CH622964A5 - Process for starting or maintaining a chemical reaction which takes place on heating and reactor for its use - Google Patents

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CH622964A5
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Abstract

A transparent coolant fluid circulates in an annular channel bounded by the concentric walls (14, 15) of the tube (11). The interior forms a reaction chamber (17). The tube is made, for example, of glass or quartz. An inert fluid, also transparent, enters the chamber (17) through two diffusers (21, 22) with a laminar flow, and protects the inner wall of the tube (11). …<??>The reactants follow an axial path (25) confined by the inert fluid and out of contact with the tube (11). An external source, for example an arc or filament, produces intense electromagnetic radiations which are reflected by a reflector onto a section of the trajectory (25) to cause the reaction. …<??>The reactor is employed especially for the dissociation or combustion of organic and inorganic compounds. …<IMAGE>…

Description

La présente invention concerne un procédé pour faire démarrer ou pour entretenir une réaction chimique s'effectuant à chaud. L'invention concerne également un réacteur à paroi protégée par un fluide pour la mise en œuvre de ce procédé. The present invention relates to a process for starting or maintaining a chemical reaction taking place while hot. The invention also relates to a reactor with a wall protected by a fluid for the implementation of this process.

On utilise actuellement des réacteurs à température élevée pour des réactions de pyrolyse, de thermolyse, de dissociation, de décomposition et de combustion de composés organiques et minéraux. Pratiquement tous les réacteurs de ce type transfèrent la chaleur aux réactifs par convection et/ou conduction, mais cette caractéristique pose deux problèmes qui limitent la nature et la portée des réactions mises en œuvre. Ces problèmes sont dus au fait que, dans un réacteur classique qui transfère la chaleur aux réactifs par convection, la température la plus élevée dans le système règne nécessairement à l'interface de la paroi interne du réacteur et du courant des réactifs. High temperature reactors are currently used for pyrolysis, thermolysis, dissociation, decomposition and combustion reactions of organic and inorganic compounds. Practically all reactors of this type transfer heat to the reactants by convection and / or conduction, but this characteristic poses two problems which limit the nature and the scope of the reactions implemented. These problems are due to the fact that, in a conventional reactor which transfers heat to the reactants by convection, the highest temperature in the system necessarily prevails at the interface of the internal wall of the reactor and the current of the reactants.

Le premier problème est posé par la limitation des températures réactionnelles disponibles imposées par la résistance des matières connues des parois des réacteurs à température élevée. L'aptitude décroissante de ces matières à conserver leur intégrité lorsque la température croît est évidemment bien connue. Cependant, comme ces matières doivent être chauffées, afin que l'énergie thermique puisse être transférée au courant des réactifs, les températures réactionnelles disponibles sont limitées par la température de chauffage en toute sécurité de la paroi du réacteur. Ce facteur est particulièrement important lorsque la réaction prévue doit avoir lieu à pression élevée ou créer des pressions élevées. The first problem is posed by the limitation of the reaction temperatures available imposed by the resistance of the known materials of the walls of the reactors at high temperature. The decreasing ability of these materials to maintain their integrity when the temperature increases is obviously well known. However, since these materials must be heated, so that thermal energy can be transferred to the reactant stream, the available reaction temperatures are limited by the temperature of safely heating the reactor wall. This is particularly important when the expected reaction is to take place at high pressure or create high pressures.

Le second problème est dû au fait que la paroi d'un réacteur classique est à la température la plus élevée dans le système et au fait que le transfert de chaleur par convection et conduction nécessite un contact entre la paroi et le courant des réactifs. Comme elle est à température élevée, la paroi du réacteur est un site réactionnel idéal, sinon le plus souhaitable, et dans de nombreux cas, les produits de la réaction s'accumulent sur cette paroi. En conséquence, l'appareil ne peut plus transférer la chaleur aux réactifs et cette impédance thermique croissante nécessite l'aug-meentation progressive de la température de la source, afin que le transfert initial de chaleur au courant des réactifs soit maintenu. Evidemment, lorsque l'accumulation de matières progresse, la température nécessaire pour la source dépasse celle que peut supporter la matière de la paroi. En outre, comme une quantité supplémentaire d'énergie est nécessaire pour l'entretien de la réaction, le processus devient moins efficace aux points de vue technique et économique. Ainsi, lorsque la réaction prévue ne peut plus être entretenue pour des raisons de transfert de chaleur, de résistance mécanique des matériaux ou de rentabilité, l'installation doit être arrêtée et nettoyée. The second problem is due to the fact that the wall of a conventional reactor is at the highest temperature in the system and to the fact that the transfer of heat by convection and conduction requires contact between the wall and the flow of reactants. As it is at elevated temperature, the reactor wall is an ideal, if not the most desirable, reaction site, and in many cases the products of the reaction accumulate on that wall. Consequently, the device can no longer transfer the heat to the reactants and this increasing thermal impedance requires the progressive increase in the temperature of the source, so that the initial transfer of heat to the current of the reactants is maintained. Obviously, as the accumulation of materials progresses, the temperature required for the source exceeds that which the material of the wall can withstand. In addition, as an additional amount of energy is required to maintain the reaction, the process becomes less efficient from a technical and economic point of view. Thus, when the planned reaction can no longer be maintained for reasons of heat transfer, mechanical resistance of the materials or profitability, the installation must be stopped and cleaned.

