Appareil pour l'exécution de réactions catalytiques.
La présente invention se rapporte à un appareil pour l'exécution de réactions catalytiques, par exemple pour la productiom de dérivés de l'acétylène, qui comporte des cou- ches espacées de matières catalysantes disposées pour être traversées successivement par les substances réagissantes, et qui forment chacune un élément de catalyse et sont supportées par des supports perméables dépla- çab, les de façon qu'on puissje en faire varier le nombre et la position relative, l'appareil comportant des dispositifs d'amenée des substances devant entrer en réaction, établis de façon à permettre de faire traverser à cellesci, en contre-courant, les éléments de catalyse successifs.
Les matières catalysantes, par exemple du platine sous forme de corps de grande sur- face de contact, tels que fils, copeaux, etc., ainsi que, leurs supports, par exemple en toile de platine, sont avantageusement recouverts, par électrolyse, de noir de platine ou de palla dium.
L'appareil catalyseur peut être muni d'un système d'éleotrolyse des liquides présents sur les éléments de catalyse et, dans le corps du catalyseur, pour produire par exemple un dé veloppement d'hydrogène en vue d'accélérer et d'améliorer le rendement du traitement ca talytique ou d'en transformer les produits et permettant, à titre d'exemple, d'obtenir à la sortie du catalyseur de l'alcool éthylique ou des aldéhydes ou u paraldéhydes, selon le mode de réaction employé.
L'appareil suivant l'invention peut servir entre autre pour la production, des dérivés de l'acétylène sortant directement du catalyseur, comme : aoéta. ldéhyde, alcool éthylique, paral déhyde, métaldéhyde, acide acétique, éther sulfurique, acétate d'éthyle, etc., cet appareil permettant notamment de supprimer les pertes de matières chimiques intervenant dans les réactions, de réduire l'usure, à considérer comme étant négligeable, des catalysants et d'augmenter la vitesse des gaz réactifs et la concentration des liqueurs obtenues, en réali sant un cycle de fabrication particulièrement économique, avec un rendement effectif plus élevé que celui obtenu jusqu'à présent.
Le dessin schématique annexé représente des exemptes de réalisation de l'appareil selon l'invention, établis spécialement pour la préparation de dérivés de l'acétylène. Dans ces dessins :
La fig. 1 montre un schéma d'une instal- lation comportant un tel appareil ;
Les fig. 2 et 4 sont, des vues en coupe de deux formes d'exécution du catalyseur :
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la fig. 2.
C : ette i. n. stallation permet par exemple la préparation catalytique, d'acétaldéhyde en partant d'acétylène, qui peut s'effectuer comme suit : Le gaz d'acétylène obtenu dans le générateur A par l'action d'eau sur le carbure de calcium est amené, sous l'action de la force de propension naturelle et à l'abri de l'air, dans l'appareilcatalyseur C, après avoir traversé l'épurateur B. L'acide s'écoule d'un réservoir D (muni d'un système régulateur du débit de l'acide pouvant remplir partiellement ou totalement l'appareil dès le début ou au cours de l'opération) dans le catalyseur, en contre-courant par rapport à l'acétylène, dont la partie qui n'a. pas réagi retourne dans le circuit d'alimentation, par pompe aspirante et foulante.
L'acide est récupéré dans un réei- pient E, tandis que les produits résultant de la réaction traversent le rectificateur F, le produit final, en l'occurrence l'acétaldéhyde ou paraldéhyde,oualcooléthylique,étant di rectement recueilli dans le réservoir G ou ana logue.
L'appareil catalyseur selon la fig. 2 est établi sous la forme d'une colonne étanche comportant un corps 1, par exemple en fonte ou tôle émaillée, ou recouverte d'une autre couche protectrice, dans lequel la matière ca talysante, dont l'aire, Ja nature et le volume peuvent être variés, est disposée en couches successives espacées, formant chacune un élé- ment de catalyse 2. Chaque élément de eatalyse est supporte par un support perméable approprié, comportant par exemple une ou plusieurs toiles 3,4 en trame et chaîne de platine (ou de métal platiné) couvert par élec trolyse de noir de platine ou de palladium ou d'une autre matière appropriée.
Les toiles 3, 4 sont serties entre les bagues de pression 5, 6, 7 en matière chimiquement inerte, la quan tité voulue de matière catalysante étant pla eée dans 1'espace ainsi délimité. Cette matière catalysante est constituée'de platine, soit en fils, en copeaux, etc., recouvert par électro- lyse de noir de platine ou de palladium, ou autresmatièrespossédantlespropriétés re quises.
