Appareil pour 1'exécution de réactions catalytiques entre gaz sous pression
et à haute température.
Pour l'exécution industrielle des procédés
dans lesquels sont accomplies des réactions
catalytiques entre des gaz sous pression et a. haute température, l'on emploie généralement une série d'appareils disposés dans un circuit fermé ou ouvert.
Les appareils qui composent un tel circuit sont les suivants :
n) Un. appareil de catalyse ; b) un réfri- gérant où les gaz sortants de l'appareil de ca talyse sont refroidis à une température cnn- c) un r6servoir oi sont recueillis les produits formés dans l'appareil de catalyse et condensés dans le réfrigérant. Eventuellement ledit circuit peut comprendre aussi d'autres a. ppareils, tels que des échangeurs de température, dans lesquels le gaz envoyé à l'appareil de catalyse est chauffé à l'aide de la chaleur emportée par le gaz sortant, des épurateurs de gaz, etc.
Enfin, lorsque les appareils employés sont disposés dans un circuit fermé, l'emploi d'une pompe de eireu- lation ou d'un autre dispositif équivalent est
nécessaire pour faire circuler les gaz réagis
sants. Or, il a été trouvé qu'il est possible
de construire un appareil unique remplissant toutes les fonctions qui, dans les susdits circuits fermés d'appareils, sont confiées à l'ap- pareil de catalyse, au réfrigérant,. au réser- voir, à la pompe de circulation, et à l'échan- eur de température.
L'appareil selon l'invention se distingue par une enveloppe dressée résistant à la pression, à l'intérieur de laquelle est placé un tube coaxial avec elle et renfermant l'espace catalytique, un échangeur de température et un dispositif électrique de chauffage, l'espace annulaire compris entre 1'enveloppe résistant à la pression et le tube coaxial susdit, espace à travers lequel les ga. z catalysés passent a.
prés qu'une partie de leur chaleur a été récupérée, étant pourvu de moyens de réfrigération pour refroidir le gaz à température convenable en causant la séparation à l'état liquide des produits formés, produits qui se rassemblent dans l'espace compris ¯n- tre l'extrémité inférieure du tube interne susdit et l'extrémité inférieure de l'enveloppe, espace dans lequel se trouve aussi un éjecteur à travers lequel passent-les gaz frais introduits dans l'appareil même.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil selon l'invention.
Dans la fig. 1, 1 représente un tube d'a eier formant une enveloppe résistant à la pression des gaz qui se trouvent à l'intérieur.
Ce tube est fermé à sa partie supérieure par le couvercle 2 et à sa partie inférieure par le couvercle 3. Concentriquement au tube 1 est placé le tube 4 à la partie inférieure duquel est fixé le cône 5 tronqué par la surface plane 6 pourvue du trou 7. Concentri quemen : t av. tu ! be l, on trou. ve encome des tubes 8, 9, 10 et 11. Le tube 8, qui sera préférablement pourvu d'un oalorifu. geage, est libre à. son extrémité supérieure, tandis qu'à son extrémité inférieure, il est fermé par le c6ne tronqué 12 et par le fond circulaire 13 sur lequel est soudée l'extrémité inférieure du tube 11.
Les surfaces 12 et 13, aussi bien que le tube 1. 0 seront préférablement pourvues d'un calorifugeage. Le tube 9 est fermé à son extrémité inférieure par le disque 14 au centre duquel est un trou à travers lequel passe tenue le tube 11. Le tube 10 est libre à son extrémité inférieure. Le tube 11 porte dans son extrémité inférieure les trous 15 qui font communiquer l'espace qu'il renferme avec l'espace compris entre 12 et 14.
Dans la partie supérieure de l'appareil il y a le bloc 16, dont l'extrémité annulaire 17 ferme l'espace libre existant entre les extrémités supérieures des tubes 4 et 9 ; le bloc 16 ferme aussi la partie supérieure de l'es- pace compris entre les tubes 10 et 11 et il est pourvu de deux trous 18 et 18'par les quels passent les deux couples thsrmoélec- triques 19 et 19'. Dans le bloc 16 il y a encore les trous 20 qui font communiquer l'es- pace compris entre les tubes 1 et 4 avec l'es- pace compris entre les tubes 9 et 10.
