 2014-03-11
Letter Sent 2013-10-29
Inactive: Single transfer 2013-10-11
4 2013-09-25
Notice of Allowance is Issued 2013-09-25
Notice of Allowance is Issued 2013-09-25
Letter Sent 2013-09-25
Inactive: Approved for allowance (AFA) 2013-09-23
Inactive: Q2 passed 2013-09-23
Amendment Received - Voluntary Amendment 2013-08-16
Inactive: S.30(2) Rules - Examiner requisition 2013-04-08
Letter Sent 2012-05-08
Request for Examination Received 2012-04-16
Request for Examination Requirements Determined Compliant 2012-04-16
All Requirements for Examination Determined Compliant 2012-04-16
Inactive: Correspondence - MF 2010-08-10
Inactive: Cover page published 2010-03-18
Inactive: Notice - National entry - No RFE 2010-03-11
Inactive: First IPC assigned 2010-03-10
Inactive: IPC assigned 2010-03-10
Inactive: IPC assigned 2010-03-10
Application Received - PCT 2010-03-10
National Entry Requirements Determined Compliant 2010-01-06
Application Published (Open to Public Inspection) 2009-02-26

Abandonment History

There is no abandonment history.

Maintenance Fee

The last payment was received on 2013-05-30

Note : If the full payment has not been received on or before the date indicated, a further fee may be required which may be one of the following

  • the reinstatement fee;
  • the late payment fee; or
  • additional fee to reverse deemed expiry.

Patent fees are adjusted on the 1st of January every year. The amounts above are the current amounts if received by December 31 of the current year.
Please refer to the CIPO Patent Fees web page to see all current fee amounts.

Owners on Record

Note: Records showing the ownership history in alphabetical order.

Current Owners on Record
IFP ENERGIES NOUVELLES
Past Owners on Record
BERNARD LANGLOIS
FABRICE GIROUDIERE
JEAN CHRISTIAN TRICARD
Past Owners that do not appear in the "Owners on Record" listing will appear in other documentation within the application.
Documents

To view selected files, please enter reCAPTCHA code :



To view images, click a link in the Document Description column (Temporarily unavailable). To download the documents, select one or more checkboxes in the first column and then click the "Download Selected in PDF format (Zip Archive)" or the "Download Selected as Single PDF" button.

List of published and non-published patent-specific documents on the CPD .

If you have any difficulty accessing content, you can call the Client Service Centre at 1-866-997-1936 or send them an e-mail at CIPO Client Service Centre.

({010=All Documents, 020=As Filed, 030=As Open to Public Inspection, 040=At Issuance, 050=Examination, 060=Incoming Correspondence, 070=Miscellaneous, 080=Outgoing Correspondence, 090=Payment})


Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Description 2010-01-05 12 580
Drawings 2010-01-05 4 165
Claims 2010-01-05 2 88
Abstract 2010-01-05 2 109
Representative drawing 2010-01-05 1 76
Description 2013-08-15 14 606
Drawings 2013-08-15 4 150
Claims 2013-08-15 2 83
Representative drawing 2014-05-05 1 31
Reminder of maintenance fee due 2010-03-09 1 114
Notice of National Entry 2010-03-10 1 195
Acknowledgement of Request for Examination 2012-05-07 1 177
Commissioner's Notice - Application Found Allowable 2013-09-24 1 163
Courtesy - Certificate of registration (related document(s)) 2013-10-28 1 126
Commissioner's Notice - Maintenance Fee for a Patent Not Paid 2020-10-18 1 544
Courtesy - Patent Term Deemed Expired 2021-03-28 1 540
Commissioner's Notice - Maintenance Fee for a Patent Not Paid 2021-08-05 1 542
PCT 2010-01-05 3 117
Correspondence 2010-08-09 1 45
Correspondence 2012-05-07 1 86
Correspondence 2014-03-10 2 64