BE834245A

BE834245A - Reacteur a paroi protegee par un fluide, pour reactions chimiques a temperature elevee

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Publication number: BE834245A
Application number: BE160737A
Authority: BE
Priority date: 1975-10-06
Filing date: 1975-10-06
Publication date: 1976-02-02

Description

Réacteur à paroi protégée par un fluide, pour réactions chimiques à

température élevée.

La présente invention concerne des réacteurs à paroi. protégée par un fluide destinés à la mise en oeuvre de réactions chimiques à température élevée, ainsi que divers procédés qui peuvent être mis en oeuvre dans ces réacteurs et qui n'ont pas pu être réalisés en pratique jusqu'à présent ou

qui étaient considérés comme théoriquement possibles seulement.

Le réacteur à paroi protégée par un fluide et les procédés mis

chaleur, les milieux réactionnels envisagés étant isolés dans une enveloppe de fluide protecteur, hors du contact

pratiquement le dispositif de chauffage par radiations et

la zone de réaction délimitant une cavité constituant un "corps noir". Dans le présent mémoire, l'expression "corps noir" désigne de façon générale un espace pratiquement fermé par une ou plusieurs surfaces et dont aucune radiation ne peut s'échapper dans un cas idéal. Dans le cas du réacteur

de l'invention, le blindage thermique forme la surface ou les surfaces qui délimitent le corps noir, et la matière formant le blindage thermique est un isolant, empêche le transfert de chaleur depuis l'intérieur du corps noir, et doit pouvoir supporter les températures créées par la source de chaleur à couplage radiatif.

On utilise actuellement des réacteurs à température élevée pour des réactions de pyrolyse, de thermclyse, de dissociation, de décomposition et de combustion de composés organiques et minéraux. Pratiquement tous les réacteurs de ce

conduction, mais cette caractéristique pose deux problèmes

qui limitent la nature et la portée des réactions mises en oeuvre. Ces problèmes sont dus au fait que, dans un réacteur classique qui transfère la chaleur aux réactifs par convection, la température la plus élevée dans le système règne nécessairement à l'interface de la paroi interne du réacteur et du courant des réactifs.

Le premier problème est posé par la limitation

des températures réactionnelles disponibles imposées par la résistance des matières connues des parois des réacteurs à température élevée. L'aptitude décroissante de ces matières

à conserver leur intégrité lorsque la température crott est évidemment bien connue. Cependant, comme ces matières doivent être chauffées afin que l'énergie thermique puisse être transférée au courant des réactifs, les températures réactionnelles disponibles sont limitées par la température de chauffage en toute sécurité de la paroi du réacteur. Ce facteur est particulièrement important lorsque la réaction prévue . doit avoir lieu à pression élevée ou créa* des pressions élevées.

Le second problème est dû au fait que la paroi d'un réacteur classique est à la température la plus élevée dans le système et au fait que le transfert de chaleur par convection et conduction nécessite un contact entre la paroi et le courant des réactifs. Comme elle est à température élevée, la paroi du réacteur est un site réactionnel idéal sinon le

plus souhaitable et dans de nombreux cas, les produits de

la réaction s'accumulent sur eette paroi. En conséquence, l'appareil ne peut plus transférer la chaleur aux réactifs

et cette impédance thermique croissante nécessite l'augmentation progressive de la température de la source afin que

le transfert initial de chaleur au courant des réactifs soit maintenu. Evidemment, lorsque l'accumulation de matières progresse, la température nécessaire pour la source dépasse celle que peut supporter la matière de la paroi. En outre, comme une quantité supplémentaire d'énergie est nécessaire pour l'entretien de la réaction, le processus devient moins

canique des matériaux ou de rentabilité, l'installation doit être arrêtée et nettoyée.

Habituellement, le nettoyage est réalisé mécaniquement par raclage de la paroi ou chimiquement par combustion des dépôts. Dans certains procédés continus, on a tenté de racler la paroi lorsque la réaction est en cours. Cependant, l'outil de raclage lui-même s'échauffe obligatoirement, devient un site réactionnel et doit donc être nettoyé ensuite. Dans tous les cas, ce temps d'arrêt représente une perte économique importante. Dans de nombreux cas, un second appareil est monté afin que le temps perdu pour la production soit minimal. Cependant, cet appareillage supplémentaire représente en général un investissement important. De tels réacteurs chimiques pour températures élevées comprennent un tube porté-à une température à laquelle les parois internes émettent suffisamment de radiations pour que la réaction soit déclenchée et entretenue.

Cependant, comme dans le cas des réacteurs par conduction et convection,dans les réactions formant des produits solides, le produit s'accumule souvent de façon indésirable sur les parois du tube si bien que le transfert de chaleur est réduit et le tube peut même se boucher.

Le réacteur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 926 073 est destiné à la fabrication de noir de carbone et d'hydrogène par pyrolyse de gaz naturel. Le procédé est donné comme continu mais en pratique, le transfert de chaleur par convection utilisé lors du fonctionnement du réacteur, pose des problèmes importants pour l'entretien et le réglage de la réaction. Comme les tubes chauffés du réacteur constituent des sites idéaux pour la réaction, le

pareil. Cependant, le problème de l'emballement thermique est bien plus importait car il peut provoquer des explosions. Dans ces conditions, on détermine que, lors de la pyrolyse du gaz naturel, la conductibilité thermique de la phase gazeuse augmente brutalement d'un facteur compris entre 5 et
30, suivant la composition du gaz. Comme la température dans un réacteur classique à convecticn ne peut pas être régulée avec une précision et une vitesse suffisant à la compensation du phénomène, l'appareil devient instable dans certains cas et peut même exploser. Ces conditions se présentent dans le cas des réacteurs classiques et on n'a pas encore trouvé de solution à ce problème.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3 565 766 décrit une récente tentative d'augmentation de la qualité

du charbon par pyrolyse. L'appareil décrit comprend une série de réacteurs creux en acier formant des lits fluidisés à plusieurs étages à des températures progressivement croissantes jusqu'à 870[deg.]C environ. La fluidisation aux basses tem-pératures est assurée par un gaz inerte qui peut lui-même transmettre de la chaleur, bien qu'un chauffage externe

réalisée par le gaz de tête de l'étage final et, dans ce dernier étage, la température est maintenue par combustion interne des matières carbonisées dans l'air ou l'oxygène.

Comme cet appareil repose essentiellement sur un transfert thermique par convection,il présente de nombreux défauts et inconvénients décrits précédemment.

L'appareil de fabrication de noir de carbone décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 062 358 comprend un tube poreux placé dans une chambre de chauffage.

Un gaz chaud est dirigé d'un four éloigné à la chambre, puis chassé à travers la paroi du tube poreux afin qu'il se mélange avec les réactifs. Ainsi, seul le transfert de chaleur par confection d'un fluide aux réactifs est utilisé.

Etant donné l'absence d'une cavité formant un corps noir.

me de fluide dans la chambre de chauffage pour la compensation des pertes de chaleur.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 769 772 décrit un réacteur de traitement thermique de matières fluides telles que des hydrocarbures, comprenant deux tubes concentriques placés dans un four chauffé.par une flamme. Les réactifs circulent axialement dans le tube interne concentrique perméable. Un gaz constituant un véhicule gazeux

triques et il est chauffé par contact avec la paroi externe. Des fluides du tube interne sont chauffés par convection lorsque le véhicule gazeux passe à travers la paroi perméable

et se mélange avec eux. Le transfert radiatif est expressement évité. En réalité, le tube interne ne peut pas être chauffé sans chauffage simultané du tube externe à une température au moins aussi élevée.

Le four de craquage à combustion superficielle décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 436 282 met en oeuvre le principe d'un véhicule gazeux de transfert de chaleur par convection analogue à celui du brevet précité <EMI ID=9.1>

entouré par une double enveloppe. Un fluide combustible provenant d'une chambre annulaire est chassé à travers la paroi poreux vers l'intérieur du tube et est enflammé. Il est cependant évident que le fluide combustible de la chambre annulaire explose à moins qu'il soit chassé à travers la paroi poreuse à une vitesse supérieure à la vitesse de propagation de la flamme à travers la paroi. De manière analogue, la température dans la chambre annulaire doit être maintenue au-dessous de la température d'inflammation du mélange gaz-air. Les produits de combustion de la flamme superficielle se mélangent avec les réactifs dans le four avec dilution et éventuellement réaction avec eux. La chaleur est appliquée

bustion et des réactifs.

Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 2 670 272, 2 670 275, 2 750 260, 2 915 367, 2 957 753 et 3 499 730 décrivent des chambres de combustion destinées à la préparation de bioxyde de titane pour pigments, par combustion de tétrachlorure de titane dans l'oxygène. Dans le brevet n[deg.] 2 670 275 qui est représentatif de ce groupe, le tétrachlorure de titane est brûlé dans un tube réfractaire poreux. Un gaz inerte diffuse constamment à travers le tube poreux et pénètre dans

la chambre de combustion ou il forme une enveloppe de protection de la face interne du tube. Cette enveloppe poreuse réduit notablement la tendance des partie oies de bioxyde

de titane à adhérer aux parois du réacteur. Comme la combustion du tétrachlorure de titane est exothermique, aucune précaution n'est prise pour le transfert de chaleur au mélange réactionnel lorsqu'il passe dans le tube. En réalité, ce brevet indique qu'il est avantageux de retirer de la chaleur de la chambre soit par exposition de l'ensemble comprenant le tube poreux à l'atmosphère, soit par circulation d'un fluide de refroidissement dans un serpentin placé au voisinage du tube poreux.

Au cours d'une réaction chimique à température élevée selon l'invention, une enveloppe annulaire d'un fluide inerte pratiquement transparent aux radiations est formée

et elle a une longueur axiale importante. Ensuite, un réactif au moins passe au centre de l'enveloppe suivant un trajet prédéterminé qui coïncide pratiquement avec l'axe de l'enveloppe, les réactifs étant confinés dans celle-ci. Lorsque le courant des réactifs a commencé, des radiations très intenses sont transmises à travers l'enveloppe afin qu'elles viennent coïncider avec une partie au moins du trajet des réactifs. Une quantité suffisante de rédiations est absorbée dans la partie centrale pour que la température des réactifsatteigne la valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue.

Lorsque les réactifs sont eux-mêmes transparents aux radiations, une matière absorbante est introduite dans le courant des réactifs. Cette matière absorbe une quantité suffisante de radiations pour que la température dans la partie centrale atteigne la valeur voulue. Cependant, dans certains cas, bien que les réactifs soient transparents aux

être absorbants ; dans ce cas, une fois la réaction déclenchée, la matière absorbante externe peut être retirée et la réaction se poursuit. Un exemple d'une telle réaction est la pyrolyse du méthane en carbone et en hydrogène.

Certaines réactions s'inversent partiellement ou complètement lorsque les produits réactionnels ne sont pas immédiatement et rapidement refroidis. Dans ce cas, l'invention concerne aussi le refroidissement des produits de la réaction et des matières absorbantes restantes afin que les réactions chimiques indésirables ne puissent pas avoir lieu juste après la fin de la réaction voulue.

Les réacteurs à température élevée et à paroi protégée par un fluide selon l'invention transfèrent pratiquement la totalité de la chaleur nécessaire aux réactifs par couplage radiatif. Dans certains modes de réalisation, le réacteur comprend un tube ayant une extrémité d'entrée et

une extrémité de sortie et l'intérieur délimite une chambre. Un dispositif destiné à introduire un fluide inerte dans la chambre forme une enveloppe de protection de la surface radiale interne du tube. Un dispositif destiné à l'introduction d'un réactif au moins dans la chambre par l'extrémité d'entrée dirige les réactifs suivant un trajet prédéterminé axialement au tube. L'enveloppe de fluide inerte confine les réactifs pratiquement au centre de la chambre hors du contact du tube formant le réacteur. Des radiations très intenses sont créées et dirigées dans la chambre afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet des réactifs, une quantité suffisante de radiations étant absorbée pour que la température

de la réaction chimique voulue. Dans un autre mode de réalisation, le réacteur comprend un tube ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, une partie au moins

de l'intérieur du tube formant une zone réactionnelle. Le tube est en étoffe de matière réfractaire fibreuse capable d'émettre une quantité suffisante de radiations pour que la température des réactifs dans la zone réactionnelle atteigne la valeur permettant le déclenchement et l'entretien de la réaction chimique voulue. L'étoffe comprend de nombreux pores dont le diamètre permet un écoulement uniforme d'un fluide suffisamment inerte et pratiquement transparent aux radiations passant à travers la paroi du tube pour qu'il constitue une enveloppe protectrice de la surface interne du tube.

une chambre de fluide inerte sous pression entre le tube et le récipient, les extrémités d'entrée et de sortie du tube coopérant de façon étanche avec la chambre sous pression. Le récipient sous pression a au moins une entrée de fluide inerte qui pénètre dans la chambre sous pression et traverse la paroi poreuse du tube vers la chambre de réaction. Le réacteur comprend de plus un dispositif destiné à introduire au moins un réactif dans la zone réactionnelle à l'extrémité d'entrée du tube. Ensuite, les réactifs sont dirigés suivant un trajet

veloppe de protection si bien qu'ils restent pratiquement au centre dans la zone réactionnelle hors du contact de la paroi interne du tube. Un élément de chauffage électrique au &#65533;oins est placé dans la chambre sous pression, à une certaine distance radiale du tube vers l'extérieur afin qu'il chauffe le tube à une température à laquelle il émet suffisamment de radiations pour que la réaction chimique voulue soit déclenchée et entretenue. Les radiations sont dirigées dans la zone réactionnelle pratiquement en coïncidence avec une partie au moins du trajet des réactifs. Une protection thermique ou un blindage est placé dans le récipient sous pression et entoure pratiquement les éléments de chauffage et la zone réactionnelle afin qu'il délimite une cavité formant un corps noir.

Le blindage réfléchit les radiations vers l'intérieur, vers la zone réactionnelle.

Contrairement aux réacteurs classiques à convection, l'invention met en oeuvre le couplage radiatif pour le transfert de chaleur au courant des réactifs. La quantité de chaleur transférée est indépendante du contact physique entre la

turbulent dans le courant. La considération essentielle pour le transfert de chaleur dans 1.'.appareil de l'invention est

Le fluide inerte de protection de la paroi du réacteur est avantageusement pratiquement transparent aux radiations si bien qu'il a un coefficient outres faible. De cette manière, les radiations peuvent être transférées à travers le fluide inerte au courant des réactifs avec des pertes d'énergie faibles ou nulles. Dans un cas idéal, les réactifs eux-mêmes ou une matière absorbante associée présentent un coefficient

les réactifs peuvent être finement divisés (par exemple dans un brouillard) afin que les radiations soient absorbées par piégeage entre les particules. Comme les matières qui absorbent bien les radiations sont en général de bons émetteurs

des radiations, lorsque les réactifs ou les matières absorbantes associées sont portés à une température suffisamment élevée, ils forment des radiateurs secondaires qui réémettent l'énergie dans tout le volume réactionnel et accroissent donc les caractéristiques de transfert de chaleur de l'installation. Ce phénomène se présente presqu'instantanément et peut être réglé de façon précise et rapide.En outre, le phénomène de réémission assurant un chauffage rapide et uniforme des réactifs est totalement indépendant du mélange turbulent dans le courant des réactifs.

L'appareil et le procédé chimique à température élevée permettent la résolution de problèmes extrêmement gênants et ainsi la mise en oeuvre de réactions qui jusqu'à présent étaient impossibles ou possibles uniquement en théorie. Comme la chaleur est transmise par couplage radiatif et non pas par convection et/ou conduction, la température du courant des réactifs peut être indépendante à la fois de la température de la paroi et de la condition du courant des réactifs, et le problème important posé par la résistance mécanique des matériaux est résolu.

Deux modes de réalisation de réacteur selon l'invention sont tels que la paroi du réacteur est en réalité refroidie ; deux autres modes de réalisation sont tels que, bien qu'une paroi soit chauffée et forme une source de radiations, cette paroi ne subit pas les pressions élevées qui sont normalement présentes lors de la mise en oeuvre de nombreux types de réactions. Pour cette raison, des matières réfractaires telles que le carbone ou l'oxyde de thorium qui ne conviennent pas pour former des parois dans les réacteurs classiques, peuvent être utilisées de façon satisfaisante. Par rapport aux alliages qui résistent le mieux aux températures élevées et qui fondent à
1595[deg.]C environ, l'oxyde de thorium par exemple peut être utilisé à des températures supérieures à 2980[deg.]C.

Cette caractéristique permet l'utilisation de températures réactionnelles qui dépassent de beaucoup celles qu'on utilise actuellement et des réactions considérées comme possibles

en théorie seulement peuvent être effectivement mises en oeuvre.

Une étoffe de carbone, la matière réfractaire la plus avantageuse dans un premier mode de réalisation de tube de réacteur selon l'invention, est relativement peu coûteuse, facilement disponible et peut former des tubes de réacteurs de dimension nettement supérieure à celles des tubes en carbone poreux coulé disponibles actuellement. Comme l'étoffe de carbone est normalement souple, tout essai d'introduction à force d'un gaz inerte en direction radiale vers l'intérieur à travers un tube en une telle matière provoque habituellement l'affaissement du tube. Ainsi, l'invention concerne le dépôt d'une couche de graphite pyrolytique sur l'étoffe afin que celle-ci ait une rigidité suffisante pour qu'elle supporte la différence de pressions existant entre

la chambre de fluide inerte sous pression et la zone réactionnelle. Le dépôt d'une couche de graphite pyrolytique

sur l' étoffe permet aussi le réglage de la porosité de l'étoffe.

