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-EHFECTIONNEIENTS AUX PROCEDES ET APPAREILS DE SYNTHESE @
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La présente invention est relative à des perfectionnements apportés aux procédés et appareils utilisés dans les synthèses catalytiques en phase gazeuse.
L'emploi de la pression dans un grand nombre de cas de syn- thèses catalytiques oblige à la construction de fours de syn- thèse longs et minces. Cette construction des tubes de force est en effet la plus favorable quant au poids de oes tubes et quant à leur facilité de construction, Cette forme des fours de synthèse a malheureusement le désavantage d'obli- ger à disposer les catalyseurs en longueur, dans le sens du
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f}-1..}"';.fv"rtf1 oourant de gaz. qui les traverse, Cette dtjo1tt:à;
, a pour ?i ' Ç , effet de provoquer un déséquilibre dans la température de la masse de catalyseur les parties de catalyseur qui se trou- vent à l'entrée, où le gaz neuf entre causent la réaction
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la plus vive, alors que les parties du catalyseur se trou- vant à la fin du circuit du gaz à convertir fonctionnent beau- coup moins activement, la réaction étant en grande partie achevée dans les premières couches de catalyseur. La disposi- tion d'éohangeurs de température à l'intérieur de la masse de catalyseur peut, en partie, contrecarrer ces effets, mais ne peut pas les supprimer totalement.
Ces inconvénients sont :
Les tubes de oatalyse sont habituellement beaucoup plus chauds dans une certaine zone qui correspond à l'entrée du gaz dans le catalyseur que dans d'autres parties qui se trou- vent vers la sortie du gaz du catalyseur; la conduction de la chaleur par le catalyseur ne peut pas @ faire sentir ses effets favorables à l'égalisation des tem- pératures, la section normale des catalyseurs au passage du gaz étant faible par rapport à la longueur du catalyseur.
La présente invention a pour objet : de régulariser la température dans toute l'étendue du cata- lyseur d'une façon beaucoup plus parfaite qu'il n'a été fait jusqu'à présent.
Les moyens employés à cet effet dans la présente invention sont de prendre avantage de la conduction du catalyseur en augmentant considérablement la section normale au passage du gaz par rapport à la longueur, dans le sens du passage du gaz.
Plusieurs moyens, qui font tous l'objet du présent brevet sont préconisés dans ce but : 1 / Le catalyseur est divisé en un certain nombre de cellules, les séparations étant normales à l'axe du tube de synthèse.
Les gaz frais sont répartis entre ces différentes cellules et passent dans chaque cellule à travers le catalyseur para] l'element à l'axe du tube de synthèse. Chaque cellule est munie d'échangeurs de température plongés dans le masse du catalyseur; ces échangeurs de température servent à échanger la température entre les gaz frais et les gaz partiellement convertis au fur et à mesure de leur passage @
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dans le catalyseur. Ces échangeurs sont, en principe, oonstitués de tubes concentriques parallèles . l'axe du tube de synthèse et uniformément ou non uniformément ré- partis autour de cet axe. Ils ont été précédemment décrits.
2 / L'autre moyen préconisé consiste à diriger le gaz frais normalement à l'axe du tube de synthèse soit en le faisant entrer dans le catalyseur par une série d'ouvertures pra- tiquées dans un tube central et à évacuer les gaz convertis par la périphérie, soit, Inversement, en faisant passer les gaz frais par la périphérie et à les évacuer après conversion par le tube centrale
De cette façon, le catalyseur fonctionne également sur toute la longueur du tube de synthèse, Les effets de la conduction peuvent être améliorés par l'introduotion d'échangeurs de tem- pérature qui seront disposés radialemento Ces échangeurs de température sont comme ci-dessus,
constitués de tubes oonoen- triques disposés régulièrement dans toute la masse du cataly- seur. Ces éohangeurs de température peuvent être semblables à ceux qui ont déjà été décrits. Comme exemples d'application des deux systèmes dont il a été question plus haut nous déori- rons deux types de tube de synthèse pour réactions exothermi- ques. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux seuls descriptions et schémas donnés ci-dessous, mais qu'elle comprend tous les tubes de synthèse d'une construction conforme au principe décrit ci-dessus.
Dans les dessins ci-jointsles figures 1, 2 et 3 montrent des modes de réalisation de l'invention suivant le point 1 / ci-dessus, et la figure 4 montre un mode de réalisation sui- vant le point 2 / ci-dessus.
En se rapportant à la figure 1 :
Dans un tube de force 1 est placé un tube intérieur 2 à enveloppe non conductrice de la chaleur, Ce tube intérieur est relié à l'extérieur à l'aide des tubes 3 et 4 dont l'un au moins est fixé dans le tube de force à l'aide d'un bourrage.
