Tour pour le traitement catalytique de gaz.
La présente invention, fà laquelle a colla- boré M. Oscar Pintiaux, a pour objet une tour pour le traitement catalytique de gaz.
Les tours de ce genre qui sont actuellement utilisées présentent, selon les types, divers inconvénients au point de vue de la fonction physico-chimique qu'elles doivent remplir, ou des opérations de mise en place et de vidange du catalyseur qui doivent être effectuées périodiquement. Dans certaines de ces tours, en effet, le catalyseur est déversé en une seule couche qui doit avoir plusieurs mètres de l'auteur, de sorte que l'action catalytique s'y exerce dans des conditions médiocres, cependant que la vidange de ce cataly- seur impose n' l'utilisateur des manceuvres laborieuses.
Dans d'autres types de tours, également connues, le catalyseur est disposé en plusieurs couches distinctes, superposées, fixées directement sur l'enveloppe métallique de la tour, ou reposant sur des tôles perforées, solidaires de cette enveloppe, le chargement et la vidange du catalyseur s'effectuant, dans ce cas, par des trous latéraux, ce qui nécessite surtout si la tour comprend un faisceau tubulaire fonctionnant comme dispositif interne d'échange de chaleur - des opérations très incommodes et difficiles, pouvant entraîner un arrêt d'exploitation de longue durée.
Dans certaines tours, qui ne comportent pas cet échangeur interne, la limitation de la température est obtenue par le moyen d'une pulvérisation d'eau, qui est effectuée entre les couches des catalyseurs et qui complique singulièrement l'installation.
La tour faisant l'objet de la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend, en son intérieur, une garniture apte à être déplacée en un seul bloc comportant une série de paniers superposés et fixés entre eux de façon amovible, lesdits paniers recevant le catalyseur en autant de couches, et en ce qu'elle est pourvue d'un dispositif d'échange de chaleur entre le gaz et le catalyseur, et agencée de façon que la circulation du gaz sur le catalyseur s'effectue de haut en bas à travers ces paniers, tandis que le chargement et la vidange du catalyseur peuvent être opérés à l'extérieur de la tour, après extraction de cette garniture.
Une forme d'exécution de la tour selon l'invention est décrite ci-après, à titre d'exemple, en regard du dessin annexé.
Sur ce dessin:
La fig. 1 représente la tour de contact en coupe diamétrale verticale.
Les fig. 2 et 3 correspondent à des coupes horizontales, respectivement selon À-B et C-D de la fig. 1.
La fig. 4 représente, en coupe diamétrale verticale, le panier inférieur de la série composant la garniture de la tour.
La fig. 5 représente le même panier en coupe horizontale, selon E-F de la fig. 4.
Les fig. 6 et 7 sont des vues, en coupe diamétrale verticale, respectivement d'un panier intermédiaire et du panier supérieur.
La fig. 8 montre un secteur constitutif des plaques perforées formant les fonds des paniers.
La fig. 9 représente, également selon une coupe verticale, une tubulure pour la sortie du gaz, après réaction.
La fig. 10 représente, en coupe verticale.. les extrémités des tubes du dispositif interne d'échange de chaleur.
La fig. 11 représente, vu depuis dessus, le même dispositif.
La tour représentée ia la fig. 1 comprend, comme déjà connu, une enveloppe extérieure métallique 1, sous la forme d'un tube capable de résister à une pression interne. Ce tube est pourvu d'un bourrage en fibre d'amiante 2, qui s'interpose entre lui et une gaine de briques de diatomite 3, à l'intérieur de laquelle est maçonnée une seconde gaine, en briques réfractaires 4, qui forme la paroi interne de la tour.
La garniture est constituée par une série de quatre paniers, assemblés en superposition et destinés à recevoir la masse du catalyseur.
Ces paniers ont tous une structure similaire et ne diffèrent que par leurs dimensions en hauteur et par i'emplacement de certaines nervures formant support.
La garniture comprend un panier inférieur pl, deux paniers intermédiaires identiques P et P3 et un panier supérieur P4.
Chaque panier est constitué par un cylindre métallique 5, présentant. en son intérieur, deux séries de nervures, par exemple soudées, les unes verticales 6, les autres horizontales 7, convergeant vers l'axe 8 du cylindre.
Dans l'exemple considéré, les premières sont au nombre de douze et les secondes au nombre de six et dans un même plan vertical que les nervures verticales de rang pair (ou impair).
Sur les nervures horizontales reposent, dans chaque cylindre, des secteurs 9, au nombre de six dans le cas présent, dont l'ensemble forme le fond du panier et dans lesquels sont pratiquées deux séries de perforations, les unes, 10, servant au passage d'un faisceau tubulaire interne, les autres, 11, de plus petit diamètre, permettant la circulation du gaz à travers la masse du catalyseur 12 qui sera déposée dans ces paniers lors du chargement de la tour de contact.
Des tubes borgnes 15, pour le logement de pyromètres, sont fixés, à hauteur convenable, sur chaque panier.
Les paniers peuvent être assemblés par le moyen de brides 13 portées, sur chacun d'eux, par des éléments coniques 14 de leur paroi extérieure, et présentant chacune des trous donnant passage à des vis de fixation.
La hauteur totale de l'ensemble des quatre paniers est de l'ordre de 6 mètres environ dans l'exemple considéré.
Le dispositif interne des échanges de chaleur - qui fait partie intégrante de cette garniture et qui est extrait de la tour et mis en place dans la tour, par la même opération que l'ensemble des paniers - est constitué par un faisceau de tubes verticaux 16, ici au nombre de soixante, ayant quelques centimètres de diamètre. A l'intérieur de chaque tube échangeur 16 est disposé en principe coaxialement, un second tube 17, qui est borgne à sa base 18, de façon à réserver un espace annulaire qui servira à la circulation du gaz, comme il sera expliqué dans la suite.
