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La conduite de réactions catalytiques entre gaz est en général liée au dégagement de grandes quantités de chaleur. Dans certains cas, des réactions de ce genre absorbent cependant de la chaleur de telle sorte qu'il est nécessaire de fournir de la chaleur sous' forme appropriée. Au cours du développement de la grosse industrie chimique, on construit des récipients pour des réactions exothermiques ou endothermiques entre gaz tenant compte des données exactes de la technique de la chaleur et de la pression.
Par exemple pour les opérations industrielles de l'hydrogénation catalytique de l'oxyde de carbone en vue de 'la préparation d'hydrocarbures, c'est-à-dire- un processus fortement exothermique pour la synthèse dite sous pression normale s'est développée la fabrication de fours-pour l'échange de chaleur (fours lamellaires), dans lesquels l'espace de catalyse est traversé par de nombreux tubes de refroidissement horizontaux perpendiculairement auxquels se trouvent, à des intervalles déterminés des lames traversant entièrement le four et entre lesquelles est placée la masse de catalyse.
Pour des synthèses à des pressions de 5-15 atmosphères environ, on a construit des fours dans lesquels le catalyseur se trouve entre deux tubes disposés côncentriquement. Un nombre correspondant de ces éléments tubulaires doubles sont réunis dans un récipient d'eau sous pression et sont entourés par de l'eau bouillante.
On a proposé aussi, pour l'hydrogénation de l'oxyde de carbone conduite sous pression, de disposer, dans des tubes de réaction verticaux, des tubes de refroidissement entre lesquels se trouve la masse du catalyseur, La chaleur de réaction cédée à ces tubes de refroidissement est transmise par les parois à un fluide de refroidissement liquide qui peut être, à son tour, refroidi en dehors de l'et- pace de réaction.
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üne construction particulièrement avantageuse, au point' de vue de la technique de la chaleur et de la pression, des fours de catalyse pour la conduite de réactions catalytiques entre gaz-, de préférence pour l'hydro- génation catalytique de l'oxyde de carbone, qui comprend un récipient de ré- action résistant à la pression, dans lequel est disposé un système de tubes entièrement soudés rempli d'un agent de chauffage ou de refroidissement, est caractérisée par le fait que- plusieurs, par exemple 3, tubes en épingle à cheveux emboîtés les uns dans les- autres sont réunis en éléments, auquel' cas les tubes conduisant l'agent de refroidissement ou de chauffage se dirigeant vers le haut débouchent, à leur extrémité supérieure,
dans des tubes collec- teurs qui de leur côté sont reliés, par des tubes ascendants, à un collec- teur principal se trouvant en tête du récipient de réaction, duquel on peut soutirer, par exemple dans le cas d'emploi de l'eau sous pression comme agent de refroidissement, de la vapeur sous pression.
En même temps les tubes con- tenant l'agent de refroidissement ou de réchauffage descendant; conduisent à leur extrémité supérieure à des tubes collecteurs, qui sont reliés, à leur tour, par des conduites à des tubes collecteurs intermédiaires transversaux et traversant la paroi du four auquel cas on soutire par pompage, du collec- teur principal dont l'extrémité sort du tube de réaction, l'agent de refroi- âissement ou de réchauffage et on l'envoie dans les deux collecteurs inter- médiaires sortant également du récipient de réaction.
En intercalant une pompe, on peut réaliser une circulation de l'agent de réchauffage ou de refroidissement convenant dans tous les cas aux conditions pour l'élimination ou pour l'apport de chaleur. On peut,' en même temps, choisir la direction de circulation de l'agent de réchauffage ou de refroidissement dans les tubes. Par un dispositif approprié de commande de l'ensemble des pompes on peut rendre 1 S appareil de catalyse réversible en ce qui concerne le sens de circulation. La chaleur ou le froid récupéré de l'es- pace réactionnel proprement dit sont disponibles pour d'autres buts, par exem- ple pour le refroidissement ou le réchauffage de gaz servant de milieu de travail ou pour l'obtention de vapeur.
