BE358257A - - Google Patents

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BE358257A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285Heating or cooling the reactor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 
 EMI1.1 
 



  ItAPPARE IL CATAIYTIQPE" -1 
La présente invention aoncerne les aonvertisseurs pour réactions catalytiques en phase vapeur et   viae   plus particulièrement, les convertisseurs pourvus comme moyen de refroidissement principal, d'un système de-refroidissement par les gaz. de   réaction.   



     On   a, dans le passé, fait usage de deux types de con- vertisseurs pour la catalyse en phase vapeur, à savoir:les convertisseurs à refroidissement par gaz, habituellement au 
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 moyen des gaz de réaction, et ceux pourras, dl-tin Eefro-idisse- ment par bain, soit bouillant ou non bouillant. Les conver- tisseurs à refroidissement par bain, tout en possédant un 

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 très fort pouvoir refroidissant, présentent néanmoins un cer- tain nombre d'inconvénients. En premier lieu, leur   construc-   tien est relativement très coûteuse, et, spécialement lors- qu'on fait usage de convertisseurs tubulaires avec petits tubes le nombre de joints étanches aux gaz est très grand, ce qui augmente le risque de défectuosité.

   Les convertisseurs refroidis par gaz possèdent bien des avantages, mais leur pouvoir refroidissant est relativement moins efficace que celui des convertisseurs refroidis par bain, en raison de la chaleur spécifique relativement plus faible du milieu re- froidissant dont il est fait usage. Cela a sérieusement res- treint l'usage des convertisseurs refroidis par gaz cans le champ de réactions fortement exothermiques,' ou très sensibles, telles par exemple que l'oxydation de composés organiques, certaines réductions organiques et autres réactions similai- res. 



   Des convertisseurs refroidis par gaz ont été pourvus d'un contrôle automatique de température au moyen d'éléments échangeurs de chaleur à double contre-courant et l'on a fait usage d'autres types de convertisseurs effectivement refroi- dis. Bienqu'il soit possible d'établir des convertisseurs du      type à refroidissement par gaz, et en particulier du type au- tomatique refroidi par gaz, de façon à assurer un contrôle de température remarquablement régulier dans des réactions fortement exothermiques, il est fréquemment impossible de contrôler.

   la réaction par un refroidissement par gaz seul, quelque efficace que soit l'échange de chaleur, parce que la capacité calorifique des gaz, si l'on en fait complètement usage, peut être insuffisante pour prendre soin de la cha- leur dégagée par la réaction sans dilutions si élevées qu'el- les affectent sérieusement les rendements.

   Même lorsque la capacité calorifique peut   être   suffisante pour un fonction-   nement   normal, dans le cas de bien des réactions sensibles, 

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 telles, par exemple, que des oxydations organiques en pro- duits intermédiaires, il y a toujours une tendance   à.   ce que la réaction devienne incontrôlable puisque toute élévation considérable de température, même si elle n'est que de courte durée, tend à pousser l'oxydation trop loin, et fréquemment jusqu'à combustion totale, avec une augmentation énorme dans la chaleur dégagée;

   par conséquent, pour bien des réactions, un simple convertisseur automatique refroidi par gaz ne pos- sède pas un facteur de sécurité s.uffisamment élevée 
Suivant la présente   inve.ntion,   on évite ses inconvé-   nie-nts     d'un   simple système convertisseur à refroidissement par   gaz.,   tout en en conservant les avantages, par   lapplica-   tion de moyens pour remettre en circulation au moins une par- tie des gaz. ayant réagi, avec   ou   sans séparation partielle ou complète des produits finals   désirés..   On peut, par ce moyen, contrôler avec une grande   précision   la concentration   d'ingré-   dients réactifs et empêcher toute réaction excessive.

   En plus de cette caractéristique, il y a. un second avantage, très important, dans le fait qu'il est possible, dans le cas de bien des réactions, en particulier de réactions   où.   le pro- duit final est moins volatil que la matière initiale, de faire usage d'une vitesse de circulation et, comme résultat, d'un temps de contact avec le catalyseur, excédant de beaucoup toutes les vitesses de gaz que l'on pourrait utiliser éco- nomiquement dans un convertisseur à passage unique en ligne droite, parce qu'il est clair que même si, à de grandes vi- tesses de gaz ou avec des catalyseurs spécialement dosés et stabilisés, le pourcentage de conversion peut être au-dessous de la limite économique, cela n'a pas d'importance dans des systèmes de convertisseurs de la présente invention puisque la matière qui n'a pas réagi est,

   naturellement après un ajus- tement convenable de la concentration des matières réactives, remise en circulation et qu'il est ainsi possible de faire 

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 usage d'énormes vitesses de gaz ce qui, naturellement,si- gnifie de gros rendements sans aucun sacrifice dans le ren- de-ment en pourcentage, ou avec un sacrifice assez faible pour être, économiquement, sans importance. 



   Les principes de remise en circulation qui forment la caractéristique principale des convertisseurs de la pré- sente invention peuvent être appliqués avec ou sans sépara- tion partielle ou complète du produit final avant la remise en circulation des gaz. La nécessité de séparer le produit final avant la remise en circulation dépend principalement de la nature de la réaction. Ainsi, dans bien des réactions, telles par exemple que certaines oxydations organiques, le produit final peut être plus stable que les matières initia- les. Un exemple de ce type de réaction est la production d'anhydride phtalique, en partant de naphtaline, au moyen de catalyseurs bien stabilisés. Dans des cas de-ce genre, il n'est pas nécessaire de séparer tout le produit car il ne subit pas de perte notable dans la remise en circulation. 



   Dans d'autres réactions, telles qu'un nombre de réductions organiques et de réactions très sensibles, comme certaines cydations, le produit final peut être relativement instable à haute température,   ou   peut être relativement aisément at- taqué par les constituants des gaz réactifs. Dans des cas de ce genre, il est nécessaire de séparer sensiblement tout le produit' final avant la remise en circulation. Toutefois, pour plus de simplicité, la plupart des aessins ci-joints représenteront des systèmes dans lesquels le produit final n'est pas séparé. Il va, bien entendu, sans dire que les sys- tèmes séparateurs, tels que ceux représentés aux Figs. 27 et 
28, peuvent être utilisés chaque fois qu'on le trouve désira- ble, ou qu'on peut leur substituer tout autre type de système convenable. 



   Il n'est aucunement nécessaire de remettre en circula- 

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 tion la totalité, ou même une, majeure partie, des gaz. et l'un des avantages de l'invention réside dans le fait qu'on peut l'appliquer à des types convenables de convertisseurs puissam- ment refroidis par gaz, comme soupape de sûreté ou   oomme   moyen de combattre des augmentations soudaines dans la tem- pérature de réaction, qui sont inévitables dans bien des ré- actions.

   La décision quant à la proportion de gaz de réaction qui sera normalement remise en circulation doit, dans chaque      cas,   dépendre   de l'opération particulière à laquelle an a af- faire et l'invention comprend des systèmes dans lesquels les gaz remis en circulation constituent une majeure partie,, ou une petite partie, du flux total de   gaz.   



   Des convertisseurs à refroidissement automatique par gaz, avec flux d'échange de chaleur à double contre-courant sont les types préférés auxquels la présente invention est applicables mais il reste entendu que   l'on   peut faire usage d'autres types de convertisseurs puissamment refroidis par gaz, tels par exemple que ceux représentés à la Fig. 10, à la Fig. 12, à la Fig. 15, etc..., et l'invention, sous ses   aspects plus   généraux, peut par conséquent être appliquée à tout convertisseur, refroidi par gaz, ayant une puissance de refroidissement convenable. 



   Bien qu'on puisse s'en reposer sur une remise en cir- culation pour contrôler des réactions même fortement exother- miques, elle n'assure cependant pas, bien entendu, une tempé- rature uniforme dans tout le convertisseur, mais agit comme un contrôle de la chaleur totale dégagée. Des convertisseurs à refroidissement automatique par gaz avec échange de chaleur à double contre-courant, en particulier lorsque les éléments refroidisseurs sont très rapprochés et quand des effets de refroidissement inégaux, tels que. ceux dus à l'enveloppe du convertisseur, sont dûment compensés, produisent une tempé- rature remarquablement uniforme dans toute la couche de 

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 catalyseur avec laquelle ils sont associés.

   Néanmoins, pour certaines réactions sensibles ou fortement exothermiques, il y a encore quelque danger de formation de points chauds lo- caux. On peut éviter presque complètement ce danger en fai- sant usage de moyens égalisateurs de   température   auxiliaires qui constituent la seconde caractéristique de l'invention. 



  Ces moyens peuvent consister en des corps tels que aes tiges métalliques de haute conductibilité thermique dispersées dans toute la masse de contact et disposées, de préférence, verti- calement afin d'effectuer une égalisation de température ver- ticale; ou bien ils peuvent consister en des réciplents   rein-   plis de liquides ayant une haute conductibilité thermique, tels par exemple que certains métaux et alliages, ou, fina- lement, ces récipients peuvent être remplis de liquides qui bouillent aux températures de réaction, ou aux environs de celles-ci, ou qui bouillent à un certain degré au-dessus des températures de réaction,

   de façon à agir comme une soupape de sûreté lorsque la réaction menace de devenir incontrôlable' Ces moyens égalisateurs de température peuvent être des gen- res les plus variés et peuvent être convenablement disposés par rapport aux éléments échangeurs de chaleur refroiais par gaz-, comme cela est représenté dans certains des aessins ci- joints.

   Lorsque la conductibilité de ces moyens égalisateurs de température auxiliaires est très élevée, et plus particu- lièrement quand on fait usage de récipients contenant des liquides qui bouillent à la température de réaction ou aux environs de celle-ci, une partie de la chaleur dégagée par la réaction peut être enlevée par lesdits moyens lorsqu'on soumet une partie de ceux-ci, et en particulier, dans le cas de ceux contenant des'liquides bouillants, les espaces à va- peurs, à un refroidissement auxiliaire au moyen, par exemple, d'un vent d'air ou de gaz froid.

   Toutefois, dans tous les cas, les moyens auxiliaires servent à égaliser la température à 

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 l'intérieur de la   z.one   refroidie par gaz. et sont importants dans bien des réactions pour lesquelles les sys.tèmes de con- vertisseurs de la présente. invention conviennent bien. 



   Dans certaines réactions,¯spécialement des réductions, où il est nécessaire de remettre en circulation mais ou la chaleur dégagée n'est pas excessive, il peut être désirable de prévoir un refroidissement par gaz ou'un refroidissement par des moyens égalisateurs de température pour une portion seulement du catalyseur, soit en ne noyant que partiellement dans la couche de catalyseur les échangeurs de chaleur re- froidis par gaz, ou en prévoyant des couches supplémentaires non refroidies, ou par toute autre méthode convenable et il va sans dire que de tels systèmes de convertisseurs rentrent dans le cadre de la présente invention et sont d'importance dans certaines des applications de celle-ci. 



   La plupart des figures des dessins   représentent   un convertisseur unique; mais il est avantageux dans certaines réactions, spécialement des réactions qui procèdent par éta- ges, d'utiliser deux ou plus de deux convertisseurs en série comme cela est représenté, par exemple* à la Fig. 28, et cette modification des principes de   remise   en circulation de la pré- sente invention est comprise dans le- cadre de celle-ci et est de grande importance pour certaines réactions. 



   Des systèmes de convertisseurs réalisant les principes de l'invention sont applicables aux types les plus variés d'o- xydations organiques telles que : 
1- Réactions dans lesquelles, on obtient un produit d'o- xydation intermédiaire.- L'oxydation de benzol, toluol, phé- nol, phénols de goudron ou furfurol et autres composés conte- nant le groupement   -CH2-CH@CH-CH2-   en acide maléique et acide   fumarique   ou acide mésotartrique; crésol en aldéhyde salicy- lique et acide salicylique; toluol et les divers toluols substitués halogénés et nitrés, en les aldéhydes et acides 

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 correspondants; xylènes, pseudocumène,   mésitylène,   paracymène et autres dérivés en les aldéhydes et acides correspondants;

   naphtaline en naphtaquinone, anhydride phtalique et acide ma- laïqueanhydride phtalique en acide maléique et acide fuma- rique ; anthracène en anthraquinone; phénanthrène en phénan- thraquinone, acide diphénique, anhydride phtalique et acide maléique; acénaphtène en acénaphtylène, acénaphtaquinone, bisacénaphytylidènedione, acide naphtaldéhyaique,   anhydriue   naphtalique et acide hémimellithique;   fluorène   en fluorénone;   eugénol   et isoeugénol en vanilline et acide vanillique; al- cool méthylique et méthane en aldéhyde formique; alcool éthy- lique en acide acétique; chlorhydrine d'éthylène en acide chloracétique, etc... 



   2- Réactions dans lesquelles une impureté qu'on ne désire pas est brûlée, telles que l'épuration   d'anthracnes,   bruts de divers degrés   d'impureté   avec combustion totale de   carbazol,   d'huiles sans emploi et, dans certains cas, de phé- nanthrène ; l'épuration de naphtalines brutes et   d'hydrocar-   bures mononucléaires bruts, comme les benzols, etc...; l'épu- ration   dammoniaque   provenant de goudron de houille avec combustion des impuretés organiques telles que les corps phénoliques présents, etc... 



   3- Oxydation ae mélanges de composés organiques en produits intermédiaires désirés avec enlèvement d'impuretés, par   exemple. :   l'oxydation d'anthracènes bruts, phénanthrènes   bruts,,etc..   en produits intermédiaires tels qu'anthraquinone,   phénanthraquinone,   acide diphénique, anhydride phtalique, etc....-, avec enlèvement concomitant de carbazol et d'huiles sans emploi par combustion totale ; l'oxydation d'acides de goudron bruts en acides   malé.ique   et   fumarique   avec   cowbus-   tion de certaines impuretés,   etc...   



   Des réductions et hydrogénations telles que la réduc- tion de. composés nitrés, par exemple: nitro-benzine, dini- 

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   trobenzine,   nitrophénol,   nitronaphtaline   et leurs homologues, en les amines correspondantes ou les amines hydrogénées cor-   respondantes;   la réduction.d'aldéhydes et kétones en alcools, 
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 par exemple: aldéhyde benzylique en alcool benzylique, alda- hyde acétique en alcool éthylique,. aldéhyde crotonique en l'alcool butylique correspondante e.tc....,.; la réduction d'o- xydes de. carbone en méthanol, m&thane,aléoals, plus éle-vés et kétones ou produits ressemblant aw pétrole.; 1*hydragénatian de composés aromatiques en composés 41icycliques, par exemple:

   benzine en cyclohexane, naphtaline en tétraline ou dé.caline., anthracène en anthracènes hydrogénés, phénol en cyclohexanol, 
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 acétylène en éthyléne et éthane, etc.., acides polybasïque-a en "esters", ou éthers salins, intérie.urs, par exemple: anhy- dride phtalique en phtalide, acide. camphor.:h.qt1e. en campholide,   etc... ;   la réduction de composés   hétérocycliques   contenant de l'azote en amines aliphatiques, par exemple; pyridine en   amylamine.,   sont également   d'importance.   



   En plus des réactions dans lesquelles une matière brute plus ou moins homogène est réduite, certains mélanges de matières brutes peuvent être 'effectivement réduits avec ou sans la présence de   gaz.   réducteurs supplémentaires.. Ainsi, par exemple, des oxydes de carbone peuvent être réduits en présence des vapeurs de bien des composés organiques. Ils 
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 peuvent, par exemple, être réduits en présence. d"Yydrocar.- bures aliphatiques tels que paraffines, oléfines, acétylènes, hydrocarbures ayant la formule anH2n-4, on.2n-6 , etc...

   L'hy-   arogène   peut être présent ou absent et la classe de produits obtenus, tels que mélanges de composés oxygénés ou, dans bien des cas, huiles qui par leur nature-sont d'une   fagon   prédominante des hydrocarbures, variera avec la quantité des ingrédients réactifs et avec les masses de contact et les conditions de réaction dont il est fait usage, et   l'invention   présente cet avantage que ces nouvelles réductions combinées 

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   peuve.nt   'être effectuées dans le sens désiré, avec une grande efficacité, par l'incorporation d.e promoteurs de stacilisa- teurs, ou de stabilisateurs, convenables dans les masses de contact. 



   Une autre classe de réactions combinées consiste en la réduction d'oxydes de. carbone avec ou sans hydrogène en présence de vapeurs d'alcools aliphatiques tels que les al- cools paraffiniques ayant la formule CnH2n+1OH, au les alcools non saturés ayant la formule CnH2n-1OH, ou CnH2n-3OH,etc... 



  Des alcools polyvalents,   comme .le   glycol, le glycérol, etc.., peuvent   être   réduits en combinaison avec des   oxyaes   de car- bone, avec ou sans hydrogène. 



   Des produits d'oxydation d'alcools, tels par exemple qu'aldéhydes saturées ou non saturées et kétones, ou des pro- duits d'oxydation d'alcools polyvalents tels qu'aldéhydes glycoliques, glyoxal, acide glyoxylique, acide oxalique, etc.. peuvent être utilisés pour des réductions en phase vapeur en présence d'oxydes de carbone et d'hydrogène. Des produits d'oxydation d'alcools trivalents et d'alcools isomères diva- lents peuvent également être employés, bien entendu seulement lorsqu'il est possible d'obtenir les vapeurs des composés sans décomposition qu'on. ne désire pas. 



   Les acides aliphatiques forment une autre classe im-   portante.   de composés que l'on peut réduire en combinaison avec des oxydes de carbone. Cesaciaes comprennent des acides gras,   6xacides,   lactones, acides polybasiques, acides de ké- tones, etc.. D'autres divers composés aliphatiques de carbo- nyle tels que les alcools d'aldéhydes, les dikétones, les trikétones, les kétones   d'oxyméthylène,   les aldéhydes de ké- tones, les alcools de   kétones,   etc..., peuvent également être combinés avec des oxydes de carbone etréduits en pré- sence des masses de contact décrites ci-dessus pour former bien des produits ae valeur. 