L'utilisation d'un fluide inerte protecteur rendue possible essentiellement par le couplage radiatif isole la paroi du réacteur du courant des réactifs et rend impossibles dans les conditions normales de fonctionnement l'accumulation de précipités ou de dépôts et le bouchage de l'appareil. Lorsqu'un fluide corrosif de protection tel que la vapeur d'eau doit être utilisé, la surface du tube, les éléments de chauffage et le blindage thermique qui sont maintenus à température élevée et au contact du gaz lorsque le réacteur est en fonctionnement peuvent être revêtus d'une mince couche d'un oxyde réfractaire, par exemple de thorium^ de magnésium ou de zirconium.

L'oxyde réfractaire peut être déposé sur ces surfaces par chauffage du réacteur à une température supérieure à la température de dissociation d'un composé volatil contenant un métal, introduction de ce composé dans la chambre du réacteur et dissociation du composé si bien qu'il se forme une couche

de métal sur les surfaces chauffées. Ensuite, un gaz ou une autre matière tel. que de l'oxygène moléculaire, peut être introduit dans la chambre afin que la couche métallique soit oxydée et forme l'oxyde réfractaire voulu. Dans une variante, le revêtement réfractaire peut être réalisé en une seule étape lorsqu'un composé volatil contenant un métal qui se pyrolyse directement sous forme d'un oxyde est utilisé comme agent réfractaire de dépôt.

L'utilisation du couplage radiatif permet de plus

le réglage précis et presqu'instantané du débit de transfert

de chaleur, ce réglage étant pratiquement impossible dans le cas des réacteurs classiques à convention. En outre, le réacteur de l'invention peut donner une densité de puissance,

<EMI ID=18.1> alisation convenant à des applications industrielles à grande échelle donne une densité de puissance d'environ 180 W/cm<2>.

Même ce chiffre inférieur représente une grande amélioration par rapport à la valeur de 2 à 3 W/cm<2> habituellement obtenue avec les réacteurs classiques. L'utilisation d'un blindage thermique délimitant la ou les surfaces du corps noir dans lequel ont lieu toutes les réactions permet des rendements thermiques inhabituellement favorables.

Les réactions qui peuvent être mises en oeuvre suivant le procédé de l'invention, dans le réacteur de l'invention, sont nombreuses et variées. Par exemple, des composés organiques tels que les hydrocarbures notaient, peuvent être pyrolyses sous forme de carbone et d'hydrogène sans les problèmes d'accumulation et d'emballement thermique posés de façon classique. Les hydrocarbures saturés peuvent être pyrolysés partiellement sous forme d'hydrocarbures insaturés ;

ainsi, le propane et l'éthane peuvent être déshydrogénés

en propylène et en éthylène respectivement. Les hydrocarbures insaturés peuvent être pyrolyses partiellement en l'absence d'hydrogène et forment des hydrocarbures saturés et plus précisément, des produits du pétrole peuvent être craqués thermiquement. Ainsi, du gasoil peu-t être facilement transformé en carburant diesel, en kérosène, en essence et mène en méthane. Des intermédiaires halogènes peuvent être ajoutés aux hydrocarbures partiellement pyrolyses afin que les composés formés aient un poids moléculaire accru. Des hydrocarbures peuvent être pyrolyses partiellement ou totalement en présence de vapeur d'eau et forment de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène ; une quantité supplémentaire d'hydrogène peut être ajoutée et la réaction peut être mise

combustibles à pouvoir calorifique élevé.

On peut pyrolyser de manière analogue des composés minéraux. Par exemple, des sels ou des oxydes de fer, de mercure, d'argent, de tungstène et de tantale notamment peuvent être dissociés et donnent des métaux purs. Des oxydes de fer, de nickel, de cobalt, de cuivre et d'argent,pour n'en citer qu'un petit nombre, peuvent être directement réduits en présence d'hydrogène avec le même résultat. Cette liste n'est nullement exhaustive.

On peut aussi préparer de nouveaux produi's composites par mise en oeuvre du procédé de l'invention. Par exemple, on peut réaliser des particules de carbone ou de talc revêtues de carbure de silicium. Ce produit est un excellent abrasif, car, lors de l'utilisation, il se brise constamment et forme de nouvelles surfaces aiguës. Les parti-

enrobées dans une enveloppa étanche en une autre matière telle que le carbone ; ce produit particulier est utile comme élément combustible de réacteur nucléaire.

L'invention concerne aussi l'étape terminale de l'incinération aérobie classique des ordures, notamment des ordures ménagères et des eaux usées. Les températures relativement faibles utilisées au cours des procédés courants d'incinération permettent la formation de peroxydes organiques et d'oxydes d'azote qui contribuent beaucoup au brouillard photochimique et à d'autres formes de pollution atmosphérique. Comme ces composés ne sont pas stables aux températures élevées de traitement permises selon l'invention, l'effluent d'incinération obtenu peut être très peu pollué.

En outre, l'invention concerne la distillation destructrice anaérobie à température élevée et/ou la désassociation des déchets avec formation de produits utiles tels que du ncir de carbone, du charbon actif, de l'hydrogène et du calcin, entre autres. L'addition de vapeur d'eau à ces déchets provoque la création d'hydrogène et d'oxyde de carbone qui peuvent être traités sous forme classique et donnent des gaz combustibles. Enfin, l'addition d'hydrogène à ces déchets permet la préparation d'huiles lourdes équivalentes à celles du pétrole et d'autres produits du pétrole. Ainsi, des réductions importantes de la pollution atmosphérique et des gains économiques importants peuvent être réalisés par mise en oeuvre de l'invention.

L'invention constitue une percée essentielle dans

le domaine technique considéré. Comme elle rend disponible pour la première fois une source d'énergie thermique qui n'a jamais été maîtrisée de cette manière, ses applications possi-blés sont nombreuses et variées. En outre, la résolution du problème posé par la résistance des matériaux, problème très important pendant de nombreuses années, rend possible l'utilisation pratique de nombreuses réactions chimiques utiles

en oeuvre étant donné les limites de température imposées

aux réacteurs fonctionnant par transfert par convection et/ou conduction.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une élévation en coupe partielle d'un mode de réalisation de réacteur selon l'invention ;
- la figure 2A est une coupe de l'extrémité d'entrée d'un second mode de réalisation de réacteur selon l'invention ;
- la figure 2B est une coupe des extrémités de sortie du second mode de réalisation de réacteur selon l'invention, les figures 2A et 2B représentant les moitiés d'une même structure, séparées suivant la ligne afin que le dessin puisse représenter clairement certains détails ;
- la figure 2C est une perspective en coupe partielle du second mode de réalisation de réacteur de 1* invention dont certains éléments ont été retirés ou représentés schématiquement afin que le fonctionnement apparaisse clairement ;
- la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2A ;

- la figure 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2B ;
- la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 <EMI ID=22.1>
- la figure 6 est une perspective d'une partie du dispositif de chauffage du tube du réacteur du second mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 7A, 7B, 7C et 7D représentent ensemble une élévation en coupe partielle d'un réacteur selon l'invention, la représentation étant divisée par les traits A-A, B-B et C-C afin que le dessin puisse être suffisamment grand pour qu'il représente certains détails ; <EMI ID=23.1> de la figure 7A ; <EMI ID=24.1> de la figure 7B ;
- la figure 10 est une coupe suivant la ligne 10-10 de la figure 7B ;
- la figure 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la figure 7C ;

- la figure 12 est une coupe suivant la ligne 12-12 <EMI ID=25.1>
- la figure 13 est une coupe d'un ensemble de traitement post-réactionnel d'un autre mode de réalisation de réacteur de l'invention ;
- les figures 14A et 14B sont une élévation composite en coupe partielle de l'ensemble d'entrée d'un autre <EMI ID=26.1>

au niveau de la ligne D-D afin que le dessin soit suffisamment grand pour montrer clairement certains détails ;
- la figure 15 est une élévation latérale en partie sous forme synoptique d'un réacteur selon l'invention combiné à un appareil de traitement préalable destiné à introduire des réactifs solides dans l'ensemble d'entrée du réacteur selon l'invention ;
- la figure 16 est un diagramme synoptique et schématique représentant les installations- d'attaque et de revêtement réfractaire du réacteur selon l'invention ;
- la figure 17 est un schéma en partie sous forme synoptique du circuit de régulation de température du réacteur de l'invention ;

- la figure 18 est un graphique représentant la variation de la résistance électrique d'un élément de chauffage du réacteur de l'invention en fonction de la température et du nombre de couches d'étoffe réfractaire formant l'élément ; et
- la figure 19 est un schéma en partie sous forme synoptique 'illustrant la mise en oeuvre des divers circuits de commande du réacteur de l'invention. La figure 1 représente un premier mode de réalisa- <EMI ID=27.1>

tention. qui comprend un tube 11 ayant une extrémité 12 d'en- <EMI ID=28.1>

17 du réacteur. Le tube 11 est en matière .pratiquement transparente aux radiations. Des matières qui conviennent, ayant un très faible coefficient d'absorption ci sont le verre,

fritte à chaud, le "Pyrex" (verre borosilicaté), le "Vycor"
(verre silicate) et le saphir, les polymères organiques tels

polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène, et les

sels minéraux tels que les halogénures de sodium, de potassium de césium, de lithium ou de plomb.

Dans le présent mémoire, le terme "radiations"

et l'expression "énergie radiante" désignent tous les types

de radiations y compris les particules nucléaires d'énergie élevée. Cependant, comme on ne peut pas les utiliser en pratique actuellement, on ne considère que les radiations électro-

d'onde comprises entre environ 100 microns et 0,01 micron sont la source primaire d'énergie qu'on utilise essentiellement.

Lors du fonctionnement du réacteur 10, un fluide pratiquement transparent aux radiations pénètre par l'entrée
18, circule dans le canal annulaire et refroidit le tube 11, puis sort par la sortie 19. Ce fluide peut être gazeux ou liquide, et par exemple des fluides ayant de faibles coefficients d'absorptions sont l'eau liquide ou gazeuse, l'eau lourde, l'azote, l'oxygène et l'air.

Un dispositif d'introduction d'un fluide inerte dans la chambre 17 par une entrée 20 comprend deux diffuseurs laminaires 21 et 22 placés près de l'extrémité 12 d'entrée.

Les diffuseurs 21 22 peuvent avoir une configuration en nid d'abeilles ou autre telle que&#65533; le fluide envoyé sous pression s'écoule de façon pratiquement laminaire. Le fluide inerte pénètre ainsi pratiquement axialement dans la chambre 17 et forme une protection de la face interne du tube 11, et il

est recueilli afin qu'il circule à nouveau après la sortie 23.

Le fluide inerte est pratiquement transparent aux radiations

nent à cet effet sont des gaz simples tels que l'hélium,

le néon, l'argon, le krypton et le xénon, des gaz complexes qui ne se décomposent pas en formant un produit solide tels que l'hydrogène, l'azote, l'oxygène et l'ammoniac, et l'eauliquide ou gazeuse. Le terme "inerte" utilisé dans le présent mémoire s'applique à deux propriétés, l'aptitude du fluide à réagir chimiquement avec la matière du tube 11 et l'aptitude du fluide à réagir chimiquement avec les matières traitées. Ainsi, la sélection d'un fluide "inerte" dépend dans tous les cas de l'atmosphère particulière. Sauf indication contraire, il est avantageux que le fluide soit inerte visà-vis du tube et il est habituellement souhaitable qu'il soit inerte dans le cas de la réaction mise en oeuvre. Cependant, dans certains cas, le fluide "inerte" de protection participe aussi à la réaction, par exemple lorsque les particules

de fer ou de carbone réagissent en présence d'une protection de vapeur d'eau avec formation d'oxyde de fer et d'hydrogène ou d'oxyde de carbone et d'hydrogène respectivement.

Les réactifs pénètrent dans la chambre 17 par l'entrée 24 à l'extrémité 12 du tube 11. Ils suivent un trajet

le fluide inerte de protection pratiquement au centre de la chambre 17 hors du contact du tube 11.

Une source de radiations très intenses (non représentée) est disposée dans un réflecteur poli 31 monté sur un châssis 32 à l'extérieur du tube 11. La source de radia-

tiens peut être un arc à plasma, un filament chauffé, une flamme ensemencée,une lampe à éclairs fonctionnant par impulsions ou un autre dispositif convenable ; un laser peut aussi constituer la source mais, actuellement, la technologie n'est pas suffisamment développée pour que l'utilisation soit rentable dans le cadre de l'invention. Les radiations créées par la source sont recueillies par le réflecteur 31 et transmises à travers le tube 11 dans la chambre 17 afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet 25. Une quantité suffisante de radiations est ainsi absorbée pour que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue. Comme indiqué précédemment, le tube 11, le fluide de refroidissement et le fluide inerte de protection sont pratiquement transparents aux radiations.

Ainsi, ils n'interfèrent pas de façon importante avec la transmission de l'énergie au courant des réactifs et restent pratiquement froids. Ainsi, le tube 11 ne subit pas de contraintes thermiques apprécia-. bles et ne reçoit pas de précipités ou d'autres dépôts qui pourraient s'accumuler normalement.

La description qui précède suppose que les réactifs

tion des radiations. Cependant, dans le cas contraire, une matière absorbant les radiations, dite matière auxiliaire,

cide en un point au moins avec le trajet 25. Dans le mode de réalisation de la figure 1, la matière auxiliaire d'absorption

bone ou une autre matière convenable pénétrant dans la chambre 17 avec les réactifs par l'entrée 24 et absorbant suffisamment de radiations pour que La température des réactifs atteigne la valeur voulue.

Dans une variante, la matière auxiliaire peut être un liquide, par exemple un brai, de l'asphalte,, de l'huile de lin ou du carburant diesel, et elle peut contenir des solutions, des dispersions, des gels et des suspensions de diverses matières qui peuvent être facilement choisies parmi

les matières disponibles en fonction de critères particuliers. La matière auxiliaire peut être un gaz présentant avantageusement une absorption dans le spectre électromagnétique entre environ 100 et 0,01 microns ; de tels gaz sont notamment l'éthylène, le propylène, les oxydes d'azote, le brome, le chlore, l'iode et le bromure d'éthyle. La matière auxiliaire peut aussi être solide, par exemple en carbone, placée dans la chambre 17 le long d'une partie au moins du trajet 25 des réactifs.

Un autre dispositif élevant la température de la réaction à la valeur voulue peut comprendre un élément chauffé électriquement, un arc électrique ou une flamme placé dans la chambre 17 et coïncidant avec une partie au moins du trajet 25. Dans ce cas, la source de chaleur de déclenchement est autonome et n'est pas formée par le dispositif créant les radiations. Un tel dispositif est particulièrement utile lorsque les réactifs eux-mêmes sont transparents aux radiations, mais lorsque l'un au moins des produits de la réaction absorbe. Ainsi, lorsque la réaction prévue est déclenchée, le dispositif destiné à élever la température peut être arrêté car les produits de la réaction absorbent suffisamment de radiations pour que la réaction s'entretienne.

De manière analogue, lors de l'utilisation d'une matière auxiliaire, celle-ci peut ne plus être introduite ou peut être retirée lorsque la réaction a commencé, par exemple à l'aide d'un dispositif 35 de commande. Un exemple de réaction dans laquelle une matière auxiliaire ou un dispositif de déclenchement nécessaire seulement au début est la pyrolyse du méthane sous forme de carbone et d'hydrogène.

Comme indiqué précédemment, certaines réactions s'inversent partiellement ou totalement lorsque les produits de la réaction ne sont pas refroidis immédiatement et rapidement. A cet effet, un dispositif 40 de refroidissement des produits de la réaction peut être placé dans la chambre 17 près de l'extrémité 14 de sortie du tube 11. Un mode de réalisation de dispositif 40 est placé pratiquement au centre dans la chambre 17 et comprend un organe tubulaire 41 ayant un canal interne 42 dans lequel circule un fluide de refroidissement tel que l'eau. La surface interne du tube 42 est destinée à absorber les radiations.

Lorsque les produits de la réaction, les réactifs restants et les matières auxiliaires le cas échéant passent dans le tube 41 , la chaleur est rapidement transférée par couplage radiatif et la matière est rapidement refroidie si bien que les réactions chimiques indésirables sont évitées.

On considère maintenant les figues 2A à 6 et notamment les figures 2A à 2C qui représentent un second mode de réalisation de réacteur 60 selon l'invention qui comprend un tube 61 ayant une extrémité 62 d'entrée et une ex-trémité 63 de sortie, l'intérieur du tube 61 donnant une chambre 65 du réacteur. Le tube 61 est en matière poreuse qui peut émettre des radiations, le diamètre des pores étant avantageusement compris entre environ 0,025 et 0,5 mm afin

suffisante à travers la paroi du tube et forme une protection convenable. D'autres parois, par exemple sous forme de toiles, d'écrans ou de divers, types de perforations peuvent être utilisées pour le même résultat. Le tube 61 peut être en matière telle que le graphite, le carbone, l'acier inoxydable fritté, le tungstène fritté ou le molybdène fritte, ou en matière minérale telle que les oxydes de thorium, de magnésium, de zinc, d'aluminium ou de zirconium notamment. Le tungstène,

le nickel et le molybdène peuvent aussi être utilisés sous forme d'une toile ou d'un crible.