Les bagues 5,6 et éventuellement la bague 7 sont munies d'oreilles ou projections 8, au nombre de huit dans 1'exemple illustré, qui s'engagent dans des rainures longitudinales 9 de forme correspondante, prévues dans la face intérieure du corps 1. Ces oreilles et rainures ont par exemple une section carrée, semi-er- culaire, en queue d'aronde, etc., et permettent le coulissement des éléments de catalyse dans la colonne.
Le réglage de la position des di- vers éléments et leur maintien en place peut être réalisé à l'aide de tous moyens mécani- ques appropriés comportant des supports mobiles pour ces éléments, par exemple des pièces intercalaires de longueur variable, des tiges à broches ou clavettes à position réglable, des vis sans fin à pas différents, etc., tous ces moyens étant établis en matière chi- miquement inopérante et inattaquable.
De cette manière, on peut faire varier e nombre d'éléments de catalyse et/ou régler leur position relative, de façon à favoriser les phénomènes de catalyse dans les divers traitements qui peuvent être effectués à l'aide de l'appareil, notamment par l'accroissement de l'aire des catalvsants, par le réglage de la vitesse des gaz. et par la variation dlu volume et de la densité des cônes de projection des gaz et des liqueurs.
Afin de permettre la mise en place, la visite et l'entretien des divers organes intérieurs, le corps I du catalyseur est sectionné longit. udinalement en deux parties 10,11 assemblées par des charnières 12 et des bou-
Ions 13 ou analogues, et pourvues de moyens d'obtenir, directement du catalyseur de l'alcool éthylique ou des aldéhydes.
Pour permettre la, séparation de l'oxygène se dégageant à l'anode 26, celle-ci est placée dans une chambre 28 entourant l'armature 29 qui remplace le corps 1 de l'exemple précé- dent et supporte les éléments de catalyse, l'oxygène étant évacué par le conduit 30.
Cette armature, qui comporte dans cz cas les moyens de guidage-et de réglage des éléments de catalyse, est suspendue au couvercle 31 du catalyseur. Pour ne pas entraver les mouvements des éléments de catalyse, leur liaison au pôle négatif de la source de courant peut être réalisée à l'aide de moyens extensibles.
L'appareil suivant l'invention permet d'obtenir une production rationnelle, entre autre, des divers dérivés de l'acétylène, le produit résultant d'une réaction oatalytique pouvant servir de matière de départ pour la production d'un autre dérivé de l'acétylène, par une opération ultérieure effectuée d'ans le même ou un autre appareil, avec ou sans application de l'électrolyse et en utilisant un acide approprie.
Ainsi, par exemple,untraitementcata- lytique sans électrolyse en partant d'acétylène permet d'obtenir directement de la paradéhyde ou de la métaldéhyde, selon les condi tions de travail.
Par ailleurs, de l'alcool étliylique resul- tera d'un Iraitement catalytique, avec électrolyse.
Il convient encore de noter que divers'dé- rivés successifs de l'acétylène pourraient être produits aux éléments de catalyse successifs d'un même catalyseur, notamment selon la présence plus ou moins abondante d'hydre- gène. Ces divers produits peuvent être séparés de la solution acide par distillation.
Finalement, il importe encore de noter que le paraldéhyde et l'alcool éthylique, pouvant être fabriqués d'une manière économique selon l'invention, forment, en mélange de propor tions convenables, un excellent carburant de remplacement pour l'essence de pétrole. Le paraldéhyde peut également être mélange à des hydrocarbures liquides, ou à des hydrode calfeutrage assurant l'étanchéité de l'ensemble. Une tête ou chapeau 14 et une sole ou semelle 15 sont montés hermétiquement, par exemple par vissage, sur le corps du catalyseur.
Les gaz d'acétylène sont introduits par le tuyau 16 en passant par un compteur placé sur le tuyau 1'6 et non figuré dans le schéma, avantageusement muni d'un diffuseur 17, et traversent les couches successives d'agents ca talyseurs, tandis que l'acide, par exemple de l'acide nitrique ou sulfurique, contenu. dans un réservoir 18 et présentant la concentration voulue, pénètre par le tuyau 19 et peut être réparti, par arrosage plus ou moins intense, à l'aide du dispositif 20 commandé en 21.
L'acide humecte successivement les diverses couches de catalyseurs. L'excès d'acétylène s'échappe par le tuyau 22, par pompe a, spirante et foulante placée sur le tuyau 22 et non figurée dans le schéma, et est ramené dans le conduit principal 16 alimentant le ca talyseur, ce qui permet d'utiliser efficacement toute laproduction,d'acétylènepourlaré- action catalytique.