Dans l'espace circulaire renfermé par le tube 11 est placé le dispositif de chauffage électrique 21. Dans la partie inférieure de l'appareil est placé, comme indiqué par la figure, le cône de diffusion 22 formé par la pièce spéciale 23 qui est portée par le cou-- vercle 3. Dans l'espace compris entre les tubes 1 et 4 est placé un réfrigérant d'une forme quelconque et qui pourra occuper aussi une partie de l'espace situé au-dessous de la surface 5.
Dans la figure, on a représente dans ce but un serpentin 24 parcouru par un fluide froid quelconque entrant par 25 et sortant par 36. Il est bon que le réfrigérant soit construit de telle façon que les gaz qui se trouvent dans l'espace compris entre les tubes 1 et 4 ne viennent pas en contact di rect avec la surface intérieure du tube 1.
Le tube 1 aussi bien que le couvercle 2 pourront être pourvus de dispositifs de refroidissement indépendants ou non de celui qui se trouve dans l'espace compris entre les tubes 1 et 4.
Le tube 27 qui passe par le couvercle inférieur. 3 sert à introduire dans 1'a. ppareil les gaz qui doivent être soumis à la réaction.
Ce tube porte à son extrémité une tuyère 28 qui, avec la pièce spée, iale 2t3s, forme un éjec- teur pourvu du cône de diffusion 22 et du conduit d'aspiration 29. Les gaz qui doivent être catalysés sont amenés à la tuyère comprimés à une pression supérieure à celle qui règne dans l'appareil;àleurentréedansl'ap- pareil ils se détendent et une partie de leur énergie potentielle est transformée en énergie cynétique qui est utilisée par l'éjecteur pour produire la circulation des gaz qui se trouvent dans l'appareil même.
Moyennant un dispositif qui n'est pas indiqué dans la, fi gure, on peut déplacer la tuyère 28 le long de son axe, de manière à varier sa position relativement au cône de diffusion : dans l'in- térieur de la tuyère même il y, a un pointeau de réglage qui peut être déplacé le long de son axe moyennant un dispositif qui n'est pas s indiqué dans la figure. Grâce à ces deux dispositifs il est possible de faire varier entre les plus vastes limites soit la vitesse des gaz qui circulent, soit le rapport entre le volume des gaz qui est maintenu en circulation et
Je volume des gaz frais introduits.
Comme indique dans la figure, les gaz provenant du compresseur, mélangés. avec la quantité convenable de gaz qui se trouvent déjà 6j, A dans reil,'pareo'uren't d'abord l'es- pace compris entre les s'urfaces 5 et 12, et ensuite les espaces compris entre les tubes 4 et 85 8 et 9 et entre les surfaces 12 et 14.
Par les trous 15, ils passent ensuite dans l'espace intérieur au tube 11, dans lequel est placé le dispositif d'échauffement électrique.
De cet espace, les gaz sortent par les trous 30 situés dans la. partie supérieure du tube 11 et ensuite ils parcourent l'espace compris entre les tubes 10 et 11 dans lequel est placé le catalyseur. Les ga. z passent ensuite par l'espace compris entre les tubes 9 et 10 {-tu en traversant les conduits 20, atteignent ; l'espace compris entre les tubes 1 et 4, où ils sont refroidis à une température convenable à l'aide des dispositifs de refroidissement dont il a été parlé plus haut.
Pendant ce refroidissement, les composes formés sont séparés et condensés à l'état liqui, et se rassemblent dans l'espace libre 31, d'où ils sont tirés par le tube 32. Les gaz restants sont aspirés à travers le tuyau 29 par les gaz entrants qui les font eirculer à nouveau à travers l'appareil, de la fa çon exposée. Remarquons ici qu'entre les gaz z qui passent à travers 1'espace compris entre les tubes 8 et 9 et les gaz qui passent à travers l'espace compris entre les tubes 9 et 10 a lieu un échange'de chaleur par'effet'du- quel ces derniers cèdent leur chaleur aux premiers.
Le tube 9 sera préférablement po, urvu de petites ailes cannelures,, etc. qui en a. ugmentent la surface, de m6-me que pourra en être pourvu, complètement ou seulement en partie, le tube 4 au travers duquel les gaz qui parcourent l'espace compris entre ce tube et le tube 1 cèdent une partie de la chaleur qu'ils possèdent aux gaz qui se trouvent dans 1'espace compris entre le même tube 4 et le tube 8.
