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Dispositif assurant l'exploitation économique de la masse catalysante dans la préparation synthétique de l'essence.
Dans la préparation synthétique de l'essence par le procédé Fischer-Tropsch, tel qu'on le met en oeuvre pratiquement, on obtient l'essence en mettant tout d'abord en contact intime des gaz de charbon ou de coke avec de l'hydrogène ou de la vapeur d'eau en présence d'un cataly- seur. Dans cette opération, il se produit, dans le four dit de contact, et d'une façon continue, de la chaleur, de sorte qu'il faut prévoir un dispositif de refroidissement
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capable d'évacuer d'une façon continue la chaleur qui se dégage à tout instant. C'est pour cette raison qu'on entou- re le four de contact d'un réfrigérant d'où il sort constam- ment un liquide de refroidissement.
On peut obtenir un ré- glage simple de l'évacuation de la chaleur, et par consé- quent de la température, en faisant fonctionner le réfrigé- rant en réfrigérant à vaporisation et en contrôlant la pression de la vapeur saturée qui se produit, ou en mainte- nant cette pression à une valeur correspondant à la tempé- rature désirée. A cet effet, on montait jusqu'à présent une soupape dans la conduite de vapeur du récipient de re- froidissement ou du serpentin de refroidissement, et on ac- tionnait cette soupape directement au moyen d'un piston de réglage sollicité par la pression de la vapeur et chargé par un poids.
Jusqu'à présent, il n'y avait pas de raison d'adopter un autre système de réglage de la pression. Ce système présente toutefois un inconvénient caché qui se ré- vèle en dernier ressort par une diminution sensible du ren- dement économique de l'ensemble du procédé. C'est sur ce fait qu'est basée la présente invention. Jusqu'à présent ce fait avait été négligé, aussi est-il nécessaire de l'é- tudier plus en détail ci-après. Selon la présente inven- tion, on propose d'effectuer le réglage de la pression au moyen d'un régulateur à action indirecte qui maintient une valeur constante à observer ou une valeur à observer restant comprise entre des limites déterminées d'entrée en action, quelle que soit la position de l'organe réglé.
Pour apprécier la valeur de cette solution, il faut tout d'abord examiner en détail la façon dont le cata- lyseur se comporte en service.
Le procédé précité ou le catalyseur a pour ca- ractéristique particulière que le processus chimique ne se ,.. développe de la manière désirée qu'à une température exac- tement déterminée dans le four de contact. Cette tempéra-
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ture doit être adaptée à l'état momentané du catalyseur, lequel n'exerce une action catalytique suffisante, à une température réglée' une fois pour toutes, et dans le fonc- tionnement industriel, que pendant un temps déterminé.
Quand cetemps est écoulé, on ne peut obtenir le type dé- siré de transformation qu'en augmentant d'une certaine quantité la température du four de contact. Quand on est parvenu, par une telle augmentation graduelle de la tempé- rature, à une limite de température supérieure, il faut régénérer la masse catalysante pour qu'elle puisse être réutilisée. Après la régénération, on peut reprendre le fonctionnement de la même manière, c'est-à-dire qu'on fait commencer le processus de nouveau à la température relative- ment basse, et on augmente cette température ensuite gra- duellement à des intervalles de temps déterminés, comme il a été indiqué ci-dessus.
Or, on a constaté que le catalyseur présente toutefois et en même temps encore une autre particularité dont il faut tenir compte quand on veut obtenir une utili- sation économique aussi bonne que possible de la masse ca- talysante. On a observé en effet qu'après chaque augmenta- tion de la température et lorsqu'on réutilise ou que l'on continue d'utiliser la même masse catalysante, le processus chimique ne se produit plus de la manière désirée à la tem- pérature plus basse, que le catalyseur ait ou non été utili-' sé au préalable dans cet intervalle de température.
Par con- séquent, si lorsqu'on opère avec une masse fraîchement régé- nérée on relève immédiatement sa température, par exemple par suite d'un défaut d'attention du personnel de surveil- lance, jusqu'à la température limite à laquelle il faut in- terrompre l'opération du fait de la nécessité de renouve- ler la régénération de la masse,on perd par ce moyen et en marne temps tout cet intervalle de température. Mais cela n'est pas le seul inconvénient. Le four doit rester inuti- lisé pour la période de temps qui est nécessaire pour
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extraire la masse de contact devenue inutilisable et pour la remplacer par une masse nouvelle ou fraîchement régéné- rée. Il se produit donc une perte de temps de travail.
D'autre part, il est contraire aux efforts tendant à trai- tor avec soin la masse catalysante, laquelle représente en valeur une partie importante de l'installation, d'être obli- gé de la soumettre à une régénération avant de l'avoir con- venablement utilisée auparavant.