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   En plus des composés de la série aliphatique qui peu- vent être réduits avec des oxydes de carbone, divers composés de la série alicyclique, tels par exemple que des composés alicycliques comme les   cycloparaffines,   les   cyclooléfines,   les cyclodiofines, peuvent être combinés avec des oxydes de carbone et réduits. Des exemples de corps spécifiques de cet- te classe sont le cyclohexane, le cyclopentadiène, le dicyclo- pentadiène, etc..

   Naturellement, des -composés alicycliques de carbonyle comme le   cyclohexanal,   la cyclohexanone, etc.., peuvent être utilisés, étant entendu à cet égard, et dans tout le présent mémoire, que tous composés contenant le. grou- pe CO, peu importe que l'oxygène soit uni   au:   carbone par une liaison simple ou double, sont compria sous. la désignation de composés de carbonyle. 



   Des composés aromatiques tels que les hydrocarbures benzéniques, les naphtalines, les anthracènes, les phénanthrè. nes, les phénols, les alcools aromatiques, les aldéhydes, les kétones et les acides peuvent être réduits en présence d'oxy- des de carbone et   d'hydrogène,   bien entendu en tant seulement que les produits sont capables de volatilisation sans décompo- sition qu'on ne désire pas. 



   Des composés hétérocycliques, comme. les' produits con- tenant le noyau furfurane, les   caxps   pyrroliques, les pyrro-   liciines,   etc..,peuvent être réduits avec des oxydes de car- bone. 



     Il'invention   peut également être appliquée à d'autres réactions organiques en phase vapeur telles que la décompo- sition d'anhydride carbonique, par exemple, la transformation d'acides polycarboxyliques ou   de.   leurs anhydrides en acides, monocarboxyliques, comme par exemple la production d'acide 'benzoïque en partant d'anhydride phtalique. D,es déshydrata- tions de tous genres, comme la production d'éthers ou d'hy- drocarbures non saturés en partant d'alcools,, par   exemple- : ,   

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 d'éthylène en partant d'alcool éthylique, peuvent être effec- tivement accomplies. 



   Un grand nombre de réactions impliquant des associa- tions moléculaires   comme   les polymérisations et les cenden- sations par exemple, ce que l'on appelle les aldelisations et crotonisations d'aldéhydes, etc..., constituent un champ important de réactions catalytiques auxquelles l'invention   convie,nt   bien. Les halogénations catalytiques de composés or- ganiques forment un autre champ dans lequel on peut faire ef- ficacement usage de   l' invention.   Les "estérifications" cata- lytiques forment une catégorie de réactions dans lesquelles un contact long et répété avec le catalyseur est important et peut être effectivement réalisé au moyen de convertisseurs de la présente   i nvention.   



   Dans le champ catalytique inorganique, la synthèse d'ammoniaque et l'oxydation d'ammoniaque en oxyaes d'azote sont effectivement accomplies dans des systèmes de conver- tisseurs présentant les caractéristiques de contrôle ae tem- pérature. de la présente invention et, en particulier, des convertisseurs pourvus d'un refrciaissement automatique par   gaz.,   parce qu'un avantage de ce type de construction est que les éléments échangeurs de chaleur n'ont pas à être étunches aux gaz, ce qui fait que ce type de convertisseur se prête à un travail sous des pressions extrêmement   élevées   comme, par exemple,   la,,synthèse     d'ammoniaque   sous haute pression, les réductions et hydrogénations organiques comme la réduction d'oxydes de carbone, etc...

   On peut également produire cata- lytiquement de l'acide cyanhydrique, en partant d' oxyae de ,carbone et d'ammonique, dans des systèmes de convertisseurs d.e l'invention et le 'contrôle de température, efficace et simple, qu'ils assurent est d'importance en ce sens qu'il amélfore les produits et augmente les rendements dans cette réaction. D'autres réactions que l'on peut effectivement 

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 accomplir dans. des convertisseurs de l'invention sont l'oxy- dation catalytique d'anhydride sulfureux en anhydride sulfu-   rique,   le procédé catalytique de fabrication de gaz à l'eau et l'épuration catalytique de gaz. 



   On a énuméré ci-dessus nombre de réactions catalytiques représentatives; mais il va sans dire que les systèmes de convertisseurs de l'invention ne sont aucunement limités aux réactions énumérées simplement à titre d'exemples. Au con- traire, ces convertisseurs sont applicables à toute réaction catalytique en phase vapeur, soit exothermique ou endother-   Inique,   car bien que, peut-être, le champ futilité le plus important et le plus remarquable de l'invention se trouve dans la classe de réactions qui sont fortement exothermiques;

   il est également nécessaire, dans bien des réactions endo- thermiques, d'effectuer un contrôle sur de la température et d'avoir une maîtrise exacte du procédé, et un contrôle pré- cis des ingrédients réactifs et des périodes de contact avec le catalyseur, ce qui est un facteur   aistinctif   de la présen- te invention. 



   On .va décrire   1 invention -plus   en détail en regard des dessins ci-joints, qui représentant certaines installa- tions typiques mais ne limitent point le champ de   1''invention   aux caractéristiques qui y sont   exposées.     Ces   dessins sont pour la majeure partie tout à fait schématiques car la struc- ture précise et les accessoires ne font, bien entendu, pas partie de l'invention.

   C'est ainsi, par exemple, que des convertisseurs sont représentés sans calorifuge tandis que, dans la pratique, ces convertisseurs sont entièrement calo-   rifugés;   mais cette caractéristique n'a aucune portée sur l'invention et tous les détails de construction, bien connus,   ,   de ce genre qui ne sont pas utiles à la compréhension des   caractéristiques   de   1*invention   ont été omis des dessina pour plus de simplicité; néanmoins il sera naturellement fait usage par l'ingénieur chimiste averti, dans des instal- 

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 lations incorporant les principes de l'invention, ue tous les détails de construction convenables ou nécessaires. 



   Sur les dessins: 
Fig. 1 est une coupe verticale à travers un type sim- ple de convertisseur automatique refroidi pur gaz, pourvu de couches supplémentaires, non refroidies, ae catalyseur; 
Fig. 2 est une coupe verticale à travers un conver- tisseur automatique refroidi par gaz, pourvu de moyens éga- lisateurs de température auxiliaires;   Fig. 5   est une coupe horizontale suivant 3-3, Fig.   2;   
Fig. 4 est une coupe verticale à travers un conver- tisseur refroidi par gaz., inversé, pourvu de moyens égali- sateurs de température auxiliaires ; 
Fig. 5 est une coupe verticale à travers un conver- tisseur automatique refroidi par gaz, pourvu de moyens éga- lisateurs de température auxiliaires, d'un échangeur ae cha- leur interne et d'un refroidisseur dans la conduite de remise en circulation;

   
Fig. 6 est une coupe verticale à travers un denver- tisseur automatique refroidi par gaz, pourvu de moyens éga- lisateurs de température auxiliaires et d'une introduction de gaz directe, auxiliaire; 
Fige. 7 et 8 sont des détails ue variantes de moyens égalisateurs de température auxiliaires ;   Fig.   est une coupe verticale à travers un conver- tisseur automatique refroidi par gaz, pourvu de moyens éga- lisateurs de température auxiliaires et d'échangeurs de cha- leur   compound;   
Fig. 10 est une coupe verticale à travers un   conver-   tisseur annulaire pourvu de moyens égalisateurs ae   tempéra-   ture auxiliaires; 
Fig. Il est une coupe horizontale suivant 11-11, Fig. 



  10 ; 

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Fige 12 est une coupe à travers un convertisseur semi- automatique, refroidi par gaz, pourvu de moyens égalisateurs de température auxiliaires;. 



   Fige. 13 et 14 sont des coupes verticale et   horizon-   tale à travers les moyens égalisateurs de température repré- sentés à la Fig. 12; 
Fig 15 est une coupe verticale à travers une disposi- tion différente de convertisseur automatique, refroidi par gaz, avec moyens égalisateurs de température auxiliaires; 
Fig. 16 est une coupe verticale d'un convertisseur du type de celui représenté à la Fig. 15, pourvu d'une in- troduction de gaz., directe; 
Fig. 17 est une coupe verticale d'un convertisseur du type de celui représenté à la Fig. 15, mais pourvu d'un dispositif indépendant de refroidissement des moyens égali- sateurs de température;

   
Fig. 18 est une coupe verticale d'un convertisseur du type Tentelew, modifié, inversé, pourvu de moyens, égali- sateurs de   température   
Figs. 19 et 20 sont des détails en coupes verticale et horizontale, à travers les tubes contenant le catalyseur et les éléments égalisateurs de température;   Fig.   21 est une coupe verticale d'un convertisseur automatique pourvu d'éléments échangeurs de chaleur annulai- res et de moyens égalisateurs de   tempe-rature;   
Figs. 22 et 23 sont des coupes horiz,ontales suivant 22-22 et 23-23, respectivement, Fig. 21;   Fig.   24 est une coupe verticale d'un convertisseur automatique annulaire, refroidi par gaz, semblable à celui représenté à la   Fig.   21, mais pourvu d'une introduction de gaz directe;

   
Figs. 25 et 26 sont des coupes horizontales suivant 
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 25-25 et ì6-26; Fig. 24; Fig. 27 est une coupe d'un convertisseur automatique, 

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 refroidi par gaz, avec un système de remise en circulation en circuit fermé contenant des moyens pour enlever les pro- duits de réaction;   Fig.   28 est une coupe d'un système de convertisseurs, représentant deux convertisseurs automatiques, refroidis par   gaz.,   en série et un système de remise en circulation pourvu de moyens pour condenser les produits de réaction   liquiaes.   



   A la Fig. l, on a représenté un convertisseur   automa-   tique simple, refroidi par gaz, avec remise en circulation; Le convertisseur consiste en une. enveloppe 1, un aessus 3, un   fond 4,'une   entrée de gaz 5, pourvue d'une valve, une plaque supérieure perforée 2 et un tamis 28 sur lequel une couche de catalyseur est placée. Dans le catalyseur sont noyés des tubes 11, fermés à un bout, qui peuvent être pour- vus de perforations à leurs extrémités supérieures ouvertes qui s'élèvent au-dessus de la surface du catalyseur. Des tu- bes 9, ouverts aux deux bouts, pendent de la plaque perforée 7 dans les tubes 11, s'étendent pratiquementjusqu'au fonc de ceux-ci et sont de préférence pourvus ae perforations à leurs extrémités inférieures.

   La plaque 7 est également pour- vue de trous de chargement fermés par aes bouchons 17 et il est également prévu des tubes de chargement   de   catalyseur, 16, des tubes de déchargement, 18, et un collecteur auxi- liaire d'introduction de gaz, 15. Des chicanes 32 sont pla- oies dans la partie supérieure du convertisseur,   au-uessus        de la plaque 7. Deux couches de catalyseur non refroidies, 46, supportées par des tamis, sont disposées au-dessous de la couche de catalyseur refroidie et des chicanes 47 sont situées centralement entre le tamis 28 et la première couche non refroidie, ainsi qu.'entre les deux couches non refroioies. 



  Un tuyau d'échappement 6 part de la partie inférieure au convertisseur et un tuyau de branchement 48, contrôlé par une valve 49, se relie au tuyau d'échappement et va à une chambre de mélange, 50, qui est pourvue d'un tuyau d'intro- 

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 duction 51, muni d'une valve, et se   relie-,   par son extrémité supérieure, avec l'aspiration 52 d'un ventilateur qui refoule, par un   tuyau.'54   contrôlé par une valve 53, dada la partie su- périeure du convertisseur. Les températures dans les couches de catalyseur refroidies peuvent être mesurées par tout moye.n convenable tel, par exemple, qu'un élément thermoélectrique comme cela est indiqué en 30.

   Dans le fonctionnement, les gaz réactifs pénètrent par le tuyau 5., sont intimement mé- langés par les chicanes 52 puis descendent par les tubes 9, en relation indirecte d'échange de chaleur avec le aataly- seur, renversent leur flux au bas des tubes et s'élèvent à travers l'espace annulaire existant entre les tubes 9 et les tubes 11, les   gaz.   se trotvantau cours de ce parcours ascen- dant, en relation directe d'échange de chaleur avec le cata- lyseur et avec les   gaz.   arrivant par les tubes 9. Après être sortis du haut des tubes 11, les gaz peuvent renverser leur flux et descendent à travers, la couche de catalyseur refroi- die, puis à travers les couches non refroidies 46, et   sor-   tent par le tuyau 6.

   Une partie des gaz. ayant réagi s.ont re- mis en circulation en passant par le tuyau 48,la chambre. de mélange 50, où des constituants de réaction additionnels peuvent être introduits par le tuyau 51 et, de. là; ils sont refoulés par le ventilateur, à travers le tuyau 54, dans la partie supérieure du convertisseur où ils se mélangent avec les gaz réactifs frais. la proportion de gaz  remis. en cir-   culation   dépend du réglage des valves 49 et 53 et les réac- tions peuvent être contrôlées soit comme. une mesure d'urgence. ou régulièrement par un réglage convenable des valves, ré- glage qui peut se faire à la main ou. être automatique. 



   Figs. 2 et 3 représentent un convertisseur similaire à celui représenté à la Fig. 1, mais pourvu de moyens égali- sateurs de chaleur auxiliaires et d'un contrôle eutomatique de la remise en circulation. Les mêmes parties portent les 

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 mêmes chiffres de référence. Les éléments échangeurs de cha- leur à double contre-courant, noyés clans le catalyseur,sont tous désignés de la   même   façon que ceux de Fig. 1, mais sont pourvus de bouchons   à¯orifices,   56, possédant des trous de grosseurs, variées permettant à une proportion relativement plus grande de gaz de passer à travers les éléments échan-   geurs   de chaleur plus centraux pour compenser le facteur de refroidissement de l'enveloppe du convertisseur.

   Le plus, des éléments égalisateurs de chaleur, 55, sont noyés dans le catalyseur, entre les échangeurs de chaleur à double con- tre-courant, et ces éléments peuvent 'être de toute construc- tion convenable. et sont représentés, pour plus de simplicité, sous la   forme   de chambres closes contenant aes liquiaes de haute conductibilité thermique, ou capables de bouillir à la température. de réaction. Des exemples de liquides de ce genre sont le mercure, les alliages de mercure ou d'autres métaux ou alliages métalliques. 



   Le fonctionnement, du convertisseur est similaire à celui   de- Fig.   1 avec, naturellement, l'uniformité addition- nellement améliorée de température réalisée par les moyens égalisateurs 55. La remise en circulation est effectuée comme à la Fig. 1, mais est représentée comme réglée auto- matiquement par la température. En plus des éléments thermo- électriques   r-éguliers,   30, un élément thermoélectrique sup- plémentairé, 58, est placé dans un puits convenable, en re- lation d'échange   de.   chaleur avec le catalyseur, et actionne   la:     valve,53   par l'intermédiaire d'un relais convenable 57. 



  La quantité de. gaz. remise en circulation, qui,est bien en- tendu déterminée par l'ajustement de la valve 53, varie par conséquent avec la température dans le catalyseur et tout accroissement brusque pouvant se produire dans la température, par-exemple. dans. des réactions sensibles et fortement exother- miques, aura immédiatement pour résultat la remise en circula- 

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 EMI19.1 
 tion d'une. quantité de gaz qui antr51ea pnomotement la ru- ac.ti.cn", Le convertisseur représenta à la Fig 2 diffère. légè- rainant, comme constiuctLon* de celui de àlig,'1 én ce sens! qu'il est pourvu, par exemple,,   d'un   tuyau d'introduction de gaz, 59, contrôlé par la valve 58 et pénétrant dans le. tuyau 
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 ! comme le fait le tuyau de remise en alr-oulation 54.

   Cette construction effectue un mélange. wipeu meilleur- ,de. gaz, frais et de. gaz- remis en circulation q#"a. la. Fig, l., Du iiotera également que le c.onvertàaaÈQE' et- ecés¯e.nté somme C:o.r!sti.- tué par un certain nombre de   couronnes   ou anneaux d'enve- loppe. On fait faire usage d'une   construction   convenable 
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 quelconqze et cette variante.est simplement il1uatrtva-. du fait que l'on peut faire. varier la coristri2etIon Bléoani- que du convertisseur dans de larges limites>, comme la come prendra 1''ingénieur- cihimiata.. '   ..-,.'- Le convertisseur de Figs*.

   S et z aonrient, natuè)1>- ment, pour des. réactions plus fortement exothermiques que celles rutulles. est destiné ealtri de F'... 1. *t on peut, par exemple%, en àire usage pour des ozda-tioca oJ!gait1iques. fortement exotnermiques te.l.es.x, paK-e;x:ejnpl&y 'tta l'oxydation' de naphtaline en anhyclrida phtaligue au t.u,t.u.tr:e.des. ré- actions énumérées dans 1>introdudtion du présent mémoire Un contrôle très uniforme de température est   effectua.   comma à la Fig. l, car l'effet refroidisseur de' l'échange   de.   cha- 
 EMI19.4 
 leur à double- czontre-courant augmenta ddeeete ûiellt7 comme ira vitesse des gaz réactifs et, dans de- larges   limites,-   la chaleur. dégagée dans la réaction es-t directement proportion- nelle à la quantité de gaz réactifs passant à travers..

   Ces constructions d'échangeurs de chaleur à double,   contre-cou-     rant,  avec leur transfert de chaleur extrêmement élevée ont 
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 par conséquent pour résultat une température parfaitement uniforme avec de larges   variations   de. vitesse de gaz réac- tifs, et peuvent être convenablement considérées comme ayant 

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 pour résultat un contrôle automatique ae température, ce qui a une. grande importance à l'égard de la remise en circulation qui constitue la caractéristique principale de l'invention. 



