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"Procédé et dispositif pour l'alimentation des tube* de fours tabulaires*.
L'invention est relative à un procédé pour 1 'alimenta- tion des tubes de fours tubulaires et à des dispositifs qui con- viennent pour la mise en oeuvre de ce procédé.
.cintre autres, pour des fours tubulaires dans les tubes desquels doivent se faire des réactions chimiques, par exemple la dissociation d'hydrocarbures, il est très important que tous
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les tubes de oe tour soient alimentés aussi uniformément que possible, indépendamment de la variât.! on de l'alimentation tota- le du four ou des variations de la résistance rencontrée dans le four même ou dans le système tubulaire subséquent. Ce ci est surtout important du fait que, par exemple par une alimentation trop faible d'une partie des tubes de réaction, la matière cons- tituant les parois de ces tubes ne peut plus être refroidie suf- fisamment, de sorte que ces parois risquent de s'échauffer d'une manière excessive, ce qui peut donner lieu à leur destruction.
Il existe également certaines réactions pour lesquelles un apport de chaleur trop intense dans certains tubes et trop faible dans d'autres tubes peut sonner lieu à la formation de suie, de Soue dron et d'autres substances analogues qui risquent de produire des obstructions dans les tubes remplis par exemple aved un catalyseurs Il en résulte des diminutions de la quantité de matières converties et des interruptions de proudin à cause des périodes de régénération qui deviennent de plus en plus né cessaires
En vue d'obtenir une régénération aussi uniforme que possible de tous les tubes d'un four tubulaire, on a déjà propo- sé par exemple pour le procédé de dissociation d'hydrocarbures en présence de vapeur d'eau et d'air, d'établir, cncentriquemetn à l'axe du four,
une canalisation de distribution à plusieurs branches directement au-dessus des divers tubes de réaction et de la voûte proprement dite du four, cette canalisation servant à la fois comme chambre de mélanbe et de répartition. Les diffé- rents fluides sont alors réglés individuellement en amont de la chambre de mélange, de manière telle qu'ils aient la même pres- sion, et sont seulement ensuite assemblés. Depuis la chambre de mélange partent, vers chaque tube de réaction, des tuyaux flexi- bles ayant la même longueur et la mêe section transversale pour obtenir ainsi les mêmes résistances a l'écoulement et, par consé-
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quant, une alimentation uniforme de tous les tube..
Mais comme,pour cette méthode connue, la différence de pression entre la chambre de mélange et l'intérieur des tubes est très faible, des particularités relativement petites des différents tubes, par exemple des tassements différente du cata- lyseur ou des dérivations à débita différents provoquent déjà souvent des alimentations irrégulières importantes des différente tubes et, par conséquent, les inconvénients indiquée plus haut*
Il est connu, en outre, de munir l'extrémité d'entrée des divers tubes de réaction de simples diaphragmes perforés pour pouvoir régler avec ceux-ci une alimentation uniforme de tous les tubes, ce qui évidemment est très difficile, car, sans l'inter- vention d'instruments de commande,
il n'est possible de détermi- ner le dosage très exact qu'en se basant sur los résultats de périodes de travail prolongées. De plus, la différence de prose sion relativement réduite entre le conduit distributeur et les extrémités d'entrée des différents tubes ne procure qu'une Sa=* de réglage par étranglement relativement étroite car le réglage préalable de la pression ainsi que le mélange des différents participants à la réaction, pour le procédé décrit en dernier lieu, se font comme auparavant en dehors du tour en amont du conduit distributeur* De plus, pour le procédé décrit en dernier lieu,
un nouveau réglage est chaque foie nécessaire quand l'alimentation totale du four est modifiée. tour éviter les inconvénients cités plus haut, on pro- e pose, conformément 4 l'invention, d'ammer Jusqu'à l'entrée de chaque tube la ou les fluides servant à l'alimentation de ces tubes, à une pression notablement supérieure à la pression de travail régnant dans ceux-ci et d'effectuer la détente des flui des, pour chaque tube, Jusqu'à la pression de travail régnant dans ce tuoe, séparément et directement à l'extrémité d'entrée de
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celui-ci* On a onstaté qu'il est avantageux de choisir la pres. sion d'amenée du ou des fluides à une valeur au moins 1,1 fois plus grande que la pression de travail régnant dans les tubes.