La fig. 2 représente, comme nous 1'avons déjà dit, une autre forme de construction qui diffère principalement de la précédente par r les deux blocs métalliques 33 et 34, le premier placé en haut, le deuxième en bas. Chacun de ces deux blocs est pourvu de d'eux sè- ries de trous comme ceux représentés dans la figure, qui servent à mettre en oommunica- tion les espaces successivement parcourus par les gaz. La position et le but de chaque série de trous sont rendus évidents par la figure, dans laquelle chacune des deux parties de part et d'autre de l'axe des tubes repré- sente une section faite de façon à rendre visible un des trous de chacune des deux séries susdites.
Les fig. 3 et 4 montrent deux formes différentes d'exécution d'un type de réfrigérant qui, dans la pratique, s'est montré très avantageux pour refroidir en même temps soit le tube, soit les gaz z qui passent dans l'espace compris entre les tubes 1 et 4.
Dans la forme constructive montrée par la fig. 3. concentriquement au tube 1 est, dis- posé le tube 35 qui, bien qu'il ne soit pas par lui-même suffisamment fort pour résister à la pression à laquelle il est soumis, peut, en réagissant élastiquement à ladite pression, la transmettre au tube 1 qui doit y résister et suivre ce dernier dans ses déformations, de telle manière qu'entre les surfaces à contact des tubes 1 et 35 soit toujours exercée une tenue parfaite. Sur la surface extérieure du tube 35 est pratiquée une série de canaux par lesquels on fait passer le fluidefroidqui sert à obtenir le refroidissement des gaz et du tube 1 à une température convenable.
Dans la fig. 4 au tube 35 sont substitués les deux tubes 36 et 37. Dans ces deux dernières formes constructives, il est utile que les surfaces en contact avec les gaz soient pourvues de petites ailes ou de cannelures. Avec ces types d'e réfrigérants, le contact direct entre les gaz et la surface in térieure d'u tube 1 est absolument évité.
Dans les exemples représentés, les gaz parcourent six fois la partie supérieure du tube dans laquelle ont lieu tant la réaction que les échanges de chaleur.
Toutefois, on peut construire des appareils dans lesquels cet espace est parcouru un plus grand nombre de fois. De même, les gaz, au lieu de suivre les parcours indiqués dans les fig. 1 et 2, et qui sont représentés sehém. at'iquement dans les fig. 5 et 8, pour- ron : t suivre des autre parcou. rs, comme repre- sente schéma. tiquement dans les fig. 6 et 7.
Le, formes eonstructives correspondant a. ux fig. 6 et 7 n'ont pas été indiquées ici, puisqu'il est facile de les, dessiner en se basant sur les fig. 1et 2.
Dans les formes constructives qui ont été précédemment décrites, on a montré de quelle façon l'on peut appliquer cette invention dans le cas d'un tube de synthèse formé par une série d'espaces concentriques dont le plus central contient un dispositif électrique de chauffage et est entouré par un espace annulaire contenant le catalyseur, ce dernier étant à son tour entouré par d'autres espaces annulaires. Toutefois, la présente invention peut être appliquée aussi bien, a. des tubes de synthèse ayant des formes de construction différentes de celles qui a été employée ici, en particulier dont les t-uibes présentent. une section autre que circulaire.
Par l'usage de l'appareil selon la présente invention, on obtient plusieurs avantages, à savoir : réduction des frais'd'installation, et cela soit comme conséquence du fait que le eo. t d'un appareil de ce genre peut toujours être inférieur à la somme des coûts des appareils qu'il remplace, soit par ce que l'espace occupé par cet appareil est pratiquement le même que celui qui, dans une installation de la même capacité, serait occupé par le seul tube de catalyse.
Il y a donc une plus grande simplicité de l'installation, puisqu'il n'y a plus besoin des tuyauteries qui, dans les circuits de synthèse communs, servent à réunir les différents appareils, et plus grande faei- lité de rassembler tous les dispositifs de contrôle et de commande d'une unité de synthèse avec économie résultante de main-d'oeuvre : enfin diminution remarquable de la résistance à vaincre pour faire circuler les gaz, avec économie résultante sur les frais d'éner- gie nécessaire pour obtenir cette. circulation.