Si on a présente à l'esprit cette propriété de la masse catalysante, c'est-à-dire qu'elle devient en quel- que sorte inerte quand on augmente sa température en servi- ce sans que sa fonction catalytique ait été utilisée aupa- ravant ou utilisée d'une façon suffisante, et si on examine ensuite la façon dont se comporte en service d'une part une installation comportant une soupape réglée directement par un piston mobile chargé par un poids, et la façon dont se comporte une installation dans laquelle d'autre part le réglage de la pression s'effectue au moyen d'un régulateur à action indirecte, du type précité,
on voit que lorsqu'on utilise le premier de ces dispositifs de réglage il est ef- fectivement impossible d'utiliser d'une façon économique la masse catalysante et qu'on ne peut obtenir cette exploi- tation économique qu'au moyen du dispositif de réglage cité en second lieu.
Si lorsqu'on utilise une soupape réglée direc- tement par un piston mobile chargé par un poids, il se produit une augmentation des quantités de gaz introduites dans le four de contact, la quantité de chaleur libérée dans ce four augmente également de ce fait. La conséquen- ce en est que le réfrigérant à vaporisation produit davan- tage de vapeur, que la vapeur s'accumule, et que la pres- sion de vapeur et par conséquent la température du liquide réfrigérant augmentent. Ensuite, le piston mobile ouvre davantage, en fonction de l'augmentation de la pression, la soupape qui se trouve dans la conduit-e d'évacuation de
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la vapeur du réfrigérant, afin de laisser échapper la quan- tité accrue de vapeur et d'abaisser par ce moyen la pres- sion.
L'essentiel dans ce cas est qu'il n'est pas pcssi- ble, cependant, avec ce dispositif de réglage de la soupa- pe, de rétablir exactement la pression existant auparavant, car à l'instant où il s'exercerait de nouveau la pression initiale sur le piston mobile, ce piston ne reviendrait pas seul dans sa position initiale, mais le cône ou le plateau de la soupape reviendrait également dans sa position initia- le par suite de l'accouplement rigide entre ces deux pièces.
On voit donc que la section de l'ouverture de la soupape et la pression sont deux grandeurs qui se correspondent en va- riant en sens inverse, de sorte que la pression qui est né- cessaire dans la section agrandie de l'ouverture de la sou- pape pour laisser échapper la quantité accrue de vapeur doit nécessairement être plus grande que la pression obser- vée auparavant par le régulateur. Cela signifie que le régulateur connu décrit relève, en cas d'augmentation de la charge de l'installation, la pression et en conséquence la température de la massé;.de contact, sans que la diminu- tion d'activité de la masse de contact y donne lieu, ce qui fait perdre inutilement un intervalle de température de fonctionnement de la masse de contact.
Il n'en est pas ainsi si on utilise, conformé- ment à la présente invention, et pour le réglage de la pression, un régulateur à action indirecte, du type indi- qué. Comme dans ce régulateur il n'y a aucune relation de position entre l'organe réglé et l'organe assurant le ré- glage, et que ce dernier organe assure le réglage de façon à obtenir une valeur à observer restant constante, il est impossible qu'en cas de variations de la charge de l'ins- tallation il se produise une augmentation permanente et nuisible de la température du fluide de refroidissement,et on obtient en conséquence effectivement, selon les condi- tions exposées, une meilleure utilisation du catalyseur,
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c'est-à-dire une augmentation du rendement économique du processus.
Sur le dessin joint est représentée dans son ensemble et par ses éléments essentiels la composition d'u- ne installation de préparation d'essence, munie d'un régu- lateur à action indirecte du type indiqué.
Dans la partie gauche de cette figure, on voit le régulateur proprement dit, tandis que dans la partie droite sont représentés les dispositifs nécessaires à la mise en oeuvre du procédé dit par contact. Il est sans importance pour la présente invention que le régulateur soit constitué et fonctionne dans le détail de telle ou telle façon, il suffit d'utiliser un régulateur à action indirecte présentant les propriétés indiquées. Sur la figure est représenté un régulateur à aiguille de contact d'une construction et d'un fonctionnement connus.
La partie droite de la figure représente tout d'abord, en tant que partie la plus importante pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus indiqué de préparation de l'essence, un récipient 2 rempli d'une masse de contact 1.
La masse 1 est disposée dans le récipient 2 au-dessus d'une grille 3. Dans le récipient 2 débouche par le bas une conduite de gaz 4 qui introduit par une conduite 5 par exemple du gaz de fours à coke, et par une conduite 6 de la vapeur. A son sommet, le récipient 2 est branché sur une conduite 7 dans laquelle débouche une conduite 8 par laquelle on fait arriver du gaz à l'eau. La conduite 9 va ensuite à des appareils à l'aide desquels on continue de traiter finalement le produit obtenu, d'une façon connue.