Comme, conformément à l'invention, la pression différentielle, entre l'intérieur des différents tubes de réaction et les con- duits d'amenée débouchant directement dans ceux-ci, est plusieurs fois plus grande que les pertes de pression dans les différents tubes de réaction, ces pertes résultant d'un remplissage diffé- rent ou d'une amenée ou évacuation différente, on obtient une alimentation beaucoup plus uniforme des divers tubes et cela indépendamment de l'alimentation totale momentanée du four tuub laire.
Un autre inconvénient important du mode d'alimentation, connu jusqu'ici, de fours tubulaires, dans lesquels plusieurs fluides sont amenés aux tubes de réaction, réside dans le fait que déjà au cours du mélange des fluides différents, qui se faisait jusqu'ici avant l'entrée dans les tubes de réaction, se produisent des réactions indésirables qui peuvent donner lieu, par exemple, à la formation de suie par laquelle la matière catalytique généralement présente peut être obstruée aux extré- mités d'entrée de ces tubes de sorte que ces couches de catalyseur sont éliminées de prime abord pour la réaction désirée.
Pour remédier à cet inconvénient, on est donc obligé de régénérer assez souvent le catalyseur remplissant les tubes, ce qui oblige d'interrompre autant de fois le travail. On peut évidemment éviter les réactions indésirables en préchauffant faiblement: les différents fluides de réaction, par exemple pour la dissociation d'hydrocarbures, et en ne réchauffant que rela- 'tivement peu la vapeur d'eau nécessaire à cet effet, mats dans ce cas le bilan thermique total d'un four tubulaire ainsi conduit devient très défavorable car les chaleurs perdues ainsi obtenues ne peuvent plus être exploitées en plein pour le préchauffage
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des fluides admis.
En utilisant et en développant les principes, qui @ sont à la base de l'invention, on peut également remédier à css inconvénients en dirigeant, lors de l'amenée de plusieurs flui- des, chaque fluide séparément vers chaque extrémité d'entrée d'un tube, de manière telle qu'à cette entrée se produise un mélange intensif des divers fluides avec détente simultanée jus- qu'à la pression de travail régnant à l'intérieur du tube.
Il devient ainsi possible, sans qu'on ait à craindre des effets secondaires nuisibles, par exemple pour la dissociation d'hydro- carbures, d'amener la vapeur d'eau, qui à cet effet est néces- saire, aux tubes de réaction après l'avoir préchauffée à une valeur relativement élevée, En plus de la bonne exploitation des chaleurs perdues qui en résulte pour les fours fonctionnant de cette manière, on obtient encore cet avantage fonctionnel qu'un réchauffage très rapide du mélange de réaction jusqu'à la tempé- rature de réaction maximum nécessaire a lieu, ce qui a une im portance capitale pour le processus normal de la réaction.
Par l'admission de vapeur d'eau réchauffée aussi fortement que possible et sèche, on obtient en outre que le mélange avec les hydrocarbures gazeux est fortement facilité et que, du fait de leur capacité thermique élevée, la possibilité de la séparation d'eau de condensation aussi nuisible pour le catalyseur que pour les parois des tubes et telle qu'elle peut se produire sans cela très facilement au cours de la mise en marche du four, est écar tée De plus, comme par le procédé faisant l'objet de l'invention une partie notablement plus grande de la chaleur de réaction nécessaire est amenée par les fluides de réaction eux-mêmes, l'étendue de la surface des tubes de réaction, nécessaire pour l'échanbe de la chaleur, peut être diminuée fortement et, par conséquent, le volume total au four.