     Fig. 4   représente un convertisseur inversé, de cons- truction similaire à celle représentée aux Figs. 2 et 3. Tou- tefois, dans cette construction, les tubes 11 doivent, natu- reliement,   .âtre   supportés et sont, pour plus de   commodité,   représentés comme reposant sur le tamis à catalyseur 28. 



  Ce. tte figure représente également une modification importante des moyens égalisateurs de température auxiliaires. Ces corps peuvent s'étendre au-dessus ou au-dessous des catalyseurs ; sur le dessin, ils sont représentés   comme   s'étendant partie au-dessus et partie au-dessous.

   On obtient par cela même un contrôle plus uniforme car les éléments. égalisateurs de tem- pérature sont exposés soit aux gaz- ayant réagi ou aux gaz arrivants et sont, par conséquent, refroidis ou chauffés par ceux-ci et, puisqu'ils transmettent leur chaleur verticale- ment, on obtient une température. plus uniforme, ce qui est avantageux* Il est naturellement clair que, bien que la fi- gure montre plusieurs, façons de disposer les éléments éga- lisateurs de température, une installation particulière ne présentera, dans la pratique, qu'une seule disposition de ces éléments, quoique l'invention ne soit nullement lintitée à une telle construction. 



   Fig. 5 représente un type quelque peu modifié du con- vertisseur représenté à la Fig. 2. Les mêmes parties sont désignées par les mêmes chiffres de référence. Dans le con- vertisseur de Fig. 5, les éléments échangeurs de chaleur. à double contre-courant   s'étendant   au-dessous du tamis 28, sup- portant le catalyseur, dans une partie inférieure agrandie   du,-convertisseur.   Les chicanes 33 transforment cette chambre en un échangeur de chaleur, de sorte. que la température des gaz   circulant   dans   les,   éléments échangeurs de.

   chaleur à dou- 

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 ble contre-courant est modifiée- par contact avec les gaz d'é-   chappement.   Une caractéristique additionnelle est représentée sous la forme d'un   moyen¯refroidisseur   consistant en un tuyau cannelé ou pourvu d'allettes   75,   qui se Relie au tuyau 54      par les tuyaux 73 et   77,   contrôlés par les valves 74 et   76,   respectivement. La valve 53 est placée entre les points ou. les tuyaux 73 et 77 se joignant au tuyau 54- Des mayens in- troducteurs de gaz frais, sont constitués par le, tuyau 71 qui pénètre dans le. tuyau 5 et est contrôlé par la valve   72. Une   valve   70   contrôle l'introduction directe, de gaz dans le tuyau 5.

   Les éléments échangeurs de chaleur à double contre- courant sont pourvus de bouchons à orifices 56, comme à la Fige 2. 



   Le fonctionnement de ce système déconvertisseur est le même que celui du convertisseur de. Fig.   @@   mais on peut faire passer une partie désirée quelconque des   gaz   remis en circulation dans 'le refroidisseur 75 pour réduire leur tem- pérature. Cela est d'importance dans bien-dès oxydations or- ganiques au la chaleur dégagée est si   élevée   que. la capacité calorifique des gaz, remis en cirqulation, refroidis est es- sentielle au maintien   d'une   uniformité de température..

   Ce type de convertisseur est également d'importance dans de,s r.éactions d.ans lesquelles. il est désirable de refroidir le produit final après qu'il a quitté le catalyseur., ce qui est effectué, bie.n entendu, par les prolongements des éléments échangeurs de chaleur à double contre-courant.- 
Fig. 6 représente un convertisseur avec introduction auxiliaire de gaz directement dans la chambre à catalyseur sans passer par les échangeurs de chaleur à double contre- courant. Dans ce convertisseur, des gaz frais sont introduits, normalement, dans le tuyau 54 par le tuyau 61 contrôlé par la valve 62, ou peuvent passer directement par la valve 60.   Cela,   naturellement, est en plus des possibilités d'introduction par le tuyau 51.

   Les gaz remis en circulation circulent dans 

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 les échangeurs de chaleur à double contre-courant, comme dans les dispositifs des figures précédentes, mais des moyens sont également prévus pour introduire directement des gaz dans la chambre à catalyseur sans passer par les échangeurs de cha- leur. Ces moyens consistent en une plaque perforée distincte, 2, située au-dessus de la plaque régulière 2 et pourvue de tubes 27 qui passent à travers la tôle 7. sont perforés à leur partie inférieure et-sont pourvus de plaques amovibles 58 qui empêchent les courants de gaz de frapper directement aux le catalyseur et les obligent à sortir par les perfora- tions et à se mélanger avec les gaz, remis en circulation et frais, qui ont passé dans les échangeurs de chaleur à contre- courant.

   Ce gaz frais auxiliaire est introduit par le   tuyau ,-'5   et il est distribué par les chicanes 26. L'introduction peut être con.tinue, ou bien on peut n'en faire usage que comme mesure d'urgence pour contrôler toute élévation excessive de température. Le fonctionnement du convertisseur est, na- turellement, le même que celui des convertisseurs représen- tés aux figures précédentes et les corps égalisateurs ae tem- pérature, 55, jouent le même rôle. Ce aonvertisseur montre également l'application de tubes 9 à extrémités inférieures perforées, qui permettent une sortie de   gaz   plus graduelle et empêchent un refroidissement excessif des parties infé- rieures des tubes à extrémité close 11, ce qui emmmpêche la formation de. points froids dans le catalyseur.

   L'un des tu- bes 11 est également représenté fermé en hautet pourvu ae perforations 64 au-dessous du niveau du catalyseur, afin d'in- troduire les gaz plus uniformément, ce qui est avantageux dans certaines réactions et empêche qu'un pourcentage   exces-   sif de la. réaction se.,produise dans toute une petite zone de catalyseur. On notera que l'on peut enlever les obturateurs 38 destubes 27 et fair.e usage de ces derniers pour remplir l'appareil de catalyseur, au lieu du tuyau 16. On peut obtenir par cette. méthode une distribution un peu plus uniforme de 

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 catalyseur et un remplissage plus   rapide, Il   est,' naturelle- ment, simple d'enlever ces obturateurs car ils sont pourvus, de crochets et on peut   les'retirer   en les sou:levant à travers les tubes 27. 



     Figs. 7   et 8 représentent des types un   peu. plus   com-.   pliqués   de moyens égalisateurs de température. A la fig. 7, le récipient ou corps, 55 est   pour.vu/d'un   tube interne.      qui ne s'étend pas tout à fait Jusqu'à la surface du liquide. et est pourvu de perforations 66 à son extrémité inférieure. 



   Cela a, naturellement, pour résultat une circulation plus rapide. de liquide car le liquide chaud en contact avec les parois du récipient s'élève et le liquide froid descend à travers le tuyau 65.Fige 8 représente une construction un peu plus compliquée constituée par un élément   aimilaire   à   ce-   lui représenté à la   Fig. 7   entouré d'une chemise   67   remplie   d'un   liquide   68   qui, naturellement,aura de préférence. un point d'ébullition suffisamment élevé pour assurer   qu*il   res- te à l'état liquide durant la réaction. Cette dernière cons- truction présente un avantage   lorsquon   fait usage de cer- tains liquides,dans le récipient interne, pour contrôler la température par ébullition.

   Certains   'de   aes Liquides, com- me le mercure, sont très coûteux et on peut effectuer une éco- nomie considérable en faisant usage d'une, chemise liquide, du métal en fusion par exemple, qui est bien mailleur marché et permet à une quantité moindre de matière coûteuse de jouer le même rôle. Il est, 'bien entendu, évident que. l'on   peut   faire usage de tout autre type convenable de moyens égalisa- teurs de. température, par exemple.-des. récipients dans les- quels une tige centrale, en métal est employée pour remplacer une partie du liquide. Il résulte de cette disposition une économie considérable dans. la quantité de   liquide,   nécessaire. 



   Il est parfois désirable. de centrer exactement le- tube   65   afin d'assurer un flux uniforme et cela peut être effectué: 

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 par des oreilles   d'espacement 156,   représentées aux Figs. 13 et 14. 



   Fig. 9 représente un convertisseur de la même concep- tion   génénie   que ceux des Figures précédentes, mais pourvu de moyens pour introduire deux gaz distincts dans les élé- ments échangeurs de chaleur.   On   y arrive en prévoyant, au- dessus de la plaque 7, une seconde plaque perforée pourvue de. tubes internes 20 qui s'adaptent à l'intérieur des tunes internes 9 et peuvent être pourvus de bouchons à orifices 56 afin de restreindre le flux à travers les tubes périphériques pour compenser l'effet de refroidissement de l'enveloppe de convertisseur. Les moyens de remise en circulation, qui sont similaires à ceux des Figures précédentes et portent les mê- mes chiffres de référence, débouchent dans le tuyau d'entrée 23 où les chicanes 32 distribuent le gaz aux divers tubes 20. 



  Des gaz frais peuvent être introduits soit dans la chambre de mélange 50 par le tuyau   51   dans le tuyau   23' par   le tuyau à valve 22, ou dans l'espace compris entre les plaques par- forées supérieure et inférieure   d'où-   les gaz descendent à tra. vers l'espace annulaire délimité par les tubes 20 et les tu- bes 9. Un des gaz peut être introduit en un endroit et un autre en un endroit différent afin d'empêcher leur mélange jusqu'à ce qu'ils aient atteint le fond des tubes fermés au bout 11. Il est désirable, dans certains cas, de maintenir les ingrédients réactifs séparés pendant un   maximum   ce temps, par   exemple,-quand   il est désirable d'empêcher une réaction prématurée.

   Les éléments égalisateurs de température 55 jouent, naturellement, le même rôle que dans les convertis- seurs des figures précédentes et l'on peut faire   fonctionner   le convertisseur comme cela a été décrit ci-dessus. 



   Figs. 10 et 11 représentent un type différent de con- vertisseur refroidi par gaz.pourvu de moyens de remise en circulation et de moyens égalisateurs de température. Ce con- vertisseur consiste en une enveloppe 1, un dessus 3, un fond 

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 une cloison supérieure annulaire   137,   une cloison infé- rieure circulaire 138, et des tamis   cylindriques   concentri- ques, 139, de retenue de catalyseur, reliant les deux cloi- sons et délimitant un espace à catalyseur annulaire. Un tuyau d'introduction de gaz, 140, pourvu d'une valve 141, descend   à   travers une ouverture centrale existant dans la cloison 
137 et est pourvu de perforations 142 à son extrémité infé- rieure qui   est à   quelque distance   au-dessus   de la cloison inférieure 158.

   Des chicanes cylindriques concentriques 143 et   144   pendent de la cloison 137 et   s'élèventde   la cloison 
138, respectivement. La chicane 144 est de préférence perfo- rée à son extrémité supérieure, comme cela est indiquée Le système de remise en circulation, qui est le même que celui. représenté dans les figures précédentes, porte les mêmes chiffres de référence et prend du gaz au tuyau d'échappement 6 pour le refouler, après ajustement convenable, de sa compo- sition, par le tuyau 53, dans l'espace supérieur existant en- tre la cloison 137 et le dessus 5   du:   convertisseur. Des gaz réactifs frais peuvent aussi être introduits par le. tuyau 140. 



  Les gaz remis en circulation descendent   à.travers   l'espace annulaire compris entre le tuyau   140   et la chicane   145   et se mélangent avec les gaz frais sortant   pas   les perforations au bas du tuyau 140. Les gaz. sont alors obligés, par les chica- nes, à s.uivre un chemin tortueux, en étant chauffés par la chaleur deschicanes et   la chaleur   rayonnant de la   star-face   in- terne de l'anneau de catalyseur, et sortent ensuite à travers ce dernier en rencontrant l'enveloppe du convertisseur où ils sont rapidement refroidis. Le parcours à travers le cataly- seur est très court et, comme la chaleur dégagée est rapide- ment cédée par le courant de gaz à 1"enveloppe du convertis- seur, un refroidissement excellent est effectué.

   Naturellement, la cloison supérieure, les chicanes et la cloison inférieure aident également à   rayonner¯de   la chaleur aux gaz.. arrivants. 



  Un contrôle supplémentaire de température est effectué par 

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 'les éléments égalisateurs de température 55 qui sont noyés dans   l'anneau- de   catalyseur et s'étendent  à   travers la cloi- son 137 où leurs espaces à vapeurs sont rencontrés par le courant des gaz remis en circulation et sont refroidis dans une mesure correspondante. Selon la nature de la réaction, le refroidissement peut être effectué principalement, par les   gaz   et secondairement par les moyens égalisateurs de tempéra- ture, ou vice versa. 



   Des convertisseurs comme ceux des Figs. 10 et 11 con- viennent pour des réactions qui se produisent avec ae courts temps de contact avec le catalyseur mais qui ne sont pas ex- cessivement exothermiques. Les réactions qui donnent un pro- duit instable peuvent aussi être effectivement accomplies puisque les produits de la réaction rencontrent immédiatement la paroi du convertisseur qui, habituellement, ne sera pas calorifugée et peut même être pourvue de puissants moyens de refroidissement auxiliaires tels qu'ailettes, courants d'air   ou   même courants d'eau' envoyés sur elle. Ainsi, les   prouuits   de la réaction sont presque immédiatement et   subitement,   re- froidis, ce qui en empêche la décomposition.

   Naturellement, dans le cas de telles réactions, on ne fera usage d' une re- mise en circulation que comme mesure d'urgence, à meins que le système de remise en circulation ne soit pourvu de moyens pour enlever les produits de réaction. 



   Fig. 12 représente un convertisseur du type fentelew      pourvu de moyens de remise en circulation et de doubles moyens égalisateurs de température dont des détails sont re- présentés aux Fige. 13 et 14 et ont été décrits ci-dessus. 



   Le convertisseur consiste en une enveloppe 1, un dessus 3, un fond 4 et une cloison perforée 145, supportant le cata- lyseur, d'où s'élèvent les tubes à catalyseurs 146 dans les- quels les moyens égalisateurs de températuxe sont montés. 



     Dans   le convertisseur Tentelew ordinaire, le refroidissement est effectué, par la grande surface de rayonnement des tubes 

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 qui cèdent leur chaleur aux gaz   arr ivants.   Cet -effet de re-   froidissement   est, naturellement,   grandement   augmenté par les éléments égalisateurs de température situés dans les tu- bes à catalyseur et ayant des espaces à vapeurs que rencon- trent les courants de gaz, frais ou remis en circulation, froids. Ce type de convertisseur n'est pas automatiquement refroidi par gaz, car le   refroidissemant;  bien   qu'il   augmente      avec une augmentation de vitesse des gaz réactifs, n'augmente pas proportionnellement à cette vitesse.

   Cependant, pour bien des réactions qui ne produisent pas des. dégagements de. chaleur extrêmes, ce typé de convertisseur est utile et   c'est   un type très économique à construire. .Le système de remise en circula- tion est   aoinme   cela sera évident, semblable à ceux re.présen- tés sur les figures précédentes et .les mêmes parties portent les mêmes chiffres de référence. 



   Fig. 15 représente un convertisseur tentelew modifié qui est transformé en un dispositif complètement automatique, refroidi par gaz, par le placement de tubes renversés 147, fermés au bout, par dessus les tubes à catalyseur. Ces tubes renversés sont pourvus de perforations 146 à leurs.   extrémités   inférieures. Les gaz arrivants sont ainsi forcés à pénétrer dans les perforations   148   et s'élèvent à travers l'espace an- nulaire délimité par les tubes à catalyseur 146 et les tubes fermés au bout   147,   puis renversent leur flux après avoir rencontré les extrémités supérieures des éléments égalisa- teurs de température e.t descendent à travers le catalyseur. 



    A   cause de ce flux positivement défini de. gaz e.t de son étroit confinement aux parois des tubes à catalyseur, le re- froidissement est entièrement automatique, comme dans le cas deFig.   1,   eten raison dufait que le   catàlyseur   est dans des tubes et que, par conséquent, le rapport de'la surface de refroidissement au volume de catalyseur est grand, l'ef- fet de refroidissement est même plus puissant qu'avec des 

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 convertisseurs du type représenté à la   Fig. 1.   La remise en circulation est, bien entendu, la même que celle représen- tée sur les figures précédentes.

   On peut faire usage de ce type de convertisseur pour la réaction la plus intensivement exothermique- et la plus délicate à catse de son puissant re- froidissement par gaz joint à l'effet de refroidissement au- xiliaire des moyens égalisateurs de température. Il va natu-   re:llement   sans dire que, dans des convertisseurs du type de celui représenté à la Fig. 15, comme dans ceux des figures précédentes, les éléments égalisateurs de température peuvent être omis lorsque l'effet refroidissement et régulateur sup-   plémentaire   qu'ils rendent possible n'est pas nécessaire. 



   Fig.. 16 représente un système convertisseur odivilé, du type de celui représenté à la fig. 15. Ce système   présente,   en plus du flux de gaz régulie.r, des moyens auxiliaires pour introduire directement des gaz réactifs dans le catalyseur, sans passer par-dessus les tubes à catalyseur. Cela est er- fectué par l'application d'une cloison perforée, 149,   aispo-   sée au-dessus des tubes   Tentelew   et reliée avec les tubes renversés 147 par des tuyaux 150, les gaz étant introduits directement par le tuyau à valve 25.

   Les moyens égalisateurs de température peuvent   être   placés comme sur la Fig. 15, dis- position qui est indiquée par les trois tubes de gauche du convertisseur; ou bien ils peuvent s'étendre en partie ou complètement à travers les tubes 150, ce qui aura pour ré-        sultat   un refroidissement auxiliaire trés efficace puisque les gaz frais, passant à travers l'étroit espace annulaire compris entre les éléments égalisateurs de température etles tubes   150   refroidiront effectivement les premiers.

