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Procède pour le chauffage de gaz
Dans la synthèse de l'ammoniaque et autres procédés ana- loguesp où l'on emploie des gaz contenant de l'hydrogene, à haute pression et à des températures élevées qui dépassent notamment 4000 C, on rencontre des difficultés du fait que les parties de l'appareil qui sont en fer ou en alliages contenant du fer sont altérées au bout d'un certain temps par l'action nuisible de l'hydrogène sur leurs qualités de résistance, de telle sorte que ces parties de l'appareil ne peuvent en géné- ral être utilisées que pendant un laps de temps très réduite On a déjà trouvé des moyens de vaincre ces difficultés pour les parties de l'appareil dans lesquelles se font les réactions,
c'est-à-dire dans les autoclaves ou les fours de contact. Une
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difficulté spéciale réside d'ailleurs encore dans la protec- tion des parties de l'appareil, dans lesquelles les gaz sont chauffés. Les difficultés y proviennent principalement du grand développement qu'on est obligé de donner aux dispositifs de chauffage afin que les gaz qu'il s'agit de chauffer pré- sentent une surface suffisante pour absorber la chaleur.
Par suite du grand développement de ces appareils, il n'était presque pas possible d'obtenir jusqu'ici une trans- mission suffisamment régulière de la chaleur pour éviter des surchauffes à des températures capables d'accélérer fortement la destruction des appareils. Pour atteindre une certaine température moyenne, il était impossible jusque présent de ne pas dépasser cette température moyenne en certains endroits.
Ces inconvénients sont supprimés par la présente in- vention dont la caractéristique essentielle consiste à effec- tuer le chauffage de gaz, particulièrement à des températures inférieures à 500 , en leur faisant parcourir des échangeurs de chaleur en sens inverse de gaz inertes chauds préférable- ment comprimés, notamment de l'azote de manière à les chauf- fer par transfert de la chaleur de ceux-ci.
Cet azote ou autre gaz inerte peut alors être amené à son tour, par tout autre appareil.de chauffage, à la température voulue qui,pour couvrir les pertes de chaleur par rayonnement, peut dépasser de quelques degrés la température à laquelle le gaz contenant de l'hydrogène qui est utilisé pour la synthèse de l'ammo- niaq'ue ou un procède analogue doit être porté, Le chauffage de l'azote par une source de chaleur étrangère peut se faire d'une manière quelconque, sans qu'il soit nécessaire d'éviter aussi soigneusement que jusqu'à présent la température criti- que de 5000 surtout,
à laquelle le gaz contenant l'hydrogène
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commence à exercer son action nuisible sur le matériel fer- reuxp étant donné que l'azote n'a pas une influence préjudi- ciable sur les matériaux de construction contenant du fer.
Le chauffage de l'azote peut par exemple être effectue direc- tement par un foyer , gaz ou indirectement par du plomb li- quide, l'azote circulant alors dans un serpentin plongé dans un bain de plomb liquidequi est lui-même maintenu à la tem- pérature voulue par un foyer à charbon ou à gaz ou tout autre foyer.
De préférence on n'emploiera le chauffage au moyen d'a- zote chaud que pour obtenir en dernier lieu la température maximum à laquelle les gaz datent être portés,, On conduira donc d'abord les gaz chauds sortant des chambres de réaction, dans un échangeur de chaleur, de préférence en sans inverse des gaz froids entrants. De cette manière ces gaz sont déjà chauffés à une certaine températures l'échange des températu- res n'étant avantageusement poussé que dans la mesure -moulue pour chauffer les gaz contenant l'hydrogène à une température inférieure à 400 . l'hydrogène n'exerce pas encore son action nuisible à cette température.
Les gaz ainsi chauffés à une température ne dépassant de préférence pas 100 pour entrer en réaction sont alors amenés dans un échangeur de chaleur en sens opposé de l'azote chaud et portés à la température voulue qui est nécessaire pour l'accomplissement de la réaction con- sidérée. Le chauffage décrit peut être appli dans la syn- thèse de l'amloniaque non seulement pour les gaz qui pénètrent dans les fours de catalysation et doivent être préalablement chauffés dans ce but, mais aussi pour le lavage des gaz sur des catalyseurs épurateurs à une température élevée et en particulier sous une pression élevés, cet usage constituant probablement l'application la plus importante pour diverses
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raisons.