Le faisceau de ces tubes 16 est mandriné et soudé dans une plaque 19 destinée à le supporter, cette plaque étant fixée à la base du panier inférieur Pt et étant, d'autre part, pourvue d'encoches 20. Du côté opposé, l'extrémité supérieure des tubes 16 est libre et rien ne s'oppose à la dilatation de ceux-ci.
Les tubes borgnes 17 sont suspendus par leur extrémité supérieure dans les tubes 16 de la façon suivante: Chaque tube 17 comporte, comme le montre les fig. 10 et 11, trois supports 33 en forme de nervures, compris dans des plans verticaux passant par le centre du tube 17 et disposés à 1200 les uns par rapport aux autres; ces supports sont fixés à l'extrémité supérieure du tube 17 et reposent sur le bord supérieur du tube 16.
Les tubes 17 peuvent donc aussi se dilater librement.
Pour le montage et la mise en place des paniers, ainsi que pour le chargement du catalyseur, on dispose verticalement le panier inférieur pt, portant les tubes 16 soudés à la plaque 19, puis, par l'ouverture supérieure de ce panier, on effectue le chargement du premier lit de catalyseur 12, comprenant, dans cet exemple de réalisation, environ 2 m9 de produit.
Le second panier p2 est mis en place en l'enfilant sur l'extrémité supérieure des tubes, puis l'assemblage avec joints d'étanchéité des deux paniers, par les brides 13, est opéré, et la deuxième couche de catalyseur 12 est déposée dans le panier P2. Les mêmes opérations sont répétées pour le panier P2 et P4.
Après que ce travail ait été effectué, en dehors de la tour, l'ensemble de la garniture, pesant environ 15 tonnes, est levé au pontroulant, introduit et déposé dans la tour, sur un support de garniture 21, en respectant und orientation angulaire déterminée, puis le joint supérieur 13 du panier P4 est effectué. Ce joint porte, par l'intermédiaire d'un disque 22, avec ouverture axiale 23, un dispositif permettant la dilatation de la garniture, composé d'un serpentin tubulaire 24 du type des vis a deux filets comportant deux entrées et deux sorties diamétralement opposées, et communiquant, d'une part, avec la chambre intérieure 25 de la garniture, d'autre part, avec une tuyauterie 26 formant ainsi by-pass entre la tuyauterie d'entrée de gaz 27 et l'intérieur de la colonne des paniers.
Le joint de la tubulure 28 de sortie du gaz, au débouché d'une autre tubulure 29, permettant ia dilatation de la garniture, est ensuite effectué, puis on met en place les cannes pyrométriques (non représentées) dans les trous borgnes 15, et le couvercle 30 de la tour.
La vidange du catalyseur s'opère, bien entendu, en procédant aux manoeuvres mverses de celles qui viennent d'être décrites.
En cours de fonctionnement, en prenant comme exemple l'oxyde de carbone, le circuit des gaz est le suivant:
Pour utiliser au maximum la capacité d'échange de la garniture, l'oxyde de carbone, auquel la vapeur nécessaire à la réaction de conversion a été ajoutée, entre en tête par la tubulure latérale 27 et chemine, de haut en bas, dans l'espace annulaire 31, entre la garniture et le briquetage réfractaire 4 de la colonne, l'échange thermique résultant de ce premier passage du gaz pouvant encore être favorisé par la présence, dans cet espace, d'une double rampe hélicoïdale 32, qui oblige le gaz à parcourir en totalité la périphérie de la garniture.
Le gaz, suivant le parcours indiqué par les flèches f, parvient au bas de la tour, et, en traversant les encoches 20, pénètre sous la plaque tubulaire 19, dans la zone où débouchent les tubes 16, de l'échangeur, s'engage dans ces tubes, puis s'élève dans l'espace annulaire réservé entre eeux-ci et les tubes borgnes 17, sort en tête du faisceau, entre alors en contact avec la première couche 12 du catalyseur, traverse, par les orifices 11, le fond du panier -P4, accède à la seconde couche 12 du catalyseur, et ainsi de suite, en circulant de haut en bas, à travers les couches successives du catalyseur, jusqu'au panier pl, d'où ce gaz sort converti, à la base de la garniture, sous la quatrième couche de catalyseur, par la tubulure 28.
Pour la répartition et le réglage des températures, la vanne de by-pass 26 permet de faire entrer une partie ou la totalité du gaz à convertir, directement sur la première couche de catalyseur, sans passer par les tubes 16.
L'observation des températures, qui s'opère au moyen des quatre cannes pyrométriques disposées à cet effet, ne donne que des élé- ments de comparaison, car l'extrémité de ces cannes est influencée, non seulement par la température du catalyseur, mais aussi par le gaz à convertir qui se trouve autour de la garniture. Toutefois, il ne se produira aucun débit gazeux dans les tubes borgnes 15 qui reçoivent les cannes, de sorte que les tempe ratures enregistrées ne seront pas très différentes des températures réelles à l'intérieur des paniers.
La garniture pourra, selon les circonstances, être construite entièrement en métal, de préférence en aciers spéciaux au chrome ou, à défaut, en acier doux, qualité chaudière, présentant une teneur convenable en carbone.
L'avantage de cette tour est le suivant:
Le chargement et la vidange du catalyseur peuvent être opérés à l'extérieur de la tour, après extraction de la garniture, c'est-à-dire dans des conditions particulièrement faciles et avec une grande rapidité.