Pour l'amenée de fluides liquides, qui sont à évaporer
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dans les tubes, il est avantageux de les conduire sous une pression tellement élevée aux endroits de détente des différente tubes qu'à la température,qui règne dans l'ambiance, il ne se produise par une évaporation des fluides en amont des endroits de détente.
De plus, il est très avantageux que, lors de l'admis* sio de plusieurs fluides, on constitue l'amenée de chaque fluide à chaque tube de manière telle qu'elle soit réglable, indépen- damment de l'amenée des autres fluides, le cas échéant automati- quement, selon un programme déterminé.
Il est ainsi possible, par exemple pour un procédé pour la dissociation d'hydrocarbures pour lequel on fournit sé- parément, à chacun des tubes remplis avec un catalyseur, de la d'interrompre alternativement l'admission d'hydrocarbures vapeur d'eau et des hydrocarbures/dans certains tubes, pendant que les autres tubes continuent à fonctionner normalement, jusqu'à ce que le carbone, qui s'est déposé sur le catalyseur de remplis- .age, se soit gazéifié à nouveau par l'effet de l'admission non interrompue de vapeur d'eau.
De cette manière, on obtient non seulement qu'une interruption du travail pour la régénération nécessaire du cata- lyseur devient superflue mais que le carbone déposé sur le cata- lyseur peut, par regazéification par la vapeur d'eau fortement chauffée, être rendu ré-utilisable pour améliorer le rendement du traitement.
11/peut également être avantageux de fournir certains fluides uniformément à tous les tubes à des intervalles détermi- nés.
Le fait que le processus de détente a lieu, conformé- ment à l'invention, directement à proximité des extrémités d'en- trée des différents tubes de réaction permet en outre, à l'aide de moyens très simples, d'obtenir un recyclage, avantageux pour certaines réactions, d'un courant partiel du produit final débité
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par les tubes, exclusivement par l'effet d'aspiratio qui se produit du fait de la détente sépare à l'extrémité d'entre de chaque tube du ou des fluides.
Un dispositif, qui convient pour la mine en oeuvre du procédé selon l'invention, est caractérisé par un détendeur établi à l'extrémité d'entrée de Chaque tube pour la ou les admissions des fluides dans le four tubulaire considéré, le dé tendeur formant simultanément un mélange dans le cas où plu- sieurs fluides sont admis.
Dans ce cas, on peut, par exemple pour la détente et le mélange d'un fluide liquide et d'un fluide admis à l'état gazeux, faire déboucher dans le conduit d'amenée du fluide liqui- de une tuyère coaxiale qui va en s'évasant ooniquement et dont la paroi est percée d'une pluralité de trous, cette tuyère étant entourée d'une chambre annulaire dans laquelle débouche le con- duit d'amenée du fluide gazeux* On a constaté que, lorsqu'on a recours à une telle disposition, on obtient simultanément avec la détente des deux fluides admis séparément un mélange excellent de ces fluides directement à l'endroit où ils se rencontrent, c'est-à-dire à l'intérieur de la tuyère qui va ooniquement en s'évasant$ .pour obtenir le recyclage d'un gourant partiel du produit final des différents tubes de réaction,
une disposition très simple et avantageuse consiste à adjoindre au dispositif de détente et de mélange de chaque tube, à l'extrémité d'entrée d'un tube intérieur, un tube à contre -courant connu en sot et à ménager dans l'extrémité d'entrée ou de sortie de ce tube des troua dans le tube intérieur, auxquels on donne des emplacements tels par rapport à un aspirateur à jet combiné avec le mélangeur- détendeur que le courant partiel désiré du produit final soit aspiré en retour depuis l'espace annulaire formé entre le tube extérieur et le tube intérieur vers l'extrémité d'entrée du tube
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intérieur.
