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Pour effectuer la synthèse catalytique du gaz ammoniac sous pression élevée à partir de N2 et de 3 H2 et à de hautes températures on utilise les systèmes de fours les plus divers. Les deux types de fours principaux sont les fours à capacité unique entièrement utilisée et les fours à tubes de contact. Ces deux types représentent les deux extrêmes de la série de types de fours qui ont été étudiés et qui sont nés de la nécessité où l'on s'est trouvé de contrôler exactement le chemin parcouru par le gaz à travers la masse de contact de son entrée à sa sortie, pour empêcher, d'une part, un refroidissement gênant la réaction exothermique et, d'autre part, un échauffement aux points où se produit un effet catalytique optium, capable d'entraîner une inver- sion de la réaction de synthèse.
Devant cette nécessité, on a envisagé de munir les fours à capacité unique de tubes de refroidissement à contre-courant engagés dans la masse de contact, principe duquel sont finalement dérivés les divers types de fours à tubes de contact, dans lesquels la masse du catalyseur est au contraire introduite dans des tubes parcourus par le gaz, l'espace entourant les tubes contenant le catalyseur servant de radiateur à contre-courant.
Le type de fours à contact le plus généralement utilisé de nos jours pour la synthèse du gaz ammoniac comporte essentiellement, outre le corps de mise sous pression et la chemise intérieure du four, trois éléments complémentaires par leur fonction, à savoir un échangeur de chaleur disposé dans la partie la plus basse, une paroi intermédiaire formant un récipient de compensation et de transition étanche aux gaz pour les tubes échangeurs de chaleur débouchant par le bas (dont le nombre est généralement variable) et pour les tubes de contact qui y débouchent par le haut, enfin la partie du four où se produit le contact proprement dit' Cette dernière partie renferme un faisceau plus ou moins dense de longs tubes verticaux, qui sont remplis par la masse de catalyseur.
Dans le type le plus moderne de four à tubes de contact, contrairement aux autres systèmes et grâce à un guidage particulier des gaz, seules les extrémités inférieures des tubes à catalyseur sont fixées à la partie supérieure de la paroi intermédiaire, tandis que les extrémités supérieures débouchent librement dans la chambre supérieure du four. On évite ainsi l'utilisation des presse-étoupes si facilement endommagés et l'endommagement des tubes.
Dans les fours décrits, la longueur des tubes à catalyseur est déterminée par les considérations suivantes:- Une grande partie du gaz ammoniac se forme déjà dans les premiers tronçons des tubes.
La combinaison des restes d'azote et d'hydrogène du mélange gazeux s'effectue alors de plus en plus lentement et nécessite par conséquent un trajet plus long dans la masse de contact. La longueur de chaque tronçon fonctionnel de ces tubes de contact est donc conditionnée par le temps pendant lequel le gaz doit rester dans chacun de ces tronçons.
C'est la raison pour laquelle on a été amené à construire des tubes d'une longueur considérable et des fours d'une très grande hauteur.
Or comme il s'agit là de réservoir à haute pression et de grandes dimensions, donc onéreux, il a fallu trouver un moyen permettant à la fois de diminuer le prix de la construction des installations et de réaliser l'opération de synthèse dans des conditions de rendement optima au point de vue production du gaz ammoniac,
La caractéristique du procédé, objet de l'invention, réside dans le fait que les tronons de tubes relativement très longs dans lesquels s'effectue la synthèse résiduaire selon une courbe de moins
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en moins accentuée sont remplacés par une partie commune à capacité unique entièrement utilisée,
dans laquelle se produit le contact de tous les courants partiels provenant des tubes et qui forme pour cette dernière phase de la synthèse un lit de contact de grand volume parcouru plus lentement par les courants de!-gaz et où ceux-ci séjournent par conséquent plus longtemps. Etant donné qu'un réglage très sévère de la température n'est plus nécessaire à ce stade de la synthèse, les difficultés que présente le contrôle de la température sont alors réduites en proportion.
Ainsi donc, alors que dans les constructions actuellement utilisées la longueur totale des tubes de contact (ou dans les constructions les plus modernes au moins les deux tiers de cette longueur) était utilisée obligatoirement comme échangeur de chaleur afin de pouvoir contrôler thermiquement la réaction, le tiers environ de cette longueur de tubes peut être supprimé selon le mode de réalisation décrit, puisque sa fonction est complètement assumée par l'espace à capacité unique du four ménagé en aval de ces tubes.
Les avantages de la combinaison de ces deux parties du four suivant l'invention par comparaison avec les constructions connues résident avant tout dans les faits suivants: - . Grâce à la plus grande section droite de la masse du catalyseur dans l'espace à capacité unique, les gaz séjournent plus longtemps dans cette partie (environ une fois et demie et même davantage) ce qui assure une meilleure synthèse du gaz ammoniac an partant de ses éléments constitutifs.