   Les élé- ments égalisateurs   de-   température peuvent s'étendre tout uu long à travers le catalyseur, comme cela est représenté pour le tube- extrême de droite de la figure, ou bien ils   peu.vent     ne;   descendre   qu"en   partie à travers le catalyseur, comme cela ' 

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 est représenté par le second tube de droite. Cette dernière disposition présente l'avantage qu'un refroidissement auxi- liaire n'est appliqué- qu'à la portion de catalyseu.r que ren- contre.nt les gaz. les plus concentrés et où, par conséquent, le dégagement de chaleur est maximum.

   On peut faire usage de toute autre disposition d'éléments égalisateurs de. tem- pérature et, naturellement, dans un   convertisseur   donné quel- conque la disposition sera habituellement uniforme, plusieurs dispositions étant représentées dans un même convertisseur simplement pour montrer un certain nombre de variantes. Le système de remise en circulation   r-eprésenté   est   le,   même que celui décrit dans des exemples précédents. Naturellement, les éléments égalisateurs de température peuvent être amis, comme cela a été-mentionné à propos de la figure précédente. 



   Fig. 17 représente une autre modification de la cons- truction représentée aux figures 15 et   16.   Dans cette figure, la cloison perforée 149 existe, comme à la figure 16, et se relie aux tubes renversés 147 par les tubes 150; mais, au lieu d'introduire des   gaz.   frais additionnels par ces tubes, ceux-ci sont fermés par des boites à garniture. 151 et les éléments égalisateurs de température   s'étendent   à travers ces dernières dans un espace compris entre le dessus 3 et la cloison perforée   149.   Cet espace est pourvu d'un tuyau d'entrée 152 et d'un tuyau de sortie 153,tous deux contrô- lés par des valves convenables.

   Un courant   d'air   froid, ou de gaz froid est soufflé sur les espaces à vapeurs des éléments égalisateurs de température et il en résulte un refroidisse- ment auxiliaire remarquablement efficace qui peut, dans cer- tains cas, être plus efficace que le rafroidissement par gaz lui-même.. Naturellement, les é.léments égalisateurs de tempé- rature peuvent être de tout type voulu et être pourvus d'un liquide bouillant ou non bouillant, ou d'un solide. Toutefois, des éléments.avec un liquide bouillant sont particulièrement efficaces. 

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   Fig. 18 représente un   convertisseur   du type rentelew modifie., inversé. Dans ce convertisseur, les tubes à cataly- seur 155 pendent d'une cloison 154 placée au-dessus d'eux et ils sont pourvus d'éléments égalisateurs de   tempéra bure   amovibles 156 qui sont pourvus ae poignées de soulèvement convenables et munis d'oreilles 157 reposant sur les   boras   des tubes à catalyseur-. Leur partie inférieure passe à tra- vers le trou central des tamis 158, de retenue au catalyseur, qui sont montés au bas des tubes 155. Des détails oe cons- truction de ces éléments égalisateurs de température sont représentés aux Zigs. 19 et 20.

   Des cloisons inférieures 159 et 160 sont pourvues de.perforations et de tuyaux de comau- nication 161 tandis que des tubes 162, ouverts à leurs ex - trémités,   s'élè.vent   de la cloison 159 et s'étenaent entre les tubes à catalyseur 155. Des gaz, remis en circulation ou frais-, pénétrant par le tuyau 163 passent par les tubes 162 à la partie supérieure des tubes à catalyseur et descen- dent ensuite autour de ces derniers en rencontrant, au bas de le.ur parcours, les extrémités, inférieures des éléments égalisateurs de température qui descendent au-dessous du catalyseur, puis, renversant alors leur flux, ils s'élèvent à travers le catalyseur et sortent par le tuyau d'échappe- ment 6.

   Des gaz frais auxiliaires peuvent être introduits par le tuyau à valve 25 et, en passant par les tubes 161, rencontrent directement le catalyseur sans être forcés 4 / descendre autour des tubes à catalyseur, comme c'est le cas      pour les gaz introduits par le tuyau 153, 
Figs. 21 et 22 représentent un type de convertisseur dans lequel l'échange de chaleur à double contre-courant est effectué avec une construction un peu   différente   d'é- -lément échangeur de chaleur. Comme à la fig. 1, le conver-      tisseur consiste en une enveloppe 1, un dessus 3, un fond , un tuyau d'entrée de gaz 5, un tuyau de sortie 6 et des chi- 

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 canes distributrices 32.

   Au lieu de prévoir dans la partie supérieure du convertisseur une cloison à   laquelle,   les élé- ments échangeurs de chaleur automatiques   sont suspendus,   on obtient un effet similaire en prévoyant des anneaux, ouverts à un bout et de différentes dimensions, disposés pour s'em- 'boiter les uns dans les autres. Ainsi, des anneaux concentri- ques plus courts, 40 sont logés les uns dans les autres avec leurs extrémités closes reposant sur un support inférieur perforé 41 et des anneaux plus longs 42 sont de même logés les uns dans les autres avec leurs extrémités ouvertes, qui sont de préférence perforées, s'amboîtant dans les extrémi- tés ouvertes des anneaux 41.

   Il est, naturellement, évident que le centre des anneaux 40 est occupé par un tube   45   ou- vert à un bout et que les anneaux extérieurs, tant long que court, sont partagés par moitié e.t   utilisent   l'enveloppe 1: du convertisseur comme une de leurs parois. Ces anneaux "bâ- tis", c'est-à-dire dont une paroi est constituée par l'enve- loppe 1, sont désignés par   44   et 45, reapectivement. Le ca- talyseur est placé entre les anneaux 40.

   Bien   que.   la   struc-   ture du convertisseur diffère radicalement de celle   re:pré-   se.ntée à   la.     Fig.   1, un examen de la   coupe.   verticale, Fig. 19, montre. que le flux de gaz est le même-, c'est-à-dire que les gaz. arrivant par le tuyau 5 descendent dans. les espaces an- nulaires compris entre les anneaux 42. renversent le.ur flux et s'élèvent entre les parois des anneaux 42 et des anneaux 40;

   ou bien, dans le cas de l'anneau central   42, 'les   gaz des- cendent à travers l'espace annulaire compris entre ce tube et le tube, fermé au bout, 43.Le premier flux eat en rela- tion indirecte d'échange de chaleur avec le catalyseur et, lors du renversement de flux, les gaz passant en relation directe d'échange de chaleur avec le catalyseur ainsi qu'avec les gaz arrivants, lors du flux descendant, puis lors d'un second renversement les gaz passent à travers le catalyseur. 



  En d'autres termes, à la Fig. 21, au lieu-   d"une   série   d'élé-   

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 ments échangeurs de chaleur, automatiques, circulaires, avec double contre-courant, tous les éléments échangeurs de cha- leur, sauf un, sont annulaires au lieu d'être circulaires. 



  Cette construction présente quelques avantages pour   certai-   nes dimensions de convertisseur et, en raison du fait que la surface d'élément échangeur de chaleur en contact avec le ca- talyseur, comparée au volume de celui-ci, est plus grande 
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 qu'avec des éléments circulaires de même surface, on peut .obte>nir un contrôle un peu plus uniòrriie -J--, la .obtenir un contrôle un peu plus uniforme ue chaleur 1 1 ') ce qui a de l'importance dans bien aes.réaa;ions. Les éle.- nients égalisateurs de température 55 sont noyés dans les an- neaux de catalyseur, comme cela est évident, etjouent leur rôle usuel. 



   Figs. 24 à 26 représentent un convertisseur du type général de. celui représenté aux Figs. 21 à 23, niais pourvu de moyens pour introduire des gaz directement dans le cata- lyseur sans passer à travers les éléments échangeurs de cha- leur,, Cette introduction est effectuée par les tubes 27 qui s'étendent des anneaux supérieurs à. une plaque perforée dispo- sée dans la partie supérieure du convertisseur. Les gaz péné- trant par le tuyau d'arrivée 5 sont distribués au moyen des chicanes 32, puis descendent par les tubes 27 directement dans le catalyseur, en rencontrant les parties supérieures des moyens égalisateurs de température, ce qui augmente l'ef- ficacité de ces derniers, spécialement lorsqu'ils contiennent des liquides qui bouillent aux températures de. réaction.

   Les gaz remis, en circulation à travers les éléments échangeurs de chaleur et l'introduction directe de gaz peuvent être considérés comme un moyen de contrôle d'urgence ou comme un moyen   d'introduire   du gaz froid pour régler la réaction. 



   Fig. 27 représente un convertisseur dans lequel les principes, d'échange de chaleura automatique de l'invention sont combinés avec un circuit, partiellement ou complètement 

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 fermé, dans lequel des gaz sont remis en circulation. Le convertisseur est du type représenté à la   Fig.   6, sauf que, pour plus de simplicité, on n'a pas représenté de moyens égalisateurs de chaleur. Naturellement, on peut néanmoins      les employer chaque fois qu'on le trouve désirable. Sur la Fig. 27, les parties similaires du convertisseur portent les 
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 mêmes chiffres de référence q,u'à la Fig. /6.

   Le convertisseur offre. deux façons   d'introduire   des gaz réactifs soit à travers les éléments échangeurs de chaleur ou directement, par les tuyaux   27,   sur le catalyseur. Les gaz réactifs, prin- 
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 cipaux, qui passent à travers l'évaporateur 80, qui est re- présenté schématiquement sous la forme d'un évaporateur à surface, passent ensuite par le tuyau   79   dans l'espace com- pris entre les deux parties supérieures du convertisseur, puis descendent à travers les éléments échangeurs de chaleur automatiques et à travers le catalyseur pour sortir finale- ment par le tuyau inférieur 6 qui conduit directement à un échangeur de chaleur à contre-courant, 81, consistant en une enveloppe 82, des tubes 83 et des chicanes 84.

   Les gaz d'é- chappement chauds passent à travers les tubas où ils sont refroidis par des gaz plus froids circulant autour   de,   ces tubes, et ils passent ensuite dans le condenseur 85 par le tuyau 86. Ce condenseur peut être d'une disposition quelcon- que convenable. Les constituants à points'd'ébullition les plus élevés du courant de gaz, constituants qui, dans la 
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 4=, s.:=.:: gaz ¯..r=ü- .i;: d. -:fCH! cfesiresS1 s;n4 pré- cipités et peuvent être enlevés du bas du condenseur par le tuyau à valve 87.

   Les gaz permanents, ou dans certains cas aussi les constituants plus volatils n'ayant pas subi la ré- action, pénètrent dans le tuyau perforé 88, s'élèvent à la pompe de circulation   52   puis passent par le tuyau 89 d'où un branchement 90, pourvu d'une valve 91, conduit dans une tour de dégagement 92 qui peut être avantageusement pourvue de 

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 moyens pour empêcher la déperdition de   constituanLs   velatils. 



  Le tuyau de branchement 93, pourvu d'une valve, débouche dans le tuyau 89 et vient d'une source d'oxygène ou de gaz oxy- dant (non   représentée).   Deux tuyaux de   branchement,  9. et.  95,   respectivement, vont du tuyau 89 à l'enveloppe de l'échangeur de chaleur. 81 et une valve 96 est prévue entre la pompe 52. et le tuyau 94 tandis qu'une valve 97 est montée dans le tuyau 89, entre les tuyaux 94 et 95. Ce dernier tuyau se prolonge jusqu'au tuyau d'entrée   25   du convertisseur et est pourvu d'une valve 98. Un tuyau de branchement 99 va du tuyau   95   à l'évaporateur 80.

   On décrira, le fonctionnement du con- vertisseur à l'égard de l'exemple suivant qui illustre l'ap- plication des principes de cette modification spécifique de l'invention à l'oxydation à chaînes latérales de toluol, chlo-   rotoluols   ou nitrotoluols: 
On remplit le convertisseur d'un catalyseur consistant en 6-8 parties d'un   mé-lange   fraîchement préparé de 12 % de McO3, 78 % de UO3   et-'10   % deV2O5, dont on a enrobé 100 vo- lumes de granules de pierre ponce, granules d'aluminium, dé- bris de briques de cellite ou fragments de pierre à filtre, de la. grosseur   d'un   .pois. Si c'est nécessaire on fait adhé- rer l'enrobage au moyen d'une solution de verre soluble à base de potassium. 



   On fait passer un gaz oxydant   consistant   en anhydrice carbonique et oxygène = contenant par exemple 15-20 %   u'oxy-   gène = à travers l'évaporateur de toluol 80, à une tempéra- ture suffisante pour évaporer le toluol et assurer le chauf- fage du mélange de .gaz réactifs dans les éléments échangeurs de chaleur à une température de réaction de 370-420  C., la température en question étant mesurée après mélange avec tous gaz arrivant par les tubes 27. Le toluol ou ses substituts sont oxydés en passant à travers le catalyseur soit en les aldéhydes benzyliques ou acides benzoïques correspondants selon la vitesse des gaz, de plus grandes vitesses favorisant, 

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 naturellement, la production des aldéhydes et des vitesses moindres, la production des acides.

   Les gaz d'échappement, qui contiennent de l'anhydride carbonique, des aldéhydes ben- zyliques, des acides benzoïques, du toluol   n*ayant   pas subi la réaction et un peu d'oxygène non utilisé, passent à travers. l'échangeur de chaleur 81, dans le condenseur 85 qui est maintenu à une température suffisante pour préciprer sensi- blement les aldéhydes benzyliques   et' les   acides benzoïques mais suffisamment élevée pour empêcher la précipitation de toluol.

   Les gaz restants, consistant principalement en anhy- dride carbonique, oxygène et un peu de toluol, s'élèvent par le tuyau 83 dans la pompe'52 où ils sont refoulés par le tuyau 89 et passent en partie ou en totalité à travers l'échangeur de chaleur 81 grâce à un ajustement convenable de la valve   97.   Dans l'échangeur de chaleur, les gaz sont chauffés à la température désirée et ils passent ensuite à travers le tuyau 95, le tuyau 99 et l'évaporateur   80,   où du toluol additionnel est évaporé. La déperdition d'oxygène est comblée par de nouvelles quantités d'oxygène ou, si on le désire,par de l'air,arrivant par le tuyau à valve 93.

   Un ajustement convenable de la valve 98 détermine la proportion relative du courant de gaz circulatoire qui passe à travers l'évaporateur de toluol et détermine, par conséquent, la concentration d.e toluol dans le courant de gaz, puisque le gaz passant directement du tuyau 95 dans la partie supérieu- re du convertisseur et, de là, à travers les tuyaux 27 ne prend aucun toluol additionnel. La vitesse de circulation de la pompe déterminera le temps de contact, l'ajustement de la valve 97 déterminera la température à laquelle les gaz pénètrent cans le convertisseur et, par conséquent, dans une large mesure, la température régnant dans ce dernier, et l'a- justement de la valve 98 déterminera la concentration de to- lucl.

   Ces contrôles peuvent se faire à la main ou être auto-   matiques   ou semi-automatiques, suivant l'installation parti- 

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 culière, et assurent un contrôle absolu de la   température   ae réaction, de la concentration des gaz eu au temps de contact des gaz avec le catalyseur. Sans qu'il soit besoin de le uire, on peut également régler la concentration d'oxygène par un ajustement convenable de la valve prévue sur le tuyau 95. On peut ainsi effectuer des réactions délicates d'une manière simple et sûre et maintenir la température avec un écart de   5-15    C., ce qui est de grande importance dans ces réactions délicates.

   On peut   aisément   déterminer l'état de la inaction, ou des gaz ayant réagi, par aes enregistreurs convenables d'anhydride carbonique etd'oxygène et, naturellement par des éléments thermométriques qui ne sont pas représentés car leur emplacement et leur disposition seront évidents pour l'ingénieur chimiste averti. Ces instruments enregistreurs peuvent également être utilisés pour actionner les diverses valves ou pour faire varier la vitesse de la pompe ce   manière   à contrôler et à maintenir constantes les conditions ae la réaction.

   Ceci peut être effectué au moyen de relais électri- ques   ou   d'autres dispositifs qui ne sont pas représentés sur les dessins car ils seront évidents pour le technicien averti, même lorsqu'on fait usage d'oxygène comme   gaz     oxyaant,   il se produira un excès d'anhydride carbonique car, même sous les conditions de fonctionnement les plus soigneuses, il se produit une certaine combustion totale. Lorsque l'on augmente la quantité de gaz en circulation, on peut en aé- charger une partie, par le tuyau 90, dans la tour de déga- gement qui est pourvue de matière absorbante pour enlever la matière, n'ayant pas subi la réaction, entraînée avec les gaz ainsi déchargés.

   Dans le fonctionnement pratique, il peut être désirable de dégager des gaz continuellement., la quan- tité dégagée étant déterminée par l'ajustement d.e la valve 91 qui, naturellement, peut être actionnée automatiquement par la pression différentielle régnant dans le tuyau 90 sur les 

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 deux côtés de la valve, ou par tout autre moyen convenable qui sera évident pour l'ingénieur chimiste averti. Lorsqu'on fait usage d'air comme moyen. oxydant, il y aura une accumula-      %ion très rapide de gaz inertes car il est introduit quatre fois autant d'azote que   d'oxygène.   Dans ce cas, naturellement, on devra augmenter le dégagement et le rendre, de préférence, continu.

   Le choix entre l'oxygène et   l'air-,     cornrna   gaz. oxydant, est déterminé dans une large mesure par des facteurs économi- ques tels que la déperdition de toluol dansle dégagement, même lorsque des moyens absorbants sont prévus, le coût de l'oxy- gène, et d'autres. Dans une installation donnée quelconque, l'ingénieur chimiste averti choisira les conditions qui sont les plus économiques pour l'installation conformément aux princ'ipes de la présente invention qui n'est, bien entendu, pas limitée à l'usage d'un gaz oxydant particulier quelconque. 