Un récipient tubulaire étanche 70 sous pression avantageusement en acier inoxydable entoure le tube 61. L'in-

des d'étanchéité 71, 72, 73, 74 et 75, 76 qui relient les diverses parties du réacteur 60. Les brides 72, 73 et 76

79 en acier inoxydable respectivement, formant des joints résistant à la pression. Le tube 61 du réacteur peut coulisser à une extrémité dans un manchon. 81 de graphite qui permet l'allongement du tube 61 qui peut avoir lieu lors

Le récipient 70 comprend de plus une entrée 83

d'admission d'un fluide inerte qui, dans le mode de réalisation de la figure 1, est pratiquement transparent aux radiations. La fluide inerte est d'abord dirigé sous pression dans une chambre 85 formée entre le tube 61 et la paroi du récipient 70. Ensuite, le fluide passe à travers la paroi du tube 61 dans la chambre 65 et forme une protection de la face interne du tube 61.

Un dispositif de refroidissement du récipient 70 comprend des serpentins 87 placés autour de la surface externe du récipient 70. Les serpentins 87 sont recouverts de préférence d'un revêtement d'aluminium pulvérisé à la flamme qui améliore le contact thermique entre le récipient 70 et les serpentins 87 et accroît le rendement au refroidissement.

Les serpentins 87 sont aussi placés autour d'un canal 88 d'observation formé dans la paroi du récipient.

Comme représenté clairement sur les figures 2A et 3, les réactifs pénètrent dans la chambre 65 par l'extrémité 62 d'entrée du tube 61. Un dispositif d'introduction des réactifs comprend une partie 90 d'entrée montée de façon tanche sur les brides 71, 72 près de l'extrémité 62 d'entrée du tube 61. Les réactifs sont entraînés dans un courant gazeux par l'entrée 91, devant une cloison tangentielle 92 et dans une chambre 93 sous pression délimitée entre une paroi externe 94 et un diffuseur 95. Une matière qui convient pour

<EMI ID=41.1> toile métallique. Comme dans le cas de la figure 1, les réactifs suivent un trajet prédéterminé axial par rapport

au tube 61 et sont délimités par l'enveloppe de protection gazeuse pratiquement au centre de la chambre 65 hors du contact de la paroi interne du tube.

Dans le second mode de réalisation, le tube 61 luimême crée les radiations très intenses dirigées vers le centre, en coïncidence pratiquement avec une partie au moins du trajet des réactifs. Le chauffage est assuré par plusieurs

rieur du tube 61 et autour de celui-ci, à intervalles réguliers ; la chaleur des électrodes 100 est transmise au tube 61 par radiation. Dans le second mode de réalisation comme représenté sur les figures 2A, 5 et 6, les électrodes 100a et 100b par exemple sont enfouies à une extrémité dans un

circuits. Comme représenté plus précisément sur les figures 2B et 4, chaque électrode 100a-100f est montée à l'autre extrémité dans une électrode 104 de cuivre forment une barre omnibus. Bien que l'appareil comprenne six électrodes 104, on n'en a représenté qu'une sur la figure 4 par raison de com- <EMI ID=44.1>

phénolique et un isolateur céramique 106. L'électrode 104 ,est refroidie par de l'eau qui circule dans un canal interne
107, par une entrée 108 et une sortie 109. Une connexion électrique 110 transmet une forte intensité. Un joint 111 en polytétrafluoréthylène facilite la suppression des fuites du récipient 70. Le système électrique représenté convient particulièrement bien à une alimentation triphasée. Cepen- . dant, d'autres installations peuvent être utilisées suivant les circonstances. L'invention concerne aussi le cas où le tube poreux 61 est lui-même chauffé directement par résistance électrique, les électrodes 100 étant alors éliminées.

Le rendement thermique du dispositif de chauffage , du tube est encore amélioré par un blindage thermique 120

en molybdène qui forme la surface qui délimite le corps noir réfléchissant les radiations électromagnétiques des électrodes 100 vers le tube 61. Ainsi, le blindage 120 réfléchit

la chaleur plutôt qu'il ne la transfère, et constitue un isolateur si bien qu'il peut être en toute matière présentant cette caractéristique et capable de supporter les températures créées par les électrodes 100. Le blindage 120 est placé dans le récipient 70 radialement à l'extérieur par rapport aux électrodes 100 et il comprend de préférence une bande plate de section rectangulaire enroulée sous forme d'une série de tours hélicoïdaux. Cette construction permet la pénétration du gaz inerte de protection par l'entrée 83 et sa

Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, une matière auxiliaire d'absorption ou un autre dispositif

de déclenchement peut être utilisé le cas échéant. Des matières auxiliaires d'absorption pénètrent dans la chambre 65 par

une entrée 121. En outre, un dispositif 125 de refroidissement des produits de la réaction du type déjà décrit ou différent peut être utilisé et empêche toute réaction chimique

indésirable qui peut avoir lieu lorsque les produits de la réaction ne sont pas refroidis juste après leur formation.

L'avantage essentiel du second mode de réalisation par rapport au premier est que, dans le second mode de réalisation, le fluide inerte est introduit dans la chambre 65 en direction radiale vers l'intérieur alors que, dans le premier mode, il est introduit axialement- dans la chambre 17. Il faut noter qu'un courant laminaire peut être maintenu sur une distance relativement courte seulement avant que la turbulence ne provoque le mélange et ne détruise l'intégrité de la protection gazeuse. Comme l'introduction radiale du gaz ne nécessite pas un écoulement laminaire du

bre de réaction bien supérieures. Il suffit que, dans le second mode de réalisation, la pression absolue du fluide inerte soit supérieure à celle du courant des réactifs afin que les réactifs et/ou les produits de la réaction ne viennent pas frapper le tube 61. Cette caractéristique facilite la réalisation d'un tel appareil à grande échelle industriellement.

Une autre différence entre les deux modes de réalisation est que le tube 11 de la figure 1 est refroidi alors que le tube 61 de la figure 2 doit être chauffé et peut fonctionner à des températures dépassant 2980[deg.]C, par exemple lorsque l'oxyde de thorium poreux en est la matière. Bien que la paroi froide soit plus apte à supporter une pression car elle ne subit pas de contrainte thermique, la paroi chaude 61 ne subit pas un gradient de pression, sauf éventuellement la très faible différence de pressions régnant entre le fluide inerte et le courant des réactifs. La pression

est supportée par la paroi du récipient 70 en acier inoxydable qui est évidemment refroidie par les serpentins 87

et ne subit pas de contrainte thermique. Ainsi, une matière réfractaire telle que le carbone ou l'oxyde de thorium,

capable de supporter des températures bien supérieures à celles que peuvent tolérer les matières classiques des parois des réacteurs et ne convenant pas dans les réacteurs classiques à convection,peut être utilisée pour la première fois dans un appareil utilisable en pratique et fonctionnant à température extrêmement élevée . '

L'invention concerne aussi un troisième mode de réalisation qui combine des caractéristiques des deux premiers. Ainsi, le tube du réacteur peut être en matière poreuse pratiquement transparente aux radiations. De telles matières sont le quartz poreux, le verre fritte poreux et 1&#65533; saphir poreux.

Un fluide inerte pratiquement transparent aux radiations peut aussi être introduit dans la chambre en direction radiale vers l'intérieur à travers la paroi poreuse et non pas axialement sous forme laminaire comme décrit dans le premier mode de réalisation. Les radiations sont créées, recueillies

le premier mode de réalisation.

Le troisième mode de réalisation donne la densité élevée de puissance du premier mode de réalisation et la circulation de fluide injecté radialement du second mode. Cependant, actuellement, le second mode de réalisation convient mieux aux applications industrielles à grande échelle car les radiations sont obtenues par chauffage électrique ordinaire dans une résistance. Le second mode de réalisation peut donc être facilement réalisé et entretenu. En outre, ce second mode de réalisation peut mettre en oeuvre tous les procédés et toutes les réactions considérés par simple réglage du temps de séjour des réactifs dans la chambre, afin que la réduction de la densité de puissance soit compensée.

On considère maintenant les figures 7A à 15 inclus qui représentent un quatrième mode de réalisation de réacteur

un perfectionnement du second mode de réalisation ; ce réacteur comprend un ensemble 200 d'entrée et un ensemble 300

réacteur sont décrits maintenant.

(A) Un tube 401 de réacteur ayant une extrémité 402 d'entrée et une extrémité 403 de sortie délimite une zone réactionnelle 404 dans une partie au moins de l'intérieur. Le tube 401 est en étoffe d'une matière réfractaire fibreuse capable d'émettre suffisamment de radiations pour que la température des réactifs dans la zone 404 atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue.

L'étoffe a de nombreux pores dont le diamètre permet un écoulement uniforme et suffisant d'un [pound]lui-de inerte pratiquement transparent aux radiations, à travers la paroi du tube, afin que ce fluide forme une pro-. tection de la surface interne du tube 401.
(B) Un récipient tubulaire étanche sous pression
(qui comprend une section 201 d'ensemble d'entrée, une section 301 d'ensemble d'électrodes, une section 405 d'ensemble principal et une section 501 d'ensemble de traitement <EMI ID=50.1>

bre 406 pour le fluide inerte sous pression entre le tube
401 et le récipient. Les extrémités d'entrée et de sortie
402 et 403 du tube 401 coopèrent de façon étanche avec la

chambre 406 sous pression. Le récipient a une première entrée 408 et une seconde entrée 409 destinées à l'admission d'un fluide inerte dirigé sous pression dans la chambre

406 et à travers la paroi 401 dans la zone 404.

(C) Un dispositif est destiné à l'introduction des réactifs gazeux, liquides ou solides dans la zone 404 par l'extrémité 402 d'entrée du tube 401. Les réactifs sont dirigés suivant un trajet prédéterminé axialement par rapport au tube 401 et ils sont délimités par la protection si bien qu'ils sont pratiquement au centre de la zone 404 hors du contact de la paroi interne du tube 401.
(D) Un dispositif électrique comprend des éléments
302a, 302b et 302c de chauffage placés dans la chambre 406 à une certaine distance radiale du tube 401, vers l'extérieur, et il chauffe le tube du réacteur à une température à la-

chimique voulue soit déclenchée et entretenue. Les radiations sont dirigées dans la zone 404 afin qu'elles coïncident pratiquement avec une partie au moins du trajet des réactifs.

(E) Un blindage thermique 401 est disposé dans le récipient sous pression et entoure pratiquement les éléments de chauffage 302a à 302c et la zone 404 afin qu'il délimite une cavité formant un corps noir. Le blindage 410 réfléchit les radiations vers l'intérieur, vers la zone réactionnelle 401. A. On considère d'abord l'ensemble d'entrée.

Les figures 7A et 8 représentent plus précisément

la section 201 d'ensemble d'entrée du récipient sous forme d'un organe tubulaire ayant deux brides 202 et 203 à ses ex- <EMI ID=52.1>

annulaire 205 d'étanchéité elle-même fixée de façon étanche

à la bride 202. Un tube principal 206 d'entrée de gaz d'atomisation passe dans le bloc 204 et est fixé à demeure à celuici par une bride 207 de support. Un joint torique 209 placé dans la bride 207 assure l'étanchéité entre le tube 208 et la bride 207. Un raccord 210 d'entrée est fixé à une extrémité du tube 206 comme représenté sur la figure 7A. Le gaz d'atomisation pénètre dans une chambre 211 sous pression par un entrée 212.

Un tube principal 214 d'entrée de réactif liquide est disposé dans le tube 206, pratiquement sur la même longueur que celui-ci. Un réactif liquide principal pénètre dans

Comme représenté clairement sur la figure 7B, une buse 216 destinée à former un brouillard ou de brumisage

du capot 217 est pratiquement parallèle à celui du tube 401 du réacteur. Lors du fonctionnement, le réactif liquide et le gaz d'atomisation pénètrent sous pression dans les tubes
214 et 206 respectivement et se mélangent sous pression dans la buse 216. Le réactif liquida est alors dispersé à la sortie de la buse sous forme d'un brouillard qui absorbe les radiations. Le capot 217 facilite le maintien du brouillard au centre dans une zone 411 de réaction, préliminaire du tube 401.

Comme représenté clairement sur les figures 7A et 8, l'ensemble d'entrée du réacteur considéré peut comprendre

daire facilitant l'introduction d'autres réactifs liquides. Le dispositif d'introduction du réactif liquide secondaire est analogue à celui du réactif liquide principal, au: points de vue de la construction et du fonctionnement, e&#65533; il comprend par exemple des tubes secondaires 21 Sa à 219c d'entrée de gaz d'atomisation et des buses de brumisage telles que
220a (les autres buses ne sont pas représentées). Les références 221 et 22 désignent respectivement une entrée de ré-actif liquide secondaire et une entrée de gaz secondaire d'atomisation.

La description qui précède suppose que les réactifs eux-mêmes ou bien ont un coefficient relativement élevée d'absorption des radiations, cu bien peuvent former un brouillard qui absorbe les radiations. Cependant, dans le cas contraire, une matière auxiliaire absorbant les radiations comme décrit précédemment doit être introduite dans la zone 404 du réacteur, en coïncidence avec un point au moins du trajet suivi par les réactifs.

Cmmme représenta sur la figure 7A, un gaz de balayage facilite.la direction du brouillard vers la zone 404. Le gaz de balayage pénètre dans le bloc 204 par un raccord 225

par rapport au tube 401 vers la zone 411. Comme représenté sur les figures 7A et 8, un canal 226 d'observation de la < réaction permet l'observation axiale de la zone 404.

B. On considère maintenant l'ensemble d'électrodes.

Les figures 7B, 9, 10 et 11 représentent la section tubulaire 301 du récipient sous pression correspondant à l'ensemble d'électrodes et ayant deux brides 303 (figure 5A) et 304. La section 301 est fixée par la bride inférieure 303 à la seconde bride 203 de la section 201 de manière étanche. Un canal 305 de fluide de refroidissement est formé entre la section 301 et une enveloppe 306 de refroidissement de l'ensemble d'électrodes. Un fluide de refroidissement pénutre dans le canal 305 par une entrée 307 et en sort par une sortie 308.

Comme représenté clairement sur le? figures 7B et 9, des électrodes 309a à 309f de cuivre sous forme de barres omnibus sont montées sur la seconde bride de la section 301 dont elles dépassent. Bien que l'appareil comprenne six élec-

gure 7B par raison de simplicité. Chaque électrode 309 comprend une bride 310 en résine phénolique et un isolateur céramique 311. Chaque électrode 309 est refroidie par un fluide, avantageusement de l'éthylèneglycol, circulant dans un canal interne 312, ayant une entrée 313 et une sortie 314.

La référence 315 représente une connexion électrique. Un joint 316 de polytétrafluoréthylène facilite la suppression des fuites à partir de la chambre 406 sous pression qui contient du fluide inerte. Bien que le circuit électrique utilisé dans le réacteur considéré ait des connexions triphasées

en étoile comme représenté sur la figure 17, d'autres circuits conviennent selon les circonstances.

On se réfère maintenant plus précisément aux figures 7B et 7C qui représentent chaque électrode 309 fixée par emboîtement à une première extrémité d'un prolongement rigide 317 d'électrode en carbone. Les prolongements 317 dépassent à travers une première section d'extrémité 412

du blindage thermique 410 sans être au contact de celle-ci et sont fixés à une seconde extrémité à un support courbe
318 d'élément de chauffage. La figure 10 indique que les éléments 302a à 302c de chauffage sont fixés à une première extrémité à l'un des supports 318 et sont espacés circonféren-

ments de chauffage sont fixés à une seconde extrémité à un anneau central 319 de connexion triphasée représenté sur

les figures 7C et 11. Chaque élément 302 est avantageusement en étoffe d'une matière réfractaire fibreuse telle

que le graphite ou le carbone. Les supports 318 et l'anneau
319 peuvent être en une matière réfractaire conductrice de l'électricité telle que le carbone.

C. On considère maintenant l'ensemble principal.

Les figures 7B, 7C et 10 représentent la section tubulaire 405 du récipient sous pression correspondant à l'en-

405 est fixée par sa première bride 414 à la seconde bride
304 de la section 301 de manière étanche. Un canal 416 de fluide de refroidissement de l'ensemble principal est formé entre la section 405 et une enveloppe 417 de refroidissement. Le canal 416 est de plus délimité par une cloison 418 en spirale. Le fluide de refroidissement pénètre dans le canal
416 par l'entrée 419 et en sort par la sortie 420.

Le tube 401 du réacteur comprend trois zones, la zone 411 de réaction préalable, la zone 404 de réaction et une zone 422 de réaction postérieure. Comme indiqué précédemment, le tube 401 est en étoffe de matière réfractaire fi-breuse par exemple de carbone ou de graphite. L'étoffe peut être tricotée, tissée ou non-tissée. Le tube 401 est fixé à l'extrémité 403 de sortie à un anneau 424 de support qui est lui-même fixé par un bloc 425 d'ancrage. Le tube 401 est fixé à son extrémité 402 d'entrée à un anneau 426 de rapport d'entrée qui est lui-même raccordé de façon étanche à un soufflet tubulaire 427 placé dans la section 201 de l'ensemble d'entrée. Une extrémité d'entrée du soufflet 427 est fixée de manière étanche entre les brides 202 et 205 afin que l'extrémité d'entrée du tube 401 reste séparée de façon étanche de la chambre 406.