Le récipient 2 est placé dans un récipient de réfrigéra- tion 10 dans lequel on fait arriver .d'une façon continue par une conduite 11 un li'quide réfrigérant, par exemple de l'eau. La vapeur formée à partir du liquide réfrigérant est évacuée par une conduite 12 dans laquelle est montée une soupape de réglage 13. Cette soupape peut'être comman-
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dée par un moteur..14, lui-même commandé par un régulateur
17 au moyen de contacteurs 15 et 16. La partie de ce régulateur qui,? fournit des impulsions est constituée par l'aiguille à contact 18 sous tension d'un manomètre branché sur la conduite 12 au moyen d'une conduite 19.
L'aiguille 18 est disposée entre deux aiguilles 20 et 21 formant contacts opposés. Si la pression de vapeur augmen- te dans la conduite 12, l'aiguille 18 du manomètre dévie dans le sens des aiguilles d'une montre et ferme ainsi,par le contact de l'aiguille 21, un circuit, ce qui met en marche au moyen du contacteur 15 le moteur 14 de telle sorte que la soupape 13 s'ouvre davantage. Si la pres- sion dans la conduite 12 diminue au contraire, l'aiguille
18 du manomètre dévie dans l'autre sens et ferme par le oontact de l'aiguille 20 et au moyen du contacteur 16 un circuit qui met le moteur 14 en marche de telle sorte que la 'soupape 13 se ferme davantage. Ainsi que le mon- tre le schéma, en même temps qu'on enclenche ou qu'on dé- clenche le moteur 14, on enclenche et on déclenche un mo- teur 22.
Le montage est en même temps établi de façon que ce moteur change de sens de rotation en même temps que le moteur 14. Le moteur 22 sert à la commande d'une pompe de circulation 23, qui, suivant le sens dans lequel. elle tourne, aspire un liquide dans une chambre située en-dessous d'un piston qui se meut dans le cylindre 24, et refoule ce liquide dans la chambre située en-dessous d'un piston placé dans le cylindre 25, ou inversement.
Les tiges des pistons qui se meuvent en sens contraire de la force d'un ressort dans les deux cylindres 24 et 25 . attaquent par l'intermédiaire de bielles correspondantes un fléau de balance 26. Lorsque ce fléau de balance se déplace, une transmission à leviers 27 et 28 transmet ce mouvement à un secteur denté 29 qui pivote et qui est en prise avec un pignon droit 30 sur lequel sont fixées les deux aiguilles opposées 20 et 21. Ces dernières
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pièces constituent ensemble un dispositif de rappel élasti- que du régulateur. Pour pouvoir modifier la pression à ob- server que le régulateur doit maintenir, il est prévu une vis de réglage 31 qui est montée sur une tige filetée 32 supportée de façon à pouvoir tourner.
La tige filetée 32 porte un écrou invisible sur le dessin qui fait pivoter une plaque 33 autour du point 34 lorsqu'il se déplace dans un sens et dans l'autre. Sur cette plaque est fixé en 35 le tourillon pour le secteur denté 29. Les limites d'en- trée en action du régulateur peuvent être réglées au moyen d'une vis à main 36 à l'aide de laquelle on peut déplacer une pièce d'écartement 37 pour les deux aiguilles oppo- sées 20 et 21. Plus on rapproche les aiguilles 20 et 21 l'une de l'autre, plus les limites d'entrée en action du régulateur sont rapprochées, et inversement. Le régulateur est muni de deux graduations 38 et 39 dont l'une permet de lire les pressions qui règnent dans la conduite 12, et dont l'autre permet de lire directement les températures correspondantes de la vapeur saturée.
Enfin il faut encore signaler qu'il est encore prévu, dans l'installation repré- sentée, la possibilité d'intervenir à la main dans le ré- glage. Un interrupteur 40 à bouton-poussoir permet de mettre le moteur 14 en marche dans le sens de l'ouverture de la soupape 13, tandis que l'interrupteur 41 à bouton- poussoir permet de fermer davantage la soupape 13 par le moteur 14. Pour obtenir un déclenchement automatique du moteur 14 dans le cas où la soupape 13 arrive dans l'u- ne ou l'autre de ses positions-limites, il a été prévu deux interrupteurs de fin de course 42 et 43. décrit
Le dispositif fonctionne de la manière suivan- te.
