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PROCEDE POUR LA PRODUCTION D'HYDROCARBURES.
La présente invention est relative, d'une manière générale, à la production d'hydrocarbures par réaction, en présence de catalyseurs, d'oxyde de carbone et d'hydrogène (gaz de synthèse) ou de mélanges gazeux en renfermant. En particulier, l'invention concerne un procédé dans lequel le catalyseur est soit disposé de manière fixe au sein d'une huile d'hydrocarbure (huile de catalyse), soit mis en suspension sous forme finement divisée dans ladite huile d'hydrorarbures
Le gaz de synthèse est envoyé à l'état de fine division au travers de l'huile d'hydrocarbure, ce qui a pour effet, par suite de la coopération des catalyseurs disposés de manière fixe ou mis en suspension, de produire suivant une réaction exothermique des hydrocarbures qui, en partie, se dissolvent dans l'huile d'hydrocarbure et, en partie,
forment un mélange de gaz et de vapeurs avec le gaz résiduel. Lorsque la réaction est termi(née, les hydrocarbures formés sont séparés de l'huile d'hydrocarbure.
Dans ce cas, l'huile d'hydrocarbure peut former une colonne de liquide dans la chambre de réaction au travers de laquelle est alors envoyé le gaz de synthèse, qui vient en contact avec le catalyseur mis en suspension dans l'huile ou bien disposé de manière fixe. Il prend alors naissance dans la chambre de réaction ce que l'on appelle un reflux interne, c'est- à-dire que l'huile se déplace vers le haut au milieu de la chambre de réaction etde nouveau vers le bas le long des parois On a, toutefois, déjà proposé de guider l'huile de catalyse dans un courant fixe, de bas en haut au travers d'une chambre de réaction, ce qui donne naissance à un circuit extérieur dans lequel se trouvent les agents provoquant le circuit et, le cas échéant,
des installations supplémentaires servant à refroidir et à purifier l'huile de catalyseo
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On a maintenant déterminé que l'on peut améliorer le processus de synthèse proprement dit et, en particulier, influencer plus efficacement la nature des Hydrocarbures produits, si l'on prévoit à l'intérieur de la chambre de réaction une installation de refroidissement qui s'y trouve disposée de manière fixe et à l'aide de laquelle l'huile de catalyse en circu- lation et le gaz de synthèse viennent en contact pendant leur traversée de la chambre de réaction.
Il s'ensuit, conformément à l'invention que le courant, mis e n mouvement par des moyens mécaniques, de l'huile de catalyse en circulation après la séparation du gaz, ainsi que le gaz de synthèse, sont introduits dans la chambre de réaction au-dessous d'une installation de refroidissene nt qui s'y trouve disposée.
Les autres essais ont montré qu'en dehors des avantages mentionnés ci-dessus, la disposition de l'installation de refroidissement à l'intérieur de la chambre de réaction apporte avec elle encore d'autres avantages ayant trait à une répartition plus uniforme du gaz dans l'huile de ca- talyse. Il est connu que:1'on doit disposer; pour la réaction du gaz de synthèse, d'un certain volume d'huile de catalyse. Dans les modes d'exécution, connus jusqu'à présent, des chambres de réaction prévues à cet effet, on a disposé le volume d'huile de catalyse dans les récipients de réaction larges mais relativement bas.
On a maintenant trouvé que l'on peut obtenir une répartition sensiblement plus uniforme du gaz dans l'huile de catalyse, si l'pn utilise, pour le même rapport du volume de l'huile de catalyse et du gaz de synthèse,un récipient de réaction en forme de tour, d'un.'diamètre moindre et d'une hauteur accrue en correspondance,et si l'on entreprend le refroidissement de l'huile de catalyse ou du mélange d'huit de catalyse et de gaz en plusieurs étages dans la chambre de réaction, de telle manière que le mélange de gaz de synthèse et d'huile de catalyse traverse, l'un après l'autre, les étages de refroidissement, au fur et à mesure que la température s'élève.