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A l'intérieur du tube intérieur 2 se trouve un tube 5 qui est le tube porte-catalyseur. Celui-ci est séparé en plusieurs cellules par des diaphragmes 6 perforés d'un trou central par du tube 3 lequel passe un tube central 7 placé dans l'axe/de synthèse.
Les cellules 8, 9, 10, eto., ainsi constituées sont remplies de catalyseur. A la partie supérieure de chaque cellule se trouve un diaphragme 11 semblable au diaphragme 6, mais percé d'un certain nombre de trous qui servent d'entrée aux éohan- geurs de température 12 qui plongent dans la masse du cata- lyseur. Des ouvertures 13 faites dans la paroi extérieure du tube porte. catalyseur 5 et placées entre le diaphragme 6 et le diaphragme 12 de chaque cellule servent d'entrée des gaz frais dans le catalyseur. Des trous 14 pratiqués dans le tube central 1 à la partie inférieure de chaque cellule porte- catalyseur servent à évacuer les gaz après conversion.
Le gaz total converti sortant par le tube intérieur 7 est conduit par ce tube dans un éohangeur de température 15 si- tué dans la partie inférieure du tube de synthèse. Les tubes de cet éohangeur de température sont parcourus intérieurement par la totalité ou par une partie des gaz frais froids, tandis que l'espace extérieur au tube est parcouru de haut en bas par les gaz convertis chauds sortant par le tube central 7.
Après échange de température les gaz convertis et refroidis sont évacués du tube de synthèse par le tube 3.
Le gaz neuf froid est introduit par la tuyauterie 16 et se paré en deux parties par la soupape à trois voies 17. Une partie est introduite par 19 dans l'espace 20 compris entre le tube de force et le tube intérieur 2 et circule de haut en bas en refroidissant intérieurement le tube de force.
Arrivé à la partie inférieure du tube il entre dans les tubes de l'échangeur 15. Ce gaz, après s'être échauffé dans les tubes de l'échangeur 15, passe dans l'espace annulaire 23 compris entre le tube 2 et le tubeporte-catalyseur 5. De cet espaoe annulaire 23 il passe, par les ouvertures 13 et les
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échangeurs de température 12,dans le catalyseur contenu dans les différentes cellules 8, 9, 10, etc..
Le reste du circuit a déjà été décrit ci-dessus..
Les éohangeurs de température 12 peuvent être construits des différentes façons oonnues et peuvent réaliser soit le courant parallèle entre les gaz qui se trouvent de part et d'autre de la paroi éohangeante, soit le courant contraire.
La circulation des gaz frais avant leur entrée dans l' échangeur de température 15 peut être modelée de plusieurs façons, par exemples en vue de refroidir plus efficacement la paroi intérieure du tube de foroe (figure 2) la totalité des gaz froids peut être introduite par 30 dans l'espaoe annulaire compris entre le tube de force et le tube inté- rieur!. Ces gaz refroidissent la paroi intérieure du tube de force en circulant de haut en bas dans l'espace annulaire.
En 31 la totalité du gaz est prélevée à la sortie du tube de force et divisée en deux parties réglables par la soupape à trois voies 32. Une portion est introduite par 33 directe- ment dans l'espace 23 compris entre le tube intérieur 2 et le tube-catalyseur 5. L'autre partie est introduite par 34; dans un espace 35 compris entre le fond plein 36 du tube 2 et la plaque tubulaire 37 de l'échangeur de température 38. De cette façon, comme dans le oas de la figure 1, la température dans l'espace 23 est réglée à volonté par la position de la soupape à trois voies 32.
En se rapportant maintenant à la figure 6 :
En vue d'améliorer le mélange des deux gaz dont l'un est réchauffé par l'échangeur de température'15 ou 38 et l'autre n'est pas réchauffé par cet échangeur, une séparation 39 peut être aménagée. Cette séparation a pour but de ramener à la par- tie supérieure du tube de synthèse le gaz qui a été réchauffé à l'extérieur des tubes de l'échangeur de température 15.
En se rapportant maintenant au deuxième oas montré dans la figure 4
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Les dispositifs peuvent être semblables à ceux qui ont été décrits ci-dessus, sauf que le tube porte-catalyseur au lieu d'être séparé en cellules porte des éohangeurs de température 40 dirigés dans le sens des rayons du tube de synthèse, 1' entrée de ces éohangeurs de température se faisant par des extérieure ouvertures 41 dans la paroi/du tube porte-catalyseur, la sortie des gaz convertis se faisant par des ouvertures 42 pratiquées dans le tube central.
Le reste du circuit reste semblable à ce qui a été décrit pour les oas des dispositifs montrés dans les figures 1, 2 et 3.
Les échangeurs de température 40 peuvent être à courant pa- rallèle ou à courant contraire tout comme dans le cas précé- dent.