Dans certaine cas il peut être avantageuse rendre réglable le recyclage du courant partiel pour l'adapte, . des conditions variables. Ceci peut se faire d'une manière très simple en constituant les troue pour le recyclage de ce Gourant partiel de manière telle qu'ils soient réglables
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, quelques modes de réalisation de l'invention*
La figure 1 montre, schématiquement, l'amenée séparée de deux fluides à chaque extrémité d'entrée d'une rangée de tubes de réaction.
La figure 2 montre, à plus grande échelle et en coupe axiale, l'extrémité d'entrée d'un tube de réaction de la figure 1.
La figure 3, montre, en coupe axiale, un tube à réac- tion formant un tube à contre-courant avec un aspirateur à jet pour le recyclage d'un courant partiel, réglai à volonté, du produit du tube considéré.
La figure 4 montre, semblablement, un autre mode de réalisation d'un tube de réaction constitué Bout forme d'un tube à contre-courant pour le recyclage d'un courant partiel réglable à volonté.
L'installation, montrée sur les dessins, sert par exem ple à la dissociation d'hydrocarbures, les différents tubes de réaction 1 étant alimentés avec des hydrocarbures à ltat liquide par le conduit distributeur 3 et les différentes dérivations 5 et avec de la vapeur d'eau, nécessaire pour la dissociation par le conduit distributeur 2 et les différentes dérivations 4..
Conformément à l'invention, on amène ces fluides diffé. rents directement jusqu'à l'extrémité d'entrée de chaque tube 6. une pression notablement supérieure à celle régnant dans les tubes et on les détend séparément dans l'extrémité d'entrée de chaque
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tube en même temps qu'on les mélange intensivement entre eux.
A cet effet et comme montré sur la fièvre 2, on fait déboucher le oonduit d'amenée 5 muni avantageusement d'une supape de retenue, des hydrocarbures liquides cosxialement dans une tuyère 6 évasée coniquement dont la paroi comporte une pluralité de troue 7, cette tuyère étant entourée d'une chambre annulaire 3 délimitée par une plaque obturatrice 10 et une plaque annulaire 11 inter- calée entre la pièce annulaire 9 et le tube de réaction 1 et reliée à l'extrémité de la tuyère 6 qui est engagée dans le tube 1. Dans la chamure annulaire 0 débouche le conduit d'amenée 4, qui traverse la plaque obturatrice 10, de la vapeur d'eau néoea- saire pour la dissociation des hydrocarbures.
On a constaté qu'avec une telle disposition on obtient simultanément avec la détente des fluides différents jusqu'à la pression de travail désirée, un mélange particulièrement intense de ces fluides entre-eux, directement à l'endroit où il* se rencontrent à l'intérieur de la tuyère 6 de sorte que les fluides, intimement mélangés, pénètrent comme indiqué en 12 sous la forme d'un jet à l'intérieur du tube 1.
Comme expliqué en détail plus haut, cette disposition permet en outre de chauffer très fortement la vapeur d'eau dé- bitée par le conduit 4, sans qu'on ait à craindre ainsi des réac- tions trop prématurées et indésirables, d tort@ qu'il suffît de fournir aux fluides de réactions après leur entrée dans le tu De une quantité de chaleur notablement moindre a travers la pa- roi des tubes de réaction 1 et que le nombre ou la surface de ceux-ci peut être considérablement réduit.
De plus, les chaleur* perdues du four peuvent être exploitées dans des conditions bien meilleures pour le réchauffage accru en conséquence de la vapeur d'eau nécessaire.