L'augmentation de la vitesse d'écoulement du gaz de synthèse à l'intérieur de la chambre de réaction, par suite de la structure en forme de tour de cette dernière, provoque comme déjà dit une répartition uniforme du gaz dans l'huile de catalyse et une augmentation correspondante de la vitesse de réaction.
Un autre avantage de la subdivision en plusieurs étages élémentaires de l'installation de refroidissement prévue à l'intérieur de la chambre de réaction réside dans le fait que la réaction du gaz de synthèse se répartit uniformément sur toute la hauteur de la tour derréaction et sur toute la quantité de l'huile de catalyse. Par ailleurs, le fait que .les étages élémentaires de refroidissement présentent une température qui va en augmentant de bas en haut assure la possibilité de retarder la réaction à l'endroit où la concentration d'oxyde de carbone et d'hydrogène est la plus élevée, notamment dans la partie inférieure de la tour de réaction, en faisant appel à de basses températures.
Suivant la valeur de la diminution de la concentration des substances réactionnelle,on élève alors la température dans la z8ne située en haut de la tour de réaction, de telle sorte que l'on obtient, au voisinage de la tête de la tour de réaction, une réaction totale de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, correspondant sensiblement à l'équilibre.
La subdivision en plusieurs étages de refroidissement, alimentés indépendamment l'un de l'autre en agent de refroidissement, de l'installation de refroidissement prévue à l'intérieur de la tour de réactionpeut du point de vue architectural être réalisée de diverses façons. On peut âisposer- tous les étages de refroidissement les uns au-dessus des autres à l'intérieur de la même tour. Il est cependant également possible de subdiviser la tour de réaction en deux unités ou davantage, de manière qu'une circulation d'huile de catalyse ait lieu dans chacune de ces unités, le gaz de synthèse traversant l'une après l'autre les chambres de réaction individuelles.
On munit alors ces diverses chambres élémentaires de réaction d'au moins une installation interne de refroidissemento Si l'on met en?oeuvre le procédé avec une installation de ce genre, on peut non seulement maintenir des tem-
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pératures différentes dans les unités individuelles servant de chambres de réaction,mais encore adopter des concentrations différentes en catalyseur .
On obtient ainsi pour résultat que l'on peut faire varier dans des limites relativement larges la nature chimique des hydrocarbures produits, par action sur la température et la concentration en catalyseur, si bien que l'on ob- tient, dans certaines circonstances, des hydrocarbures que l'on ne pouvait pas obtenir avec les procédés et installations en usage jusqu'à présent, ou tout au moins que l'on obtenait en quantités insuffisantes.
Si l'on obtient dé@à selon l'invention, grâce à la subdivision en plusieurs étages de l'installation interne de refroidissement et grâce à la structure en forme de tour de la chambre de réaction, une répartition uniforme du gaz sur le volume d'huile de catalyse, on peut, en outre, amélio- rer encore cette répartition si l'on prévoit à l'extrémité inférieure de la chambre de réaction en forme de tour, en vue de l'admission à cette der- nière du gaz de synthèse, une ou plusieurs séries de tuyères auxquelles sont associées des buses à liquide pour l'admission de l'huile de catalyse, cette dernière étant alors introduite de telle façon que la vitesse d'écoulement de l'huile de catalyse, au voisinage des points d'entrée du gaz,
soit différente de la vitesse d'écoulement du gaz de synthése passant dans le liquide, et soit en particulier supérieure à la vitesse du gaz de synthèse.