L'acide et les liqueurs. de transformation de l'acétylène sont évacués par le conduit 23, l'acide étant récupéré d'une manière intégrale, par distillation, dans le récipient E (fig. 1), tandis que lesdites liqueurs sont amenées dans le rectifioateur F, à la sortie duquel le produit final, par exem- ple l'acétaldéhyde, ou paraMéhyde, ou alcool éthylique, est direebement recueilli.
L'appareil catalyseur peut être pourvu, comme cela est représenté à la fig. 4, d'un systèmed'électrolysecomportantunesource 24 de courant continu qui est contrôlée par un rhéostat 25 et do-nt le pôle positif est relié à l'anode 26, en métalinattaquable,plongeant dans la masse liquide, tandis que le pôle négatif 27 est connecté aux éléments de cata- lyse 2 (fig. 4). L'électrolyse. de la solution présente sur ceux-ci et. dans le corps du cata lyseur produit un dégagement d'hydrogène qui accélère la réaction, permet d'obtenir des liqueurs plus riches et améliore le rendement économique.
A titre d'exemple, elle permet ca. rbures liquides et à l'alcool, pour former des mélanges tertiaires, quaternaires, etc.
Apparatus for carrying out catalytic reactions.
The present invention relates to an apparatus for carrying out catalytic reactions, for example for the production of acetylene derivatives, which comprises spaced layers of catalyst materials arranged to be successively traversed by the reactants, and which each form an element of catalysis and are supported by permeable supports displacab, so that the number and the relative position can be varied, the apparatus comprising devices for supplying the substances to be reacted, established in such a way as to allow them to pass through the successive catalysis elements in counter-current.
Catalyst materials, for example platinum in the form of bodies with a large contact surface, such as wires, shavings, etc., as well as their supports, for example of platinum cloth, are advantageously coated, by electrolysis, with platinum or palladium black.
The catalyst apparatus may be provided with a system for electrolysis of the liquids present on the catalysis elements and, in the body of the catalyst, to produce for example a development of hydrogen in order to accelerate and improve the process. yield of the catalytic treatment or of transforming the products thereof and making it possible, by way of example, to obtain ethyl alcohol or aldehydes or paraldehydes at the outlet of the catalyst, depending on the reaction method employed.
The apparatus according to the invention can be used, among other things, for the production of acetylene derivatives leaving directly from the catalyst, such as: aoéta. ldehyde, ethyl alcohol, paral dehyde, metaldehyde, acetic acid, sulfuric ether, ethyl acetate, etc., this device making it possible in particular to eliminate the losses of chemical materials involved in the reactions, to reduce wear, to be considered as being negligible, catalysts and increase the speed of the reactive gases and the concentration of the liquors obtained, by carrying out a particularly economical production cycle, with an effective yield higher than that obtained until now.
The attached schematic drawing represents examples of embodiments of the apparatus according to the invention, drawn up especially for the preparation of acetylene derivatives. In these drawings:
Fig. 1 shows a diagram of an installation comprising such an apparatus;
Figs. 2 and 4 are sectional views of two embodiments of the catalyst:
Fig. 3 is a sectional view taken on line III-III of FIG. 2.
C: ette i. not. stallation allows for example the catalytic preparation of acetaldehyde starting from acetylene, which can be carried out as follows: The acetylene gas obtained in generator A by the action of water on the calcium carbide is fed, under the action of the force of natural propensity and sheltered from air, in the catalytic converter C, after having passed through the purifier B. The acid flows from a reservoir D (fitted with a acid flow regulator system which can partially or completely fill the device from the start or during the operation) in the catalyst, in countercurrent with respect to acetylene, including the part which does not. not reacted returns to the supply circuit by suction and pressure pump.
The acid is recovered in a container E, while the products resulting from the reaction pass through the rectifier F, the final product, in this case acetaldehyde or paraldehyde, or ethyl alcohol, being directly collected in the tank G or similar.
The catalyst apparatus according to FIG. 2 is established in the form of a sealed column comprising a body 1, for example of cast iron or enameled sheet metal, or covered with another protective layer, in which the catalytic material, of which the area, the nature and the volume can be varied, is arranged in successive spaced layers, each forming an element of catalysis 2. Each element of analysis is supported by a suitable permeable support, comprising for example one or more fabrics 3,4 in weft and platinum warp ( or platinum-plated metal) covered by electrolysis with platinum black or palladium or other suitable material.