Le four de catalyse peut être construit de telle sorte que le collecteur intermédiaire et le collecteur pour l'alimentation du fluide de refroidissement au collecteur principal soient disposés au-dessous de la cou- che de catalyseur, auquel cas, au lieu de tubes en épingle à cheveux, des tubes droits conduisent aux collecteurs supérieurs pour l'agent de refroi- dissement sortant, collecteurs qui sont également reliés au collecteur prin- cipal de telle sorte que la circulation de l'agent de refroidissement peut avoir lieu aussi bien à l'aide d'une pompe que naturellement, à savoir sous l'action d'un thermo-siphon.
La liaison au point de vue de la soudure des tubes de refroidis- sement en épingle à cheveux a lieu de telle sorte que le tube collecteur est pourvu à une distance aussi faible que possible de collets auxquels les tubes de refroidissement sont soudés. De cette manière il y a partout le même es- pace pour la masse de catalyseur c'est-à-dire qu'à chaque endroit il y a le même écart entre deux tubes de refroidissement.
Les avantages du four- de catalyse suivant l'invention résident dans la possibilité du réglage de la température dans des limites très étroi- tes et le maintien de la même température dans toutes les parties du four de catalyse. La disposition particulière du système de tubes permet de contrô- ler les pressions élevées de l'agent de refroidissement qui peuvent être no- tablement plus élevées que la pression du gaz dans l'espace de catalyse en- tourant le système de tubes.
En général, on préfère, pour des questions de conduite de l'o- pération utiliser un refroidissement par eau. L'eau bouillante offre, par sui- te de sa chaleur de vaporisation élevée, en tant qu'agent de refroidissement la garantie la meilleure pour l'élimination de la chaleur de réaction consi- dérable dégagée dans de nombreuses réactions entre gaz..En outre, l'eau bouil- lante permet, de la manière la plus simple, la transformation directe de la chaleur de réaction éliminée sous forme de vapeur utilisable.
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@ On a représenté sur la figure 1 une coupe longitudinale du four de catalyse. Le four se compose d'un récipient de réaction 1 résistant à la pression, cylindrique, dont la partie inférieure a une forme conique tandis que la partie supérieure peut être fermée par un couvercle 2 bombé amovible.
Dans la chemise cylindrique est monté un collecteur principal 3, dont une ex- trémité se trouve dans l'espace intérieur et dont la tête fait saillie hors du récipient. Au-dessous du collecteur principal sont disposés parallèlement deux collecteurs intermédiaires 4 de diamètre inférieur qui sont placés hori- zontalement de façon analogue. Au-dessous des deux collecteurs intermédiai- res 4 sont disposées perpendiculairement à ceux-ci deux séries de tubes col- lecteurs qui ne sortent pas du'récipient'de réaction cylindrique. La série supérieure 5 de ces collecteurs est reliée directement au collecteur prin- cipal par des tubes pénétrant dans ce dernier. Des deux collecteurs intermé- diaires 4 partent des tubes droits vers la série inférieure des tubes col- lecteurs 6.
Chaque ensemble de trois tubes en épingle à cheveux emboîtés l'un dans l'autre est donc connecté de telle sorte que, de la série inférieur- re 6, trois tubes conduisent l'agent de refroidissement ou de réchauffage descendanttandis que la partie montante de ces trois tubes conduit à la série supérieure des tubes collecteurs 5.
A partir du collecteur principal
3, l'agent de réchauffage ou de refroidissement est amené, par des tubulures d'aspiration, à une pompe qui refoule, par des tubulures 8, l'agent de re- froidissement ou de réchauffage dans les deux collecteurs intermédiaires 4 à partir desquels il est envoyé par des tubes à la série inférieure des tu- bes collecteurs 6; à cet endroit il pénètre dans des tubes en épingle à che- veux 14 et après avoir traversé ceux-ci,, il est envoyé à la série supérieure
5 des tubes collecteurs. De là, le fluide de réchauffage ou de refroidisse- ment est envoyé à nouveau au collecteur principal 3. Lors de l'emploi d'eau, éventuellement sous pression, comme agent de refroidissement, on peut sou- tirer du collecteur principal 3 de la vapeur sous pression.