Jusqu'à présent, on a notamment introduit par en bas le gaz de synthèse, à travers des plaques filtrantes en céramique, ou analogues, dans la colonne continue d'huile de catalyse s'écoulant en haut. Si l'on introduit, conformément à l'invention, l'huile de catalyse et le gaz de synthèse dans la chambre de réaction, le courant de gaz sortant des ouvertures des tuyères est divisé et rompu, directement après avoir quitté les tuyères, en de fines bulles qui se répartissent uniformément à travers la colonne de liquide et qui, comme on l'a déterminé, n'ont pas tendance à se réunir de nouveau en bulles ou poches gazeuses plus grandeso
Il est avantageux que la pompe assurant la circulation de l'huile de catalyse soit, en même temps, installée de telle manière qu'elle produise la pression nécessaire pour la vitesse d'entrée désirée de l'huile.
Dans le cas où le catalyseur est en suspension dans l'huile de catalyse, des pompes à palettps sont particulièrement appropriées à cet effet, car elles n'ont pas la propriété de provoquer des débordements, hors de l'huile de catalyse, du catalyseur plus lourd et à l'état finement divisé.
Dans le tuyau de reflux pour l'huile de catalyse, avantageusement dans la direction d'écoulement derrière la pompe rotative, par exemple derrière la pompe à palettes, on peut, selon une autre proposition de l'invention, introduire sous forme finement divisée un courant partiel de gaz de synthèse, ou, le cas échéant, aussi d'autres gaz renfermant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, pour empêcher un appauvrissement trop poussé de l'huile de catalyse en oxyde de carbone et en hydrogène.
Dans ce cas, il y a lieu de considérer que la réaction ayant lieu en soi sur le catalyseur se déroule également dans le tuyau de reflux et le réfrigérant, même si c'est à une vitesse moindre que dans le récipient de réaction proprement dit, de sorte que la teneur de l'huile de catalyse en oxyde de carbone et en hydrogène s'abaisse dans certaines circonstances à une valeur pour laquelle l'efficacité du catalyseur n'est plus garantie ou ne l'est plus dans la mesure désirée.
Il est ,en outre, avantageux de prévoir dans la chambre de réaction des moyens destinés à empêpher qu'il se dépose sur les parois, à l'extrémité supérieure de la chambre de réaction, c'est-à-dire là où le gaz de synthèse et l'huile de catalyse se séparent, de l'huile de catalyse, et, en particulier, du catalyseur. Ces moyens peuvent , par exemple, être constitués de telle sorte qu'on introduit à l'extrémité supérieure de-la chambre de réaction une quantité supplémentaire d'huile de catalyse qui arrose uniformément les patois de la chambre de réaction et entraîne ainsi, d'une fa- çon continue, les dépôts de catalyseur.
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Pour faciliter à l'extrémité supérieure de la chambre de réaction, la séparation de l'huile de catalyse et'des gaz qui y sont dissous, il est proposé, selon l'invention, de diminuer la vitesse d'écoulement du mélange de gaz et d'h#ile à l'extrémité supérieure de la tour de réaction, pour provoquer ainsi un apaisement général du flux de liquideo Ce but peut être atteint en augmentant la section utile pour le passage du courant de liquide, à la partie supérieure de la tour de réaction, par exemple en augmentant le diamètre de la tour à cet endroit, ou tout en conservant le même diamètre, en laissant la partie supérieure de la tour de réaction exempte de montages, par exemple de tuyaux de refroidissement.
En ce qui concerne les dimensions de la chambre de réaction en forme de tour, il est avantageux, comme on l'a déjà indiqué au début, de choisir un rapport relativement grand entre la hauteur et le diamètre, parce que dans le cas d'une valeur élevée de ce rapport, c'est-à-dire dans @e cas d'une tour relativement élancée, on obtient une répartition particulièrement favorable du gaz de synthèse sur le volume de l'huile de catalyse.
Il s'est avéré que le rapport de la hauteur au diamètre doit avantageusene nt être choisi à 10 environ, b.en que des valeurs situées au-dessus ou au-dessous de celle indiquée pour le rapport de la hauteur au diamètre soient encore tout à fait utilisables.