The webs 3, 4 are crimped between the pressure rings 5, 6, 7 of chemically inert material, the desired quantity of catalyzing material being placed in the space thus defined. This catalyzing material consists of platinum, either in wires, shavings, etc., coated by electrolysis with platinum black or palladium, or other materials having the required properties.
The rings 5,6 and possibly the ring 7 are provided with ears or projections 8, eight in number in the illustrated example, which engage in longitudinal grooves 9 of corresponding shape, provided in the inner face of the body 1. These ears and grooves have, for example, a square, semi-circular, dovetail, etc. section and allow the catalytic elements to slide in the column.
The adjustment of the position of the various elements and their holding in place can be carried out using any appropriate mechanical means comprising movable supports for these elements, for example intermediate pieces of variable length, rods with pins. or wedges with adjustable position, worm screws with different pitches, etc., all these means being made of chemically inoperative and unassailable material.
In this way, the number of catalysis elements can be varied and / or their relative position adjusted, so as to promote the catalysis phenomena in the various treatments which can be carried out using the device, in particular by increasing the catalytic converter area, by adjusting the gas speed. and by the variation of the volume and the density of the cones of projection of gases and liquors.
In order to allow the installation, the visit and the maintenance of the various internal components, the body I of the catalyst is cut longit. udinally in two parts 10,11 assembled by hinges 12 and bolts
Ions 13 or the like, and provided with means for obtaining, directly from the catalyst, ethyl alcohol or aldehydes.
To allow separation of the oxygen released at the anode 26, the latter is placed in a chamber 28 surrounding the frame 29 which replaces the body 1 of the previous example and supports the catalysis elements, the oxygen being discharged through line 30.
This frame, which in this case comprises the means for guiding and adjusting the catalysis elements, is suspended from the cover 31 of the catalyst. In order not to hinder the movements of the catalysis elements, their connection to the negative pole of the current source can be made using extensible means.
The apparatus according to the invention makes it possible to obtain a rational production, inter alia, of the various derivatives of acetylene, the product resulting from an oatalytic reaction being able to serve as starting material for the production of another derivative of acetylene. acetylene, by a subsequent operation carried out in the same or another apparatus, with or without application of electrolysis and using a suitable acid.
Thus, for example, a catalytic treatment without electrolysis starting with acetylene makes it possible to obtain pardehyde or metaldehyde directly, depending on the working conditions.
On the other hand, ethyl alcohol will result from a catalytic treatment, with electrolysis.
It should also be noted that various successive derivatives of acetylene could be produced with successive catalysis elements of the same catalyst, in particular depending on the presence of more or less abundant hydrogen. These various products can be separated from the acid solution by distillation.
Finally, it is also important to note that paraldehyde and ethyl alcohol, which can be produced economically according to the invention, form, in admixture of suitable proportions, an excellent replacement fuel for petroleum gasoline. The paraldehyde can also be mixed with liquid hydrocarbons, or with hydrode caulking ensuring the tightness of the assembly. A head or cap 14 and a sole or sole 15 are mounted hermetically, for example by screwing, on the body of the catalyst.
The acetylene gases are introduced through the pipe 16 passing through a counter placed on the pipe 1'6 and not shown in the diagram, advantageously provided with a diffuser 17, and pass through the successive layers of catalyst agents, while that the acid, for example nitric or sulfuric acid, contained. in a tank 18 and having the desired concentration, enters through the pipe 19 and can be distributed, by more or less intense watering, using the device 20 controlled at 21.
The acid successively moistens the various catalyst layers. The excess acetylene escapes through pipe 22, by a spirant and pressure pump placed on pipe 22 and not shown in the diagram, and is returned to the main pipe 16 supplying the analyzer, which makes it possible to 'Effectively utilize the entire production of acetylene for the catalytic action.
Acid and liquors. transformation of the acetylene are discharged through line 23, the acid being recovered in an integral manner, by distillation, in the receptacle E (fig. 1), while said liquors are brought into the rectifier F, to the out of which the final product, for example acetaldehyde, or paraMehyde, or ethyl alcohol, is clearly collected.
The catalyst apparatus can be provided, as shown in FIG. 4, of an electrolysis system comprising a source 24 of direct current which is controlled by a rheostat 25 and the positive pole of which is connected to the anode 26, made of non-attackable metal, immersed in the liquid mass, while the negative pole 27 is connected to the catalytic converter 2 (fig. 4). Electrolysis. of the solution present on them and. in the body of the catalytic converter produces a release of hydrogen which accelerates the reaction, allows richer liquors to be obtained and improves economic efficiency.
As an example, it allows ca. liquid and alcohol carbons, to form tertiary, quaternary, etc. mixtures.