BE483068A - - Google Patents

Description

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  Procédé d'évacuation de chaleur des chambres de réaction. 



   La présente invention a trait à l'évacuation de la cha- leur d'une réaction exothermique, tout particulièrement lors- qu'on emploie un catalyseur meuble en suspension. Suivant le présent procédé la chaleur exothermique de la réaction est absorbée comme chaleur sensible du catalyseur meuble qui est enlevé de la zone de réaction et refroidi par régénération de vapeur et, si on le désire, par   surchauffage   de celle-ci dans une zone de refroidissement. Cette invention s'adapte tout par- ticulièrement bien à la fabrication de produits par une réaction comprenant de l'hydrogène et des oxydes de carbone. Selon le présent procédé on reste entièrement .'maître de la température dans la zone de réaction en réglant la température du cataly- seur de la manière décrite par la suite. 



   On sait que l'on peut exécuter des réactions chimiques exothermiques et évacuer la chaleur de la réaction par des   .,   

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 moyens appropriés. Ces moyens comprennent généralement des ma- tières de refroidissement qui circulent dans ou hors de la zone de réaction. La circulation de ces moyens de refroidissement, dans la zone de réaction, est souvent impossible ou pas à con- seiller, étant donné l'effet de la matière de refroidissement sur la marche et l'étendue de la réaction, la difficulté de sé- parer la matière de refroidissement des produits de réaction ou de la matière catalytique, la réduction de l'espace nécessaire à la réaction causée par la présence de cette matière, etc. 



  D'autre part, la circulation de matières de refroidissement à l'extérieur de la zone de réaction n'est pas entièrement satis- faisante pour certaines opérations, étant donné que la tempé- rature dans la zone de réaction est relativement difficile à contrôler avec précision, tout particulièrement lorsqu'une matière catalytique est employée et qu'il se produit un surchauf- fage local à la surface de la matière catalytique sur le chemin des gaz en circulation.

   Ces inconvénients sont encore aggravés et plus marqués dans les réactions chimiques comprenant l'hydro- génation des oxydes de carbone pour la production   d'hydrocarbu-   res ayant plus d'un atome de carbone dans la molécule, puisqu'il est essentiel que la température dans ces réactions soit   contrô-   lée de manière qu'aucune variation de température ne se produise pendant la marche de la réaction. 



   On a donc proposé d'employer un catalyseur meuble en suspension dans différents genres de réactions exothermiques, et d'évacuer la chaleur exothermique dé la réaction en l'absor- bant sous forme de chaleur sensible du catalyseur, en retirant le catalyseur de la zone de réaction, en évacuant la chaleur exothermique de la réaction, et en   recyclant'le   catalyseur refroidi dans la zone de réaction. 



   L'invention a pour objet un procédé au moyen duquel cette opération peut s'accomplir plus efficacement et plus économiquement. Ce procédé évite les difficultés qui se présen- 

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 tent dans l'extraction de la chaleur de réaction du catalyseur et offre des avantages   supplémentaires.   Suivant ce procédé, le catalyseur est soutiré de la zone de réaction et on le fait passer dans une zone de refroidissement où il est refroidi par la vaporisation de l'eau, ce qui produit des quantités relative- ment fortes de vapeur. 



   Le procédé de cette invention sera facilement compris en se référant au dessin annexé représentant un mode d'exécution de ladite invention. Ce dessin représente une opération em- ployant un catalyseur en poudre en suspension utilisé dans une réaction pour la production de constituants d'hydrocarbures renfermant plus d'un atome de carbone dans la molécule par l'hydrogénation des oxydes de carbone. Les gaz d'alimentation comprenant des oxydes de carbone et de l'hydrogène sont intro- duits dans la zone de réaction 1 par le conduit d'alimentation 2. Ces gaz circulent en montant à travers la zone de réaction 1 et se trouvent en contact à contre-courant avec un catalyseur en poudre en suspension circulant dans le sens opposé et vers le bas, qui est introduit dans la zone 1 par le conduit 3.

