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@ procède pour l'exécution de réactions chimiques exothermiques sous pression et à température élevée .
La présente invention est relative aux procédés pour Inexécution de réactions chimiques, exothermiques s'accomplissant sous pression et à température élevée notamment pour la synthèse de l'ammoniaque à partir de ses éléments. Elle a principalement pour but de protéger la paroi métallique du récipient résistant à la pression et contenant le récipient ou la cartouche dans lequel s'accomplit la réaction, de l'action, défavorable pour sa résistance, exercée par la température de la réaction et par les gaz devant réagir ou ayant réagi , en même -temps qu'elle assure d'une façon correcte l'enlèvement de la chaleur dégagée à 1' intérieur de la cartouche .
Dans dea brevets antérieurs appartenant à la
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Société demanderesse, on a déjà indiqué épie la protection ci-dessus visée peut être réalisée par la circulation entre la cartouche et le récipient ou tube extérieur ré- sistant à. la pression, de tout ou partie des gaz devant réagir et préalablement non chauffés ou peu chauffés, ces gaz circulent ensuitedans la cartouche pour s'y combiner finalement au contact de la matière catalysante . C'est ce qu'indique par exemple le brevet français n 512.655 du
8 septembre 1919, dans lequel une partie des gaz devant réagir et encore froids forment un écran protecteur de la paroi par leur circulation entre celle-ci et le tube contenant la matière Catalysante .
Dans ce brevet et ceux ci-dessus rappelés il a été également indiqué divers moyens pour chserher la chaleur dégagée par la réaction, parmi lesquels l'utilisa- tion de la capacité d'échauffement jusqu'à la température de réaction des gaz devant réagir.
Or, si par exemple ,dans un appareil de catalyse d'une production donnée , on emploie une matière cata- lysante plus active, il peut arriver que les moyens d'ab- sorption de la chaleur qui ont été indiqués précédemment ne suffisent pas à absorber le surplus de chaleur et en serait donc amené à abaisserla pression de fonctionnement.
La présente invention fournit un autre moyen d'évacuer la grande quantité de chaleur produite dans de pareils cas, tout en assurant dans des conditioms convena- bles la protection de la paroi .
Le présent procédé consisté, tout en faisant absorber une partie ou pratiquement la totalité de la cha- leur de réaction par les gaz devant réagir qui se combi- nent immédiatement après -à faire circuler entre le tube extérieur résistant à la pression. et le dispositif inter- ne comportant le tube Contenant la matière catalysante , un gaz approprié dans des conditions réglées pour que ce
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gaz forme l'écran protecteur dont il a étparle plus haut , puis à évacuer en dehors du tube le gaz ayant ainsi circulé , pour le refroidir ensuite au besoin et éventuel- lement ut iliser à. nouveau dans les mêmes conditions que précédemment, le gaz ainsi refroidi .
Les figures ci- jointes représentent schématiquement , à titre d'exemple, différents dispositifs de réalisation du prooédé de la présente invention.
La figure 1 montre l'ensemble du tube contenant la matière catalysante et du récipient extérieur avec protection de la paroi par les gaz devant réagir.
La figura 3 est une variante .
Dans la figure 3 la protection da la paroi est réalisée par les gaz ayant réagi .
La figure 4 montre une autre variante de la présente investi on . suivait* la figure 1, le tube ou la oartouahe contenant la matière catalysante est essentiellement* constitué par un récipient cylindrique A dont la paroi possède une mauvaise conductibilité thermique et est, à cet effet , par exemple, constituée par un métal ordinaire revêtu d'une matière calorifuge B. Le récipient ou tube extérieur résistant à la pression est désigné par C. La cartouche A est entièrement fermée sauf pour l'arrivée des gaz devant réagir et le départ des gaz ayant réagi , ainsi que pour le passage des fils du chauffage électrique éventuel intérieur.
Entre la paroi extérieure de A et la paroi intérieure de 0 circule un gaz qui est ici constitué par le mélange gazeux devant réagir , arrivant par D et sortant par E.
Dans cette circulation ce mélange gazeux est chauffé dans une mesure dépendait de la surface , de l'épaisseur et de la-conductibilité de B et aussi de la vitesse du courant par la partie de la chaleur de réaction qui traverse
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la. paroi de A, cet échauffement étant en tout cas inférieur à. celui pour lequel le gaz ne jouerait plus le rôle d'écran protecteur de la paroi 0, c'est-à-dire pour lequel la paroi de 0 copmmence à perdre sa résistance . Il est à noter que le dit échauffement pourrait être très faible et réduit aux pertes inévitables dues à l'imperfection de l'isolement calorifique de A.
On refroidit ensuite en F si cela est nécessaire , le mélange gazeux sortant par E et ce le fait alors arriver par G à l'intérieur de la cartouche A, où. il airoule dans un faisceau tubulaire
H en shéchauffant par absorption de la chaleur de réaction puis ainsi échauffé , avec au besoin appoint de chaleur par la spirale de chauffage électrique I, il traverse la matiè- re catalysante en se combinant, pour sortir par K et de là se rendra aux appareils recueillant le produit résultant de la combinais en.