L'élimination ou l'apport de chaleur obligatoire pour régler la réaction peut en outre être réalisé au moyen d'un échangeur de chaleur in- terposé sur la conduite d'aspiration ou de compression de la pompe rotative.
L'échangeur de chaleur peut être rendu apte à fournir de la chaleur ou du froid.
Dans toute la section au-dessous des deux séries de tubes col- lecteurs 5 et 6, les tubes en épingle à cheveux présentent la répartition suivante les tubes connectés trois par trais forment un triangle équilaté- ral de telle sorte que chaque tube soit à la même distance du point central des espaces intermédiaires et en même temps possède la même surface de re- froidissement.
Au-dessus des tubes en épingle à cheveux se trouvent également des tamis 9 amovibles qui supportent toute la masse de catalyseur. Ces tamis peuvent être actionnés, de l'extérieur, par un levier 10. Au-dessous de la partie conique se trouve un fond il amovible qui porte, en son milieu, des tubulures 12 pour la sortie des gaz. Les gaz de réaction sont introduits par les tubulures 13 dans le four de catalyse.
La figure 2a montre une coupe longitudinale après rotation de 180 . Le demi-cercle inférieur de la figure 2b représente une section de la moitié du four au-dessus de la série 5 de tubes collecteurs. Le demi-cercle supérieur de la figure 2b représente une section de la moitié du four au- dessous des tubes collecteurs 60 Chaque groupe de deux collecteurs, se trou- vant côte à côte, des séries de tubes collecteurs 5 et 6 forme un élément de tubes, dans lequel suivant l'espace disponible plusieurs groupes de tubes en épingle à cheveux sont réunis. De même les tubes transportant le fluide vers le haut, conduisant au tube collecteur principal ou aux tubes collecteurs intermédiaires sont disposés constamment par paires.
Sur le demi-cercle supé- rieur de la figure 2b, on voit que les tubes de refroidissement ou de réchauf- fage sont arrangés de telle sorte que l'on dispose pratiquement partout du même espace pour la masse de catalyse, de telle sorte qu'on est assuré d'ob-
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tenir un apport régulier ou un élimination régulière de la chaleur de réac- tiono Entre les tubes extérieurs et la chemise du four est prévue une couche isolante 15 qui doit empêcher que, entre la chemise du four-et la masse et les tubes extérieurs, la masse de catalyse puisse stationner', garantissant en même temps ainsi l'écart entre les surfaces de refroidissement.
La figure 3a représente,en coupe, -un tube collecteur avec les tubes soudéso Les collets sont visibles sur la figure.
La figure 3b représente la réalisation des tubes en épingle à cheveux après une rotation de 1800 par rapport à 3a.
La figure 4 montre une forme de- réalisation du four de cataly- se, dans laquelle la circulation du fluide de refroidissement ou de réchauf- fage peut avoir lieu non seulement grâce à une pompe mais aussi par un ther- mo-siphon (circulation naturelle}. Dans cette forme de réalisation, les col- lecteurs intermédiaires 4 et les tubes collecteurs 6 sont disposés au-dessous de la massa de catalyse. Au lieu de tubes en épingle à cheveux, des tubes droits 16 conduisent au collecteur supérieur pour l'agent de réchauffage ou de refroidissement sortant, tubes qui sont reliés directement avec le collec- teur principal 3.
Le retour a lieu par circulation naturelle de la tubulure d'é- coulement 7 aux tubulures 8 dans le cas du refroidissement (réaction exother- mique) ou dans la direction inverse en passant par un système réchauffeur dans le cas de réchauffage (réaction endothermique). Comme dans le premier cas, on peut soutirer ici aussi, dans le cas d'une marche exothermique, par détente dans le collecteur 3, de la vapeur et de même que, par un échangeur de chaleur intercalé sur la conduite de liaison entre 7 et 8 on peut, élimi- ner la quantité nécessaire de chaleur. L'échangeur peut être construit de telle sorte qu'on peut l'utiliser pour produire du froid ou de la chaleur.
La figure- 5 représente la même- coupe que la figure 4 après ro- tation de 1800.