Outre ce séjour plus long, on constate que la réduction de la perte de pression, qui est notable, a un effet favo- nable*
Par ailleurs, si le contact exclusif par tubes suivant le procédé utilisé jusqu'à présent donne un rendement suffisant, le corps de contact correspondant à l'espace à capacité unique peut être réduit proportionnellement à l'augmentation de section obtenue, ce qui entraîne une diminution considérable du prix de l'enveloppe et facilite en outre la manipulation du fait que le four est peu élevé. Cette ré- duction de la hauteur du four entraîne naturellement par répercussion une simplification des constructions annexes.
-De plus, l'échange de chaleur s'effectue plus facilement du fait que .le réglage précis de la température peut être réduit à une distance notablement plus courte c'est-à-dire au reste de la longueur des tubes de contact.
Enfin, il est évident que la fabrication et l'utilisation de tubes d'une longueur que l'on trouve couramment dans le commerce, leur montage, leur démontage et leur remplacement en cas de détério- ration sont considérablement plus simples et moins onéreux du fait que leur longueur est ramenée à une fraction de la longueur des tubes utilisés précédemment. Grâce à ce raccourcissement, les contraintes mécaniques qu'ils subissent sont moindres, surtout à la partie inférieure et vers le couvercle de la partie supérieure de'-la cavité unique, ce qui contribue à augmenter leur longévité.
On décrira maintenant en regard du dessin schématique, donné à titre d'exemple non limitatif, Un mode de réalisation possible de four de contact comportant les nouvelles caractéristiques essentielles qui viennent d'être ébauchées dans ce qui précède.
La figure unique est une*,,,vue en coupe verticale d'un four de contact conforme à l'invention.
Comme on peut le voir sur cette figure, ce four se compose,
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du point de vue fonctionnel, de trois parties (comme les fours actuel- lement existants) mais il comporte en réalité, dù point de vue de sa construction, quatre parties.
Comme dans les types de fours décrits par ailleurs, le gaz frais contourne ici encore une chemise intérieure 1 fermée à sa par- tie supérieure, parvient à son extrémité inférieure ouverte, puis mon- te en passant par un échangeur de chaleur I à la rencontre du gaz pro- duit amené'par des tubes 2 et traverse, toujours en contre-courant par rapport au gaz produit chaud, une paroi intermédiaire II, en passant plusieurs tubes de jonction radiaux 3 capables de dilatation et éven- tuellement par un ajutage supplémentaire 9, pour se rassembler en un courant commun dans un tube central 4. Ce tube central 4 est ration- nellement pourvu en un endroit convenable d'un compensateur 10 de ty- pe quelconque afin de compenser les contraintes thermiques de compres- sion ou d'allongement.
Dans le tube 4 est disposé également le brû- leur usuel 8 qui, à la mise en marche ou en cas de danger de congéla- tion, porte le gaz frais à la température nécessaire au fonctionnement.
Le tube central 4 dirige le gaz frais déjà amplement réchauffé jusqu'à l'autre extrémité (de préférence l'extrémité supérieure) de la zone de contact IV du four où il passe à travers des orifices pour pénétrer dans un tube 2 assurant un écoulement à contre-courant et être dirigé vers les tubes de contact 6 de la zone IV, qui sont les plus exposées à une surchauffe par suite de la réaction exothermique de contact.
Après que le gaz frais en refroidissant les tubes de contact en cet endroit et en s'écoulat le long de ces tubes a presqu'atteint la température de déclenchement de la réaction, il pénètre dans l'extrémité supérieure (représentée ouverte sur le dessin) des tubes de contact eux-mêmes, y est transformé en majeure partie, et franchit ensuite la masse de catalyseur de contact reposant sur une grille 7 dans la chambre à capacité unique III.
Au sortir de cette zone III, l# mélange gazeux ayant désormais réagi au maximum passe comme à l'ordinaire à travers le plan intermédiaire II, en franchissant les tubes de liaison 3 pour arriver dans les tubes de l'échangeur de chaleur I en aval duquel les courants gazeux sont réunis et dirigés vers le dispositif de récupération de chaleur et de séparation du gaz ammoniac.
Indépendamment de cette modification du four à contact prévue par l'invention, on peut adapter à ce four d'autres dispositifs supplémentaires décrits par ailleurs en vue d'un réglage précis de la température des gaz, comme par exemple des conduits séparés de gaz froid disposés entre les tubes de contact ou des conduits réglables pour le courant principal de gaz frais, en vue de déplacer les points où l'échange de chaleur s'effectue de la façon la plus efficace selon les conditions variables d'exploitation,
Les détails de mise en oeuvre du procédé et les détails de construction du dispositif décrits peuvent être modifiés, sans s'écarter de l'invention dans le domaine des équivalences techniques.
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