Le soufflet 427 est déformable et permet la dilatation et la contraction axiales du tube 401.

Un dispositif destiné à appliquer une force axiale de traction au tube 401 comprend trois ensembles identiques régulièrement répartis à la circonférence de la section 201.

Par raison de commodité, on décrit l'ensemble 428 représenté sur la figure 7A. Chaque ensemble 428 comprend une tige 429 mobile en translation et destinée à être poussée, fixée à une première extrémité à l'anneau 426 et à l'autre extrémité à

supportée dans un coussinet 431 avec lequel elle coopère de manière étanche par l'intermédiaire d'un joint torique 432. Un boulon 433 à oeillet est fixé à la plaque 430 et fixe

un câble 434 sensiblement parallèle à l'axe longitudinal du réacteur et passant sur un ensemble 435 à poulie. Un contrepoids 436 fixé à l'autre extrémité du câble 434 exerce une force qui maintient le tube 401 sous traction en direction axiale.

438 placée dans la section 404, radialement vers l'extérieur des éléments de chauffage 302a à 302c et entre la première section 412 et une seconde section 439 d'extrémité du blin-

tie circonférentielle du blindage 410 peut être disposée vers l'ensemble 300 d'électrodes afin qu'elle comprenne une se-conde partie circonférentielle 440 comme représenté sur la figure 7B. Bien qu'on choisisse initialement le molybdène qui est une matière satisfaisante pour la réalisation d'un blindage thermique du type nécessaire dans le réacteur chimique à température élevée de l'invention, il est avanta- <EMI ID=63.1>

exemple en graphite pyrolytique ou en matière "Grafoil" de Union Carbide Corporation.

Des canaux d'observation 441 et 442 pour des radiomètres sont formés dans la section 400. Le canal 442 permet Inobservation et la mesure delà température de la zone réactionnelle 404 et le canal 441 permet l'observation et la

D. On considère maintenant l'ensemble de traitement par réaction postérieure.

Comme représenté sur la figure 7C, une première bride 302 de la section 501 du récipient sous pression correspondant au traitement postérieur est fixée de manière étanche à une bride 503 d'interface refroidie par un fluide et qui est elle-même fixée de manière étanche à la seconde bride 415 de la section d'ensemble principal. Un canal 504 de fluide de refroidissement est formé entre l'enveloppe 505 de refroidissement de l'ensemble de traitement postérieur et la section 501. Le fluide de refroidissement s'écoule dans le canal 504 entre l'entrée 506 et la sortie 507. Un canal
509 d'observation pour radiomètre permet l'observation et la mesure de la température dans la zone 422 de réaction postérieure du tube 401.

Les produits réactionnels quittant l'extrémité 403 de sortie du tube 401, dans le mode de réalisation des figures 7A à 7D, passent dans une première section 510 d'un radiateur ou refroidisseur 511. Comme représenté sur les figures 7C et 7D, la première section 510 du refroidisseur 511 comprend

une paroi tubulaire interne 512 et une paroi tubulaire externe 513 qui délimitent entre elles un canal 514 de fluide de refroidissement. Une cloison 515 en spirale dirige ce fluide de refroidissement qui pénètre par l'entrée 516 et s'échappe par la sortie 517. Une première sonde 518 à thermocouple <EMI ID=65.1>

la température des produits réactionnels près de la sortie.

Comme représenté sur la figure 7D, la première section 510 du refroidisseur 511 est raccordée à une seconde section 520 par des brides 521, 522. La seconde section 520 a une paroi interne 524 et une paroi externe 525 délimitant entre elles un canal 526 pour un fluide de refroidissement. Ce dernier pénètre dans le canal 526 par une entrée 527 et le quitte par une sortie 528. Des sondes 530 et 531 à thermocouple permettent la mesure de la température des produits réactionnels pénétrant dans la seconde section
520 et s'échappant de celle-ci respectivement.

ensemble 500a de traitement post-réactionnel comprend une section 501a de récipient sous pression correspondant à l'ensemble de traitement post-réactionnel et ayant une bride 503a fixée de manière étanche à une bride d'interface telle que
503 de la figure 7C, refroidie par un fluide. Un canal 504a de fluide de refroidissement est formé entre l'enveloppe 505a de refroidissement de l'ensemble de traitement post-réactionnel et la section 501a. Le fluide de refroidissement s'écoule dans le canal 504a de l'entrée 506a à la sortie 507a. Un canal

tion et ,la mesure de la température dans la zone 422.

Les produits réactionnels quittant la sortie 403

du tube 401 dans le mode de réalisation de la figure 13 passent

tre-courant et à profil variable placé en butée contre la sortie 403 du réacteur à son extrémité d'entrée 533. L'échangeur 532 comprend une paroi tubulaire interne en matière réfractaire 534, une paroi tubulaire externe en matière réfractaire 535 concentrique à la paroi 534 et à l'extérieur de celle-ci, et une cloison en spirale en matière réfractai-

canal annulaire 537 de fluide de refroidissement en spirale. Les parois 534 et 535 et la cloison 536 forment ensemble

un échangeur de chaleur 544 en spirale à température élevée prenant appui sur un coussin élastique 545 en feutre de carbone placé sur une plaque 546 d'extrémité de la section 547 du récipient sous pression correspondant à l'échangeur de

et communiquent avec le canal 537.

Dans le mode de réalisation particulier de la figure 13, après circulation dans le canal 537 de fluide de . refroidissement de manière variable, réglable et prédétermi-

541 près de 1* extrémité 533 d'entrée de l'échangeur 532.

Ensuite, le fluide de refroidissement passe par un canal
542 d'entrée d'un bloc 425a d'ancrage du tube de réaction dans la chambre 406 sous pression,. Dans ce cas, il est clair que le fluide de refroidissement utilisé doit être le même que celui de la chambre 406 ou doit être au moins compatible avec celui-ci. Cependant, comme le fonctionnement de l'échangeur 532 ne nécessite pas la circulation du fluide de refroidissement dans la chambre 406, d'autres circuits et dispositifs de circulation sont possibles. Dans ce cas, la sélection du fluide de refroidissement n'est pas limitée par les critères indiqués précédemment. La chemise

changeur de chaleur est placée radialement à l'extérieur de la section 547 de récipient sous pression correspondant à

canal 549 entra une entrée 550 et une sortie 551.

E. On considère maintenant l'ensemble d'entrée des réactifs .solides.

L'ensemble d'entrée 200a du mode de réalisation des <EMI ID=74.1> d'entrée des figures 7A et 7B, mais un dispositif d'introduction d'un réactif solide principal de l'ensemble d'entrée 200a remplace le dispositif d'introduction d'un réactif liquide principal de l'ensemble 200. Par raison de commodité, on ne décrit en référence au mode de réalisation des figures 14A et
14E que les caractéristiques qui diffèrent du mode de réali-sation des figures 7A et 7B.

Un tube 232 d'entrée de réactif solide passe à travers le bloc 204 et est fixé à celui-ci par uns bride 235 de support. Un réactif solide principal avantageusement finement divisé, pénètre dans le tube 232 par l'entrée 233 au niveau de la bride 235 et quitte le tube 401 près de la

parallèle à celui du tube 401. Le capot 217 facilite le maintien des réactifs solides finement divisés au centre de la zone 411 de réaction préliminaire.

Sur la figure 15, un dispositif 238 d'alimentation en réactifs solides coopère avec un réacteur à température élevée ayant un ensemble 200a d'entrée du tube représenté

sur les figures 14A et 14B. Une trémie 240 d'alimentation

241 qui alimente lui-même un tamis 242. Le produit grossier
245 du tamis 242 est recyclé dans le broyeur 241 et le produit fin 243 parvient à une trémie ou un accumulateur 244 fixé à un bottier tubulaire allongé 246. Une vis hélicoïdale
247 d'alimentation peut tourner dans le boîtier 246 et un moteur 248 l'entraîne. Un fluide d'étanchéité sous pression peut être introduit dans le bottier 246 par une buse 249 d'entrée qui se trouve en aval de la trémie 244 ; l'intérieur du tube 401 est ainsi séparé de l'atmosphère. Le réactif liquide et le fluide d'étanchéité sont évacués du bottier
246 dans le réacteur par une sortie 250.

F. On considère maintenant les dispositifs d'attaque chimique

et de revêtement d'une matière réfractaire.

Pour des raisons indiquées dans la suite, on considère qu'un revêtement réfractaire peut être déposé sur

les surfaces du tube 401, des éléments 302 et du blindage thermique 410 qui sont exposas au gaz de protection et aux températures élevées lors du fonctionnement du réacteur. Le revêtement réfractaire peut être par exemple en carbone pyrolytique ou en oxyde réfractaire tel que l'oxyde de thorium, de magnésium, de zinc, d'aluminium ou de zirconium.

On considère aussi que des parties de la surface du tube 401 peuvent subir une érosion ou une attaque chimique sélective.

fractaire et d'attaque chimique est schématiquement représenté sur la figure 16 et il comprend un premier dispositif 601

de dosage d'agent réfractaire de dépôt. ayant une réserve

602 de gaz carboné reliée à une canalisation 603 de dosage

de gaz carboné. Cette canalisation comprend une soupape d'arrêt 603 reliée à une soupape 605 à pointeau et à un débitmètre 606. Une première canalisation 608 d'alimentation relie la canalisation 603 à une canalisation 607 d'alimentation en gaz de mélange.

Un second dispositif 610 de dosage d'agent réfractaire de dépôt comprend une réserve 611 de véhicule gazeux reliée à une canalisation 612 de dosage de véhicule gazeux

pointeau et un débitmètre 6i5. La canalisation 612 est reliée à un tube 616 de barbotage placé dans un réservoir 617 contenant une solution d'un composé volatil contenant un mé-

commande 618 qui détecte la température du réservoir à laide d'un thermocouple 619 et échauffe le réservoir le cas échéant à l'aide d'une gaine 620 de chauffage électrique.

Une extrémité 621 de sortie du tube 616 est immergée dans la solution du réservoir 617. Une sortie 622 du réservoir 617 est reliée à une seconde canalisation 623 d'alimentation

qui part du réservoir 617 en un point qui se trouve au-dessus de :la surface de la solution. La seconde canalisation 623

est aussi reliée à la canalisation 607.

Dans un dispositif 625 de dosage d'agent d'attaque

chimique, une réserve 626 d'un tel agent est reliée à une canalisation 627 de dosage d'un tel agent qui comprend er.

et un débitmètre 630. Une troisième canalisation 631 d'alimentation reliée à la canalisation 607 est aussi reliée à

la canalisation 627.

Les trois canalisations 608, 623 et 631 alimentent toutes la canalisation 607 qui parvient à un raccord en T
632. Une première canalisation 637 comprend une première soupape 634 et elle est reliée à une première entrée d'un dis-

<EMI ID=82.1> canalisation dérivée 636 comprend une seconde soupape 637 et elle est reliée à une première entrée d'un distributeur
638 de mélange avec un gaz de balayage.

Une réserve 640 de fluide inerte est reliée à une canalisation 641 de dosage de fluide inerte qui comprend une soupape d'arrêt 642, une soupape à pointeau 643 et un débitmètre 644 relié à une seconde entrée du distributeur 635.

Une sortie de celui-ci est reliée à une canalisation 645 qui est elle-même reliée aux entrées 408 et 409 du récipient sous pression afin que du fluide inerte pénètre dans la chambre 406. Un manomètre 646 est relié à la canalisation
645 et communique avec la chambre 406 afin qu'il donne la pression du fluide inerte dans cette chambre. Une soupape
647 de sortie de la chambre sous pression est aussi reliée

à la canalisation 645 et permet l'évacuation du fluide de la chambre 406.

Une réserve 648 de gaz de balayage est reliée à une canalisation 649 de dosage qui comprend une soupape d'arrêt 650, une soupape à pointeau 651 et un débitmètre 652 qui est relié à une seconde entrée du distributeur 638. Une sortie du distributeur 638 est reliée à une canalisation 653 d'alimentation en gaz de balayage qui est elle-même -reliée

tionnelle du réacteur.

Comme représenté sur la figure 7D, une soupape
655 de fermeture de la sortie du tube de réaction est fixée à la seconde section 520 du refroidisseur 511 par des brides 555 et 656.

Lorsque le réacteur fonctionne, une différence de pressions doit être maintenue entre le fluide inerte de la chambre 406 et le gaz du tube 401 afin que le fluide inerte s'écoule uniformément en direction radiale vers l'intérieur à travers la paroi poreux-? du tube 401. Il est ainsi avantageux que l'étoffe du tube 401 soit suffisamment rigide pour que la différence de pressions puisse être maintenue sans affaissement vers l'intérieur du tube 401. Ainsi, on

bone pyrolytique peut être déposé sur des parties de la matière réfractaire fibreuse du tube 401, à l'intérieur du corps noir, afin que la rigidité ou la stabilité dimensionnelle de l'étoffe soit améliorée.

lors du dépôt d'un tel revêtement, la soupape 655 de fermeture de la sortie du réacteur est fermée et le tube'
401 est porté à environ 1900[deg.]C. Ensuite, la soupape 650

de la canalisation 649 est ouverte, la soupape 642 de la canalisation 641 est fermée et la soupape 647 est ouverte si bien que le gaz de balayage circule à l'intérieur du

parci poreuse du tube 401 dans la chambre 406 et enfin par les entrées 408 et 409 et la soupape 647. Le tube 401 a

donc tendance à se dilater à son diamètre maximal. Ensuite, la soupape 604 de la canalisation 603 est ouverte. Les soupapes 605 et 651 à pointeau sont réglées afin qu'elles déterminent les débits de gaz carboné et de gaz de balayage respectivement aux valeurs convenables indiquées par les débitmètres 606 et 652. La soupape 634 est fermée et la soupape 637 ouverte afin que le gaz carbone circule dans la canalisation 608, la canalisation 607, le raccord 636, la canalisation 636 et le distributeur 638, le gaz se mélangeant alors au gaz de balayage et parvenant à l'intérieur du tube

Le gaz carboné se dissocie lorsqu'il vient au contact de surfaces chauffées et dépose un revêtement de graphite pyrolytique. Ainsi, du graphite pyrolytique se dépose de façon générale sur les parties du tube 401, des éléments 302

et du blindage 410 qui se trouvent à l'intérieur de la cavité formant le corps noir.

Comme la partie du tube 401 qui se trouve dans la zone 411 est à l'extérieur du corps noir et ne peut donc pas être chauffée commodément à des températures supérieures à

la température de décomposition du gaz carboné, une toile 450 en acier inoxydable représentée sur les figures 7A et 7B empêche l'affaissement vers l'intérieur du tube souple 401 lorsque le fluide inerte exerce une pression différentielle, mais on constate qu'une augmentation de la tension appliquée à l'étoffe poreuse donne le même résultat.

Le diamètre des pores de la paroi du tube peut être réduit ou agrandi lorsque le réacteur fonctionne, par mélange d'un agent réfractaire de dépôt ou d'un agent d'attaque chimique avec le fluide inerte, afin que le débit de ce fluide à travers les parois du tube 401 soit réglé. La diffé- ' rence de pressions entre la chambre 406 et la zone réactionnelle peut être contrôlée à l'aide des manomètres 646 et

654 et le débit de fluide inerte à travers la paroi peut

Lorsque la différence de pressions devient trop faible pour le débit voulu de gaz inerte de protection, le diamètre des pores de la paroi peut être réduit par ouverture de la soupape 604 et réglage de la soupape 605 afin que le gaz carboné de la réserve 602 circule dans la canalisation 603. La soupape 637 est fermée et la soupape 634 est ouverte afin que le gaz carboné parvienne dans le distributeur 635 puis dans la chambre 406 par la canalisation
645 et les entrées 408 et 409. La soupape 647 reste fermée et la soupape 655 reste ouverte lors du fonctionnement normal du réacteur. Le gaz carboné se dissocié au contact des surfaces chaudes dans le réacteur. Ainsi, le gaz carboné circule dans les pores de l'étoffé formant la paroi du tube 401 et se dissocie en déposant un revêtement de graphite pyrolytique qui réduit le diamètre des pores.

Comme la différence de pressions de part et d'autre de la paroi du tube

ductior. de porosité du tube peut être contrôlée avec les manomètres 654 et 646 et le débitmètre 644 lors du dépôt du graphite. Lorsque la pression différentielle dépasse une valeur prédéterminée, la croissance du revêtement de graphite peut être interrompue par fermeture de la soupape 604 de

la canalisation 603. L'ensemble de l'opération de réduction de diamètre des pores dans la paroi peut être réalisé sans interruption du fonctionnement du réacteur.

Inversement, l'augmentation du diamètre dss pores du tube 401 peut être nécessaire. Dans ce cas, un agent d'attaque chimique tel que de la vapeur d'eau ou de l'oxygène moléculaire provenant de la réserve 626 est mélangé au fluide inerte par commande de la soupape 628, réglage de la soupape
629 de la canalisation 627, fermeture de la soupape 637 et ouverture de la soupape 634. L'agent d'attaque chimique se mélange au fluide inerte dans le distributeur 635 et s'écoule dans la chambre 406 par les entrées 408 et 409. L'agent attaque les surfaces chaudes au contact desquelles il se

trouve et accroît le diamètre des pores de la partie chauffée du tube 401&#65533; Le courant d'agent d'attaque chimique peut être maintenu jusqu'à ce que les manomètres 654 et 646 indiquent une différence de pressions suffisamment faible au niveau du tube 401 pour le débit de gaz inerte contrôlé par le débitmètre 644. L'opération peut être réalisée lors du fonctionnement du réacteur, de la même manière que la réduction du diamètre des pores par le gaz carboné.

