Installation pour l'exécution de synthèses gazeuses par catalyse sous pression et températures élevées. Depuis que la production synthétique de l'ammoniac a pris un développement indus triel important, de nombreux systèmes ont été imaginés pour soumettre les gaz réaction nels, sous pression et température élevées, à l'action des agents catalytiques. La décou verte récente de la possibilité d'obtenir égale ment, par des procédés synthétiques analo gues, le méthanol ainsi que des composés oxygénés organiques dérivés de la réduction des oxydes de carbone, doit forcément entrai- ner la construction de nombreuses installa tions du même genre.
Mais celles qui ont été réalisées jusqu'ici présentent de nombreux inconvénients tant en ce qui concerne les frais d'installation que les difficultés clé manipulation, de réglage et, en général, de fonctionnement.
La présente invention est relative à une installation pour l'exécution de synthèses gazeuses par catalyse sous pression et tem pératures élevées, par exemple pour la pro duction de l'alcool méthylique synthétique et des produits obtenus de la même façon à par- tir des oxydes de carbone. Cette installation est spécialement étudiée pour remédier à la plupart des difficultés ou défectuosités que présentent les installations actuelles.
L'installation suivant la présente inven tion comporte plusieurs tubes à l'intérieur desquels la réaction est effectuée, lesquels sont disposés horizontalement et établis de façon que le mélange gazeux parcoure chacun de ces tubes dans un seul sens.
La disposition horizontale des tubes pré sente, sur la disposition verticale, presque universellement employée jusqu'à ce jour, l'avantage clé rendre accessibles toutes les parties de l'appareil ou des appareils de ca talyse du plan même du bâtiment où ils sont placés. Elle permet de réduire ainsi notable ment la hauteur du bâtiment et les frais d'installation, d'éviter les ponts-roulants si tués .à une très grande hauteur et de facili ter, comme on le verra plus loin, le chauf fage tout en augmentant considérablement les facilités de service.
On a reproché aux tubes horizontaux d'entraîner une inégale répartition de la masse de contact à l'intérieur des tubes qui la contiennent et on a craint que, sous l'effet de la pesanteur, elle ne se rassemble à la partie inférieure de la section du tube, laissant les gaz circuler exclusivement à la partie supé rieure. Cependant cette crainte d'une insuf fisance de contact entre le catalyseur et les gaz circulant trop facilement dans la zone supérieure est en réalité injustifiée, étant données les grandes vitesses de diffusion des gaz chauds. Si on le désire, toutefois, la masse de contact contenue dans les tubes peut être divisée par des cloisons perforées per pendiculaires à l'axe du tube, les espaces en tre les cloisons étant complètement remplis par la masse de contact.
Toutes les installa tions jusqu'ici industriellement utilisées, même quand elles sont réduites à. quelques éléments comportent des récupérateurs de chaleur. Ces récupérateurs de chaleur sont, soit indépendants de l'appareil principal con tenant la masse de contact, soit constitués par une disposition spéciale du circuit gazeux à l'intérieur de l'appareil de catalyse lui- même. Or, on a constaté que, dans la prati que courante, la récupération de la chaleur a, tout compte fait, des conséquences économi ques beaucoup moins importantes que la théo rie ne le donne à croire.
Sauf quand le taux de combinaison des gaz à leur passage sur l'agent catalytique est très faible, la quantité de chaleur à fournir est minime et sa produc tion, si on emploie une source de chaleur peu coûteuse, entraîne une dépense moindre que l'intérêt, l'amortissement et l'entretien des dispositifs spéciaux nécessaires à la récupé ration de la chaleur.
Il faut d'ailleurs tou jours fournir à l'appareil de catalyse un ap point de chaleur plus ou moins grand et ceux qui espéraient, par l'emploi de pressions très élevées et des hauts coefficients de combinai son qui en résultent, se passer complètement de toute source extérieure de chauffage, ont dû reconnaître que l'usage de ce qu'on a ap pelé "l'autoréaction" comportait de tels in convénients qu'il valait mieux s'écarter des conditions qui correspondent à ce fonctionne ment, quitte à. recourir ait chauffage exté rieur.
Avec tous ces systèmes, la faible ré cupération de chaleur qu'on tente encore de réaliser à l'intérieur des appareils de catalyse eux-mêmes a pour effet d'en augmenter no tablement la longueur ou le diamètre pour un même effet utile. Il a donc paru qu'il valait mieux renoncer à faire parcourir plusieurs fois chaque tube par les gaz, comme on l'a fait jusqu'à présent, pour la récupération de la. chaleur des gaz sortants par les gaz ini tiaux, et d'exclure même tout. dispositif pour cette récupération en dehors desdits tubes de réaction.
Les dispositifs de chauffage électrique, habituellement employés et les seuls prati ques avec les tubes de catalyse à axe verti cal, ont un fonctionnement très coûteux. S'ils sont placés à l'intérieur du tube de catalyse, ils présentent des difficultés d'isolement élec trique à l'entrée et à la sortie de l'enceinte sous haute pression; d'autre part, l'usure ou les ruptures d'isolant sont fréquentes et eau sent de nombreuses interruptions de fonction nement.