Comme les réactions qui se produisent sur les cataly- seurs épurateurs, précisément lorsque les gaz qu'il s'agit de laver ne présentent dès l'abord que peu d'impuretés, ne se font qu avec un faible dégagement de chaleur susceptible de se dissiper, il faut couvrir les pertes par rayonnement de chaleur au moyen d'un chauffage complémentaire spécial.
Le chauffage indirect décrit ci-dessus, à l'aide d'azote ou d'au- tres gaz inertes convient particulièrement pour ce chauffage supplémentaire,
Lorsqu'on emploie de hautes concentrations volumétriques, la synthèse proprement dite de l'ammoniaque est liée à un tel dégagement de chaleur que les gaz s'échappant du four de syn- thèse possèdent une température beaucoup plus élevée que les gaz qui y pénètrent, de sorte que ces derniers peuvent être complètement chauffés par les échanges de chaleur. Pour cette raison, le chauffage par l'azote offre une importance parti- culière dans la synthèse proprement dite de l'ammoniaque, lorsque le traitement se fait avec de faibles concentrations, qui ne donnent pas lieu à l'équilibre thermique mentionné.
Il faut surtout tenir compte de ces conditions lors de tamise en marche, c'est-à-dire lors de l'allumage dea fours de contact, ou après un long usage d'un catalyseur ou encore lorsqu'on emploie des catalyseurs peu actifs.
D'ailleurs, il est aussi possible, lorsqu'il s'agit de l'épuration càtalytique des gaz à des températures élevées,de provoquer un dégagement de chaleur dans un catalyseur épura- teur même, c'est-à-dire d'élever dans une mesure notable le dégagement de chaleur qui y est produit.
Le chauffage à l'a- zote décrit ci-dessus n'est appelé à contribution de ce fait que dans une mesure particulièrement faible et peut même être
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entièrement supprimé dans des cas exceptionnels, Ceci s'ob- tient en donnant aux gaz qu'il s'agit d'épurer, avant l'épu- ration catalytique, une certaine teneur en oxyde de carbone ou de préférence en oxygène,, qui doit toutefois pour l'oxygène être notablement inférieure à la limite d'explosion. 3 à 5 % d'oxygène suffisent en règle générale.Normalement une teneur maximum en oxygène de 2 % avant l'épuration par catalysa de- vrait suffire pour couvrir les pertes par rayonnement.
L'addi- tion permet à l'oxyde de carbone de se combiner avec; l'hydro- gène pour former du méthane et de l'eau, ou à l'oxygène de se combiner avec l'hydrogène pour former de l'eau sans production de flammes, et cela;, par l'intermédiaire de la masse d'épura- tion catalytique, Cette dernière est de préférence choisie de manière qu'elle agisse favorablement sur les. réactions décri- tes, notamment à pression élevée, En particulier, on emploie des catalyseurs qui renferment comme éléments essentiels les métaux du Sorgroupe du système périodique, c'est-à-dire les métaux du fer et les métaux du platine, ou des composés qui se transforment en ces métaux lorsqu'on applique les:;
condi- tions dans lesquelles ils doivent être utilisés.
L'addition d'oxyde de carbone ou d'oxygène équivamt à une réduction des quantités d'hydrogène disponibles. Pour ce motif, il vaut mieux dans la plupart des cas remplacer de pro- cédé de chauffage par réaction chimique, par le chauffage à l'aide de gaz inertes chaude décrit ci-dessus. Néanmoins ce procédé de cisuffage est un précieux auxiliaire car il n'exi- te aucun nouvel appareil essentiel, de telle sorte qu'il cons- titue pour l'exploitation industrielle une réserve très utile pour l'installation de chauffage nécessaire à l'épuration, L'eau formée par les réactions chimiques est éliminée des gaz
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de la manière connue par séchage ou congélation par des moyens connus.
On peut naturellement aussi combiner d'une manière ap- propriée le procédé de chauffage chimique avec celui par gaz inertes.
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1.- Procède pour le chauffage de gaz dans la synthèse de l'ammoniaque ou autres procèdes utilisant des gaz contenant de l'hydrogène sous haute pression, caractérisé en ce que le chauffage des gaz de réaction se fait au moyen de gaz inertes préalablement chauffés et de préférence comprimés, notamment au moyen dtazote.