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" Four de catalyse à rendement thermique élevé "
Les fours de catalyse utilisés dans l'industrie chimique comportent généralement certains dispositifs destinés à améliorer leur rendement thermique qui serait très faible si l'on évacuait les fumées de chauffage dès qu'elles ont transmis une partie de leur chaleur sensible à l'appareil de catalyse.
Ces dispositifs connus consistent en appareils de récupération, tels que réchauffeurs d'air, réchauffeurs d'eau ou de fluides divers qui utilisent une partie de la chaleur sensible des fumées après l'appareil de cata-
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lyse ou en une reprise des fumées au refoulement du venti- lateur assurant le tirage pour les rentrer dans la cham- bre de combustion. On utilise même, le cas échéant, les deux dispositifs précités simultanément en rentrant, si nécessaire, des fumées refroidies par un réchauffeur d'air dans les fumées sortant du four avant le ventilateur de tirage pour réduire la température à ce ventilateur.
Dans ce cas le volume de fumées en circulation dépasse de beaucoup le volume utilisé dans l'appareil de cata- lyse.
La récupération de chaleur par réchauffeurs d'air est limitée par la température admissible pour l'air comburant, selon les combustibles employés.
La température des fumées à l'entrée de l'ap- pareil de tirage mécanique est liée à celle de catalyse; dans certains cas elle est très élevée (600 à 700 par exemple) et nécessite alors l'emploi de ventilateurs de construction spéciale avec arbres refroidis par circula- tion d'eau, occasionnant un entretien important et une grande surveillance.
Il est enfin nécessaire de réaliser une tempé- rature aussi constante que possible dans toute l'enceinte de réaction.
La disposition faisant l'objet de la présente invention consiste :
1 - en l'adjonction dans l'enceinte même du four de catalyse, d'échangeurs de récupération de chaleur pour le préchauffage des produits à traiter (réchauffage et surchauffe éventuelle), de manière à abaisser la température des fumées avant leur entrée au ventilateur
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de tirage et éviter les dispositions coûteuses et compliquées des ventilateurs pour températures élevées;
2 - en la reprise partielle des fumées sur le refoulement du ventilateur de tirage et l'installation d'un réchauffeur d'air comburant après cette reprise sur le parcours des fumées perdues; la quantité de fumées perdues est à peu près égale à la quantité d'air oombu- rant ;
on conçoit que le réchauffage de l'air assuré par cette quantité équivalente de fumées perdues abaisse sensiblement leur température et procure une grande amélioration du rendement thermique, sans augmenter le débit du ventilateur de tirage ;
3 - en des circuits de fumées et de fluide à soumettre à la catalyse dans des appareils tubulaires disposés de manière à égaliser le plus possible des températures de ce fluide en différents points de l'enceinte et à réduire la différence de température moyenne entre les fumées chauffant les divers tubes pour assurer une répartition aussi régulière que possible de la ohaleur transmise aux diverses rangées de tubes.
Le circuit de fumées comporte des changements de direction des fumées dans le sens perpendiculaire au courant du fluide dans l'appareil de catalyse, ce dernier courant comportant lui-même des changements de direction et un compartimentage du circuit tel que par l'augmentation de vitesse du fluide, le coefficient d'échange de chaleur se trouve augmenté, occasionnant ainsi une réduc- tion de la différence moyenne de température entre les fumées et le fluide soumis à l'opération de catalyse.
D'autre part. les fumées circulant alternativement de
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l'avant vers l'arrière du faisceau tubulaire, et de l'arrière vers l'avant, la différence entre la moyenne des températures des fumées au contact de la première rangée de tubes et celle des fumées au contact de la dernière rangée se trouve d'autant plus réduite que le nombre de parcours des fumées est plus grand. Pour une différence de 90 C, par exemple, dans le cas d'un seul parcours, la différence se trouve réduite à 90 environ
3 c'est-à-dire 30 C environ dans le cas de trois parcours.
Les figures schématiques du dessin ci-annexé montrent, à titre d'exemple seulement, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
Le schéma 1 représente un four de catalyse comportant une chambre de combustion 1 avec brûleur à gaz, un faisceau tubulaire vertical de catalyse 2, un surchauffeur 3 utilisant une partie de la chaleur des fumées pour chauffer les produits à traiter circulant dans ce faisceau, un ventilateur 4 de tirage et un ré- chauffeur d'air de combustion 5.
Les flèches indiquent le trajet du fluide ar- rivant en 6 et soumis à la catalyse, celui des fumées 7 et celui de l'air 8.
Le schéma 2 représente les circuits des fumées et du produit à traiter dans un faisceau de catalyse comportant des tubes 9 et deux boîtes cloisonnées 10 de manière que le produit circule suivant le sens des flè- ches, le circuit de fumées étant divisé par les cloisons 11.
Ces dispositifs permettent de réaliser le chauffage avec le minimum de température des fumées à
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l'entrée du faisceau catalyseur, une température de fumées réduite à l'entrée du ventilateur de tirage, un débit minimum de ce ventilateur, une consommation réduite de combustible et de force motrice.
Diverses modifications peuvent être apportées à la disposition ci-dessus décrite et représentée en vue de rendre son fonctionnement plus souple et à en permettre l'application dans les cas les plus variés.
Suivant une caractéristique importante de l'invention, un ou plusieurs brûleurs sont intercalés à la sortie des fumées du premier échangeur thermique, 2, constitué par le faisceau tubulaire dans lequel se font les réactions, avant les échangeurs de préchauffage ou surchauffe 3, pour ajuster la température de ces fumées aux conditions de marche de ces derniers échangeurs.
L'air chauffé par les fumées en excès, en aval du deuxième échangeur thermique, constitué par le préchauffeur ou surchauffeur, et du ventilateur 4 de reprise des fumées, peut, dans ce cas, desservir soit le ou les brûleurs situés en amont du premier échangeur thermique, soit le ou les brûleurs situés en amont du deuxième échangeur thermique, soit les deux.'
Des brûleurs en nombre quelconque peuvent aussi tre intercalés en des points quelconques du circuit pour en régler l'échelle de température de toute manière désirée.
D'autre part, l'invention n'est nullement limitée aux fours de catalyse et elle concerne également les fours à réaction et, d'une manière plus générale, tous les fours pour échanges thermiques destinês à la
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transformation physique ou chimique de fluides divers, autres que les surchauffeurs indépendants proprement dits.
Les fluides circulant dans le circuit de réaction ou de transformation peuvent être de nature quelconque, gaz, vapeurs, etc. et le cas échéant certains d'entre eux peuvent ne pas participer à la réaction ou à la transformation.
L'évacuation des fumées en excès peut 'être effectuée par le ventilateur de reprise 4 ou par un ventilateur indépendant. Le circuit de fluide soumis à la réaction ou la transformation peut être à parcours multiples ou à parcours unique, c'est-à-dire que les tubes 9 de ce circuit peuvent être groupés en série ou en parallèle.
De plus le préchauffage et la réaction peuvent être faits dans un seul appareil agencé de façon qu'une première partie, disposée en aval, serve pour le préchauffage et qu'une deuxième partie, disposée en amont, soit utilisée pour la réaction proprement dite. Cet appareil peut alors 'être constitué soit par un faisceau tubulaire, soit par un serpentin, soit par un faisceau de serpen- tins.