D'antre part, ces dispositifs électri ques se prêtent: mal aux chauffages intensifs nécessaires à la irise en marche qui en est. re- tardée. Dans l'installation selon la présente invention, chaque tube est de préférence chauffé extérieurement par une rampe de gaz.
Pour éviter de' surchauffes locales des tubes de catalyse, chaque tube peut être pro tégé du contact direct des flammes de la rampe à gaz par une enveloppe protectrice. Par exemple, la canalisation amenant les gaz initiaux à chacun des tubes peut former au tour de ce tube des spires contiguës de façon à entourer le tube et à constituer une enve loppe protectrice grâce à. la grande vitesse de circulation des gaz à l'intérieur de la canali sation. Cette canalisation constitue en même temps une sorte de récupérateur de chaleur, si on a soin de faire circuler les gaz clans la canalisation en sens inverse de leur mouve ment dans le tube de catalyse.
La masse peut être contenue clans des car touches amovibles s'adaptant de façon étanche à l'intérieur des tubes et serrées entre les deux couvercles des tubes. Ces cartouches peuvent ainsi être chargées avec la masse de contact dans un atelier distinct où on les place verticalement et où on introduit succes sivement des quantités déterminées de la masse de contact que l'on sépare avec les pla ques perforées mentionnées plus haut, placées perpendiculairement à l'axe des cartouches et perforées spécialement tantôt au centre et tantôt sur la périphérie. Ces plaques empê chent tout déplacement de la matière cataly tique, surtout si on a soin de serrer les deux plaques d'extrémité par un serrage sur une tige centrale traversant toute la cartouche suivant l'axe.
Ces cartouches peuvent entrer à frottement doux dans le tube de catalyse et, étant serrés à leurs extrémités par les deux couvercles du tube, les gaz ne peuvent circuler entre le tube et la cartouche sans traverser la masse de contact. Les cartouches sont de préférence amenées horizontalement en face des tubes de catalyse sur un chariot roulant, et sont alors déplacées dans le sens de leur axe en roulant sur des galets placés sur le chariot.
Il peut être prévu un appareil de conden sation constitué par .une cuve rectangulaire horizontale dans laquelle le tube de sortie des gaz vient circuler sous forme de serpen tin allongé; il aboutit alors à, une bouteille dans laquelle le liquide de synthèse se ras semble et d'où il peut être évacué par une tubulure placée à la partie basse.
Le dessin joint à la présente description montre, à titre d'exemple, comment l'instal lation selon l'invention peut être réalisée. Dans ce dessin, qui représente un seul des tubes de catalyse: La fig. 1 est une vue en élévation avec coupe verticale partielle de l'installation, et La fig. 2 est une vue en plan partielle correspondante.
Les gaz réactionnels arrivent par 1 et circulent dans un serpentin 2 placé dans la cheminée 21 par laquelle s'échappent les gaz de chauffage. Le tube d'amenée des gaz s'enroule ensuite en spires contiguës 4, 4 sur toute la longueur du tube de catalyse; à l'ex trémité de ce dernier, le tuyau d'amenée se relève pour entrer par 5, 5 au centre du cou vercle postérieur du tube de catalyse; il dé bouche à l'intérieur dans la chambre de ré partition 6, puis les gaz traversent la masse de contact maintenue de place en place par les plaques perforées 8, 8;
ils arrivent à l'au tre extrémité dans la chambre 9, en sortent par 10 pour se rendre directement dans le serpentin condenseur 11 et les produits dé bouchent par 12 et 13 dans la bouteille 14 où se dépose le liquide qui est recueilli par 17; les gaz non condensés sortent par 15.
Le réglage de la température s'obtient au moyen de la rampe à gaz 19 qui agit directe ment sur la canalisation d'amenée 4 et qui ne règne que sur la partie du tube de catalyse correspondant à l'entrée des gaz. Les gaz de combustion s'échappent par 20 et la chemi née 21 sans être jamais en contact immédiat avec le tube de catalyse.
La cartouche de catalyse 7 est formée d'un tube en métal ou autre substance appro priée épais et est apportée sur un chariot 22 roulant par ses roues 23 sur des rails 24 et qui peut se placer de telle façon que la car touche soit exactement en face de son loge ment dans le tube de catalyse où elle est poussée en roulant sur les galets coniques 25 portés par la plate-forme supérieure du cha riot.
L'appareil de catalyse est placé sur un massif de maçonnerie de hauteur convenable pour .que tous les points de l'appareil soient facilement accessibles; le condenseur et la bouteille peuvent être placés latéralement. A leur sortie 15 de cette dernière les gaz peu vent se rendre à une pompe de circulation ou à un autre appareil de catalyse semblable à 7. Toute la partie où circulent les gaz chauds peut être entourée d'un isolant calorifuge. Des pyromètres traversent les deux couver cles et permettent de régler l'admission des gaz de chauffage dans les différents brûleurs de la rampe à gaz de manière à obtenir des températures très peu différentes à l'entrée et à la sortie des gaz.