   Bien qu'il soit avantageux, dans bien des cas, de mar- cher avec un système fermé complet, c'est-à-dire un   sys.tème   dans lequel tous, ou sensiblement tous, les gaz quittant le conaenseur sont remis en circulation, cela n'est pas essen- tiel et, en particulier lorsqu'on fait usage d'un oxydant bon marché comme l'air, un système semi-fermé, dans lequel une partie des gaz sont continuellement dégagés ou déchargés et   où   des gaz exydants frais sont ajoutés en quantité   pluq   grande que celle requise pour oxyder la matière organique dans un seul cycle, est très satisfaisant.

   Ce système semi- fermé est un peu plus efficace lorsque la réaction est pous- sée plus près de   l'achèvement,   ou lorsqu'une matière initiale très volatile, comme le toluol, n'est pas présente, car un dégagement continu est moins désirable quand de grandes quan- tités de matière volatile n'ayant pas subi la réaction doi- vent être séparées des gaz envoyés au dégagement. Naturelle- Lient, on peut utiliser la même installation parfois comme   système   fermé et parfois comme système semi-fermé afin de 

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 satisfaire à des conuitians de réaction variables.. 



   Fig. 28 représente une disposition partioulièrement   connue-   pour la production d'aniline en partant de nitroben- aine, ou de composés aminés liquides similaires en partant de composés, nitrés liquides ou facilement liquéfiables. 11 est prévu deux convertisseurs, représentés en "A" et"B", consistant en une enveloppe extérieure   101-A   et   101-B,   une chambre inférieure   102-A   et 102-B, une chambre supérieure - 
103-A et 103-B, un tamia porte-catalyseur 104-A et 104-P des éléments échangeurs de chaleur tubulaires à double contre- courant, tels que ceux représentés à la Fig.

   l, ayant des tu- bes externes   105-A   et 105-B et des tubes internes 106-il et 
106-B et un tube évaporateur central 107-A et   l07-B   reliant les chambres supérieure et   inférieure..   Dans ces tubes   évapo-   rateurs, s'étendent des tuyaux pulvérisateurs à valve,   108-il   et 108-B venant de réservoirs à nitrobenzine 109-A et 109-B, 
Il est évident que le dessus de l'espace inférieur, le tube évaporateur et le tamis à catalyseur délimitent une chambre annulaire   110-A   et   110-B.   De la chambre 110-B un tuyau a val- ve 111 va à l'échangeur de chaleur tubulaire 112,   consistât-)'!,   en une enveloppe 113, des tubes 114 et des chicanes 115.

   Le tuyau 111 est relié avec l'une des extrémités de l'échangeur de chaleur et les gaz passant dans ce tuyau passent ensuite dans les tubes de l'échangeur de chaleur, point à partir du- quel ils passent à travers le condenseur à liquide 116, qui est représenté conventionnellement' sous la forme d'un serpen- tin qui- est immergé dans un bain refroidisseur convenable, contenu dans le réservoir 117, et aboutit finalement au col- lecteur 118. On peut enlever la matière condensée de ce col- lecteur par le tuyau à valve 119 et la matière non condensée sort de la partie supérieure par le tuyau 120 pour se rendre dans une pompe 121 pour laquelle le tuyau à valve 122 consti- tue. un by-pass' ou conduit de détour ou de dérivation.

   Un tuyau à valve 123 vient d'une source d'hydrogène ou de gaz   réducteur   

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 (non représentée), tandis que ce que refoule. la pompe passe par le tuyau 124 dans l'enveloppe de l'échangeur 112, en cir- culant autour des tubes, et sort par le tuyau 125 qui abou- tit à un serpentin de chauffage 126, représenté. convention- nelleme.nt sous la forme d'un serpentin pourvu d'un bain chauf- fant contenu dans un récipient convenabla 127. Un tuyau de dé- gagement   à   valve, 128, pourvu d'une tour de dégagement conve- nable 129, se branche sur le tuyau 125 et un tuyau à valve 130 constitue un   by-pass   ou conduit de dérivation pour le serpentin de chauffage.

   De l'extrémité de   sortie   du   réchauf-   feur, où. le tuyau 130 s'y joint, partent deux tuyaux à valve, 131 et 138, allant respectivement aux compartiments inférieurs 102-A et 102-B. Un tuyau à valve. 135 relie l'espace inférieur 102-A avec l'espace' annulaire 110-B et   un   tuyau à valve simi- laire, 134, relie l'espace inférieur 102-B à l'espace annulai- re 110-A. Un tuyau à valve 135 relie également l'espace annu- laire 110-A avec le tuyau 111 aboutissant à   l'échangeur   de chaleur 112. 



   Dans le fonctionnement, les gaz- réducteurs entrant par le tuyau 123 sont refoulés par la pompe: 121 à travers l'é- changeur de chaleur, le tuyau 125, le réchauffeur 126, ou le by-pass 130, selon l'ajustement de la. valve, puis, par   la,   fermeture de la valve du tuyau 132 et l'ouverture de la valve du tuyau 131, ils passent par ce dernier dans l'espace 102-A   d'où   ils   s'élèvent   dans le tube évaporateur 107-A en c ontre- courant à la nitro   benzine   pulvérisée descendant du réser- voir 109-A, la chaleur contenue dans les   gaz.   étant auffisan- te pour évaporer la nitrobenzine.

   Les mélanges de vapeurs et de   gaz   réducteurs passent ensuite à travers- les éléments échangeurs de chaleur à. double-courant 106-A et 106-A   où.   ils sont chauffés davantage et, de là, à. travers le. catelyseur, dans la chambre annulaire   110-A   puis, par le. tuyau 134 (la valve du tuyau 135 ayant été fermée) dans la chambre infé- 

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 rieure 102-B;

   de là, ils passent dans le tube évaporateur 
109-B où, si on le désire, on peut y pulvériser davantage   de.   nitrobenzine mais où, ordinairement, la valve du tuyau pulvérisateur 108-B sera fermée, et ils passent ensuite à travers les éléments échangeurs de chaleur du convertisseur   B@,   descendent à travers le catalyseur dans' la chambre an- nulaire   110-B   et sortent par le tuyau 111 et à travers les tubes de l'échangeur de chaleur 112 où ils servent il ohauf- fer, les gaz, réducteurs arrivants et sont eux-mêmes refroidis. 



  Un nouveau refroidissement se produit dans le serpentin 116 ce qui a pour résultat la condensation a'aniline. L'aniline tombe au fond du réservoir collecteur 118 et on peut la re- tirer par le tuyau à valve 119 tandis que les gaz n'ayant pas subi la réaction, avec un ajustement convenable de leur concentration en hydrogène, recommencent le cycle. 



   - Lorsqu'on le désire, on peut faire dégager une partie ,des gaz par le tuyau de   dégagement '12:8   et la tour de dégage- ment 129 et l'on peut faire varier la quantité de chaleur dans. le serpentin 126 en faisant varier la proportion des gaz passant par le by-pass 130. Si on le désire, on peut renverser le flux à travers les convertisseurs par un ajus-   teinent   convenable des valves, comme cela sera évident pour un ingénieur chimiste averti, les gaz passant par le tuyau 132 dans l'espace   10-B,   puis s'élevant à travers le tube évaporateur 107-B, où ils rencontrent la nitrobenzine pul-   vérisée   descendant du réservoir 109-B,

   pour   aescenare   en - suite à travers les éléments échangeurs de chaleur et le ca- talyseur du convertisseur "B" dans l'espace annulaire   110-B,   puis par le tuyau 133 à l'espace inférieur   102-A,   ramonter à travers le tube évaporateur 107-A, avec ou sans nouvelle addition de nitrobenzine, redescendre à travers les éléments échangeurs de chaleur et à travers le catalyseur du conver- tisseur, "A" dans la chambre annulaire 110-A et passer de là, par les tuyaux 135 et 111,. dans l'échangeur de chaleur 112. 

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   Si l'on n'a à faire usage que d'un seul convertisseur à la fois, cela peut être effectue, par un   ajustement   convena- ble des valves..   Ainsi,   par exemple, on peut faire usage du convertisseur   "A"   en fermant les. valves, des tuyaux 132, 133 et 134. Les gaz, après. avoir passé à travers le convertis- seur "A", vont alors directement, par le tuyau 135, à   l'é-   changeur de chaleur. On peut, d'une   façop   similaire, faire usage du convertisseur "B" seul en fermant les valves des tuyaux 131, 133, 134 et 135.Les gaz, après. avoir passé par le convertisseur "3" pénètrent alora dans l'échangeur de cha- leur par le tuyau 111. 



   Un système à deux convertisseurs, comme   c.elui   repré- senté, avec des moyens pour évaporer de la nitrobenzine ou autre liquide à réduire, permet un contrâle très exac.t de. la température et, en même. temps, conserve. au plus haut degré   .la   chaleur de réaction. On peut également'faire; varier la concentration des   gaz,   réactifs en faisant varier, par exem- ple, lets, quantités de   nitrobenzine   introduites dans les deux convertisseurs en série.

   Des températures différentes,   ou:   des conditions de. catalyseur différentes   peuvent   également exis- ter dans les deux convertisseurs, ce qui rend. la système bien propre effectuer des réactions qui doivent se faire. par éta- ges comme, par exemple,la synthèse de. méthanol ou de combus- tibles pour moteurs, ou la production d'aldéhyde benzylique et d'alcool benzylique en partant d'anhydride phtalique, en passant par le stade phtalide, etc... 



   Le système à deux convertisseurs est également. effi- cace dans le cas où l'on désire être à même de réparer un des convertisseurs sans arrêter le procédé, puisque l'on peut isoler l'un ou l'autre des convertisseurs, à volonté.. Dans les cas   où   des catalyseurs se   détériorent   à l'usage., il est également possible de renverser le sens, du flux,. comme cela a été décrit ci-dessus, quand cela peut être désirable. Les convertisseurs représentés à la Fige 28 ne sont que des exem- 

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 ples et, bien entendu, tous les autres types de convertisseurs .refroidis par gaz. représentés dans les premières figures et décrits précédemment peuvent être utilisés chaque fois que leurs caractéristiques particulières les rendent désirables. 



    Quand.on   obtient un produit de réaction solide, il est égale- ment possible de se dispenser du type de condenseur   représen-   té, qui   n'est   nécessaire que quand le produit de réaction est un liquide. 

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  ItAPPARE IL CATAIYTIQPE "-1
The present invention relates to converters for catalytic reactions in the vapor phase and more particularly via converters provided as the main cooling means with a gas cooling system. reaction.



     In the past, two types of converters have been used for vapor phase catalysis, namely: gas cooled converters, usually at
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 by means of the reaction gases, and those able to, dl-tin Eefro-idisse- ment by bath, either boiling or not boiling. Bath-cooled converters, while having a

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 very strong cooling power, nevertheless have a certain number of drawbacks. Firstly, their construction is relatively very expensive, and, especially when tubular converters with small tubes are used, the number of gas-tight gaskets is very large, which increases the risk of failure.

   Gas-cooled converters have many advantages, but their cooling power is relatively less efficient than that of bath-cooled converters, due to the relatively lower specific heat of the cooling medium used. This has seriously restricted the use of gas-cooled converters in the field of highly exothermic, or very sensitive reactions, such as, for example, the oxidation of organic compounds, certain organic reductions and the like.



   Gas cooled converters have been provided with automatic temperature control by means of double countercurrent heat exchange elements, and other types of effectively cooled converters have been used. Although it is possible to set up converters of the gas-cooled type, and in particular of the automatic gas-cooled type, so as to provide remarkably smooth temperature control in highly exothermic reactions, it is frequently impossible to control. control.

   reaction by gas cooling alone, however efficient the heat exchange may be, because the heat capacity of the gases, if fully utilized, may be insufficient to take care of the heat given off by the gas. reaction without dilutions so high that they seriously affect the yields.

   Even when the heat capacity can be sufficient for normal operation, in the case of many sensitive reactions,

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 such as, for example, organic oxidations in intermediate products, there is always a tendency to. that the reaction becomes uncontrollable since any considerable rise in temperature, even if it is only of short duration, tends to push the oxidation too far, and frequently until complete combustion, with an enormous increase in the heat released;

   therefore, for many reactions, a simple automatic gas-cooled converter does not have a sufficiently high safety factor.
According to the present invention, the drawbacks of a simple gas-cooled converter system are avoided, while retaining the advantages thereof, by the application of means for recirculating at least a part. gases. reacted, with or without partial or complete separation of the desired end products. By this means, the concentration of reactive ingredients can be controlled with great precision and overreaction can be prevented.

   In addition to this feature, there is. a second advantage, very important, in the fact that it is possible, in the case of many reactions, in particular reactions where. the end product is less volatile than the starting material, making use of a circulation velocity and, as a result, a contact time with the catalyst, far exceeding any gas velocities that could be to use economically in a straight line once-through converter, because it is clear that even if at high gas speeds or with specially dosed and stabilized catalysts the percentage conversion may be below from the economic limit, it does not matter in converter systems of the present invention since the unreacted material is,

   naturally after a suitable adjustment of the concentration of reactive materials, recirculation and it is thus possible to make

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 use of enormous gas velocities which, of course, means high yields without any sacrifice in percent yield, or with a sacrifice small enough to be, economically, unimportant.



   The recirculation principles which form the main feature of the converters of the present invention can be applied with or without partial or complete separation of the final product prior to recirculation of the gases. The need to separate the final product before recirculation depends primarily on the nature of the reaction. Thus, in many reactions, such as, for example, certain organic oxidations, the end product may be more stable than the starting materials. An example of this type of reaction is the production of phthalic anhydride, starting from naphthalene, by means of well stabilized catalysts. In such cases, it is not necessary to separate all of the product as it does not suffer a significant loss in recirculation.



   In other reactions, such as a number of organic reductions and very sensitive reactions, such as certain cydations, the end product may be relatively unstable at high temperature, or may be relatively easily attacked by the constituents of the reactive gases. In such cases, it is necessary to separate substantially all of the final product before re-circulation. However, for simplicity, most of the accompanying drawings will represent systems in which the final product is not separated. It goes, of course, without saying that separator systems, such as those shown in Figs. 27 and
28, may be used whenever found desirable, or may be substituted for any other type of suitable system.



   There is no need to re-circulate

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 tion all, or even a major part, of the gases. and one of the advantages of the invention is that it can be applied to suitable types of powerfully gas-cooled converters, as a safety valve or as a means of combating sudden increases in temperature. reaction temperature, which is inevitable in many reactions.

   The decision as to the proportion of reaction gas which will normally be recirculated should, in each case, depend on the particular operation to be done, and the invention includes systems in which the recirculated gases constitute. a major part, or a small part, of the total gas flow.



   Gas-cooled automatic converters with double counter-current heat exchange flow are the preferred types to which the present invention is applicable but it will be understood that other types of powerfully cooled converters can be used. gases, such as for example those shown in FIG. 10, in FIG. 12, in FIG. 15, etc ..., and the invention, in its more general aspects, can therefore be applied to any converter, cooled by gas, having suitable cooling power.



   Although one can rely on re-circulating it to control even highly exothermic reactions, it does not of course ensure a uniform temperature throughout the converter, but acts as a control of the total heat released. Automatic gas-cooled converters with double counter-current heat exchange, especially when the cooling elements are very close together and when there are uneven cooling effects, such as. those due to the converter casing, are duly compensated, produce a remarkably uniform temperature throughout the layer of

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 catalyst with which they are associated.

   However, for some sensitive or strongly exothermic reactions there is still some danger of local hot spots forming. This danger can be avoided almost completely by making use of auxiliary temperature equalizing means which constitute the second feature of the invention.



  These means may consist of bodies such as metal rods of high thermal conductivity dispersed throughout the contact mass and preferably arranged vertically in order to effect vertical temperature equalization; or they may consist of filled containers of liquids having high thermal conductivity, such as, for example, certain metals and alloys, or, finally, such containers may be filled with liquids which boil at reaction temperatures, or at reaction temperatures. around these, or which boil to a certain degree above the reaction temperatures,

   so as to act as a safety valve when the reaction threatens to get out of control 'These temperature equalizing means can be of the most varied kinds and can be suitably arranged with respect to gas cooled heat exchanger elements, like this is shown in some of the accompanying drawings.

   When the conductivity of these auxiliary temperature equalizing means is very high, and more particularly when use is made of vessels containing liquids which boil at or around the reaction temperature, some of the heat given off by the reaction can be removed by said means by subjecting a part thereof, and in particular, in the case of those containing boiling liquids, the vapor spaces, to auxiliary cooling by means, for example. , a wind of cold air or gas.

   However, in all cases, the auxiliary means serve to equalize the temperature at

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 inside the gas-cooled z.one. and are important in many of the reactions for which the converter systems of this present. invention are suitable.



   In some reactions, especially reductions, where it is necessary to recirculate but where the heat given off is not excessive, it may be desirable to provide gas cooling or cooling by temperature equalizing means for maximum temperature. portion only of the catalyst, either by only partially embedding the gas-cooled heat exchangers in the catalyst layer, or by providing additional uncooled layers, or by any other suitable method and it goes without saying that such systems Converters are within the scope of the present invention and are of importance in some of the applications thereof.



   Most of the figures in the drawings show a single converter; but it is advantageous in some reactions, especially reactions which proceed in stages, to use two or more converters in series as shown, for example * in FIG. 28, and this modification of the recirculation principles of the present invention is within the scope thereof and is of great importance for certain reactions.