   Il est entendu naturellement que la zone 1 comprend des moyens appro- priés pour contrôler la température de la réaction au degré voulu, dont une partie comprend l'absorption de la chaleur de réaction comme chaleur sensible du catalyseur. Les produits de réaction comprenant des constituants d'hydrocarbures vaporisés renfermant plus d'un atome de carbone dans la molécule, avec des gaz fixes et autres impuretés, sont évacués par en haut de la zone de réaction 1 par le conduit 4 et sont traités de ma- nière à séparer les produits désirés, ou bien subissent tout autre traitement désirable. 



   Le catalyseur en poudre circule en descendant dans la zone 1 et absorbe la chaleur exothermique comme chaleur sensi- ble du catalyseur, puis est évacué de la zone 1 par le conduit 5. -      

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 Ces gaz passent ensuite dans la zone de refroidissement 6 où la chaleur sensible du catalyseur est extraite en le mettant en contact avec de l'eau qui est introduite dans la zone 6 par le conduit   7.   La quantité d'eau introduite est réglée de manière à obtenir sa vaporisation complète. En général, il est préférable d'introduire l'eau en plusieurs endroits, par des conduits 15 et 16. 



   Le catalyseur refroidi ainsi que la vapeur passent en montant à travers la zone 6 et puis passent dans la zone de sé- paration 9 où il se produit une séparation entre la vapeur, qui est évacuée au moyen du conduit 10, et le catalyseur refroidi qui est évacué par le conduit 3 et recyclé dans la zone de réaction. 



  On peut introduire du catalyseur frais par le conduit 12 tandis que le catalyseur épuisé est soutiré par le conduit 13. La tem- pérature du catalyseur peut être encore contr8lée si c'est né- cessaire en le faisant passer par des moyens de refroidissement ou de   chauffage   appropriés. 



   Le procédé de la présente invention peut varier largement et n'est pas limité à la construction représentée sur la figure. 



  On doit se rendre compte que les zones respectives peuvent com- prendre un certain nombre d'unités, arrangées et placées diffé- remment. L'invention est tout particulièrement avantageuse parce que le catalyseur est suspendu dans de la vapeur et passe à la partie supérieure de la chambre de réaction   d'où   il peut être facilement recyclé. Cette invention peut'facilement s'adapter à l'évacuation de la chaleur de n'importe quelle réaction chimique où il se produit de la chaleur.

   Elle est cependant tout particu- lièrement précieuse lorsqu'on emploie un,catalyseur en poudre en suspension, spécialement dans les réactions comprenant l'hy- drogénation des oxydes de carbone qui s'accomplissent dans des conditions faites pour produire des produits d'hydrocarbures contenant plus d'un atome de carbone dans la molécule. 

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   Ces réactions s'accomplissent généralement à une tem- pérature de l'ordre d'environ 370 à 410 F. Il est essentiel en vue d'obtenir un rendement satisfaisant en produit de la qualité désirée, que la température de la réaction ne s'écarte pas sen- siblement de la température de marche qui a été déterminée au préalable. En général, pour obtenir des résultats satisfaisants, il est essentiel que la température de la réaction dans des procédés de ce genre ne varie pas de plus d'environ 10 F. et, de préférence, pas de plus de 5 F. Le catalyseur employé dans ce procédé peut être un catalyseur choisi parmi les substances reconnues comme propres à favoriser l'hydrogénation des oxydes de carbone.

   Des catalyseurs satisfaisants sont par exemple :   cé-rium, chrome, cobalt, manganèse, osmium, palladium, titanium,   zinc, fer et les oxydes d'autres composés de ces métaux. On peut employer des mélanges de ces catalyseurs ou les imprégner   d'   agents appropriés pour augmenter leur efficacité ou leur puissance. En général, en exécutant le présent procédé, on a trouvé qu'il était préférable d'employer un catalyseur en poudre ou finement divisé d'environ 200 à 400 mailles. Bien que cette opération ait été décrite comme employant une circulation à contre-courant entre le catalyseur et les gaz dans la zone de réaction, on doit se rendre compte que l'on peut aussi employer un même sens de courant, soit montant, soit descendant.