Tant que l'ensemble de l'installation se trouve, pen- dant son fonctionnement, .dans un équilibre qui n'est pas troublé, il règne dans la conduite 12 une certaine pres- sion qui reste constante et qui est donnée par une ouvertu- re déterminée'de la soupape 13.- L'aiguille 18 du mano-
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mètre à contact, les,deux aiguilles opposées 20 et 21, et le fléau 26 de la balance occupent la position du des- sin, et les moteurs 14, et 22 sont au repos. Si on aug- mente alors la charge de l'installation, si on envoie donc par la conduite 4 davantage de gaz à travers le récipient 2, une quantité de chaleur plus grande est libérée, et dans le récipient 10 il se vaporise davantage de liquide de refroidissement.
La pression dans la conduite 12 augmen- te et l'aiguille 18 du manomètre dévie dans le sens des aiguilles d'une montre, elle heurte l'aiguille 21 qui fer- me le circuit du contacteur 15 et met ainsi en marche le moteur 14 dans le sema d'une ouverture de la soupape 13.
En même temps, le moteur 22 se met en marche également et fait tourner la pompe 23 de circulation de l'huile.
La pompe aspire de l'huile du cylindre 24 et la refoule dans le cylindre- 25. Par ce moyen, le piston qui se trouve dans le cylindre 24 descend, tandis que l'autre monte. Le fléau 26 s'incline et fait pivoter le sec- teur denté 29 dans le sens contraire à celui des aiguil- les d'une montre et le pigiion 30 dans le sens des aiguil- les d'une montre. Au même instant le circuit qui était fermé par la rencontre de l'aiguille 18 avec l'aiguille 21 se rouvre, de sorte que les deux moteurs 14 et 22 s'arrêtent. Désormais, l'aiguillée 21 commence un mouve- ment rétrograde, de sorte qu'elle suit l'aiguille 18 qui tend également à se rapprocher de sa position initiale du fait que la soupape 13 est ouverte davantage et que la pression a diminué dans la conduite 12.
Le retour de l'aiguille 21 se produit du fait que l'huile refoulée au préalable en dessous du piston qui se trouve dans le cylindre 25 et qui est chargé par un ressort par le haut revient par une conduite de passage dans l'espace qui se trouve dans le cylindre 24. Dans la mesure de' ce retour de l'huile, les pistons qui se meuvent dans les deux cylin- dres 24 et 25 se rapprochent de nouveau de leur position ,
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moyenne ou initiale et ramènent ainsi le bras de levier 26 vers la position initiale. Par ce moyen, le secteur denté 29 tourne dans le sens des aiguilles d'une montre, et le pignon 30 dans le sens contraire, de sorte que l'aiguille 21 fixée sur le pignon 30 exécute effectivement le mou- vement de retour indiqué.
Si l'impulsion de réglage a été suffisante, c'est-à-dire si la pression dans la conduite 12 est revenue à sa valeur initiale par l'ouverture plus gran- de de la soupape 13, il ne se produit pas de nouvelle in- tervention de réglage, car l'aiguille 21 n'atteint alors plus l'aiguille 18. Dans le cas contraire, il s'établit un nouveau contact de fermeture entre les aiguilles 18 et 21, à la suite duquel le moteur 14 ouvre d'un degré de plus une seconde fois la soupape 13. Si dans ce cas non plus l'équilibre de'réglage n'est pas atteint à nouveau, le jeu décrit se renouvelle et ceci jusqu'à ce que finale- ment ]'aiguille 21 qui revient chaque fois vers sa posi- tion initiale ne rencontre plus l'aiguille 18.
Si on compare un instant l'aiguille 18 du ma- nomètre à contact, en tant qu'organe déclenchant les impul- sions, et le piston mobile du dispositif de réglage connu, décrit dans le préambule, la différence essentielle entre les deux modes de réglage ressort d'une façon particulière- ment frappante. Ainsi qu'on, l'a exposé ci-dessus, il cor- respond toujours impérativement, dans le régulateur connu, à chaque position de 'la soupape réglée une position exacte- ment déterminée du piston mobile. Dans le cas de la pré- sente invention, il n'y a pas de relation pareille de posi- tion. L'aiguille 18 revient au contraire, à la fin du ré- glage, dans sa position initiale, quelle que soit la posi- '::ion occupée finalement,,par la soupape 13.
S'il a été 'question jusqu'à présent de ce que le refroidissement du four de contact doit se faire au moyen d'un réfrigérant à vaporisation, et la surveillance du re- froidissement par un régulateur de pression, la présente
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invention n'est cependant nullement limitée à cette solu- tion. Elle est au contraire indépendante de la nature du réfrigérant, et peut être utilisée, suivant les circonstan- oes, également pour un réglage direct de la température ou encore pour un réglage du débit du fluide réfrigérant.
Par ailleurs, la présente invention n'est pas limitée à l'opé- ration de préparation de l'essence, prise comme point de départ, et est, au contraire applicable dans tous les cas où les conditions de fonctionnement ou d'exploitation sont analogues.