Habituellement, le nettoyage est réalisé mécaniquement par raclage de la paroi ou chimiquement par combustion des dépôts. Dans certains procédés continus, on a tenté de racler la paroi lorsque la réaction est en cours. Cependant, l'outil de raclage lui-même s'échauffe obligatoirement, devient un site réactionnel et doit donc être nettoyé ensuite. Dans tous les cas, ce temps d'arrêt représente une perte économique importante. Dans de nombreux cas, un second réacteur est monté afin que le temps perdu pour la production soit minimal. Cependant, cet appareillage supplémentaire représente en général un investissement important. De tels réacteurs chimiques pour températures élevées comprennent un tube porté à une température à laquelle les parois internes émettent suffisamment de radiations pour que la réaction soit déclenchée et entretenue. Cependant, comme dans le cas des réacteurs par conduction et convection, dans les réactions formant des produits solides, le produit s'accumule souvent de façon indésirable sur les parois du tube si bien que le transfert de chaleur est réduit et le tube peut même se boucher. Usually, cleaning is carried out mechanically by scraping the wall or chemically by burning deposits. In some continuous processes, attempts have been made to scrape the wall while the reaction is in progress. However, the scraper tool itself necessarily heats up, becomes a reaction site and must therefore be cleaned afterwards. In all cases, this downtime represents a significant economic loss. In many cases, a second reactor is mounted so that the time lost for production is minimal. However, this additional apparatus generally represents a significant investment. Such high temperature chemical reactors include a tube brought to a temperature at which the internal walls emit enough radiation for the reaction to be started and maintained. However, as in the case of conduction and convection reactors, in reactions forming solid products, the product often accumulates undesirably on the walls of the tube so that the heat transfer is reduced and the tube can even butcher.

Le réacteur décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2926073 est destiné à la fabrication de noir de carbone et d'hydrogène par pyrolyse de gaz naturel. Le procédé est donné comme continu, mais en pratique, le transfert de chaleur par convection, utilisé lors du fonctionnement du réacteur, pose des problèmes importants pour l'entretien et le réglage de la réaction. Comme les tubes chauffés du réacteur constituent des sites idéaux pour la réaction, le carbone s'accumule invariablement et finit par boucher le réacteur. Cependant, le problème de l'emballement thermique est bien plus important car il peut provoquer des explosions. Dans ces conditions, on détermine que, lors de la pyrolyse du gaz naturel, la conductibilité thermique de la phase gazeuse augmente brutalement d'un facteur compris entre 5 et 30, suivant la composition du gaz. Comme la température dans un réacteur classique à convection ne peut pas être régulée avec une précision et une vitesse suffisant à la compensation du phénomène, le réacteur devient instable dans certains cas et peut même exploser. Ces conditions se présentent dans le cas des réacteurs classiques et on n'a pas encore trouvé de solution à ce problème. The reactor described in US Patent No. 2,962,073 is intended for the manufacture of carbon black and hydrogen by pyrolysis of natural gas. The process is given as continuous, but in practice, convective heat transfer, used during reactor operation, poses significant problems for maintenance and control of the reaction. Since the heated reactor tubes are ideal sites for the reaction, carbon invariably accumulates and eventually clogs the reactor. However, the problem of thermal runaway is much more important because it can cause explosions. Under these conditions, it is determined that, during the pyrolysis of natural gas, the thermal conductivity of the gas phase suddenly increases by a factor of between 5 and 30, depending on the composition of the gas. As the temperature in a conventional convection reactor cannot be regulated with sufficient precision and speed to compensate for the phenomenon, the reactor becomes unstable in some cases and can even explode. These conditions arise in the case of conventional reactors and a solution to this problem has not yet been found.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3565766 décrit une récente tentative d'augmentation de la qualité du charbon par pyrolyse. L'appareil décrit comprend une série de réacteurs creux en acier formant des lits fluidisés à plusieurs étages à des températures progressivement croissantes jusqu'à 870° C environ. La fluidisation aux basses températures est assurée par un gaz inerte qui peut lui-même transmettre de la chaleur, bien qu'un chauffage externe soit prévu. Aux températures élevées, la fluidisation est réalisée par le gaz de tête de l'étage final et, dans ce dernier étage, la température est maintenue par combustion interne des matières carbonisées dans l'air ou l'oxygène. Comme cet appareil repose essentiellement sur un transfert thermique par convection, il présente de nombreux défauts et inconvénients décrits précédemment. U.S. Patent No. 3,565,766 describes a recent attempt to increase the quality of coal by pyrolysis. The apparatus described comprises a series of hollow steel reactors forming multi-stage fluidized beds at gradually increasing temperatures up to approximately 870 ° C. Fluidization at low temperatures is ensured by an inert gas which can itself transmit heat, although external heating is provided. At high temperatures, the fluidization is carried out by the head gas of the final stage and, in this last stage, the temperature is maintained by internal combustion of the carbonized materials in air or oxygen. As this device is essentially based on convective heat transfer, it has many of the defects and drawbacks described above.