Les températures auxquelles on met en oeuvre le procédé conf or me à l'invention dépendent du catalyseur utilisé et, en outre, également des produits qui doivent être obtenus lors de la synthèse. De plus, la température à choisir dépend de la pression régnant dans la chambre de réaction.
On a pu déterminer que, pour des températures inférieures à 280 , on obtient des résultats favorables si l'on choisit une pression de réaction de l'ordre de 14 à 20 atmosphères. Cependant, des valeurs différentes en accord avec d'autres conditions de fonctionnement peuvent conduira à des résultats utilisables du point de vue économique.
Le procédé conforme à l'invention ressortira plus en détail de la description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple et dans lesquels : La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale verticale d'une chambre de ré- action réalisée à la manière d'une tour et comportant au total quatre étages de refroidissement.
La fig. 2 est une vue d'une tuyère pour l'admission uniforme de gaz de syn- thèse et d'huile de catalyse dans la chambre de réaction selon la figo la La fig. 3 est une vue en coupe horizontale, et La fig. 4 est une vue en coupe verticale du fond à tuyères de la tour de réaction de la fig. la
La chambre de réaction est constituée selon la fig. 1 par un récipient cylindrique 1,allongé et présentant une section essentiellement circulaire. Sur le fond de la tour se trouve une série de tuyères 2 auxquelles le gaz de synthèse est amené par une tubulure 3, tandis que par une tubulure 4 est amenée l'huile de catalyse mise en circulation par une pompe 5.
A l'intérieur de la chambre de réaction 1 sont prévues au total quatre installations de refroidisse%ent 6, 7, 8 et 9, constituées, de préférence, par des tubes disposés verticalement et au travers desquels est amené un agent de refroidissement approprié, par exemple de l'eau. L'agent de refroidissement afflue par un,é tubulure 10 et s'écoule alors au travers des tuyaux de refroidissement, dans la même direction que le mélange d'huile de catalyse et de gaz de synthèse introduit à la partie inférieure. L'agent de refroidissement absorbe alors, par suite de la transformation du gaz de synthèse en hydrocarbures, réaction qui se déroule exothermique.merl; de la chaleur qui s'écoule avec le courant d'agent de refroidissement par une tubulure 11.
Une partie de l'agent de refroidissement est renvoyée de nouveau directement dans le circuit par une tubulure 12, tandis qu'une autre partie dudit agent de refroidissement échauffé est envoyée par une
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tubulure 13 à une installation extérieure de refroidissement, et seulement alors introduite de nouveau dans le circuit d'agent de refroidissement.
Le mélange d'huile de catalyse et de gaz de synthèse modifié sa composition au cours de son ascension dans la tour de catalyse 1 en ce sens que de l'hy- drogène et de l'oxyde de carbone disparaissent et qu'à leur place il se for- me des hydrocarbures. A la partie supérieure de la tour de catalyse est prévu un élargissement 14 dans lequel règne un flux de liquide relativement calme. Les vapeurs produites, ainsi que les gaz non -encore transformés, quittent la tour de réaction par la tubulure 15, tandis que l'huile de ca- talyse est soutirée par une tubulure 16 et est renvoyée en bas sous pression dans la tour de réaction, à l'aide de la pompe rotative 5.
La figo 2 est une vue en coupe longitudinale verticale d'une tuyère prévue au pied de la tour de catalyse. Le gaz de synthèse parvieit de la tubulure de gaz 1 dans le tube intérieur 18 de la tuyère, ledit tube se terminant par un rétrécissement 19 servant à augmenter la vitesse du courant de gaza Le tube intérieur 18 de la tuyère est entouré d'un tube exté- rieur 20 de tuyère qui rétrécit notablement sa section au voisinage de l'embouchure du tube intérieur 18 de la tuyère et s'évase à nouveau en 21 à la façon d'une buse de Lavalo L'huile de catalyse s'écoule avec une grande vitesse au travers de l'espace intermédiaire annulaire 22 compris entre le tube intérieur 18 de la tuyère et la buse de Laval 21,
en rompant ainsi en de très fines bulles le gaz s'écoulant au travers du tube intérieur 18 de la tuyère, les petites bulles formées se répartissant alors uniformément sur le volume d'huile de catalysée L'huile de catalyse est amenée par la tubulure ¯4 qui est contrôlée par une soupape 24.