Ainsi que cela a été indiqué dans le brevet français n 536.770 du 20 Novembre 1920, la conductibili- té thermique de la paroi extérieure de A peut , si nécessai- re, n'être pas la même tout le long de cette paroi et, par exemple la.matière calorifuge B peut avoir une épaisseur plus grande vers l'extrémité de A voisine de l'arrivée G que vers l'autre extrémité . De même, le faisceau intérieur H peut avoir une conductibilité thermique différente sui- vant les endroits ou posséder une surface plus grande dans la zone la plus chaude de la cartouche ou les deux en même temps.
D'autre part , la circulation du gaz dans l'in- tervalle entre A et 0 pourrait se faire en sens inverse de celui figuré .
Un by-pass M permet de régler à volonté la quantité de gaz circulart aut our de la cartouche calorifugée.
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Si nécessaire , la cartouche A pourrait contenir un échangeur de chaleur datas lequel on fait circuler d'unie part les gaz devant réagir entrait par G et d'autre part par les gaz immédiatement à leur sortie de la matiè- re catalysante .
La paroi 0 peut être protégée si nécessaire par une chemise intérieure faite en une substance non at- taquée par les gaz et qui peut être métallique ou en une matière calorifuge ou les deux à la fois.
Dans la figure 2, le tube intérieur contennt la matière catalysante A est coiffé d'une enveloppe N qui peut être en matière de mauvaise conductibilité ther- mique, comme cela est nécessaire dans le cas de la synthèse da l'ammoniaque .Les gaz proie pleurs arrivant en D, circulent entre N et le tube extérieur C, pour sortie en E,et une autre partie des gaz devant réagir arrive par .C, circule à l'intérieur de N autour de A, s'échauffe ,tra- verse ensuite la matière catalysante en se combinant pour sortir en X.
Après refroidissement convenable et sépara- tion en L des composés formés, cette partie peut rejoindre les gaz de protection sortant par E et refroidis , s'il y a lieu ; les deux parties gazeuses ainsi réunies peuvent être envoyées au tube suivant ou être ramenées par un com- presseur dans le tube A.
Si les deux parties gazeuses arrivant par D et 6- sont à même pression et même température , elles peu- vent arriver par un seul tuyau et se diviser ensuite dans l'appareil grâce à des orifices aménagés dans la partie basse de N.
Dams la figura 3, les gaz devant réagir pénètrent Par G directement dans la cartouche A où ils circulent à l'intérieur du faisceau tabulaire H ; ils passent ensuite en sens inverse à l'extérieur de ce faisceau , au
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contact de la matière catalysante où ils se combinent , puis ils sortent de la cartouche par K et le produit de combinaison est séparé totalement ou partiellement en L après récupération éventuelle de la chaleur des gaz . Les gaz résiduels de cette séparation déjà refroidis ou re- froidis alors s'il y a lieu reviennent par D dans l'es- pace entre la paroi extérieure de A et la paroi intérieu- re de 0 ; ils sortent par E et sont ensuite refroidis dans la mesure convenable avant d'être renvoyés dans le tube de catalyse suivant.
Un by-pass Il permet de régler la circulation des gaz autour de la cart ouohe .
Dans l'execution du procédé ci-dessus , il peut arriver qu'on ne puisse pas pratiquement assurer dans de bonnes conditions l'enlèvement de la partie de la chaleur dégagée par la réaction qui doit être emportée par le gaz circulant entre le tube extérieur résistant à la pression et le dispositif interne comportant le tube contenant la matière catalysais . Ceci peut être , par exemple, le cas quand , la réaction chimique dégageant une très grande quan- tité de chaleur, en serait amené à faire circuler entre le tube extérieur et le dispositif interne une quantité de gaz pratiquement trop importante .
Pour obvier à ces inconvénients, on fait circuler dans le dispositif interne comportant le tube contenant la matière catalysais , une quantité de gaz plus grande que celle qui réagit au contact de la dite matière et on évacue en dehors de l'appareil de catalyse l'excès de ces gaz après leur échauffement partiel ou total . De /jette façon, on peut. faire sortir de l'appareil des quan- tités supplémentaires de chaleur .
La figure 4 ci-jointe repréente schématiquement
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à titre d'exemple , un dispositif de réalisation du procédé ainsimodifié .
Le dispositif représenté est analogue à celui de la figura 1, mais le récipient A contenant la matière catalyssants ,est muni son extrémité opposée à celle de l'arrivée des gaz, d'un conduit d'évacuation Z pas sant par exemple par le conduit de sortie E du gaz ayant circulé autour du récipient A ; ce conduit Z peut être en métal spécial résitant à la pression et à la température et il peut au besoin être muni d'un isolait calorifuge . La cir- culation des gaz autour du récipient A a lieu comme ci-dessus.
Quant aux gaz devant réagir ils arrivent par G , circulent à l'intérieur des tubes H où ils s'échauffent en absorbant une partie de la chaleur dégagée par la réaction ; puisarrives chauds à l'extrémité du tube Y, une partie est évacuée au dehors par le conduit Z, tandis que le restant, revenant en sens inverse .circule au contact di- rect de la matière, catalysante où il réagit.
Le conduit Z peut être prolongé à l'intérieur de
Y et d'un des tubes de H pour prendre à telle tempéra- ture que l'on désire les gaz évacués.
Les gaz sortant par Z peuvent être refroidis ou non et être, par exemple , comme cela est figuré , mé- langés aux gaz sortait en M, après que ceux-ci ont été re- froidis ou non. Un robinet R perment de régler le débit des gaz sortant par Z et par suite de faire varier la quanti- té de chaleur ainsi évacuée au dehors .
REVENDICATIONS.
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