Dans certaines applications, l'utilisation comme fluide inerte de vapeur d'eau ou d'une autre matière qui réagit chimiquement avec les matières traitées peut être avantageuse. La corrosion des matières du réacteur peut être évitée ou au moins retardée par dépôt d'un revêtement d'un oxyde réfractaire, tel que l'oxyde de thorium, de magnésium, de zinc, d'aluminium ou de zirconium, sur les parties du tube 401, des éléments 302 de chauffage et du blindage thermique 410 qui sont au contact du fluide inerte et qui sont

réfractaire, un agent réfractaire de dépôt qui est un composé volatil contenant un métal tel que le chlorure de méthylmagnésium, l' éthylure de magnésium ou le n-amyloxyde de zirconium peut être utilisé. Le chlorure de méthylmagnésium par exemple se décompose sur une surface chauffée à 593[deg.]C environ et laisse un revêtement de magnésium métallique. Celuici, lorsqu'i1 est chaud, s'oxyde ensuite lors de l'introduction de vapeur d'eau ou d'oxygène moléculaire dans la

magnésium se décomposent tous deux en général sur les surfaces chauffées avec formation d'oxyde de zirconium ou d'oxy-de de magnésium respectivement.

On se réfère maintenant à la figure 16 qui indique que le composé volatil contenant un métal peut être introduit dans la chambre 406 par circulation d'un véhicule gazeux de la réserve 611 dans la canalisation 612, après ouverture de la soupape 613. La soupape 614 règle le débit de véhicule gazeux à la valeur convenable indiquée par le débitmètre 615.

Le réservoir 617 contient par exemple une solution du com-.

tétrahydrofuranne. Le véhicule gazeux passe par le tube 616 de barbotage et dans la solution du réservoir 617. La soupape 637 reste fermée et la soupape 634 reste ouverte afin que le véhicule gazeux, les vapeurs de solvant et les vapeurs du composé contenant le métal soient dirigés succes-

623, 607 et 633 et le distributeur 635, toutes ces matières se mélangeant au fluide inerte et parvenant dans la cham-

Le composé volatil se décompose au contact des surfaces chaudes dans le réacteur. Lorsqu'il se décompose en formant un métal pur, l'oxygène ou de la vapeur d'eau pénètre ensuite dans la chambre 406 et provoque la formation de l'oxyde.

G, On considère maintenant les dispositifs de réglage des divers paramètres.

La figure 17 représente un dispositif 700 de réglage de la température du réacteur. Les éléments 302a, 302b et 302c de chauffage sont schématiquement représentés dans un circuit en étoile, une extrémité de chaque élément étant reliée au point central 701 et l'autre à une branche 702a, 702b ou
702c d'une alimentation triphasée 702. Le point 701 de connexion correspond à l'anneau de connexion triphasée 319 de la figure 7C. L'alimentation 702 est reliée à la sortie 703 de courant d'une commande 704 qui est elle-même reliée à une alimentation triphasée principale 705 et à un circuit 706 de déclenchement. L'alimentation principale 705 fournit un courant de chauffage du réacteur avantageusement à 440 V.

Un radiomètre 708 placé dans le canal 441 de la figure 7B est focalisé sur l'élément 302c et crée un signal, en général exprimé en millivolts, correspondant à la température de l'élément de chauffage. Un convertisseur tension-intensité
709 amplifie le signal du radiomètre et le transforme en un courant électrique. Une commande 707 de point de consi-

reliée à un calculateur non représenté et un enregistreur
710 donnant un enregistrement permanent de la température . mesurée par le radiomètre 708 sont tous reliés au convertisseur 709. Une ligne 713 de signaux d'entrée relie une

entrée 711 de signaux de la commande 707 à un calculateur non représenté. Des ampèremètres 750a, 750b et 750c sont montés dans les trois branches 702a, 702b et 702c et mesurent le courant transmis aux éléments 302a à 302c, et les volt-

donnent les tensions aux bornes des éléments de chauffage.

L'énergie dissipée dans ceux-ci et la résistance électrique de ceux-ci peuvent être calculées d'après les mesures de tension et d'intensité. La connaissance de la résistance électrique de chaque élément de chauffage donne des informations sur son intégrité physique car? lors de l'érosion de l'élément de chauffage, sa résistance électrique augmente..

La figure 18 est un graphique représentant les variations de la résistance électrique laminaire d'un échantillon d'étoffe de graphite (étoffe de graphite WCA de

Union Carbide Corporation) en fonction de la température

de l'étoffe, indiquée en abscisses. L'étoffe a été rendue rigide par du graphite pyrolytique, par chauffage et exposition à une atmosphère de gaz carboné, en général suivant

le procédé décrit précédemment. Les ordonnées représentent

la résistance laminaire en ohms par carré car on sait que

la résistance mesurée entre les bords opposés de carrés d'une matière résistive d'épaisseur donnée ne dépend pas

des dimensions du carré. Ainsi, la résistance à une température particulière d'un élément de chauffage formé d'une seule bande rectangulaire de l'étoffe WCA peut être déterminée par considération de la séparation de la bande en carrés d'étoffe montés en série. Par exemple, la résistance d'une bande de 152,4 x 1295,4 mm à 1371&#65533;C, mesurée entre les côtés de 152,4 mm, est obtenue par multiplication par 1295,4/152,4 de 0,123 il qui est la résistance laminaire à 1371[deg.]C indiquée d'après la figure 18. La résistance d'un élément de chauffage ayant plusieurs couches d'étoffé de même dimension et donc de même résistance est obtenue par division de la résistance d'une seule couche par le nombre de couches.

Par raison de commodité, les résistances laminaires calculées en ohms par carré pour les échantillons d'étoffe de graphite WCA comprenant 2, 3 et 4 couches sont aussi portées sur la figure 18.

Lors du fonctionnement, lorsque la commande 707 a été fixée à une température de consigne, manuellement ou

par un calculateur, elle compare celle-ci à la température mesurée de l'électrode 302c et transmet un lignai d'erreur

qui dépend de la différence algébrique entre les températures mesurée et de consigne. La commande 707 règle le circuit 706 de déclenchement qui, en fonction du signal d'erreur, provoque l'augmentation ou la réduction de la quantité transmise aux éléments de chauffage par la commande
704 afin que l'amplitude du signal d'erreur soit réduite le cas échéant et que la température de l'élément 302c se rapproche de la température de consigne. Comme l'élément
302c se trouve dans la cavité entourée par le blindage thermique 410, sa température est en général représentative de celle des surfaces de la cavité. Cependant, des radiomètres focalisés sur d'autres surfaces du corps noir peuvent être utilisés pour le réglage de la température.

La figure 19 indique que, en plus de la température, d'autres paramètres peuvent être régulés par des circuits de réglage à réaction, comprenant par exemple un circuit 714 de régulation du débit du réactif liquide principal comprenant une réserve 715 communiquant avec un circuit
716 de dosage par une canalisation 717 d'alimentation. Le circuit 716 règle le débit du réactif principal et peut comprendre par exemple une pompe à vitesse variable et une commande de pompe ou une soupape à orifice variable et une commande de soupape. Une sortie 718 du circuit 716 est reliée à un transducteur 719 de débit qui crée un signal élec-trique 720 correspondant au débit du réactif principal. Une sortie 721 du transducteur 719 est reliée à la tuyauterie
215 d'entrée de réactif liquide principal.

Un signal 722 du manomètre 654 et le signal 720 du transducteur 719 parviennent à deux entrées de signaux du circuit 716. Un signal du calculateur 723 est transmis à une troisième entrée du circuit 716.

Dans un mode de fonctionnement du circuit 714 de régulation du débit du réactif liquide principal, le calculateur 723 transmet à la fois une valeur. prédéterminée du débit du réactif principal et une limite supérieure de la pression dans la zone réactionnelle au circuit 716 qui compare, le débit prédéterminé au débit mesuré par le transducteur 719 et règle le débit afin ou 'il se rapproche de la valeur choisie pourvu cependant que la pression de la zone réactionnelle soit inférieure à la limite supérieure prescrite. Lorsque cette pression dépasse la limite supérieure, le circuit 716 de dosage réduit la pression par réduction du débit du réactif principal.

Un circuit 724 de régulation du débit d'un réactif liquide secondaire forme un autre circuit de commande à réaction qui comprend une réserve 725 communiquant avec un circuit 726 de dosage par une canalisation 727 d'alimentation. Le circuit 726 peut être du type décrit pour le circuit 716. Une sortie 728 du circuit 726 est reliée à un transducteur 729 de débit qui crée un signal correspondant au débit du réactif secondaire. Une sortie 731 du transducteur 729 est reliée à l'entrée 221 de réactif secondaire. Un signal 722 du manomètre 654 et un signal 730 du trans-

726, et un signal du calculateur 723 parvient à une troisième entrée de ce circuit. Le dispositif 724 peut fonc-

tionner comme décrit pour le dispositif 714.

Dans un circuit 734 de régulation de débit de fluide inerte, une sortie de la réserve 640 de fluide inerte est reliée à la soupape 643 qui est elle-même reliée à la soupape d'arrêt 642. Cette dernière est reliée à un trans-

<EMI ID=97.1> transducteur 735 parvient à une première entrée d'une commande 737 de soupape à pointeau. Une seconde entrée de la commande 737 est reliée au calculateur 723 et une troisième entrée au manomètre 646. L'ouverture de la soupape 643 peut être réglée par la commande 637. Le fluide inerte provenant du transducteur 735 parvient aux entrées 408 et 409

du réacteur. Par raison de commodité, la vanne 647, le débitmètre 644 et le distributeur 635 de la figure 16 ne sont

pas représentés sur la figure 19, et le transducteur 735 de la figure 19 n'est pas représenté sur la figure 16.

Lors du fonctionnement, la soupape 642 est ouverte et permet le passage du fluide inerte dans le transducteur
735 et les entrées 408 et 409. La commande 737 compare le signal de débit du transducteur 735 à un débit spécifié

par le calculateur 723 et règle la soupape 643 en conséquence pourvu cependant que la pression détectée par la manomètre
646 ne dépasse pas une valeur supérieure spécifiée par le cal culateur 723. Lorsque la pression est excessive, la commande 737 réduit le débit et réduit ainsi la pression.

Un dispositif 700 de réglage de la température du

quement sur la figure 19 comprend une commande 738 de température qui comprend une commande 704 d'énergie, un circuit
706 de déclenchement, une commande 707 de point de consigne, un convertisseur 709, un enregistreur 700 et des ampèremètres et voltmètres 750 et 751, ces éléments étant représentés sur la figure 17. Le radiomètre 708 (non représenté sur la figure 19) est logé dans le canal 441 et relié à la commande 738. L'alimentation 702 transmet l'énergie 703 provenant de la commande 738 aux éléments 302 (non représentés sur la figure 19) par les électrodes 309. Ainsi, la quantité d'énergie électrique transmise à la sortie 703 détermine

la température du tube 401. L'entrée 711 de signaux de commande et une sortie de la commande 738 sont reliées au calculateur 723 par des lignes 713 et 712 respectivement.

Un dispositif 740 d'échantillonnage des produits du réacteur, relié à une sortie 741 placée près de la soupape 655t transfère à des intervalles prédéterminés des échantillons des produits de la réaction à une entrée 742 d'un chromatographe 743 en phase gazeuse. Un signal électrique d'une sortie 744 du chromatographe 743 varie lorsque la composition chimique des échantillons varie. Ainsi, le chromatographe 743 et le dispositif 740 peuvent créer un signal correspondant à la concentration en éthylène lors de la pyrolyse partielle d'un hydrocarbure.

Les signaux du chromatographe 743 parviennent à un

ci est reliée à des transducteurs de paramètre par une ligne commune 746 de données qui comprend des lignes de signaux reliées aux transducteurs 719, 729 et 735, aux manomètres 646 et 654, à la commande 738 et au chromatographe 743. D'autres transducteurs peuvent être reliés à la ligne commune
746 le cas échéant. Une sortie 747 du calculateur 723 est reliée à une ligne commune 748 de commande qui comprend des lignes de signaux reliées aux circuits 716 et 726 et aux commandes 738 et 737.

Le calculateur 723 peut être un calculateur numérique et peut comprendre un convertisseur analogique-numérique transformant les signaux analogiques des transducteurs en valeurs numériques destinées au calculateur, un convertisseur numérique-analogique destiné à transformer les signaux numériques du calculateur en signaux analogiques de commande, et un multiplexeur de commande des lignes de signaux des lignes communes 746 et 748.

Selon l'invention, au cours d'une opération, le calculateur 723 peut spécifier et contrôler des paramètres

à l'aide de signaux transmis par les lignes communes 748 et

746. Ainsi, le calculateur 723 peut superviser le fonctionnement du réacteur afin que les paramètres restent dans des plages déterminées. En outre, le calculateur peut être programmé afin qu'il recherche les conditions optimales de fonctionnement pour une opération particulière par variation systématique des paramètres et contrôle de la sortie du réacteur avec le chromatographe 743. Ainsi, le calculateur peut être programmé afin qu'il détermine les températures du réacteur et les débits de charge qui rendent maximale la concentration de l'éthylène pour une charge particulière d'hy-drocarbures, à la sortie du réacteur. Le calcalateur 723 peut aussi comprendre des circuits de commande à réaction, par exemple un circuit de commande des produits Fractionnels

dtéchantillonnage, le chromatographe 743, la commande 738 et l'alimentation 702 reliée aux éléments 302. Dans une telle commande, le calculateur compare la composition chimique des échantillons des produits réactionnels retirés à une composi-

747, ce signal correspondant aux déviations ou écarts de la composition chimique des échantillons. La sortie 747 est reliée à l'entrée 711 de la commande de la température du réacteur afin que cette température puisse varier en fonction des variations du signal du calculateur, avec réduction des écarts de la composition chimique des produits réactionnels.

D'autres paramètres tels que des débits de réactifs particuliers et la pression dans la zone réactionnelle, peuvent être réglés par réaction.

Les réactions chimiques à température élevée réalisées selon l'invention nécessitent l'utilisation d'une gaine ou protection annulaire de fluide inerte sensiblement transparente aux radiations. La gaine ou enveloppe a une longueur axiale importante. Cette gaine annulaire peut être créée sensiblement parallèlement à l'axe, ou sensiblement perpendiculairement à son axe, vers l'intérieur de la surface circonférentielle externe.

Dans le premier cas, comme décrit dans le premier mode de réalisation de réacteur, le fluide de la gaine doit

être maintenu sous forme d'un courant laminaire empêchant le mélange avec le courant de réactif. Ce critère impose certaines limites à la longueur axiale de la gaine étant donné l'écoulement laminaire, et l'intégrité de la protection ne peut pas être maintenue sur des longueurs indéfinies en aval, notamment lorsqu'une réaction particulièrement violente est prévue. Ainsi, un tel procédé de création de la gaine convient surtout aux applications de laboratoire et à petite échelle.

Dans le dernier cas décrit précédemment, concer-

<EMI ID=102.1> tion, l'intégrité de la gaine ou protection fluide est indépendante de considérations d'écoulement et peut être maintenue sur une distance axiale bien supérieure à celle qu'on obtient dans le cas d'une protection laminaire injectée parallèlement à l'axe. Le critère essentiel est le maintien d'un courant de fluide inerte à une pression supérieure à celle du courant de réactif afin que les réactifs ne puissent pas traverser la protection fluide ou ne plus être confiné? par la gaine.

Lorsque la gaine ou protection a été créée, un réactif au freins passe au centre suivant un trajet prédéterminé qui coïncide pratiquement avec l'axe de la gaine.

Celle-ci confine les réactifs à l'intérieur et hors du contact des surfaces de la chambre du réacteur.

Enfin, des radiations très intenses sont transmises au centre de la gaine et coïncident avec une partie au moins du trajet prédéterminé des réactifs. Ces radiations peuvent être dirigées en un point au moins du trajet des réactifs comme dans le premier ou le troisième mode de réalisation,

ou sur une longueur finie de ce trajet comme dans le second et le quatrième mode de réalisation. Dans tous les cas, une quantité suffisante de radiations est absorbée dans la partie centrale pour que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue.

Lorsque les réactifs n'absorbent pas eux-mêmes les radiations, une matière auxiliaire absorbante peut être introduite le long du trajet des réactifs, avantageusement avant direction des radiations dans la partie centrale. La matière auxiliaire absorbe alors suffisamment de radiations pour que la température dans la partie centrale atteigne la valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique

voulue. Comme indiqué précédemment, lorsque la réaction prévue est telle que les réactifs transparents créent au moins un produit abattant les radiations, la matière auxiliaire peut être désactivée après déclenchement de la réaction.

Le procédé considéré peut comprendre de plus le refroidissement des produits réactionnels et des réactifs et/ou <EMI ID=103.1>

tion voulue. Le but de cette opération est l'interruption de la réaction voulue et la suppression de toute réaction indésirable. Les produits, matières auxiliaires et réactifs restants peuvent être refroidis avantageusement et efficacement par transfert radiatif à une surface froide absorbant les radiations.