   Converter systems realizing the principles of the invention are applicable to the most varied types of organic oxidation such as:
1- Reactions in which an intermediate oxidation product is obtained - Oxidation of benzol, toluol, phenol, tar or furfurol phenols and other compounds containing the group -CH2-CH @ CH- CH2- to maleic acid and fumaric acid or mesotartaric acid; cresol to salicylic aldehyde and salicylic acid; toluol and the various halogenated and nitrated substituted toluols, in aldehydes and acids

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 correspondents; xylenes, pseudocumene, mesitylene, paracymene and other derivatives with the corresponding aldehydes and acids;

   naphthalene to naphthaquinone, phthalic anhydride and ma- laic acid phthalic hydride to maleic acid and fumaric acid; anthracene to anthraquinone; phenanthrene to phenanthraquinone, diphenic acid, phthalic anhydride and maleic acid; acenaphthene to acenaphthylene, acenaphthaquinone, bisacenaphytylidenedione, naphthaldehyaic acid, naphthalic anhydriue and hemimellithic acid; fluorene to fluorenone; eugenol and isoeugenol to vanillin and vanillic acid; methyl alcohol and methane to formaldehyde; ethyl alcohol to acetic acid; ethylene chlorohydrin to chloroacetic acid, etc ...



   2- Reactions in which an unwanted impurity is burned, such as the purification of anthracnes, crude of various degrees of impurity with total combustion of carbazol, unused oils and, in certain cases, of phenanthrene; the purification of crude mothballs and crude mononuclear hydrocarbons, such as benzols, etc ...; the purification of ammonia from coal tar with combustion of organic impurities such as phenolics present, etc ...



   3- Oxidation of mixtures of organic compounds to desired intermediates with removal of impurities, for example. : oxidation of crude anthracenes, crude phenanthrenes, etc. to intermediate products such as anthraquinone, phenanthraquinone, diphenic acid, phthalic anhydride, etc .... -, with concomitant removal of carbazol and oils without use by total combustion; oxidation of crude tar acids to male.ic and fumaric acids with cowbus- tion of certain impurities, etc ...



   Reductions and hydrogenations such as the reduction of. nitro compounds, for example: nitro-benzine, dini-

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   trobenzine, nitrophenol, nitronaphthaline and their homologues, in the corresponding amines or the corresponding hydrogenated amines; reduction of aldehydes and ketones to alcohols,
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 for example: benzyl aldehyde to benzyl alcohol, acetic aldehyde to ethyl alcohol ,. crotonic aldehyde in the corresponding butyl alcohol e.tc ....,.; the reduction of oxides of. carbon to methanol, methane, aloals, higher and ketones or petroleum-like products .; 1 * hydragenatian from aromatic compounds to 41icyclic compounds, for example:

   benzine to cyclohexane, naphthalene to tetralin or decaline, anthracene to hydrogenated anthracenes, phenol to cyclohexanol,
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 acetylene to ethylene and ethane, etc., polybase-a acids to "esters", or saline ethers, interior, for example: phthalic anhydride to phthalide, acid. camphor.:h.qt1e. in campholide, etc ...; reduction of nitrogen-containing heterocyclic compounds to aliphatic amines, for example; pyridine to amylamine., are also of importance.



   In addition to reactions in which a more or less homogeneous raw material is reduced, certain mixtures of raw materials can be effectively reduced with or without the presence of gas. additional reducing agents. Thus, for example, carbon oxides can be reduced in the presence of the vapors of many organic compounds. They
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 can, for example, be reduced in presence. d "Yhydrocarbons. Aliphatic bides such as paraffins, olefins, acetylenes, hydrocarbons having the formula anH2n-4, on.2n-6, etc ...

   Hy- arogen may be present or absent and the class of products obtained, such as mixtures of oxygenates or, in many cases, oils which by their nature are predominantly hydrocarbons, will vary with the amount of reactive ingredients and with the contact masses and reaction conditions used, and the invention has this advantage that these novel reductions combined

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   can be effected in the desired direction with great efficiency by the incorporation of suitable stabilizer promoters, or stabilizers, into the contact masses.



   Another class of combined reactions is the reduction of oxides of. carbon with or without hydrogen in the presence of aliphatic alcohol vapors such as paraffinic alcohols having the formula CnH2n + 1OH, unsaturated alcohols having the formula CnH2n-1OH, or CnH2n-3OH, etc ...



  Polyvalent alcohols, such as glycol, glycerol, etc., can be reduced in combination with carbon oxides, with or without hydrogen.



   Oxidation products of alcohols, such as, for example, saturated or unsaturated aldehydes and ketones, or oxidation products of polyvalent alcohols such as glycolic aldehydes, glyoxal, glyoxylic acid, oxalic acid, etc. can be used for vapor phase reductions in the presence of carbon and hydrogen oxides. Oxidation products of trivalent alcohols and divided isomeric alcohols may also be employed, of course only when it is possible to obtain the vapors of the compounds without decomposition which is required. do not want.



   Another important class is aliphatic acids. compounds which can be reduced in combination with carbon oxides. These acacia include fatty acids, acids, lactones, polybasic acids, ketone acids, etc. Other various aliphatic carbonyl compounds such as aldehyde alcohols, diketones, triketones, ketones. Oxymethylene, ketone aldehydes, ketone alcohols, etc., can also be combined with carbon oxides and reduced in the presence of the contact masses described above to form many valuable products.

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   In addition to compounds of the aliphatic series which can be reduced with carbon oxides, various compounds of the alicyclic series, such as for example alicyclic compounds such as cycloparaffins, cycloolefins, cyclodiofins, can be combined with oxides. of carbon and reduced. Examples of specific substances of this class are cyclohexane, cyclopentadiene, dicyclopentadiene, etc.

   Of course, alicyclic carbonyl compounds such as cyclohexanal, cyclohexanone, etc., can be used, it being understood in this regard, and throughout this specification, that any compounds containing the. group CO, regardless of whether the oxygen is joined to the carbon by a single or double bond, are included under. the designation of carbonyl compounds.



   Aromatic compounds such as benzene hydrocarbons, mothballs, anthracenes, phenanthra. nes, phenols, aromatic alcohols, aldehydes, ketones and acids can be reduced in the presence of carbon and hydrogen oxides, of course only as the products are capable of volatilization without decomposition. that we do not want.



   Heterocyclic compounds, such as. products containing the furfuran ring, pyrrolic compounds, pyrroliciins, etc., can be reduced with carbon oxides.



     The invention can also be applied to other organic vapor phase reactions such as the decomposition of carbon dioxide, for example, the conversion of polycarboxylic acids or of. their acid anhydrides, monocarboxylic, such as for example the production of benzoic acid starting from phthalic anhydride. Dehydration of all kinds, such as the production of ethers or unsaturated hydrocarbons from alcohols, for example-:,

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 of ethylene starting from ethyl alcohol, can be effectively accomplished.



   A large number of reactions involving molecular associa- tions such as polymerizations and ashes for example, so-called aldehyde aldehyde and crotonization, etc., constitute an important field of catalytic reactions to which the invention invites, nt well. Catalytic halogenations of organic compounds form another field in which the invention can be effectively used. Catalytic "esterifications" form a class of reactions in which long and repeated contact with the catalyst is important and can be effectively carried out using converters of the present invention.



   In the inorganic catalytic field, the synthesis of ammonia and the oxidation of ammonia to nitrogen oxides are effectively accomplished in converter systems having the characteristics of temperature control. of the present invention and, in particular, converters provided with automatic gas cooling, because an advantage of this type of construction is that the heat exchanging elements do not have to be gas-sealed, which makes this type of converter suitable for work under extremely high pressures such as, for example, the synthesis of ammonia under high pressure, organic reductions and hydrogenations such as reduction of carbon oxides, etc.

   Hydrocyanic acid can also be produced catalytically, starting from carbon oxides and ammonia, in converter systems of the invention and the efficient and simple temperature control they provide. is important in that it improves the products and increases the yields in this reaction. Other reactions that we can actually

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 accomplish in. converters of the invention are the catalytic oxidation of sulfur dioxide to sulfur dioxide, the catalytic process for the manufacture of gas with water and the catalytic purification of gases.



   A number of representative catalytic reactions have been listed above; but it goes without saying that the converter systems of the invention are in no way limited to the reactions listed simply by way of example. On the contrary, these converters are applicable to any catalytic vapor phase reaction, either exothermic or endothermic, for although, perhaps, the most important and remarkable field of futility of the invention lies in the class of reactions which are strongly exothermic;

   it is also necessary, in many endothermic reactions, to control the temperature and have exact control of the process, and precise control of the reactive ingredients and the periods of contact with the catalyst, which is an distinguishing factor of the present invention.



   The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, which show some typical installations but do not limit the scope of the invention to the features set forth therein. These drawings are for the most part quite schematic since the precise structure and the accessories are, of course, not part of the invention.

   Thus, for example, converters are shown without heat insulation while, in practice, these converters are fully heat insulated; but this feature is irrelevant to the invention and all such well known construction details which are not useful for understanding the features of the invention have been omitted from the drawings for simplicity; nevertheless, it will of course be used by the informed chemical engineer, in installations

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 lations incorporating the principles of the invention, including all suitable or necessary construction details.



   On the drawings:
Fig. 1 is a vertical section through a simple type of pure gas cooled automatic converter with additional uncooled layers of the catalyst;
Fig. 2 is a vertical section through a gas-cooled automatic converter provided with auxiliary temperature equalizing means; Fig. 5 is a horizontal section on 3-3, FIG. 2;
Fig. 4 is a vertical section through a gas-cooled converter, inverted, provided with auxiliary temperature equalizing means;
Fig. 5 is a vertical section through a gas cooled automatic converter provided with auxiliary temperature equalizing means, an internal heat exchanger and a cooler in the recirculation line;

   
Fig. 6 is a vertical section through an automatic gas cooled inverter provided with auxiliary temperature equalizing means and a direct, auxiliary gas introduction;
Freezes. 7 and 8 are details of a variant of auxiliary temperature equalizing means; Fig. is a vertical section through a gas-cooled automatic converter, provided with auxiliary temperature equalizing means and compound heat exchangers;
Fig. 10 is a vertical section through an annular converter provided with auxiliary temperature equalizing means;
Fig. It is a horizontal section along 11-11, Fig.



  10;

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Fig 12 is a section through a semi-automatic, gas-cooled converter provided with auxiliary temperature equalizing means ;.



   Freezes. 13 and 14 are vertical and horizontal sections through the temperature equalizing means shown in FIG. 12;
Fig. 15 is a vertical section through a different arrangement of an automatic, gas-cooled converter with auxiliary temperature equalizing means;
Fig. 16 is a vertical section of a converter of the type shown in FIG. 15, provided with a direct gas inlet;
Fig. 17 is a vertical section of a converter of the type shown in FIG. 15, but provided with an independent device for cooling the temperature equalizing means;

   
Fig. 18 is a vertical section of a converter of the Tentelew type, modified, inverted, provided with means, temperature equalizers
Figs. 19 and 20 are details in vertical and horizontal sections, through the tubes containing the catalyst and the temperature equalizing elements; Fig. 21 is a vertical section of an automatic converter provided with annular heat exchanger elements and temperature equalizing means;
Figs. 22 and 23 are horizontal sections on 22-22 and 23-23, respectively, Fig. 21; Fig. 24 is a vertical section through a gas-cooled annular automatic converter similar to that shown in FIG. 21, but provided with a direct gas introduction;

   
Figs. 25 and 26 are horizontal sections following
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 25-25 and ì6-26; Fig. 24; Fig. 27 is a section of an automatic converter,

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 gas-cooled, with a closed-loop recirculation system containing means for removing reaction products; Fig. 28 is a sectional view of a converter system, showing two automatic, gas-cooled converters in series and a recirculation system provided with means for condensing the liquid reaction products.



   In Fig. 1, a simple automatic converter, gas-cooled, with recirculation is shown; The converter consists of a. casing 1, a top 3, a bottom 4, a gas inlet 5, provided with a valve, a perforated upper plate 2 and a screen 28 on which a layer of catalyst is placed. In the catalyst are embedded tubes 11, closed at one end, which may be provided with perforations at their open upper ends which rise above the surface of the catalyst. Tubes 9, open at both ends, hang from the perforated plate 7 in the tubes 11, extend practically to the dark thereof and are preferably provided with perforations at their lower ends.

   The plate 7 is also provided with loading holes closed by plugs 17 and there are also provided catalyst loading tubes, 16, unloading tubes, 18, and an auxiliary gas inlet manifold, 15. Baffles 32 are placed in the upper part of the converter, above plate 7. Two layers of uncooled catalyst, 46, supported by screens, are placed below the cooled catalyst layer and. baffles 47 are centrally located between the screen 28 and the first uncooled layer, as well as between the two unroasted layers.



  An exhaust pipe 6 starts from the lower part of the converter and a branch pipe 48, controlled by a valve 49, connects to the exhaust pipe and goes to a mixing chamber, 50, which is provided with a pipe. intro

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 duction 51, provided with a valve, and is connected-, by its upper end, with the suction 52 of a blower which delivers, by a pipe. '54 controlled by a valve 53, dada the upper part of the converter. Temperatures in the cooled catalyst layers can be measured by any suitable means such as, for example, a thermoelectric element as indicated at 30.

   In operation, the reactive gases enter through pipe 5, are intimately mixed by baffles 52 then descend through tubes 9, in an indirect heat exchange relation with the aatalyst, reverse their flow at the bottom of the tubes. tubes and rise through the annular space between the tubes 9 and the tubes 11, the gases. trotting during this ascending course, in a direct relation to heat exchange with the catalyst and with the gases. entering through tubes 9. After exiting from the top of tubes 11, the gases can reverse their flow and descend through, the cooled catalyst layer, then through uncooled layers 46, and exit through the pipe 6.

   Part of the gas. having reacted are re-circulated through pipe 48, the chamber. mixing 50, where additional reaction components can be introduced through pipe 51 and, from. the; they are discharged by the fan, through the pipe 54, in the upper part of the converter where they mix with the fresh reactive gases. the proportion of gas delivered. in circulation depends on the setting of valves 49 and 53 and the reactions can be monitored either as. an emergency measure. or regularly by a suitable adjustment of the valves, adjustment which can be done by hand or. be automatic.



   Figs. 2 and 3 show a converter similar to that shown in FIG. 1, but provided with auxiliary heat equalization means and with eutomatic control of recirculation. The same parts bear the

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 same reference figures. The double countercurrent heat exchange elements embedded in the catalyst are all designated the same as those of FIG. 1, but are provided with ¯ port plugs, 56, having holes of varying sizes allowing a relatively greater proportion of gas to pass through the more central heat exchanging elements to compensate for the cooling factor of the envelope of the converter.

   Additionally, heat equalizing elements, 55, are embedded in the catalyst between the dual counterflow heat exchangers, and these elements can be of any suitable construction. and are shown, for simplicity, as closed chambers containing liquiaes of high thermal conductivity, or capable of boiling at temperature. reaction. Examples of such liquids are mercury, mercury alloys or other metals or metal alloys.



   The operation of the converter is similar to that of FIG. 1 with, of course, the additionally improved temperature uniformity achieved by the equalizing means 55. Recirculation is carried out as in FIG. 1, but is shown as automatically regulated by temperature. In addition to the regular thermoelectric elements, 30, an additional thermoelectric element, 58, is placed in a suitable well, in exchange relation. heat with the catalyst, and actuates the: valve, 53 through a suitable relay 57.



  The quantity of. gas. recirculation, which, of course, is determined by the adjustment of valve 53, therefore varies with the temperature in the catalyst and any sudden increases in temperature, for example. in. sensitive and strongly exothermic reactions, will immediately result in re-circulation.

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 tion of a. quantity of gas which antr51ea nominally the ru- ac.ti.cn ", The converter represented in Fig 2 differs slightly, as constiuctLon * from that of alig, '1 in this sense! that it is provided, by example, of a gas introduction pipe, 59, controlled by the valve 58 and entering the pipe.
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 ! as does the re-alr-oulation hose 54.

   This construction performs mixing. wipeu best-, of. gas, costs and. gas- recirculated q # "a. la. Fig, l., Du will also note that the c.onvertàaaÈQE 'et- ceés¯e.nté sum C: gold! sti.- killed by a number of crowns or rings envelope. Use a suitable construction
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 and this variant. is simply il1uatrtva-. of the fact that one can do. vary the Bleoanic coristri2etIon of the converter within wide limits>, as will be taken by the engineer- cihimiata .. '..-, .'- The converter of Figs *.

   S and z aonrient, natuè) 1> - ment, for. reactions more strongly exothermic than those rutules. is intended ealtri de F '... 1. * t one can, for example%, in use for oJ! gait1ic ozda-tioca. strongly exotnermal te.l.es.x, paK-e; x: ejnpl & y 'tta the oxidation' of naphthalene to anhyclrida phthaligue at t.u, t.u.tr: e.des. reactions enumerated in the introduction of this memo Very uniform temperature control is carried out. comma in Fig. l, because the cooling effect of the exchange of. each-
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 their double countercurrent increases in intensity as will the speed of the reactive gases and, within wide limits, - the heat. released in the reaction is directly proportional to the quantity of reactive gases passing through.

   These dual, countercurrent heat exchanger constructions with their extremely high heat transfer have
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 therefore results in a perfectly uniform temperature with wide variations of. velocity of reactive gases, and may be properly considered to have

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 the result is automatic temperature control, which has a. great importance with regard to recirculation which constitutes the main characteristic of the invention.



     Fig. 4 shows an inverted converter, similar in construction to that shown in Figs. 2 and 3. However, in this construction the tubes 11 must, of course, be hearth supported and are, for convenience, shown as resting on the catalyst screen 28.



  This. This figure also represents a significant modification of the auxiliary temperature equalizing means. These bodies can extend above or below the catalysts; in the drawing, they are shown as extending part above and part below.

   This even results in a more uniform control because the elements. Temperature equalizers are exposed either to the reacted gases or to the incoming gases and are therefore cooled or heated by them and, since they transmit their heat vertically, a temperature is obtained. more uniform, which is advantageous * It is naturally clear that, although the figure shows several ways of arranging the temperature equalizing elements, a particular installation will in practice only have one these elements, although the invention is in no way limited to such a construction.