Pour le dispositif avec tube à contre-courant, montré sur la figur 3 et dont l'ensemble est également désigné par 1,
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le dispositif détendeur-mélangeur est constitué en substance comme celui de la figure 2. On a prévu, en supplément, des moyen* pour ramener un courant partiel réglable du produit final formé dans le tube de réaction à.l'entrée de ce tube,
Le tube intérieur 1$, du dispositif avec tube' contre- courant, comporte des trous 13 à sa partie inférieure et la tu- yère 6 est prolongée Jusqu'au-delà de Il plaque annulaire 11, de sorte qu'on obtient, de pair avec un organe d'étranglement 16 prévu sur la face interne du tube intérieur 13, par la détente des fluides,
débités respectivement par les conduits 4 et 5 dans l'intervalle annulaire existant entre l'extrémité dépassante de la tuyère l'organe 16, un effet d'injecteur par lequel un courant partiel du produit final est recyclé par aspiration, par l'intervalle annulaire existant entre le tube intérieur 13 et le tube extérieur 14 du dispositif à contra-courant vers l'extrémité d'entrée du tube intérieur 13, alors que la partie restante du produit final s'échappe hors du dispositif à contre-courant par le raccord de sortie 17' De cette manière, le courant partiel ramené ne perd pratiquement pas de chaleur pendant le recyclage et il s'y ajoute que l'appareillage additionnel, nécessaire pour le recyclage,est réduit eu minimum.
Pour régler le débit du courant partiel de recyclage, la plaque annulaire 11 est reliée rigidemnt à un anneau 18 qui est en contact avec la face interne du tube intérieur à l'en* droit où se trouvent les trous 15 cet anneau étant percé de trous correspondant aux trous 15 en faisant tourner l'anneau 18 à l'aide de poignées 19 montées sur la plaque 11, on peut faire varier la section de passage des troue 15 et, par conséquent, le débit du courant partiel de recyclage.
Le mode de réalisation montré sur la figure 4 corres- pond, en substance, à celui de la figure 3, excepté que l'aspi- rateur à jet est constitué d'une manière légèrement différente
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et est combiné avec le dispositif qui sert au réglage du courant partiel de recyclage. De plue, cette disposition est agencée de manière telle que tout le tube intérieur puisse être assemblé et démonté fana destruction de matière telle qu'un sectionnemetn par meulge, à la taie, etc...
A cet effet, le tube intérieur !3 est fixé sur une bride inférieure détachable 23 et la partie inférieure du tube extérieur 14 forme un coude de sortie 17 alors que la partie 20 du tube extérieur 14, qui entoure le tube intérieur 13 est munie d'une fente séparatrice 25 L'espace libre 22, qui entoure de tous cotés la fente 22, est fermé d'une manière étanche aux gaz, de sorte qu'un échappement ultérieur des gaz qui sortent du tube extérieur 14 par la tente séparatrice n'est pas possible.
L'organe d'étranglement 16 de l'aspirateur par jet (effet in- jecteur) est combiné avec le dispositif qui sert à régler les trous de recyclage 15 sous la forme d'une pièce 24 ayant, en substance, la forme d'un manchon, cette pièce comportant des trous correspondant aux trous 15 et étant fixée, par son extré- mité inférieure, à la plaque obturatrice 10. L'extrémité infé rieure de la tuyère 6 est également fixée sur la plaque 10 et sa partie supérieure rendue solidaire, à l'aide d'un anneau 21, de la pièce 24 en forme de manchon.
En faisant tourner la plaque obturatrice 10 par rapport à l'anneau intérieur 13 on peut, par le recouvrement variable des trous 15 qui en résulte,à l'aidée de la pièce 24 en forme de macho régler le débit du courant partiel de recyclage*
Un autre avantage, obtenu avec le procédé faisant l'objet de l'invention, réside dans le fait que, par l'amende des fluides de réaction Jusqu'à proximité immédiate des tubes de réaction, à une pression plus élevée que jusqu'ici, on peut réduire considérablement la section des conduits, de sorte que la perte de chaleur de ceux-ci est diminuée en conséquence.
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Il est évident que la détente des fluides fournie aux tubes de réaction peut aussi se faire dans les branchements raccordés aux différents tubes quand on agence le dispositif de manière telle qu'un reflux et, par conséquent une infuence sur les conditions de pression dans les tubes visons soient évités. Quand plusieurs fluides sont amenés, la détente se fait toutefois en même temps que le mêlant* des différents fluides directement dans les extrémités d'entrée des tubes.