On considère maintenant la mise en oeuvre des ré-. acteurs à paroi protégée par un fluide. Les réacteurs selon l'invention peuvent être utilisés pour pratiquement toutes réactionschimiquesà température élevée, qui souvent ont été considérées comme impossibles en pratique ou seulement théo-

sation de tels réacteurs dans une réaction chimique particulière à température élevée est que la réaction doit être thermodynamiquement possible dans les conditions considérées.

Lors de l'utilisation de ces réacteurs, les réactions chimiques considérées peuvent être réalisées à des températures pouvant atteindre environ 3315[deg.]C, par (1) création à l'intérieur du tube poreux du réacteur d'une gaine tubulaire en fluide inerte transparent pratiquement aux radiations et formant une protection de la surface interne du tube du réacteur, la gaine annulaire ayant une longueur axiale importante et

sa partie interne délimitant une chambre réactionnelle, (2) circulation dtau moins un réactif (à l'état solide, liquide ou gazeux) dans la chambre de réaction suivant un trajet prédéterminé coïncidant pratiquement avec l'axe longitudinal de la gaine, les réactifs étant confinés dans la chambre de

réaction, (3) direction de radiations très intenses dans la chambre réactionnelle afin quelles coïncident avec une partie au moins du trajet prédéterminé des réactifs, une quantité suffisante de radiations étant absorbée dans la chambre pour que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue.

Parmi les réactions qui peuvent être mises en oeuvre dans les réacteurs selon l'inventiez, on peut citer la dis sociation des hydrocarbures et des matières hydrocarbonées <EMI ID=105.1>

gène et noir de carbone, le reformage à la vapeur du charbon, des fractions de pétrole, du schiste bitumineux, des sables asphaltiques, du lignite et d'autres charges carbonées ou hydrocarbonées sous forme de mélanges de gaz de synthèse, les procédés pouvant aussi comprendre l'utilisation éventuelle d'un ou plusieurs carbonates minéraux (tels que le calcaire ou la dolomie) ou oxydes minéraux qui réagissent chimiquement avec les impuretés contenant du soufre qui peuvent ainsi être retirées des mélanges formés de gaz de synthèse, la dissociation partielle des matières hydrocarbonées et des hydrocarbures en composés à poids moléculaire plus faible, la pyrolyse partielle des hydrocarbures saturés en hydrocarbures insaturés tels que l'éthylène, le propylène et l'acétylène,

la conversion des déchets organiques tels que les boues des eaux usées ou les sous-produits contenant la lignine en gaz combustibles, la désulfuration totale ou partielle des charges hydrocarbonées contenant du soufre, la réduction des minerais ou des composés organiques à une valence plus faible à l'aide d'hydrogène, de carbone, de gaz de synthèse ou d'un autre agent réducteur, et la réaction totale ou partielle d'un élément ou composé minéral avec une matière carbonée afin

que le carbure minéral correspondant soit formé.

Le cas échéant, un ou plusieurs catalyseurs peuvent être ajoutés dans ces réactions chimiques à température élevée afin qu'ils accélèrent la réaction ou en changent le cours

vers une séquence voulue. Lorsque le procédé met en oeuvre des réactifs carbonés ou hydrocarbonés, l'addition d'un catalyseur convenable au système peut favoriser la formation de radicaux libres, d'ions carbonium ou de carbanions influençant le cours de la réaction.

Evidemment, un seul jeu de conditions de fonctionnement n'est pas optimal ou convenable pour toutes les réactions qui peuvent être mises en oeuvre dans le réacteur. Les conditions de fonctionnement telles que les températures, les pressions, les débits de charge, le temps de séjour dans le tube du réacteur et les vitesses de refroidissement peuvent varier en fonction de la réaction particulière mise en oeuvre. Par exemple, parmi les paramètres qui ont une influence sur les produits de la pyrolyse d'un hydrocarbure, on peut citer la température de chauffage de l'hydrocarbure et le temps de maintien à cette température. On sait par exemple que le méthar doit être chauffé à 1232[deg.]C environ afin qu'il forme de l'acétylène. La formation d'éthylène à partir d'éthane commence

à une température relativement basse, de l'ordre de 830[deg.]C.

Dans un exemple de pyrolyse d'hydrocarbures, de l'acétylène, de l'éthylène, de l'hydrogène, du noir de carbone et des huiles d'hydrocarbures sont formés. Les temps de réaction

de l'ordre d'une milliseconde rendent en général maximal

le rendement en acétylène, puisque les réactions de durée supérieure à 1 milliseconde favorisent en général la production de l'éthylène et d'autres produits au détriment de l'acétylène, alors que les temps de réaction inférieurs à une milliseconde réduisent en général le rendement en éthylène et en acétylène à la fois. Les températures très éle-

production de noir de carboné et d'hydrogène au détriment

de l'acétylène et de l'éthylène. Les temps de réaction dans les réacteurs de l'invention peuvent être réduits par raccourcissement du tube du réacteur et par augmentation du débit des réactifs introduits dans le tube. Pour des temps très courts de réaction, le mélange d'une matière auxiliaire absorbant les radiations telle que le noir de carbone avec

les réactifs peut être avantageux afin que le couplage entre le courant de réactifs et les radiations provenant de la paroi du tube soit favorisé et facilite ainsi le chauffage ra-

pide des réactifs.

On considère maintenant des exemples de mise en oeuvre de diverses réactions chimiques à température élevée, dans des réacteurs à paroi protégée par un fluide selon l'invention. Dans tous ces exemples, le réacteur à température élevée et à paroi protégée par un fluide, représenté sur les figures 2A à 6, est utilisé pour la mise en'oeuvre de la réaction particulière. Le tube 61 du réacteur est un tube en graphite poreux de 91,4 cm de longueur, ayant un diamètre interne de 7,6 cm et un diamètre externe de 10,2 cm, le rayon moyen des pores étant de 20 microns. Le tube poreux est logé dans un récipient 70 sous pression en acier de 25,4 cm de diamètre. Le tube 61 est chauffé par des électrodes 100a à
100f de carbone placées dans la chambre 85. Le blindage thermique 120 lui aussi placé dans la chambre 85 est en molybdène.

Un collier 125 refroidi par de l'eau est placé près de l'extrémité de sortie du tube 61 et refroidit les produits ré-

continue de chaque exemple pendant un temps variable, on inspecte le tube 61 pour déterminer la présence d'une accumulation de noir de carbone ou analogue. On n'en découvre jamai

EXEMPLE 1

Cet exemple concerne la dissociation thermique du méthane. On réalise une série d'essais destinés à déterminer l'efficacité du réacteur selon l'invention pour la dissociation thermique du gaz naturel avec des débits et des températures réactionnels variables. Au cours de tous les essais, on introduit de l'hydrogène dans la chambre 85 par l'entrée

83 et il circule à travers le tube 61 dans la chambre de réaction avec un débit constant de 141,5 1/mn. L'intensité du courant dans les électrodes 100a à 100f est régie;<1> afin que

duit dans le réacteur une petite quantité de noir de carbone par l'entrée 121 en même temps afin qu'il forme une matière auxiliaire absorbante destinée à déclencher la dissociation pyrolytique. Lorsque la dissociation a commencé, l'addition de noir supplémentaire n'est pas nécessaire pour l'entretien de la réaction. Une fumée dense et noire s'échappe de la sortie du tube et on constate qu'elle contient du noir de carbone et de l'hydrogène. Les particules de noir sont très fines et leur filtration est très difficile. La pulvérisation d'eau dans le courant effluent juste au-dessus de l'extrémité de sortie du tube 61 rend possible l'agglomération des particules de noir et leur rassemblement sur un filtre à poussière en étoffe. Le tableau qui suit indique le pourcentage de dissociation pour divers débits compris

comprise entre 1250 et 1871[deg.]C, la fraction de méthane dissocié étant déterminée par mesure de la conductibilité thermique des gaz effluents après filtration des particules de noir de carbone de l'échantillon.

TABLEAU

EXEMPLE 2

Cet exemple concerne la dissociation thermique d'hydrocarbures liquides. On réalise une série d'essais pour déterminer l'efficacité du réacteur de l'invention pour la dissociation thermique des hydrocarbures liquides. Le gaz de protection est l'hydrogène ayant un débit constant de 141,5 1/mn. Les hydrocarbures liquides choisis pour la série d'essais

sont des distillats obtenus à partir de pétrole brut et comprenant du naphta (température d'ébullition 38 à 93[deg.]C),du kérosène et du carburant diesel (température d'ebullition

bullition supérieure à 316[deg.]C). Les résultats d'essais sont les suivants.

environ dans le tube 61 à raison de 0,19 1/on à l'entrée 121. La température du tube est maintenue à 1871[deg.]C. Le naphta pur passe dans le réacteur sans être affecté car il est apparem-ment transparent aux radiations thermiques provenant du tube incandescent. Le naphta est alore rendu opaque par mélange avec 0,1 &#65533; en poids de noir de carbone finement divisé. Lorsque ce mélange opaque pénètre dans le réactaur comme précédemment, le couplage des radiations thermiques est excellent. Du noir de carbone ét de l'hydrogène s'échappent de

la sortie du tube. L'analyse du gaz produit avec une cellule de conductibilité thermique indique qu'il contient plus de
98 moles % d'hydrogène, si bien que la dissociation est pratiquement complète.

B. KEROSENE-CARBURANT DIESEL. On mélange cette matière avec 0,1 % en poids de noir de carbone et on l'introduit dans le réacteur à raison de 0,19 1/mn. Le tube du ré-

de carbone et en hydrogène. Les mesures de conductibilité thermique indiquent que le gaz effluent contient plus de
98 moles % d'hydrogène,

C. GASOIL. On introduit du gasoil mélangé à du noir

le tube est maintenu à 1871 [deg.]C, le gasoil se dissocie en noir et en hydrogène, qui est lorsqu'il est séparé du noir, contient 98 moles % d'hydrogène pur, comme indiqué par les mesures de conductibilité thermique. Lorsque la température du tube est réduite à 1538[deg.]C, l'effluent du réacteur n'est plus une fumée noire et dense mais un brouillard gris léger indiquant que, à la plus faible température, le gasoil ne

se dissocie que partiellement sans doute en fractions d'hydrocarbures légers et en une petite quantité de carbone.

D. HUILE RESIDUELLE ET ASPHALTE. L'huile résiduele contenant l'asphalte, introduite dans le réacteur à raison de

par conductibilité thermique du constituant gazeux du courant effluent indique que celui-ci contient plus de 98 moles 96 d'hydrogène.

EXEMPLE 3

Cet exemple concerne la dissociation thermique du charbon. On analyse un échantillon de charbon gras de l'Utah <EMI ID=116.1>

cendres. On le pulvérise à une dimension particulaire inférieure à 0,29 mm et on l'introduit dans le réacteur à raison

noir de carbone, en produits gazeux et en coke léger.

Le noir de carbone diffère de celui de l'exemple 1 en ce que les particules sont suffisamment grosses pour pouvoir être filtrées dans addition d'eau. Le noir contient 8,63 % de cendres et 0,54 % de soufre, en poids. Le produit gazeux est un mélange d'hydrogène et d'azote (celui-ci provenant

de la protection gazeuse), ne contenant que 0,02 mole % de soufre, présent sous forme d'hydrogène sulfuré.

62 96 environ du poids de la matière de départ sont transformés en coke. Celui-ci 'est très léger et ouvert, sa densité étant seulement de 35 % de celle du charbon de départ.

Lorsqu'il est fraîchement préparé, le coke s'oxyde spontanément à l'air sous forme de cendres en moins de 12 h, indiquant ainsi que son activité superficielle est élevée. Lorque le coke reste à température ambiante pendant une nuit en atmosphère d'azote, il rie présente plus d'activité superficielle

et ne s'oxyde pas spontanément par exposition ultérieure à l'air. L'examen microscopique du corps,indique qu'il comprend des petits globules sphériques creux de substance vitreuse. Ltanalyse chimique indique que le coke contient 8,27 % en poids de cendres et 0,70 % en poids de soufre.

EXEMPLE 4

Cet exemple concerne le. reformage à la vapeur d'eau et la gazéification du charbon. On analyse un échantillon de charbon du Carbon County, Utah, Etats-Unis d'Amérique qui contient des cendres et une teneur élevée en calcaire, et on constate qu'il contient 0,60 % de soufre. On pulvérise le charbon à une dimension particulaire inférieure à 0,29 mm

et on l'introduit dans le réacteur à raison d'environ 4,74 kg/h, De la vapeur d'eau à 121nC pénètre simultanément dans le réacteur à raison de 9,08 kg/h. Le tube 61 est maintenu à

<EMI ID=118.1> une vapeur blanche et dense provenant de la sortie du réacteur. Il n'apparaît pas que du noir de carbone ou des résidus lourds ont été formés. On ne trouve pas de cendres ou d'autres matières solides dans la trémie qui se trouve juste sous la sortie du tube du réacteur, si bien que tout le résidu solide du charbon est entraîné dans le produit gazeux.

Les produits solides sont séparés du courant effluent par filtration et le gaz restant est séché avant analyse par un spectromètre de masse. Les résultats de l'analyse, compte non tenu de l'air sont les suivants (les concentrations étant données en moles %) : azote 0,051 %, oxyde de carbone 7,563 %, hydrogène sulfuré absent, bisul-

Le produit gazeux de cette réaction peut être utilisé

comme combustible. En outre, l'analyse n'indique aucun composé contenant du soufre,bien que le spectromètre de masse puisse détecter les composés du soufre à une concentration aussi faible que 10 ppm. Ainsi, pratiquement ia totalité

du soufre présent initialement dans le charbon a été entraînée dans les particules solides retirées de . l'effluent par filtration.

EXEMPLE 5

Cet exemple concerne le reformage à la vapeur d'eau et la gazéification de schiste bitumineux. On pulvérise à une dimension particula.ire inférieure à 0,147 mm un échantillon de? schsite bitumineux Green River obtenu d'une source proche de Rifle, Colorado, Etats-Unis d'Amérique. On détermine la présence de diverses matières carbonées dans le schiste bitumineux de l'échantillon. Le chlorure de méthylène extrait à température ambiante 0,93 % en poids du schiste. On analyse l'échantillon par chauffage d'une partie à l'air et observation de la perte en poids en fonction de la température. Les résultats de l'analyse sont les suivants :

Ces mesures indiquent que le schiste bitumineux contient 15 % en poids de matières organiques et 27,3 % en poids de calcai-

une matière siliceuse.

L'échantillon pulvérisé est introduit dans le réacteur à raison de 17,25 kg/h. Simultanément, de la vapeur d'eau pénètre dans le réacteur à raison de 9,08 kg/h environ.

La vapeur d'eau est à 121[deg.]C à l'entrée du réacteur. Le tube

la paroi poreuse à raison de 141,5 1/mn et constitue la protection gazeuse. Un courant de vapeur incolore s'échappe à la sortie du tube et a une température de 521[deg.]C juste au-dessous de la sortie du réacteur.

Des cendres solides sont aussi produites et tombent dans la trémie qui se trouve sous le tube. Les cendres contiennent essentiellement des perles fondues de verre ayant diverses couleurs. On analyse la matière pour déterminer la matière carbonée résiduelle par pulvérisation et détermination de la perte en poids en fonction du chauffage comme réalisé sur le schiste original. On n'observe pas de perte en poids lors du chauffage de 500 à 780[deg.]C, indiquant qu'il ne resté pas de matière organique du schiste original dans les cendres. On observe une perte en poids de 14 % lors du chauffage des

du carbonate de calcium de l'échantillon d'origine reste dans la cendre et qu'une partie de ce carbonate de calcium a subi uns décarboxylation au cours de la réaction. Le traitement

dégagement d'hydrogène sulfuré et d'anhydride carbonique, indiquant que le soufre qui peut être présent dans l'échantillon d'origine est au moins en partie présent dans les cendres.

Le constituant gazeux de l'effluent du réacteur est

d'acétylène, 0,39 % d'éthylène, 1, 24 % d'azote, 8, 70 % d'oxyde de carbone, 0,04 96 de divers hydrocarbures, 0,016 % d'anhydride carbonique, 0,016 % de benzène, 0,002 % de toluène et moins de 0,0005 % d'hydrogène sulfuré. Ce gaz peut être utilisé sous forme d'un combustible à faible teneur en soufre.

EXEMPLE 6

Cet exemple concerne le reformage à la vapeur et la gazéification des boues d'eaux usées. On analyse un échantillon de boues activées d'eaux usées provenant de déchets humains séchés mélangés avec un liant sous forme d'une argile siliceuse et pastille à une dimension particulaire d'environ 2 mm, et on constate qu'il contient, en pourcentage en poids,
33,21 % de carbone organique, 4,38 % d'hydrogène organique, 6,04 % d'azote organique, 0,23 % de soufre organique, 6,14 % d'eau et 50 % de résidu minéral.

On introduit la boue dans le réacteur à raison de
24,5 kg/h. On ajoute au total 11,35 kg. De la vapeur à 121[deg.]C pénètre simultanément dans le réacteur à raison de 25 kg/h, c'est-à-dire le double sensiblement du rapport stoechiométrique correspondant à la réaction du gaz à l'eau. De l'hydrogène est Injecté à travers la paroi poreuse à raison de
141,5 1/mn. La température du réacteur est maintenue à 2066[deg.]C.