L'appareil de fabrication de noir de carbone décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2062358 comprend un tube poreux placé dans une chambre de chauffage. Un gaz chaud est dirigé d'un four éloigné à la chambre, puis chassé à travers la paroi du tube poreux afin qu'il se mélange avec les réactifs. Ainsi, seul le transfert de chaleur par convection d'un fluide aux réactifs est utilisé. Etant donné l'absence d'une cavité formant un corps noir, cette disposition nécessite la circulation d'un grand volume de fluide dans la chambre de chauffage pour la compensation des pertes de chaleur. The carbon black manufacturing apparatus described in U.S. Patent No. 2,062,358 includes a porous tube placed in a heating chamber. A hot gas is directed from an oven remote to the chamber, then expelled through the wall of the porous tube so that it mixes with the reagents. Thus, only the transfer of heat by convection of a fluid to the reactants is used. Given the absence of a cavity forming a black body, this arrangement requires the circulation of a large volume of fluid in the heating chamber to compensate for heat losses.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2769772 décrit un réacteur de traitement thermique de matières fluides telles que des hydrocarbures, comprenant deux tubes concentriques placés dans un four chauffé par une flamme. Les réactifs circulent axialement dans le tube interne concentrique perméable. Un gaz constituant un véhicule gazeux s'écoule dans la chambre annulaire entre les tubes concentriques et il est chauffé par contact avec la paroi externe. Des fluides du tube interne sont chauffés par convection lorsque le véhicule gazeux passe à travers la paroi perméable et se mélange avec eux. Le transfert radiatif est expressement évité. En réalité, le tube interne ne peut pas être chauffé sans chauffage simultané du tube externe à une température au moins aussi élevée. U.S. Patent No. 2,769,772 describes a heat treatment reactor for fluids such as hydrocarbons, comprising two concentric tubes placed in an oven heated by a flame. The reagents circulate axially in the permeable concentric internal tube. A gas constituting a gaseous vehicle flows in the annular chamber between the concentric tubes and it is heated by contact with the external wall. Fluids in the inner tube are heated by convection when the gaseous vehicle passes through the permeable wall and mixes with them. Radiative transfer is expressly avoided. In reality, the inner tube cannot be heated without simultaneously heating the outer tube to at least as high a temperature.