   Fig. 5 shows a somewhat modified type of the converter shown in FIG. 2. The same parts are designated by the same reference numerals. In the converter of FIG. 5, the heat exchange elements. double countercurrent extending below the screen 28, supporting the catalyst, in an enlarged lower part of the converter. The baffles 33 transform this chamber into a heat exchanger, so. than the temperature of the gases circulating in the exchanger elements.

   hot

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 The back flow is modified by contact with the exhaust gases. An additional feature is shown in the form of a means cooler consisting of a corrugated or matched pipe 75, which connects to pipe 54 through pipes 73 and 77, controlled by valves 74 and 76, respectively. The valve 53 is placed between the points or. the pipes 73 and 77 joining the pipe 54- Mayens introductors of fresh gas, are constituted by the pipe 71 which enters the. pipe 5 and is controlled by valve 72. A valve 70 controls the direct introduction of gas into pipe 5.

   The double counterflow heat exchanger elements are provided with port plugs 56, as in Fig. 2.



   The operation of this deconverter system is the same as that of the converter. Fig. However, any desired portion of the recirculated gases can be passed through cooler 75 to reduce their temperature. This is of importance in many organic oxidations where the heat released is so high that. the heat capacity of gases, re-circulated, cooled is essential to maintaining temperature uniformity.

   This type of converter is also of importance in reactions where. it is desirable to cool the final product after it has left the catalyst, which is done, of course, by the extensions of the double countercurrent heat exchange elements.
Fig. 6 shows a converter with the auxiliary introduction of gas directly into the catalyst chamber without passing through the double counter-current heat exchangers. In this converter, fresh gases are introduced, normally, into the pipe 54 through the pipe 61 controlled by the valve 62, or may pass directly through the valve 60. This, of course, is in addition to the possibilities of introduction through the pipe. 51.

   The recirculated gases circulate in

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 double counter-current heat exchangers, as in the devices of the preceding figures, but means are also provided for introducing gases directly into the catalyst chamber without passing through the heat exchangers. These means consist of a separate perforated plate, 2, located above the regular plate 2 and provided with tubes 27 which pass through the sheet 7. are perforated at their lower part and are provided with removable plates 58 which prevent gas streams strike directly at the catalyst and cause them to exit through the perforations and mix with the recirculated and fresh gases which have passed through the countercurrent heat exchangers.

   This auxiliary fresh gas is introduced through the pipe 5 and is distributed through the baffles 26. The introduction can be continued, or it can be used only as an emergency measure to control any elevation. excessive temperature. The operation of the converter is, of course, the same as that of the converters shown in the preceding figures and the temperature equalizers, 55, play the same role. This inverter also shows the application of tubes 9 with perforated lower ends, which allow a more gradual gas exit and prevent excessive cooling of the lower parts of the closed end tubes 11, which prevents the formation of. cold spots in the catalyst.

   One of the tubes 11 is also shown closed at the top and provided with perforations 64 below the level of the catalyst, in order to introduce the gases more evenly, which is advantageous in some reactions and prevents a percentage. excessive. reaction occurs in a whole small zone of catalyst. It will be noted that one can remove the plugs 38 from the tubes 27 and make use of the latter to fill the apparatus with catalyst, instead of the pipe 16. One can obtain by this. method a somewhat more uniform distribution of

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 catalyst and faster filling. It is naturally easy to remove these plugs as they are provided with hooks and can be removed by lifting them up through the tubes 27.



     Figs. 7 and 8 represent types a little. more com-. folded with temperature equalizing means. In fig. 7, the container or body, 55 is for.vu/d'un inner tube. which does not extend quite to the surface of the liquid. and is provided with perforations 66 at its lower end.



   This, of course, results in faster circulation. of liquid because the hot liquid in contact with the walls of the container rises and the cold liquid descends through the pipe 65. Fig. 8 shows a somewhat more complicated construction consisting of an element similar to that shown in FIG. 7 surrounded by a jacket 67 filled with a liquid 68 which, naturally, will have preference. a sufficiently high boiling point to ensure that it remains in a liquid state during the reaction. This latter construction has an advantage when certain liquids are used in the inner vessel to control the temperature by boiling.

   Some of the liquids, such as mercury, are very costly and considerable savings can be made by making use of a liquid jacket, of molten metal for example, which is quite inexpensive and allows a high performance. less amount of expensive material to play the same role. It is, of course, obvious that. any other suitable type of equalizing means can be used. temperature, for example. containers in which a central metal rod is used to replace part of the liquid. This provision results in a considerable saving in. the amount of liquid required.



   It is sometimes desirable. to center the tube 65 exactly in order to ensure a uniform flow and this can be done:

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 by spacer ears 156, shown in Figs. 13 and 14.



   Fig. 9 represents a converter of the same genius design as those of the preceding Figures, but provided with means for introducing two distinct gases into the heat exchanger elements. This is achieved by providing, above the plate 7, a second perforated plate provided with. inner tubes 20 which fit inside the inner tunes 9 and may be provided with port plugs 56 to restrict flow through the peripheral tubes to compensate for the cooling effect of the converter casing. The recirculation means, which are similar to those of the preceding figures and bear the same reference numerals, open into the inlet pipe 23 where the baffles 32 distribute the gas to the various pipes 20.



  Fresh gases can be introduced either into the mixing chamber 50 through the pipe 51 into the pipe 23 'through the valve pipe 22, or into the space between the upper and lower perforated plates from which the gases. descend to tra. towards the annular space delimited by the tubes 20 and the tubes 9. One of the gases can be introduced in one place and another in a different place in order to prevent their mixing until they have reached the bottom tubes closed at end 11. It is desirable, in some instances, to keep the reactive ingredients separated for as long as possible, for example, when it is desirable to prevent premature reaction.

   The temperature equalizing elements 55, of course, play the same role as in the converters of the preceding figures and the converter can be operated as described above.



   Figs. 10 and 11 show a different type of gas cooled converter provided with recirculation means and temperature equalizing means. This converter consists of an envelope 1, a top 3, a bottom

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 an annular top bulkhead 137, a circular bottom bulkhead 138, and concentric cylindrical catalyst retaining screens, 139, connecting the two bulkheads and defining an annular catalyst space. A gas introduction pipe, 140, provided with a valve 141, descends through a central opening existing in the bulkhead
137 and is provided with perforations 142 at its lower end which is some distance above the lower wall 158.

   Concentric cylindrical baffles 143 and 144 hang from bulkhead 137 and rise from bulkhead
138, respectively. The baffle 144 is preferably perforated at its upper end, as indicated by the recirculation system, which is the same as that. shown in the previous figures, bears the same reference numbers and takes gas from the exhaust pipe 6 in order to deliver it, after suitable adjustment, of its composition, through the pipe 53, into the upper space existing between the partition 137 and the top 5 of the converter. Fresh reactive gases can also be introduced through the. pipe 140.



  The recirculated gases descend through the annular space between the pipe 140 and the baffle 145 and mix with the fresh gases exiting the perforations at the bottom of the pipe 140. The gases. are then forced, by the baffles, to follow a tortuous path, being heated by the heat of the baffles and the heat radiating from the inner star-face of the catalyst ring, and then exit through this last by meeting the converter casing where they are rapidly cooled. The path through the catalyst is very short and, as the heat released is quickly transferred by the gas stream to the converter shell, excellent cooling is effected.

   Of course, the top bulkhead, baffles, and bottom bulkhead also help radiate heat to incoming gases.



  Additional temperature control is performed by

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 The temperature equalizing elements 55 which are embedded in the catalyst ring and extend through the partition 137 where their vapor spaces are encountered by the recirculated gas stream and are cooled to a corresponding extent . Depending on the nature of the reaction, the cooling can be carried out mainly by the gases and secondarily by the temperature equalizing means, or vice versa.



   Converters like those of Figs. 10 and 11 are suitable for reactions which occur with short contact times with the catalyst but which are not excessively exothermic. Reactions which result in an unstable product can also be effectively performed since the reaction products immediately encounter the wall of the converter which usually will not be heat insulated and may even be provided with powerful auxiliary cooling means such as fins. drafts or even water currents' sent over it. Thus, the reaction products are almost immediately and suddenly cooled, which prevents their decomposition.

   Of course, in the case of such reactions, recirculation will only be used as an emergency measure, unless the recirculation system is provided with means for removing reaction products.



   Fig. 12 shows a converter of the fentelew type provided with recirculation means and double temperature equalizing means, details of which are shown in Figs. 13 and 14 and have been described above.



   The converter consists of a casing 1, a top 3, a bottom 4 and a perforated partition 145, supporting the catalyst, from which rise the catalyst tubes 146 in which the temperature equalizing means are mounted.



     In the ordinary Tentelew converter, cooling is carried out, by the large radiating surface of the tubes

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 which give up their heat to the incoming gases. This cooling effect is, of course, greatly enhanced by the temperature equalizer elements located in the catalyst tubes and having vapor spaces encountered by cold fresh or recirculated gas streams. This type of converter is not automatically cooled by gas, because the cooler; although it increases with an increase in the speed of the reactive gases, does not increase in proportion to this speed.

   However, for many reactions that do not produce. clearances of. extreme heat, this type of converter is useful and is a very economical type to build. As will be evident, the recirculation system is similar to those shown in the preceding figures and the same parts have the same reference numerals.



   Fig. 15 shows a modified tentelew converter which is transformed into a fully automatic, gas cooled device by placing inverted tubes 147, closed at the end, over the catalyst tubes. These inverted tubes are provided with perforations 146 in their. lower extremities. The incoming gases are thus forced to enter the perforations 148 and rise through the annular space delimited by the catalyst tubes 146 and the tubes closed at the end 147, then reverse their flow after having encountered the upper ends of the tubes. temperature equalizing elements and descend through the catalyst.



    Because of this positively defined flow of. gas and its narrow confinement to the walls of the catalyst tubes, the cooling is fully automatic, as in the case of Fig. 1, and due to the fact that the catalyst is in tubes and therefore the ratio of cooling area to catalyst volume is large, the cooling effect is even more powerful than with

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 converters of the type shown in FIG. 1. The recirculation is, of course, the same as that shown in the previous figures.

   This type of converter can be used for the most intensely exothermic and delicate reaction without its powerful gas cooling together with the auxiliary cooling effect of the temperature equalizing means. It goes without saying that, in converters of the type shown in FIG. 15, as in those of the preceding figures, the temperature equalizing elements can be omitted when the additional cooling and regulating effect which they make possible is not necessary.



   Fig. 16 shows an odiviled converter system, of the type of that shown in fig. 15. This system has, in addition to the regulated gas flow, auxiliary means for directly introducing reactive gases into the catalyst, without passing over the catalyst tubes. This is accomplished by the application of a perforated partition, 149, arranged above the Tentelew tubes and connected with the overturned tubes 147 by hoses 150, the gases being introduced directly through the valve hose 25.

   The temperature equalizing means can be placed as in Fig. 15, arrangement which is indicated by the three tubes on the left of the converter; or they may extend partly or completely through the tubes 150, which will result in very efficient auxiliary cooling since the fresh gases, passing through the narrow annular space between the temperature equalizing elements and the tubes 150 will effectively cool the former.

   The temperature equalizer elements may extend all the way through the catalyst, as shown for the far right tube in the figure, or they may not be vented; go down only partly through the catalyst, like this'

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 is represented by the second tube on the right. The latter arrangement has the advantage that auxiliary cooling is applied only to the portion of catalyst that meets the gases. the most concentrated and where, therefore, the heat release is maximum.

   Any other arrangement of equalizer elements can be made use of. temperature and, of course, in a given converter any arrangement will usually be uniform, with several arrangements being shown in a single converter simply to show a number of variations. The re-represented recirculation system is the same as that described in previous examples. Of course, the temperature equalizing elements can be friendly, as mentioned in connection with the previous figure.



   Fig. 17 shows a further modification of the construction shown in Figures 15 and 16. In this figure, the perforated partition 149 exists, as in Figure 16, and connects to the overturned tubes 147 through the tubes 150; but, instead of introducing gas. additional costs by these tubes, they are closed by packing boxes. 151 and the temperature equalizing elements extend therethrough in a space between the top 3 and the perforated partition 149. This space is provided with an inlet pipe 152 and an outlet pipe 153, all of which are two controlled by suitable valves.

   A stream of cold air, or cold gas, is blown over the vapor spaces of the temperature equalizing elements and results in remarkably efficient auxiliary cooling which may in some cases be more efficient than cooling by gas itself. Of course, the temperature equalizing elements can be of any desired type and be provided with a boiling or non-boiling liquid, or a solid. However, elements with boiling liquid are particularly effective.

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   Fig. 18 shows a converter of the modified rentelew type, inverted. In this converter the catalyst tubes 155 hang from a bulkhead 154 placed above them and are provided with removable temperature equalizing elements 156 which are provided with suitable lifting handles and fitted with lugs. 157 resting on the boras of the catalyst tubes. Their lower portion passes through the central hole of catalyst retaining screens 158 which are mounted at the bottom of tubes 155. Construction details of these temperature equalizing elements are shown in Zigs. 19 and 20.

   Lower bulkheads 159 and 160 are provided with perforations and communication pipes 161 while tubes 162, open at their ends, rise from bulkhead 159 and extend between the catalyst tubes. 155. Gases, recirculated or fresh, entering through pipe 163 pass through tubes 162 at the top of the catalyst tubes and then descend around the latter, meeting, at the bottom of the path, the lower ends of the temperature equalizing elements which descend below the catalyst, then, reversing their flow, they rise through the catalyst and exit through the exhaust pipe 6.

   Auxiliary fresh gases can be introduced through the valve pipe 25 and, passing through the tubes 161, directly meet the catalyst without being forced 4 / descend around the catalyst tubes, as is the case for gases introduced through the pipe 153,
Figs. 21 and 22 show a type of converter in which the double countercurrent heat exchange is carried out with a slightly different construction of the heat exchanger element. As in fig. 1, the converter consists of a casing 1, a top 3, a bottom, a gas inlet pipe 5, an outlet pipe 6 and chi-

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 dispensing canes 32.

   Instead of providing in the upper part of the converter a partition from which the automatic heat exchanger elements are suspended, a similar effect is obtained by providing rings, open at one end and of different dimensions, arranged to emerge. - 'limping into each other. Thus, shorter concentric rings 40 are housed within each other with their closed ends resting on a perforated lower support 41 and longer rings 42 are likewise housed within each other with their ends open, which are preferably perforated, fitting into the open ends of the rings 41.

   It is, of course, evident that the center of the rings 40 is occupied by an open tube 45 at one end and that the outer rings, both long and short, are shared by half and use the envelope 1: of the converter as one. of their walls. These "built" rings, that is to say, one wall of which is formed by the casing 1, are designated by 44 and 45, respectively. The catalyst is placed between the rings 40.

   Although. the structure of the converter differs radically from that re: presented in the. Fig. 1, a review of the cut. vertical, Fig. 19, watch. that the gas flow is the same - that is, the gases. arriving through pipe 5 descend into. the annular spaces between the rings 42 reverse the flow and rise between the walls of the rings 42 and the rings 40;

   or else, in the case of the central ring 42, the gases descend through the annular space between this tube and the tube, closed at the end, 43. The first flow is in an indirect relation. heat exchange with the catalyst and, during the reverse flow, the gases passing in a direct heat exchange relationship with the catalyst as well as with the incoming gases, during the downward flow, then during a second reversal the gases pass through the catalyst.



  In other words, in FIG. 21, instead of "a series of elements

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 Heat exchangers, automatic, circular, with double counter-current, all heat exchanger elements except one are annular instead of circular.



  This construction has some advantages for certain converter sizes and, due to the fact that the heat exchange element surface in contact with the catalyst, compared to the volume thereof, is greater.
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 that with circular elements of the same surface, one can obtain a little more uniform control -J--, the .obtain a little more uniform control of the heat 1 1 ') which is important in well aes.réaa; ions. The temperature equalizing elements 55 are embedded in the catalyst rings, as is evident, and perform their usual role.



   Figs. 24 to 26 represent a converter of the general type of. that shown in Figs. 21 to 23, but provided with means for introducing gases directly into the catalyst without passing through the heat exchanging elements. This introduction is effected by the tubes 27 which extend from the upper rings to. a perforated plate placed in the upper part of the converter. The gases entering through the inlet pipe 5 are distributed by means of the baffles 32, then descend through the pipes 27 directly into the catalyst, meeting the upper parts of the temperature equalizing means, which increases the efficiency. of the latter, especially when they contain liquids which boil at temperatures of. reaction.

   The recirculated gases circulating through the heat exchanging elements and the direct introduction of gas can be seen as a means of emergency control or as a means of introducing cold gas to regulate the reaction.



   Fig. 27 shows a converter in which the principles of automatic heat exchange of the invention are combined with a circuit, partially or completely

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 closed, in which gases are recirculated. The converter is of the type shown in FIG. 6, except that, for the sake of simplicity, no heat equalizing means have been shown. Of course, they can nevertheless be used whenever they are found desirable. In Fig. 27, similar parts of the converter bear the
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 same reference numbers q, u 'in FIG. / 6.

   The converter offers. two ways of introducing reactive gases either through the heat exchange elements or directly, through pipes 27, on the catalyst. Reactive gases, prin-
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 cipals, which pass through evaporator 80, which is shown schematically in the form of a surface evaporator, then pass through pipe 79 into the space between the two upper parts of the converter, then descend through the automatic heat exchanger elements and through the catalyst to finally exit through the lower pipe 6 which leads directly to a countercurrent heat exchanger, 81, consisting of a shell 82, tubes 83 and baffles 84.