Les produits réactionnels sont sous forme d'un brouillard dense et blanc et d'un résidu solide. Ce dernier recueilli dans un piège placé sous le tube, pèse 6,81 kg et

sition suivante (en pourcentage en poids) : carbone organique
12,88 %, hydrogène organique 1,69 %, azote organique 2,34 %, soufre organique 0,37 %, eau traces et résidu minéral 83 %.

On condense dans un piège à azote liquide une partie de l'effluent du réacteur. L'échantillon recueilli dans le piè-

ge est mis à température ambiante et on constate qu'il comprend une partie liquide et une partie gazeuse. La température d'ébullition du liquide est de 100[deg.]C, indiquant qu'il s'agit d'eau. Le constituant gazeux qui peut être utilisé comme combustible à faible teneur en soufre, est analysé au spectromètre de masse et au chromatographe en phase gazeuse et a la com- <EMI ID=128.1>

EXEMPLE 7

Cet exemple concerne la pyrolyse partielle dtun gasoil.

Pour montrer l'utilisation du réacteur selon l'invention lors de la pyrolyse partielle des distillats de pétrole, on traite un lubrifiant léger ou gasoil. Ce distillât particulier de pétrole est caractérisé par la plage suivante de distillations:

On introduit le gasoil dans le tube du réacteur sous forme d'un brouillard par atomisation avec une buse de brumisage.

tion de la paroi fluide. En outre, l'hydrogène est introduit à l'extrémité d'entrée du tube du réacteur par l'entrée de gaz de balayage qui entraîne le brouillard dans le tube.

Le tube est initialement porté à 1871[deg.]C, 141,5 1/mn environ d'hydrogène pénétrant dans la chambre sous pression

environ pénétrant par l'entrée de gaz de balayage. Le gasoil est alors introduit dans le tube à raison de 0,95 1/mn environ, à l'aide de 141,5 1/mn d'hydrogène formant le gaz d'atomisation. La température du courant effluent juste au-dessous de la sortie du réacteur est fixée à 438[deg.]C environ par réduction <EMI ID=132.1>

on laisse au réacteur le temps de se stabiliser dans ces conditions.

Des échantillons du courant effluent recueillis par trois procédés, à savoir (1) par passage d'une partie du courant effluent dans un piège à azote liquide et rassemblement d'un échantillon par congélation, (2) par rassemblement

quide et (3) circulation d'une partie du courant dans un condenseur refroidi par de l'eau et rassemblement d'une fraction liquide, sont alors recueillis. La matière recueillie

et on rassemble alors des échantillons des phases liquide et . vapeur de cette matière à cette température.

Le liquide recueilli au-dessous du condenseur refroidi par de l'eau est caractérisé par les caractéristiques suivantes de distillation :

L'échantillon de la phase liquide recueilli à partir du piège à azote liquide est séché afin que l'eau en soit chassée et on ltanalyse ; on constate qu'il contient les matières suivantes : xylène, styrène, toluène, benzène, pentane, pentadiène, cyclopentadiène, butène, butadiène, propylène., méthylacétylène, méthylnaphtalène, naphtalène et des hydrocarbures de poids moléculaire plus élevé. Le constituant gazeux de la matière recueillie dans le piège à azote liquide est séché et analysé au spectromètre de masse et au chromatographe en phase gazeuse. Après correction tenant compte -e la présence d'air, on constate que deux échantillons du constituant gazeux ont la composition moyenne suivante (en moles %) :
hydrogène 88,23 %, méthane 4,62 %, éthylène 3,09 %, propylène 1,22 %, acétylène 0,55 &#65533;, éthane 0,41 %, butène 0,36 %, ben-

toluène 0,02 %.

EXEMPLE 8

Cet exemple concerne le reformage partiel à la vapeur d'eau d'un gasoil. Un gasoil identique à celui de l'exemple 7 subit un reformage partiel à la vapeur dans le réacteur au cours de deux essais sensiblement identiques. Dans chacun des essais, le gasoil est introduit dans le réacteur sous forme d'un brouillard par atomisation par une buse. L'hydrogène forme la protection gazeuse, le gaz de balayage et

de ces fonctions.

Au cours des deux essais, le tube est initialement chauffé à 1816[deg.]C et l'hydrogène pénètre par l'entrée de gaz de balayage et dans la chambre sous pression avec les débits qui doivent être utilisés sensiblement. Le gasoil est alors introduit dans le réacteur à raison de 0,95 l/mn environ avec de la vapeur d'eau à raison de 1,82 kg/mn environ, correspondant au rapport molaire carbone/vapeur d'eau d'environ 1,0/1,6. Etant donné la charge thermique du gasoil et de la vapeur d'eau, la température du réacteur tombe à 1593[deg.]C. La température du courant effluent juste au-dessous de la sortie est d'environ 454[deg.]C. On recueille des échantillons et on les traite comme décrit dans l'exemple 7.

Le liquide recueilli sous le condenseur refroidi

par l'eau dans le premier essai a les caractéristiques suivantes de distillation :

Dans le second essai, un échantillon du constituant liquide recueilli dans le piège à azote liquide peut atteindre 10[deg.]C et on le sèche pour retirer l'eau avant analyse qualitative.

On constate que l'échantillon contient les matières suivantes :
toluène, benzène, pentène, pentadiène, cyclopentadiène, butène, butadiène, naphtalène, xylène, styrène ainsi que des hydrocarbures de poids moléculaire plus élevé. La partie de l'échantillon d'origine provenant du piège à azote liquide qui est volatile à 10[deg.]C subit un séchage et une analyse au chromatographe en phase gazeuse et au spectromètre de masse

dride carbonique 0,37 %, butane 0,25 %, méthylpentadiène 0,25 %, cyclohexane 0,13 % et toluène 0,04 %.

EXEMPLE 9

Cet exemple concerne la dissociation thermique de la sciure. On dissocie thermiquement de la sciure qui est un sous-produit contenant de la lignine dans le tube 61 à
1871[deg.]C, avec introduction d'hydrogène sous pression à tra-

re pénètre dans le réacteur à raison d'environ 27,7 kg/h. Les produits de la pyrolyse sont sous forme de noir de carbone finement divisé analogue à celui qu'on obtient par dissocia-tion du méthane, des produits gazeux provenant de la dissociation des composés volatils, et une matière carbonée à texture ouverte dans laquelle la structure fibreuse du bois d'origine est pratiquemet intacte.

EXEMPLE 10

Cet exemple concerne la préparation d'abrasif à base de carbure de silicium à partir de silice. On introduit du sable de silice ayant une granulométrie comprise entre 0,29 et 0,147 mm dans le tube 61 par l'entrée 121 à raison de

gaine de protection. La matière en poudre qui tombe du tube est recueillie dans une trémie placée au-dessous.

Le produit en poudre est suffisamment abrasif pour qu'il raie facilement le verre, cette caractéristiques indiquant qu'il contient du carbure de silicium. L'examen de la poudre montre que celle-ci comprend des sphères de silice recouvertes d'une enveloppe de carbone amorphe et de fines plaquettes de carbure de silicium cristallin.

EXEMPLE 11

Cet exemple concerne la production de carbure d'aluminium. On prépare un mélange stoechiométrique de poudre d'aluminium et de carbone élémentaire pour la réaction prévue :

On introduit le mélange dans le réacteur à raison de 4,54 kg/h environ. Le tube 61 est maintenu à 1871[deg.]C et l'hydrogène traverse la paroi poreuse du tube à raison de 141,5 1/on.

La réaction donne une matière amorphe brun-gris recueillie dans un piège sous le tube. Un échantillon de ce produit

un gaz qui brûle avec la flamme jaune caractéristique du méthane et indique que le produit et l'aride chlorhydrique ont présenté la réaction suivante :

L'échantillon se dissout totalement dans L'acide chlorhydrique et forme une solution limpide. Comme le carbone élémentaire utilisé comme matière de départ est insoluble dans l'acide chlorhydrique 0,1 N, cette réaction indique que l'aluminium et le carbone ont réagi quantitativement dans le réacteur en formant du carbure d'aluminium.

et on chauffe jusqu'à sublimation, afin de déterminer les possibilités de production de carbure d'aluminium dans le réacteur de l'invention à partir de chlorure d'aluminium

et de carbone. La vapeur de chlorure d'aluminium se mélange.

à un courant d'oxygène et ce courant passe sur un lit de noir de carbone. Une lampe à arc est fccalisée, à la surface du

lit de carbone et chauffe une partie du lit à 999[deg.]C comme indiqué par un pyromètre optique. Il se forme de petits cristaux orangés juste en aval de la zone chauffée indiquant que le chlorure d'aluminium a réagi avec le carbone et l'hydrogène avec formation de carbure d'aluminium et d'acide chlorhydrique suivant la réaction :

Lorsqu'on ajoute les cristaux orangés à HC1 0,1 N, les cristaux se dissolvent et il se dégage un gaz qui brûle avec la flamme jaune caractéristique du méthane.

Comme ce procédé simule la réaction qui peut être réalisée dans un réacteur à paroi protégée par un fluide, par réaction de chlorure d'aluminium avec du carbone et de l'hydrogène (produit par dissociation thermique d'un gaz ou

d'un hydrocarbure liquide), ce comportement suggère un nouveau procédé de fabrication de méthane par (1 ) réaction de chlorure d'aluminium avec une matière hydrocarbonée peu coûteuse pour la formation de carbure d'aluminium et d'acide chlorhydrique, et (2) refroidissement par de l'eau du produit

que hydrolyse le carbure d'aluminium avec formation de méthane et de chlorure d'aluminium qui peut être lui-même recyclé.

EXEMPLE 12

Cet exemple concerne la réduction de l'oxyde ferrique par l'hydrogène. On introduit de l'oxyde ferrique pur de dimension particulaire inférieure à 0,147 mm dans le réacteur à raison de 15,94 kg/h en même temps que de l'hydrogène qui traverse la paroi poreuse à raison de 141,5 1/mn afin de mon-trer l'utilité du réacteur de l'invention pour la réduction des minerais métalliques. L'hydrogène constitue à la fois

la protection gazeuse et un agent réducteur de l'oxyde de fer.

Le tube est maintenu à 1871[deg.]C comme indiqué par focalisation d'un pyromètre optique à la paroi interne incandescente du tube. On détermine que la température des réactifs dans le tube est de 15100C avec un pyromètre optique. Il se forme

une poudre grise qui .9,-rassemble dans la trémie placée sous le tube. La température du courant effluent juste au-dessus

lorsqu'elle est fraîchement préparée. L'observation de la poudre au micfoscope indique qu'elle comprend des petites particules sphériques, indiquant que le fer a été à l'état fondu lors de son passage dans le tube.

EXEMPLE 13

Cet exemple concerne la dissociation thermique de l'hydrogène sulfuré et du méthane. On fait réagir de l'hydrogène sulfuré avec le carbone formé in situ par dissociation thermique du méthane, dans le réacteur de l'invention avec formation de bisulfure de carbone et d'hydrogène. Les essais sont réalisés à deux températures différentes, 1635

par focalisation d'un pyromètre optique sur les réactifs incandescents placés dans le tube, les particules de carbone provenant de la dissociation du méthane étant les constituants incandescents essentiels du mélange réactionnel. L'hydrogène est chassé à travers la paroi poreuse du tube

à raison de 141,5 1/mn et constitue la protection gazeuse.

Le mélange gazeux est à température ambiante à l'entrée du tube. On ajoute du noir de carbone formant une matière auxiliaire absorbante qui déclenche la réaction, et, lorsque la réaction est déclenché, elle s'entretient d'elle-même et

Le noir de carbone n'est plus nécessaire.

On analyse les échantillons de la partie gazeuse des produits des deux essais avec un spectromètre de masse.

Les résultats de l'analyse figurent dans le tableau qui suit, en moles % :

Bien que tous les exemples qui précèdent soient réalisés dans le réacteur représenté sur les figures 2A et 2B, on peut obtenir des résultats encore meilleurs avec le réacteur des figures 7A à 7D, avec des modifications convenables le cas échéant pour le traitement des charges solides. L'utilisation de circuits de réglage des divers paramètres permet l'obtention et le maintien avec précision des conditions optimales de fonctionnement. Lorsque les circuits de commande comprennent un calculateur numérique, la recherche des conditions optimales peut être réalisée automatiquement.

et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims

RESUME

L'invention concerne :

A. Un réacteur à température élevée et à paroi protégée

par un fluide, du type dans lequel pratiquement toute la chaleur est transmise par couplage radiatif, caractérisé par les

points suivants considérés isolément ou en combinaisons diverses techniquement possibles :

1 . Il comprend un. tube de réaction ayant une extrémité

d'entrée et une extrémité de sortie, l'intérieur du tube délimitant une chambre, le tube étant en une matière sensiblement

transparente aux radiations et comprenant une paroi interne et

une paroi externe qui délimitent un canal annulaire entre elles,

un fluide sensiblement transparent aux radiations circulant dans

le canal afin qu'il refroidisse le tube, un diffuseur placé

près de l'extrémité d'entrée du tube et destiné à transmettre un

gaz inerte sous pression, pratiquement transparent aux radiations,

afin que le gaz ait ensuite un écoulement sensiblement laminaire

en direction axiale dans la chambre du réacteur et qu'il

forme une protection de la paroi interne du tube, un dispositif d'introduction d'au moins un réactif dans la chambre par l'extré-

mité d'entrée du tube, les réactifs étant dirigés suivant un

trajet prédéterminé axialement par rapport au tube et étant

délimités pratiquement au centre de la chambre hors du contact

de la paroi interne du. tube par le gaz protecteur, et une source

de radiations placée dans un réflecteur disposé à l'extérieur du

tube, les radiations étant rassemblées et focalisées par.le réflecteur afin qu'elles soient dirigées dans la chambre dans

laquelle elles coïncident avec une partie au moins du trajet

prédéterminé des réactifs.

2. Il comprend un tube ayant une extrémité d'entrée et

une extrémité de sortie, l'intérieur du tube délimitant une

chambre, le tube étant en une matière réfractaire poreuse capable d'émettre suffisamment de radiations pour que la température

des réactifs présents dans le tube soit élevée à une valeur suffisant au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique

voulue, les pores de la matière réfractaire ayant un diamètre tel

qu'un fluide inerte peut s'écouler uniformément et avec un débit <EMI ID=153.1> tion de la surface interne du tube, le fluide inerte étant pra- . tiquement transparent aux radiations, un récipient tabulaire étanche sous pression entourant le tube du réacteur et délimitant une chambre sous pression ie fluide inerte entre le tube et le récipient, les extrémités d'entrée et de sortie du tube coopérant de façon étanche avec la chambre sous pression, le récipient sous pression ayant une entrée de fluide inerte transmis sous pression à la chambre sous pression et circulant en-. suite à travers la paroi du tube poreux vers la chambre du

réacteur, un dispositif d'introduction d'au moins un réactif dans la chambre du réacteur par l'extrémité d'entrée du tube, les réactifs étant dirigés suivant un trajet prédéterminé axial par rapport au tube et étant délimités par la protection de

<EMI ID=154.1>

chambre du réacteur et hors du contact de la paroi interne du tube, un dispositif électrique placé dans la chambre sous pression, à une certaine distance radiale du tube, à l'extérieur de celui-ci, afin qu'il chauffe le tube à une température à laquelle celui-ci émet suffisamment de radiations pour que la réaction chimique voulue soit déclenchée et entretenue, les radiations étant dirigées vers le centre ou elles coïncident pratiquement avec une partie au moins du trajet des réactifs, et un blindage thermique circonférentiel placé dans le récipient à l'extérieur du dispositif de-chauffage afin qu'il réfléchisse les radiations vers le tube du réacteur.

3. Il comprend un tube de réacteur ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie et dont l'intérieur délimite une chambre de -réacteur, le tube étant en une matière poreuse sensiblement transparente aux radiations, un dispositif d'introduction d'un fluide inerte sous pression dans la chambre de réacteur à travers la paroi du tube poreux afin que ce fluide inerte forme une protection de la surface interne du tube de réacteur, le fluide inerte étant sensiblement transparent aux radiations, un dispositif d'introduction d'au moins un réactif dans la chambre de réacteur par l'extrémité d'entrée du tube, les réactifs étant dirigés suivant un trajet prédéterminé axialement par rapport au réacteur et étant délimités par la protection de fluide inerte pratiquement au centre de la chambre de réacteur et hors du contact de la.

paroi interne du tube, et une source de radiations disposée dans un réflecteur- placé à l'extérieur du tube de réacteur, les radiations étant collectées et focalisées par le réflecteur puis dirigées dans la chambre du réacteur afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet prédéterminé des réactifs.