Dans les figures 3 et 4, le gaz de synthèse s'écoule par la tu- bulure dans les tubes intérieurs 18 des tuyères, tandis que des soupapes 19 ont pour fonction d'assurer une alimentation de toutes les tuyères en gaz de synthèse qui soit la plus uniforme possible. Le cas échéant, ces soupapes peuvent aussi être utilisées pour modifier de la façon désirée la répartition du gaz de synthèse à toute la section de la chambre de réaction.
L'huile de catalyse parvient, de la tubulure 16, dans la pompe rotative 5 réalisée, de préférence, sous la forme d'une pompe à palettes. Cette pompe rotative peut, le cas échéant, être alimentée, par une tubulure 25, en huile fraiche de catalyse., A partie de la pompe rotative 5, l'huile de catalyse parvient, par l'intermédiaire de la tubulure ¯4 et des soupapes 26, dans l'espace intermédiaire annulaire compris entre le tuyau intérieur 18 de tuyère et le tube extérieur 20 de tuyère,
la différence désiréa de vitesse entre le gaz de synthèse et l'huilé en circulation étant réglée par un dimension- nement approprié de la section de cet espace intermédiaire annulaireo
On peut également adjoindre au système ou aux systèmes de réfroidissement situés dans la chambre de réaction, une installation de refroidissement non représentée et disposée dans la tubulure de reflux 16.
L'utilisation de l'invention permet, par exemple, de traiter par heure, dans un récipient de réaction de 1 mètre de diamètre et de 18 mètre de hauteur, plus de 4.000 m3 de gaz de synthèse à une pression de réaction de 20 atmosphères.
Dans le cas où il est désirable ou avantageux de maintenir assez basse la tour de réaction 1, on peut, par exemple, la diviser par le milieu (à peu près au point indiqué par la ligne en traits mixtes) et disposer l'une à côté de l'autre les deux moitiés de tour, chaque moitié de tour devant naturellement être munie de ce que l'on appelle un Pond à tuyères. Le gaz de synthèse, après s'être écoulé au travers de la première unité de chambre de réaction, est alors introduit dans la seconde unité et n'abandonne le four qu'après avoir également complètement parcouru la seconde unité. L'huile de catalyse peut en sol être également maintenue en circulation au travers des deux moitiés de chambre de réaction.
Il est toutefois avantageux d'adjoindre à chaque unité de chambre de réaction un circuit distinct d'huile de catalyse avec ses installations correspondantes, car il est ainsi possible de diriger, séparément pour chaque unité, le circuit d'huile de
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catalyse et également de faire varier de manière indépendante la concentration du catalyseur dans chacune des unités individuelles de chambre de réaction.
Dans ce cas, il est également avantageux de condenser les vapeurs d'hydrocarbures formées dans chaque unité de four, et de séparer les produits condensés avant l'introduction du gaz de synthèse dans l'unité de four suivante.
REVENDICATIONS.
1) Procédé pour la production d'hydrocarbures par réaction d'oxy- de de carbone et d'hydrogène (gaz de synthèse) en présence de catalyseurs disposés fixement ou mis en suspension, le gaz de synthèse précité étant introduit en bas dans la colonne de liquide formée par l'huile de catalyse se déplaçant dans la même direction que le gaz, caractérisé en ce que le courant, mis en mouvement'par des moyens mécaniques, de l'huile de catalyse en circulation après la séparation du gaz, ainsi que le gaz de synthèse, sont introduits dans la chambre de réaction au-dessous d'une installation de refroidissement qui y est disposée.