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Le four de craquage à combustion superficielle décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2436282 met en œuvre le principe d'un véhicule gazeux de transfert de chaleur par convection analogue à celui du brevet précité N° 2769772. Le four comprend un tube réfractaire poreux entouré par une double enveloppe. Un fluide combustible provenant d'une chambre annulaire est chassé à travers la paroi poreuse vers l'intérieur du tube et est enflammé. Il est cependant évident que le fluide combustible de la chambre annulaire explose à moins qu'il ne soit chassé à travers la paroi poreuse à une vitesse supérieure à la vitesse de propagation de la flamme à travers la paroi. De manière analogue, la température dans la chambre annulaire doit être maintenue au-dessous de la température d'inflammation du mélange gaz-air. Les produits de combustion de la flamme superficielle se mélangent avec les réactifs dans le four avec dilution et éventuellement réaction avec eux. La chaleur est appliquée aux réactifs par mélange par convection des produits de combustion et des réactifs. The surface combustion cracking oven described in United States patent No. 2436282 implements the principle of a gaseous convective heat transfer vehicle similar to that of the aforementioned patent No. 2769772. The oven comprises a porous refractory tube surrounded by a double envelope. A combustible fluid from an annular chamber is expelled through the porous wall towards the interior of the tube and is ignited. It is however obvious that the combustible fluid of the annular chamber explodes unless it is expelled through the porous wall at a speed greater than the speed of propagation of the flame through the wall. Likewise, the temperature in the annular chamber must be kept below the ignition temperature of the gas-air mixture. The products of combustion of the surface flame mix with the reactants in the oven with dilution and possibly reaction with them. Heat is applied to the reactants by convection mixing of the combustion products and reactants.

Les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 2670272, 2670275, 2750260, 2915367, 2957753 et 3499730 décrivent des chambres de combustion destinées à la préparation de bioxyde de titane pour pigments, par combustion de tétrachlorure de titane dans l'oxygène. Dans le brevet N° 2670275 qui est représentatif de ce groupe, le tétrachlorure de titane est brûlé dans un tube réfractaire poreux. Un gaz inerte diffuse constamment à travers le tube poreux et pénètre dans la chambre de combustion où il forme une enveloppe de protection de la face interne du tube. Cette enveloppe poreuse réduit notablement la tendance des particules de bioxyde de titane à adhérer aux parois du réacteur. Comme la combustion du tétrachlorure de titane est exothermique, aucune précaution n'est prise pour le transfert de chaleur au mélange réactionnel lorsqu'il passe dans le tube. En réalité, ce brevet indique qu'il est avantageux de retirer de la chaleur de la chambre soit par exposition de l'ensemble comprenant le tube poreux à l'atmosphère, soit par circulation d'un fluide de refroidissement dans un serpentin placé au voisinage du tube poreux. U.S. Patents Nos. 2670272, 2670275, 2750260, 2915367, 2957753 and 3499730 describe combustion chambers for the preparation of titanium dioxide for pigments by combustion of titanium tetrachloride in oxygen. In patent No. 2670275 which is representative of this group, titanium tetrachloride is burnt in a porous refractory tube. An inert gas constantly diffuses through the porous tube and enters the combustion chamber where it forms a protective envelope for the internal face of the tube. This porous shell significantly reduces the tendency of titanium dioxide particles to adhere to the walls of the reactor. As the combustion of titanium tetrachloride is exothermic, no precaution is taken for the transfer of heat to the reaction mixture as it passes through the tube. In reality, this patent indicates that it is advantageous to remove heat from the chamber either by exposure of the assembly comprising the porous tube to the atmosphere, or by circulation of a cooling fluid in a coil placed in the vicinity of the porous tube.

L'invention se rapporte au procédé faisant l'objet de la revendication 1, et aux réacteur qui fait l'objet de la revendication 10, des formes d'exécution spéciales faisant l'objet d'autres revendications. The invention relates to the process which is the subject of claim 1, and to the reactor which is the subject of claim 10, to special embodiments which are the subject of other claims.

L'invention permet une percée essentielle dans le domaine technique considéré. Comme elle rend disponible pour la première fois une source d'énergie thermique, qui n'a jamais été maîtrisée de cette manière, ses applications possibles sont nombreuses et variées. En outre, la résolution du problème posé par la résistance des matériaux, problème très important pendant de nombreuses années, rend possible l'utilisation pratique de nombreuses réactions chimiques utiles qu'on connaît depuis longtemps mais qu'on ne peut pas mettre en œuvre étant donné les limites de température imposées aux réacteurs fonctionnant par transfert par convection et/ou conduction. The invention allows an essential breakthrough in the technical field considered. As it makes available for the first time a source of thermal energy, which has never been mastered in this way, its possible applications are many and varied. In addition, the resolution of the problem posed by the resistance of materials, a very important problem for many years, makes possible the practical use of many useful chemical reactions which have been known for a long time but which cannot be carried out being given the temperature limits imposed on reactors operating by convection and / or conduction transfer.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de quelques formes d'exécution données à titre d'exemple et en référence aux dessins sur lesquels : The invention will be better understood using the description of some embodiments given by way of example and with reference to the drawings in which:

— la fig. 1 est une élévation en coupe partielle d'un mode de réalisation de réacteur selon l'invention; - fig. 1 is an elevation in partial section of an embodiment of the reactor according to the invention;

— la fig. 2A est une coupe de l'extrémité d'entrée d'un second mode de réalisation de réacteur selon l'invention; - fig. 2A is a section through the inlet end of a second embodiment of the reactor according to the invention;

— la fig. 2B est une coupe des extrémités de sortie du second mode de réalisation de réacteur selon l'invention, les fig. 2A et 2B représententant les moitiés d'une même structure, séparées suivant la ligne A-A afin que le dessin puisse représenter clairement certains détails; - fig. 2B is a section through the outlet ends of the second embodiment of the reactor according to the invention, FIGS. 2A and 2B represent the halves of the same structure, separated along the line A-A so that the drawing can clearly represent certain details;

— la fig. 2C est une perspective en coupe partielle du second mode de réalisation de réacteur de l'invention dont certains éléments ont été retirés ou représentés schématiquement afin que le fonctionnement apparaisse clairement; - fig. 2C is a perspective in partial section of the second embodiment of the reactor of the invention from which certain elements have been removed or shown diagrammatically so that the operation appears clearly;

— la fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 2A; - fig. 3 is a section along line 3-3 of FIG. 2A;

— la fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 2B; - fig. 4 is a section along line 4-4 of FIG. 2B;

— la fig. 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la fig. 2A; et - fig. 5 is a section along line 5-5 of FIG. 2A; and

— la fig. 6 est une perspective d'une partie du dispositif de chauffage du tube du réacteur du second mode de réalisation de l'invention. - fig. 6 is a perspective view of part of the device for heating the reactor tube of the second embodiment of the invention.

La fig. 1 représente un premier mode de réalisation de réacteur chimique à température élevée 10 selon l'invention qui comprend un tube 11 ayant une extrémité 12 d'entrée et une extrémité 14 de sortie. Le tube 11 a une paroi interne 15 et une paroi externe 16 délimitant un canal annulaire entre elles, et l'intérieur du tube 11 forme une chambre 17 du réacteur. Le tube 11 est en matière pratiquement transparente aux radiations. Des matières qui conviennent, ayant un très faible coefficient d'absorption a sont le verre, le quartz, l'alumine frittée à chaud, l'oxyde d'yttrium fritté à chaud, le Pyrex (verre borosilicaté), le Vycor (verre silicaté) et le saphir, les polymères organiques tels que le Plexiglas (acrylique), la Lucite (acrylique), le polyéthylène, le polyprolylène et le polystyrène, et les sels minéraux tels que les halogénures de sodium, de potassium, de césium, de lithium ou de plomb. Fig. 1 shows a first embodiment of a high temperature chemical reactor 10 according to the invention which comprises a tube 11 having an inlet end 12 and an outlet end 14. The tube 11 has an internal wall 15 and an external wall 16 delimiting an annular channel therebetween, and the interior of the tube 11 forms a chamber 17 of the reactor. The tube 11 is made of material that is practically transparent to radiation. Suitable materials having a very low absorption coefficient a are glass, quartz, hot sintered alumina, hot sintered yttrium oxide, Pyrex (borosilicate glass), Vycor (silicate glass ) and sapphire, organic polymers such as Plexiglas (acrylic), Lucite (acrylic), polyethylene, polyprolylene and polystyrene, and mineral salts such as sodium, potassium, cesium, lithium halides or lead.

Dans le présent mémoire, le terme radiations et l'expression énergie radiante désignent tous les types de radiations y compris les particules nucléaires d'énergie élevée. Cependant, comme on ne peut pas les utiliser en pratique actuellement, on ne considère que les radiations électromagnétiques du corps noir ou autres, notamment aux longueurs d'onde comprises entre environ 100 et 0,01 (i sont la source primaire d'énergie qu'on utilise essentiellement. In this specification, the term radiation and the term radiant energy refer to all types of radiation including high energy nuclear particles. However, as they cannot be used in practice at present, only electromagnetic radiation from the black body or the like is considered, in particular at wavelengths between approximately 100 and 0.01 (i are the primary source of energy which 'we basically use.