4. Il comprend un tube de réacteur ayant une extrémité . d'entrée et une extrémité de sortie, une partie au moins de l'intérieur du tube délimitant une zone de réaction, le tube étant en une étoffe d'une matière réfractaire fibreuse capable

<EMI ID=155.1>

réactifs dans la zone réactionnelle atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue, l'étoffe ayant de nombreux pores de diamètre tel qu'un fluide inerte et pratiquement transparent aux radiations puisse s'écouler uniformément et en quantité suffisante à travers la paroi du tube pour qu'il forme une protection de la surface interne du tube, un récipient tubulaire étanche sous pression entourant le tube et délimitant une chambre sous pression de fluide inerte entre le tube et le récipient, les extrémités d'entrée et de sortie du tube coopérant de façon étanche avec la chambre sous pression, le récipient sous pression ayant au moins une entrée d'admission de fluide inerte dirigé sous pression dans la chambre sous pression et à travers la paroi du tube poreux vers la zone réactionnelle,

un dispositif d'introduction d'au moins un réactif dans la zone réactionnelle par l'extrémité d'entrée du tube, les réactifs étant dirigés suivant un trajet prédéterminé axialement par rapport au tube de réacteur et étant délimités par le fluide inerte protecteur pratiquement au centre de la zone réactionnelle et en dehors du contact de la paroi interne du tube, un dispositif électrique placé dans la chambre

sous-pression, radialement vers l'extérieur par rapport au tube de réacteur et destiné à chauffer ce tube à une température à laquelle il émet suffisamment de radiations pour qu'il déclenche et entretienne la réaction chimique voulue, les radiations étant dirigées dans la zone .réactionnelle afin qu'elle coïncident pratiquement avec une partie au moins du trajet des réactifs, et

<EMI ID=156.1> entourant pratiquement les éléments de chauffage et la zone réactionnelle afin qu'il délimite une cavité d'un corps noir,

le blindage thermique réfléchissant les radiations vers l'intérieur, vers la zone réactionnelle.

5. Il comprend de plus un dispositif destiné à introduire une matière auxiliaire d'absorption des radiations dans la chambre du réacteur, en coïncidence avec un point au moins du trajet des réactifs, une quantité suffisante de radiations étant absorbée par la matière auxiliaire afin que la température des réactifs atteigne une valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue.

6. La matière auxiliaire est un liquide.

7. La matière auxiliaire est un gaz qui absorbe les radiations du spectre électromagnétique entre environ 100 microns et

<EMI ID=157.1>

8. La matière auxiliaire' est de la poudre de carbone finement divisée introduite par l'extrémité d'entrée du tube du réacteur suivant un trajet prédéterminé qui coïncide avec le trajet des réactifs.

9. La matière auxiliaire est un élément solide placé dans la chambre du réacteur le long d'une partie au moins du trajet des réactifs.

10. L'élément solide est en carbone.

11. Il comprend de plus un dispositif placé dans la chambre de réacteur en coïncidence avec une partie au moins du trajet des réactifs et destiné à élever la température de ceux-ci à une valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue.

12. Le dispositif destiné à élever la température des réactifs comprend un élément chauffé électriquement.

13. Le dispositif destiné à élever la température des réactifs comprend un arc électrique.

14. le dispositif destiné à élever la température des réactifs comprend une flamme.

<EMI ID=158.1>

16. Le tube du réacteur est en polymère organique.

17. Le tube du réacteur est en un sel minéral. 18. Le fluide est un gaz.

19. Le fluide est de l'eau liquide ou gazeuse, de l'eau lourde, de l'azote, de l'air ou de l'oxygène.

20. La source des radiations est un arc à plasma, un filament chauffé ou une flamme ensemencée.

21. Il comprend de plus un dispositif de refroidissement

<EMI ID=159.1>

du tube du réacteur.

22. Le diamètre des pores est compris entre environ 0,025 et 0,5 mm.

23. La matière poreuse est en graphite, en carbone, en acier inoxydable fritté, en tungstène fritté ou en molybdène fritté.

24. La matière poreuse est l'oxyda de thorium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de zinc, l'alumine ou l'oxyde de zirconium.

25. Il comprend un dispositif de refroidissement du récipient sous pression.

26. Le dispositif de refroidissement du récipient sous pression comprend des serpentins placés autour de la surface externe du récipient.

27. Le dispositif électrique de chauffage du tube comprend plusieurs éléments de chauffage par résistance électrique dis- posés radialement à l'extérieur du tube et espacés autour de celui-ci.

28. La matière réfractaire fibreuse est le graphite ou le carbone.

<EMI ID=160.1>

réfractaire sur des parties de la matière réfractaire fibreuse

<EMI ID=161.1>

noir afin que la rigidité de l'étoffe soit améliorée.

30. Le dispositif de dépôt d'un revêtement réfractaire comprend des capteurs destinés à déterminer la différence de

<EMI ID=162.1>

un dispositif de dosage destiné à transmettre un agent réfrac-

<EMI ID=163.1>

de fermeture de la sortie du tube du réacteur, le courant de gaz inerte contenant l'agent de dépôt étant dirigé dans la zone réactionnelle, radialement à l'extérieur à travers la paroi du tube vers la chambre sous pression de fluide inerte.

31. Il comprend un dispositif destiné à accroître le diamètre des pores de l'étoffe afin que le courant de fluide inerte traversant la paroi du tube croisse.

32. Le dispositif d'augmentation du diamètre des pores comprend des capteurs qui déterminent la différence de pressions entre la chambre sous pression et la zone réactionnelle, et un dispositif de dosage destiné à distribuer un agent d'attaque chimique dans le courant de gaz inerte.

33. Il comprend de plus un dispositif, destine à réduire

le diamètre des pores dans l'étoffe afin que le débit de fluide inerte à travers la paroi du tube soit réduit.

34. Le dispositif de réduction du diamètre des pores comprend des capteurs destinés à déterminer la différence de pressions entre la chambre sous pression et la zone réactionnelle, et un dispositif de dosage destiné à distribuer un agent réfractaire de dépôt dans le courant de gaz inerte.

35. L'agent réfractaire de dépôt est un gaz carboné.

36. L'agent réfractaire de dépôt est un composé volatil contenant un métal.

37. Des parties de la matière réfractaire fibreuse qui sont chauffées et exposées au fluide inerte portent un revêtement d'oxyde réfractaire.

38. L'oxyde réfractaire est l'oxyde de thorium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de zinc, l'alumine ou l'oxyde de zirconium.

39. Il comprend un soufflet tubulaire placé dans une section s'ensemble d'entrée du récipient sous pression, une extré-

mité d'entrée du soufflet étant fixée de manière étanche à la section d'ensemble d'entrée, et une extrémité de sortie du soufflet étant fixée de manière étanche à l'extrémité d'entrée du tube de réacteur par un anneau de support d'entrée de tube de réacteur, le soufflet étant déformable afin qu'il permette la dilatation et la contraction axiales du tube de réacteur.

40. Il comprend un dispositif destiné à appliquer une force axiale de traction au tube de réacteur.

41. Il comprend un dispositif destiné à introduire un réactif liquide dans la zone réactionnelle du tube, comprenant une base de formation de brouillard placée dans le tube près d'une entrée de la zone réactionnelle, le réactif liquide et un gaz d'atomisation étant dirigés sous pression et étant mélangés dans la buse, le réactif liquide étant dispersé à la sortie de la buse sous forme d'un brouillard qui absorbe les radiations.

<EMI ID=164.1>

tubulaire fixé à la buse et placé à l'extérieur de celle-ci, l'axe du capot étant sensiblement parallèle à celui du tube de réacteur.

<EMI ID=165.1>

<EMI ID=166.1>

de la zone de réaction.

44. Le dispositif d'introduction d'un réactif liquide dans la zcne réactionnelle comprend en outre un dispositif d'introduction d'un gaz de balayage à l'extrémité d'entrée du tube de réacteur, le gaz de balayage dirigeant le brouillard de réactif liquide vers la zone réactionnelle.

45. Une partie de l'intérieur du tube de réacteur, entre

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une zone de réaction préliminaire dans laquelle le fluide inerte est dirigé afin qu'il forme une protection qui facilite le confinement des réactifs sensiblement au centre de la zone réactionnelle et hors du contact de la paroi interne du tube.

46. Le dispositif d'introduction d'un réactif solide dans la zone réactionnelle du tube comprend une vis hélicoïdale d'alimentation qui est montée dans un boîtier tubulaire allongé

afin qu'elle puisse tourner, un dispositif d'entraînement en rotation de la vis, une trémie destinée à l'introduction d'un réactif solide broyé dans le boîtier, un dispositif d'introduction d'un fluide d'étanchéité sous pression dans le boîtier en un point qui se .trouve en aval de la trémie, et un dispositif de sortie destiné à évacuer le réactif et le fluide d'étanchéité hors du bottier à l'entrée du réacteur.

47. Le dispositif électrique comprend plusieurs éléments de chauffage par résistance électrique en étoffe d'une matière réfractaire fibreuse placés circonférentiellement autour du tube à une certaine distance de celui-ci.

48. La matière réfractaire fibreuse est en graphite ou en carbone. <EMI ID=168.1>

matière graphitique.

B. Un échangeur de chaleur à contre-courant et à profil variable, destiné à coopérer avec un réacteur à température élevée et à paroi protégée par un fluide, l'échangeur de cha-

<EMI ID=169.1>

sortie, son extrémité d'entrée étant destinée à être fixée à la sortie du réacteur afin qu'elle reçoive les produits de la. réaction à température élevée, l'échangeur de chaleur étant caractérisé par les points suivants considérés isolément ou en combinaison ;

1. Il comprend une paroi tubulaire interne en matière réfractaire, une paroi tubulaire externe en matière réfractaire, concentrique à la paroi interne et distante de celle-ci à l'extérieur, une cloison en spirale formée d'une matière réfractaire et placée entre les parois interne et externe afin qu'elle délimite un canal annulaire en spirale de fluide de refroidissement, et au moins une entrée de fluide de refroidissement traversant la paroi externe et communiquant avec le canal de fluide de refroidissement, ce fluide étant évacué à la sortie du canal annulaire en spirale près de l'extrémité d'entrée de l'échangeur de chaleur.

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fluide de refroidissement de la sortie du canal annulaire à une chambre sous-pression de gaz inerte du réacteur.

<EMI ID=171.1>

obtenu avec un réacteur à température élevée à paroi protégée par un fluide selon le point 4 du paragraphe A, ledit appareil

étant caractérisé par les points suivants considérés isolément ou en combinaisons diverses techniquement possibles :

1. Il comprend un dispositif destiné au retrait d'échantillons des produits de la réaction quittant le réacteur, un analyseur de produits.de réaction comprenant une entrée d'échantillons et une sortie de signaux, l'analyseur comparant la composition chimique des produits de la réaction à une composition prédéterminée et créant à sa sortie un signal électrique correspondant aux écarts entre la composition chimique des échantillons analysés et la composition prédéterminée, et un appareil de réglage de la température du réacteur qui comprend une entrée de signaux de commande reliée à la sortie de signaux de l'analyseur, et une sortie transmettant de l'énergie au dispositif électrique de chauffage du tube de réacteur, la température du tube variant lors des variations du signal de l'analyseur

afin que les écarts entre les compositions soient 'réduits.

2. L'analyseur comprend un chromatographe en plisse gazeuse relié à un calculateur numérique.

3. Le dispositif de retrait d'échantillons comprend un dispositif destiné à transférer des échantillons à l'entrée d'échantillons de l'analyseur à des intervalles prédéterminés de temps.

4. La commande de température comprend un circuit à thyristor triode, monté en série avec une alimentation triphasée.

D. Un procédé de mise en oeuvre d'une réaction chimique

à température élevée, caractérisé par les points suivants considérés isolément ou en combinaisons diverses techniquement possibles :

1. Il comprend la formation d'une enveloppe de matière réfractaire destinée à réfléchir les radiations, le volume entouré par l'enveloppe constituant une cavité d'un corps noir, la formation dans cette cavité d'une gaine annulaire de fluide inerte sensiblement transparent aux radiations, la gaine ayant une longueur axiale importante, l'intérieur de la gaine délimitant une chambre de réaction, la circulation d'au moins un réactif dans la cavité du corps noir. et dans la chambre de réac-

tion le long d'un trajet prédétermine coïncidant sensiblement . avec l'axe longitudinal de la gaine, les réactifs étant confinés dans la chambre de réaction, et la direction de radiations

très intenses dans la chambre de réaction afin qu'elle coïncident

<EMI ID=172.1>

une quantité suffisante de radiations étant absorbée dans la chambre de réaction afin que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue.

2. Il comprend l'utilisation d'un réacteur à température élevée et à paroi protégée par un fluide dans lequel pratiquement la totalité de la chaleur est transmise par couplage radia-tif, ce réacteur comprenant un tube de réacteur ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie, l'intérieur du tube délimitant une chambre de réacteur, le tube étant en matière réfractaire poreuse capable d'émettre suffisamment de radiations pour que la température des réactifs présents dans le tube atteigne une valeur nécessaire au déplacement et à l'entretien

<EMI ID=173.1>

taire ayant un diamètre tel qu'un fluide inerte pratiquement . transparent aux radiations s'écoule uniformément à travers la paroi du tube avec un débit suffisant pour qu'il forme une protection de la surface interne du tube, un récipient tubulaire et étanche sous pression entourant le tube de réacteur et délimitant entre ce dernier et lui-même une chambre sous pression de fluide inerte, les extrémités d'entrée et de sortie du tube de réacteur coopérant de façon étanche avec la chambre sous pression, le récipient sous pression ayant une entrée d'admission de fluide inerte transmis sous pression dans la chambre sous pression et à travers la paroi du tube poreux vers la chambre

du réacteur, un dispositif d'introduction d'au moins un réactif dans la chambre du réacteur par l'extrémité d'entrée du

tube, les réactifs étant dirigés suivant un trajet prédéterminé, axialement par rapport au tube du réacteur, les réactifs étant confinés par la protection de fluide inerte, pratiquement au centre de la chambre du réacteur et hors du contact de la paroi interne du tube, un dispositif électrique placé dans la chambre sous pression, à une certaine distance à l'extérieur du tube'du réacteur, ce dispositif électrique étant destiné à chauffer le tube à une température à laquelle il émet suffisamment de radiations pour que la réaction chimique voulue soit déclenchée et entretenue, les radiations étant dirigées au centre de la chambre de réaction et coïncidant pratiquement avec une partie au moins .

du trajet des réactifs, et un blindage thermique circonférentiel placé dans le récipient sous pression, à l'extérieur du dispositif de chauffage, le blindage thermique réfléchissant les radiations vers le tube du réacteur, le procédé comprenant la création à l'intérieur du tube poreux d'une gaine annulaire en un fluide inerte pratiquement transparent aux radiations afin que ce fluide forme une protection de la surface interne du tube, la gaine annulaire ayant une longueur axiale importante, l'intérieur de la gaine délimitant une chambre de réaction, la circulation d'au moins un réactif dans la chambre de réaction suivant un trajet prédéterminé coïncidant sensiblement avec l'axe longitudinal de la gaine, les réactifs étant confinés dans la chambre de réaction,

et la direction de radiations très intenses dans la chambre de réaction afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet prédéterminé des réactifs, une quantité suffisante de radiations étant absorbée dans la chambre de réaction pour que la température des réactifs atteigne une valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue.

3. La gaine annulaire est créée en direction sensiblement

<EMI ID=174.1>

rieur de la surface circonférentielle externe de la gaine.

4. Une matière auxiliaire absorbant les radiations est introduite le long du trajet des réactifs avant introduction de ceux-ci dans le tube de réacteur, une quantité suffisante de radiations étant absorbée par la matière auxiliaire pour que la température au centre atteigne la valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue.

5. la matière auxiliaire d'absorption des radiations est désactivée après déclenchement de la réaction voulue.

6. Les radiations sont dirigées sur une longueur finie

du trajet prédéterminé des réactifs.

7. Il comprend le refroidissement des produits de la réac-

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du tube de réacteur afin que la réaction chimique voulue soit terminée et qu'une réaction chimique indésirable ne soit pas possible.

8. Les produits de la réaction et les réactifs restants sont refroidis par transfert radiatif à une surface froide absorbant les rad iations.

9. Il comprend de plus l'introduction d'une matière auxiliaire absorbant les radiations le long du trajet des réactifs avant introduction de ceux-ci dans le tube du réacteur, la matière auxiliaire absorbante étant refroidie juste après.

10. Des hydrocarbures ou des matières hydrocarbonées sont dissociés sous forme d'hydrogène et de noir de carbone.

11 . Du charbon, des fractions de pétrole, du schiste bitumineux, des sables asphaltiques, du lignite ou d'autres charges carbonées ou hydrocarbonées subissent un reformage à

la. vapeur sous forme de mélanges de gaz de synthèse contenant

de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène.

12. Un ou plusieurs oxydes ou carbonates minéraux sont ajoutés aux réactifs afin qu'ils réagissent chimiquement avec. les impuretés contenant du soufre, si bien que celles-ci peuvent être retirées des mélanges de gaz de synthèse formés.

13. Des hydrocarbures ou une matière carbonée sont dissociés partiellement en composés de poids moléculaire plus faible. 14-. Des hydrocarbures saturés subissent une pyrolyse par-, tielle avec formation d'hydrocarbures insaturés.

15. Des matières organiques de déchets sont transformées

en un gaz combustible.

16. Un catalyseur est ajouté aux réactifs afin qu'il favorise la formation de radicaux libres, d'ions carbonium ou de carbanions au cours de la réaction.

17. Une charge hydrocarbonée contenant du soufre subit une

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18. Des minerais ou des composés minéraux sont réduits à une valence plus faible par de l'hydrogène, du carbone, un gaz de synthèse ou un autre agent réducteur.-

19. Un élément ou composé minéral réagit partiellement ou en partie avec une matière carbonée, avec formation d'un carbure minéral correspondant.