   Lorsqu'on emploie un catalyseur en poudre dans une opération de ce genre, celui-ci peut être uniformément réparti car il tombe librement dans la zone de réaction et l'on obtient un contact intime entre les gaz et le catalyseur en poudre qui circulent dans le même sens. Une variante de l'invention consiste à régler le courant de gaz de synthèse et de catalyseurs d'une manière telle que la vitesse du catalyseur qui passe dans la zone de réaction dépasse la vitesse des gaz de synthèse en circulation.

   Lorsqu'on exécute la réaction avec des courants circulant dans le même sens, on peut prévoir une zone suplémentaire pour séparer le catalyseur 

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 des produits de la réaction, L'emploi de cette zone de séparation auxiliaire peut aussi être avantageux quand on exécute la réaction à contre-courant, et on peut la prévoir, par exemple, sur le conduit 4 du dessin ci-joint, d'où le catalyseur séparé rejoint le conduit 5 pour être envoyé dans la zone de refroidis- sement. 



   Le degré auquel le catalyseur peut être refroidi est facilement contrôlé par la quantité d'eau introduite dans la zone de refroidissement. En général, ce procédé s'applique mieux aux opérations dans lesquelles le catalyseur est refroidi à une tem- pérature qui n'est pas inférieure à 300 F. Si le catalyseur se trouve à une température notablement inférieure, l'eau ne se transforme pas facilement en vapeur à une pression acceptable. 



   Il est particulièrement essentiel quand on emploie un catalyseur en poudre que la quantité d'eau ajoutée dans la zone de refroidissement soit telle qu'elle puisse se vaporiser faci- lement et que la chambre de réaction soit pour ainsi dire en- tièrement exempte d'eau liquide. La température de l'eau que l'on ajoute peut varier grandement, mais en général il est pré- férable que cette eau se trouve à son point d'ébullition par rapport à la pression employée. Une opération particulièrement satisfaisante, comme celle indiquée plus haut, est d'introduire un mélange aqueux comprenant environ 5%   à   10% de vapeur dans la zone de réaction dans des conditions telles que le liquide se transforme immédiatement.

   On obtient sensiblement le même effet, en partie, en introduisant de l'eau à plusieurs endroits le long du passage du catalyseur dans la zone de refroidissement.

Claims (1)

1. R E V E N D I C A T I O N S 1) Procédé d'évacuation de la chaleur des chambres de réaction dans lesquelles ont lieu des réactions exothermiques et dans lesquelles la température de réaction désirée est matériel- . lement supérieure au point d'ébullition de l'eau, selon les con- <Desc/Clms Page number 7> ditions de pression qui existent, caractérisé en ce qu'on intro- duit continuellement dans la chambre de réaction un courant de matière solide absorbant la chaleur et finement divisée, cette matière solide se trouvant en contact direct avec les réactifs dans la chambre de réaction, la température d'arrivée de ces solides finement divisés ainsi introduits étant inférieure à la température de réaction désirée, de sorte que la chaleur libérée pendant la réaction peut être absorbée par cette matière solide,

   on soutire continuellement de la chambre de réaction un courant de la matière de contact finement divisée se trouvant à la tem- pérature de réaction, on injecte de l'eau dans le courant de matière solide ainsi soutirée, en limitant la quantité d'eau ainsi introduite de manière à vaporiser entièrement cette eau et à refroidir la matière solide, on sépare la vapeur formée par la vaporisation de l'eau de la matière solide, on ramène conti- nuellement la matière solide refroidie séparée de la vapeur à la chambre de réaction, et on règle le retour de ce courant de ma- tière solide à travers la chambre de réaction de manière à maintenir dans celle-ci la température désirée.

   2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière solide absorbant la chaleur, constitue un ca- talyseur pour la réaction exothermique.

   3) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxyde de carbone et l'hydrogène réagissent dans la chambre de réaction pour former des produits d'hydrocarbures à poids moléculaire élevé.