   The hot exhaust gases pass through the tubas where they are cooled by cooler gases circulating around these tubes, and then pass into the condenser 85 through the pipe 86. This condenser may be of an arrangement. any suitable. The highest boiling point constituents of the gas stream, which constituents in
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 4 =, s.: =. :: gas ¯..r = ü- .i ;: d. -: fCH! cfesiresS1 s; n4 precipitated and can be removed from the bottom of the condenser through valve pipe 87.

   The permanent gases, or in certain cases also the more volatile constituents which have not undergone the reaction, enter the perforated pipe 88, rise to the circulation pump 52 then pass through the pipe 89 from where a connection 90, provided with a valve 91, leads into a release tower 92 which can advantageously be provided with

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 means to prevent the loss of velatile constituents.



  The branch pipe 93, provided with a valve, opens into the pipe 89 and comes from a source of oxygen or oxidizing gas (not shown). Two branch pipes, 9. and. 95, respectively, run from pipe 89 to the heat exchanger shell. 81 and a valve 96 is provided between the pump 52. and the pipe 94 while a valve 97 is mounted in the pipe 89, between the pipes 94 and 95. The latter pipe extends to the inlet pipe 25 of the. converter and is provided with a valve 98. A branch pipe 99 goes from pipe 95 to the evaporator 80.

   The operation of the converter will be described with respect to the following example which illustrates the application of the principles of this specific modification of the invention to the side chain oxidation of toluol, chlorotoluols or nitrotoluols. :
The converter is filled with a catalyst consisting of 6-8 parts of a freshly prepared mixture of 12% McO3, 78% UO3 and -10% V2O5, with which 100 volumes of granules have been coated. pumice stone, aluminum granules, broken pieces of cellite bricks or fragments of filter stone,. size of a .pea. If necessary, the coating is adhered by means of a potassium-based water glass solution.



   An oxidizing gas consisting of carbon dioxide and oxygen = containing for example 15-20% oxygen = is passed through the toluol 80 evaporator at a temperature sufficient to evaporate the toluol and provide heating. fage of the mixture of reactive gases in the heat exchanger elements at a reaction temperature of 370-420 ° C., the temperature in question being measured after mixing with any gases entering through the tubes 27. Toluol or its substitutes are oxidized in passing through the catalyst either in the corresponding benzylic aldehydes or benzoic acids depending on the speed of the gases, higher speeds favoring,

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 naturally, the production of aldehydes and slower rates, the production of acids.

   The exhaust gases, which contain carbon dioxide, benzyl aldehydes, benzoic acids, unreacted toluol and some unused oxygen, pass through. heat exchanger 81, in condenser 85 which is maintained at a temperature sufficient to precipitate substantially the benzyl aldehydes and benzoic acids but high enough to prevent precipitation of toluol.

   The remaining gases, consisting mainly of carbon dioxide, oxygen and some toluol, rise through pipe 83 into pump '52 where they are discharged through pipe 89 and pass in part or in whole through the heat exchanger 81 through proper adjustment of the valve 97. In the heat exchanger, the gases are heated to the desired temperature and then they pass through pipe 95, pipe 99 and evaporator 80, where additional toluol is evaporated. The loss of oxygen is made up by further quantities of oxygen or, if desired, by air, arriving through the valve pipe 93.

   Proper adjustment of the valve 98 determines the relative proportion of the circulatory gas stream which passes through the toluol evaporator and therefore determines the concentration of toluol in the gas stream, since the gas passing directly from pipe 95 into the top of the converter and thence through the pipes 27 does not take any additional toluol. The speed of circulation of the pump will determine the contact time, the adjustment of valve 97 will determine the temperature at which the gases enter the converter and, therefore, to a large extent, the temperature prevailing in the latter, and the temperature in the converter. By the way of valve 98, the concentration of tolucl will be determined.

   These checks can be done by hand or be automatic or semi-automatic, depending on the particular installation.

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 culière, and ensure absolute control of the temperature ae reaction, the gas concentration had the gas contact time with the catalyst. Without the need to uire it, the oxygen concentration can also be regulated by a suitable adjustment of the valve provided on the pipe 95. It is thus possible to carry out delicate reactions in a simple and safe manner and to maintain the temperature. with a gap of 5-15 C., which is of great importance in these delicate reactions.

   The state of inaction, or of the gases having reacted, can easily be determined by suitable recorders of carbon dioxide and oxygen and, of course, by thermometric elements which are not shown as their location and arrangement will be obvious to the eye. learned chemical engineer. These recording instruments can also be used to actuate the various valves or to vary the speed of the pump so as to control and maintain constant reaction conditions.

   This can be done by means of electrical relays or other devices not shown in the drawings as they will be obvious to the skilled technician, even when oxygen is used as the oxidizing gas there will be a excess carbon dioxide, because even under the most careful operating conditions some total combustion occurs. As the quantity of gas in circulation is increased, part of it can be vented through pipe 90 into the vent tower which is provided with absorbent material for removing material which has not undergone the heat. reaction, entrained with the gases thus discharged.

   In practical operation, it may be desirable to continuously release gas, the amount released being determined by the adjustment of valve 91 which, of course, can be actuated automatically by the differential pressure prevailing in pipe 90 over the valves.

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 both sides of the valve, or by any other suitable means which will be obvious to the skilled chemical engineer. When air is used as a medium. oxidizer, there will be a very rapid accumulation of inert gases because four times as much nitrogen is introduced as oxygen. In this case, of course, one will have to increase the clearance and make it, preferably, continuous.

   The choice between oxygen and air-, gas cornrna. oxidizing agent, is determined to a large extent by economic factors such as the loss of toluol in the release, even when absorbent means are provided, the cost of oxygen, and the like. In any given installation, the informed chemical engineer will choose the conditions which are the most economical for the installation in accordance with the principles of the present invention which is, of course, not limited to the use of a gas. any particular oxidizer.



   Although it is advantageous in many cases to operate with a complete closed system, that is, a system in which all, or substantially all, of the gases leaving the condenser are recirculated. , this is not essential and, in particular when an inexpensive oxidant such as air is used, a semi-closed system, in which part of the gases are continuously evolved or discharged and where gases Fresh oxidants are added in an amount larger than that required to oxidize organic material in a single cycle, is very satisfactory.

   This semi-closed system is somewhat more efficient when the reaction is pushed closer to completion, or when a very volatile starting material, such as toluol, is not present, as continuous release is less desirable. when large quantities of volatile matter which has not undergone the reaction must be separated from the gases sent for off-gas. Natural- Bond, the same installation can be used sometimes as a closed system and sometimes as a semi-closed system in order to

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 satisfy varying reaction conuitians.



   Fig. 28 shows a particularly well-known arrangement for the production of aniline starting from nitrobendin, or similar liquid amino compounds starting from liquid or easily liquefied nitro compounds. Two converters are provided, shown as "A" and "B", consisting of an outer shell 101-A and 101-B, a lower chamber 102-A and 102-B, an upper chamber -
103-A and 103-B, a catalyst carrier chipmunk 104-A and 104-P of double countercurrent tubular heat exchange elements, such as those shown in FIG.

   l, having outer tubes 105-A and 105-B and inner tubes 106-il and
106-B and a central evaporator tube 107-A and l07-B connecting the upper and lower chambers. In these evaporator tubes extend valve spray hoses, 108-il and 108-B coming from reservoirs with nitrobenzine 109-A and 109-B,
It is evident that the top of the lower space, the evaporator tube and the catalyst screen define an annular chamber 110-A and 110-B. From chamber 110-B a valve pipe 111 goes to tubular heat exchanger 112, consisting of a casing 113, tubes 114 and baffles 115.

   Pipe 111 is connected with one end of the heat exchanger and the gases passing through this pipe then pass through the tubes of the heat exchanger, from where they pass through the liquid condenser. 116, which is conventionally shown as a coil which is immersed in a suitable cooling bath contained in reservoir 117 and ultimately terminates at manifold 118. The condensate can be removed from this neck. - drive through the valve pipe 119 and the non-condensed material leaves the upper part through the pipe 120 to go to a pump 121 for which the valve pipe 122 constitutes. a bypass' or detour or bypass duct.

   A 123 valve hose comes from a source of hydrogen or reducing gas

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 (not shown), while what represses. the pump passes through pipe 124 into the casing of exchanger 112, circulating around the tubes, and exits through pipe 125 which terminates in a heating coil 126, shown. conventionally in the form of a coil provided with a heating bath contained in a suitable container 127. A valve release pipe, 128, provided with a suitable release tower 129, connects to pipe 125 and a valve pipe 130 constitutes a bypass or bypass duct for the heating coil.

   From the outlet end of the heater, where. the pipe 130 joins therefrom two valve pipes, 131 and 138, going respectively to the lower compartments 102-A and 102-B. A valve pipe. 135 connects the lower space 102-A with the annulus 110-B and a similar valve pipe, 134, connects the lower space 102-B with the annulus 110-A. A valve pipe 135 also connects the annular space 110-A with the pipe 111 terminating in the heat exchanger 112.



   In operation, the reducing gases entering through pipe 123 are returned by the pump: 121 through the heat exchanger, pipe 125, heater 126, or bypass 130, depending on the adjustment of the. valve, then, by closing the valve of the pipe 132 and the opening of the valve of the pipe 131, they pass through the latter into the space 102-A from where they rise in the evaporator tube 107- A against the current to the sprayed nitro benzine descending from tank 109-A, the heat contained in the gases. being sufficient to evaporate the nitrobenzine.

   The vapor and reducing gas mixtures then pass through the heat exchange elements to. dual-current 106-A and 106-A where. they are heated further and, from there, to. through the. catelyseur, in the annular chamber 110-A then, by the. pipe 134 (the valve of pipe 135 having been closed) in the lower chamber

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 higher 102-B;

   from there they pass into the evaporator tube
109-B where, if desired, more can be sprayed with. nitrobenzine but where ordinarily the spray hose valve 108-B will be closed, and they then pass through the heat exchanging elements of converter B @, descend through the catalyst into annular chamber 110-B and exit through the pipe 111 and through the tubes of the heat exchanger 112 where they serve to heat, the incoming gases and reducers and are themselves cooled.



  Further cooling occurs in coil 116 which results in aniline condensation. The aniline drops to the bottom of the collecting tank 118 and can be withdrawn through the valve pipe 119 while the unreacted gases, with proper adjustment of their hydrogen concentration, begin the cycle again.



   - When desired, some gas can be released through the vent pipe 12: 8 and vent tower 129 and the amount of heat can be varied. coil 126 by varying the proportion of gases passing through bypass 130. If desired, the flow through the converters can be reversed by a suitable adjustment of the valves, as will be evident to an experienced chemical engineer , the gases passing through pipe 132 into space 10-B, then rising through evaporator tube 107-B, where they meet the sprayed nitrobenzine descending from tank 109-B,

   for aescenare en - suite through the heat exchanger elements and the catalyst of converter "B" in the annular space 110-B, then through the pipe 133 to the lower space 102-A, back up through the tube evaporator 107-A, with or without further addition of nitrobenzine, back down through the heat exchanger elements and through the converter catalyst, "A" into the annular chamber 110-A and pass from there through the pipes 135 and 111 ,. in the heat exchanger 112.

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   If only one converter is to be used at a time, this can be done by suitable adjustment of the valves. Thus, for example, the converter "A" can be made use of in closing them. valves, pipes 132, 133 and 134. The gases, after. having passed through converter "A", then go directly, through pipe 135, to the heat exchanger. You can, in a similar way, use the converter "B" alone by closing the valves of the pipes 131, 133, 134 and 135. The gases, after. having passed through converter "3" then enter the heat exchanger through pipe 111.



   A two converter system, such as that shown, with means for evaporating nitrobenzine or other liquid to be reduced, allows very exact control. temperature and, at the same. time, keep. at the highest degree. heat of reaction. We can also do; varying the concentration of the reactant gases by varying, for example, lets, amounts of nitrobenzine introduced into the two converters in series.

   Different temperatures, or: conditions of. Different catalyst may also exist in the two converters, which makes. the very own system perform reactions that must be done. in stages such as, for example, the synthesis of. methanol or motor fuels, or the production of benzyl aldehyde and benzyl alcohol from phthalic anhydride through the phthalide stage, etc.



   The two converter system is also. effective in the case where it is desired to be able to repair one of the converters without stopping the process, since one or the other of the converters can be isolated at will. In cases where catalysts deteriorate with use., it is also possible to reverse the direction of the flow. as described above, when it may be desirable. The converters shown in Fig. 28 are only examples.

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 ples and, of course, all other types of gas-cooled converters. shown in the first figures and described above can be used whenever their particular characteristics make them desirable.



    When obtaining a solid reaction product, it is also possible to dispense with the type of condenser shown, which is only necessary when the reaction product is a liquid.

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Claims (1)

Fige. 27 et 28 ont été décrites à l'égard de réactions spécifiques, pour lesquelles elles conviennent bien, afin de rendre le fonctionnement plus clair et concret. Naturellement, il va cependant sans dire que ces types de convertisseurs peu- vent être employés pour toutes autres réactions exigeant le type de contrôle qu'ils donnent. Bien entendu, aussi, des systèmes de remise en circulation avec séparation partielle ou totale de produits ayant subi la réaction, tels par exem- ple que ceux représentés aux Figs. 27 et :8 peuvent étreap- pliqués à des convertisseurs représentés sur c'autres figu- res. Freezes. 27 and 28 have been described with regard to specific reactions, for which they are well suited, in order to make the operation more clear and concrete. Of course, however, it goes without saying that these types of converters can be used for all other reactions requiring the type of control they give. Of course, also, recirculation systems with partial or total separation of products which have undergone the reaction, such as, for example, those shown in FIGS. 27 and: 8 can be applied to converters shown in these other figures. Comme cela a été précisé ci-dessus, les accessoires su- per.flus ont été éliminés et, pour plus de simplicité, les premières figures montrant une remise en circulation ont été dessinées sans systèmes séparateurs; mais la façon d'incorpo- rer des systèmes s'épara.teurs convenables dans les systèmes de remise en circulation, ou à la place des aispositiis in- diqués schématiquement des premiers systèmes, sera évidente pour- l'ingénieur chimiste averti et toutes les modifications de ce genre rentrent, bien entendu, dans le cadre de l'inven- tion.- En Résumée l'invention comprend : As was specified above, super.flus accessories have been eliminated and, for simplicity, the first figures showing recirculation have been drawn without separating systems; but how to incorporate suitable separator systems into recirculation systems, or in place of the schematically indicated aispositiis of early systems, will be obvious to the skilled chemical engineer and all practitioners. modifications of this kind come, of course, within the scope of the invention. In summary, the invention comprises: Un appareil poux réactions catalytiques en phase va- peur, comprenant essentiellement un c.onvertisseur refroidi par .les gaz. de réaction, tel qu'un convertisseur dans lequel leffet de refroidissement augmente rapidement avec un ac- <Desc/Clms Page number 43> croissement. dans la vitesse desdits gaz et de. préférence pro- portionnelleme-nt à cet accroissement, par exemple: An apparatus for vapor phase catalytic reactions, essentially comprising a gas-cooled converter. reaction, such as a converter in which the cooling effect increases rapidly with <Desc / Clms Page number 43> crossing. in the speed of said gases and. preference in proportion to this increase, for example: , un conver- tisseur pourvu d'éléments échangeurs de chaleur à double contre-courant, avec ou sans éléments égalisateurs de tempé- rature associés ave,c la masse de contact dans. le convertis- seur et consistant en des corps. de haute conductibilité ther- mique et de grande capacité calorifique, comme. des. corps en @ ... métal ou, des compartiments contenant. des, liquides qui bouil- lent aux environs de la température de réaction, légèrement au-dessus de cette température ou bien au-dessus de celle-ci, et des moyens pour remettre en circulation au. moins une. , a converter provided with double countercurrent heat exchange elements, with or without associated temperature equalizing elements with, c the contact mass in. the converter and consisting of bodies. of high thermal conductivity and high heat capacity, such as. of. body in @ ... metal or, containing compartments. liquids which boil at about, slightly above or above the reaction temperature, and means for recirculating to. minus one. par- tie des gaz ayant subi la réaction venant du convertisseur, le système de remise en circulation étant de préférence pour- vu de moyens pour enlever des produits de réaction, tels par exemple que des condenseurs, pour produits de faible volati- lité, et de moyens pour introduire de la matière réactive dans les gaz. remis en circulation, avec ou. sans. moyens pour l'ajustement de la température du courant de gaz remis en circulation, ledit appareil pouvant d'ailleure être caracté- risé, en outre, par le fait que: part of the reacted gases coming from the converter, the recirculation system preferably being provided with means for removing reaction products, such as for example condensers, for products of low volatility, and means for introducing reactive material into the gases. put back into circulation, with or. without. means for adjusting the temperature of the recirculated gas stream, said apparatus furthermore being able to be characterized in that: a) Tous les gaz ayant subi la réaction passent à tra- vers un système de remise en circulation qui est pourvu de moyens de condensation pour des ingrédients non volatils, avec ou sans moyens de dégagement pour des produits de réac- ) tion gazeux d'une façon permanente, ou des diluants de ceux-cil ces moyens de dégagement étant de préférence pourvus d'un système d'absorption convenable pour empêcher la déperdition de matière volatile n'ayant pas subi la réaction ou 1'ayant subie, etque b) la proportion de gaz. remis en circulation et (on} <Desc/Clms Page number 44> la vitesse de ceux-ci varient automatiquement selon la tem- pérature de réaction. a) All reacted gases pass through a recirculation system which is provided with condensation means for non-volatile ingredients, with or without release means for gaseous reaction products. permanently, or diluents thereof, said releasing means preferably being provided with a suitable absorption system to prevent the loss of volatile material which has not undergone or has undergone the reaction, and that b) the proportion of gas. put back into circulation and (on} <Desc / Clms Page number 44> the speed of these varies automatically according to the reaction temperature.
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