Lors du fonctionnement du réacteur 10, un fluide pratiquement transparent aux radiations pénètre par l'entrée 18, circule dans le canal annulaire et refroidit le tube 11, puis sort par la •sortie 19. Ce fluide peut être gazeux ou liquide, et par exemple des fluides ayant de faibles coefficients d'absorption a sont l'eau liquide ou gazeuse, l'eau lourde, l'azote, l'oxygène et l'air. During the operation of the reactor 10, a fluid which is practically transparent to radiation penetrates through the inlet 18, circulates in the annular channel and cools the tube 11, then exits through the outlet. fluids with low absorption coefficients a are liquid or gaseous water, heavy water, nitrogen, oxygen and air.

Un dispositif d'introduction d'un fluide inerte dans la chambre 17 par une entrée 20 comprend deux diffuseurs laminaires 21 et 22 placés près de l'extrémité 12 d'entrée. Les diffuseurs 21, 22 peuvent avoir une configuration en nid d'abeilles ou autre telle que le fluide envoyé sous pression s'écoule de façon pratiquement laminaire. Le fluide inerte pénètre ainsi pratiquement axialement dans la chambre 17 et forme une protection de la face interne du tube 11, et il est recueilli afin qu'il circule à nouveau après la sortie 23. Le fluide inerte est pratiquement transparent aijx radiations car il a un faible coefficient a. Des fluides qui conviennent à cet effet sont des gaz simples tels que l'hélium, le néon, l'argon, le krypton et le xénon, des gaz complexes, qui ne se décomposent pas en formant un produit solide, tels que l'hydrogène, l'azote, l'oxygène et l'ammoniac, et l'eau liquide ou gazeuse. Le terme inerte utilisé dans le présent mémoire s'applique à deux propriétés, l'aptitude du fluide à réagir chimiquement avec la matière du tube 11 et l'aptitude du fluide à réagir chimiquement avec les matières traitées. Ainsi, la sélection d'un fluide inerte dépend dans tous les cas de l'atmosphère particulière. Sauf indication contraire, il est avantageux que le fluide soit inerte vis-à-vis du tube et il est habituellement souhaitable qu'il soit inerte dans le cas de la réaction mise en œuvre. Cependant, dans certains cas, le fluide inerte de protection participe aussi à la réaction, par exemple, lorsque les particules de fer ou de carbone réagissent en présence d'une protection de vapeur d'eau avec formation d'oxyde de fer et d'hydrogène ou d'oxyde de carbone et d'hydrogène respectivement. A device for introducing an inert fluid into the chamber 17 through an inlet 20 comprises two laminar diffusers 21 and 22 placed near the inlet end 12. The diffusers 21, 22 can have a honeycomb or other configuration such that the fluid sent under pressure flows in a practically laminar manner. The inert fluid thus penetrates practically axially into the chamber 17 and forms a protection of the internal face of the tube 11, and it is collected so that it circulates again after the outlet 23. The inert fluid is practically transparent to radiation because it has a low coefficient a. Fluids suitable for this purpose are simple gases such as helium, neon, argon, krypton and xenon, complex gases, which do not decompose to form a solid product, such as hydrogen , nitrogen, oxygen and ammonia, and liquid or carbonated water. The inert term used in this specification applies to two properties, the ability of the fluid to react chemically with the material of the tube 11 and the ability of the fluid to react chemically with the materials being treated. Thus, the selection of an inert fluid depends in all cases on the particular atmosphere. Unless otherwise indicated, it is advantageous for the fluid to be inert with respect to the tube and it is usually desirable for it to be inert in the case of the reaction carried out. However, in certain cases, the inert protective fluid also takes part in the reaction, for example, when the iron or carbon particles react in the presence of a water vapor protection with formation of iron oxide and hydrogen or carbon monoxide and hydrogen respectively.

Les réactifs pénètrent dans la chambre 17 par l'entrée 24 à l'extrémité 12 du tube 11. Ils suivent un trajet prédéterminé 25 axialement au tube 11 et sont confinés par le fluide inerte de protection pratiquement au centre de la chambre 17 hors du contact du tube 11. The reagents enter the chamber 17 through the inlet 24 at the end 12 of the tube 11. They follow a predetermined path 25 axially to the tube 11 and are confined by the inert protective fluid practically in the center of the chamber 17 out of contact of tube 11.

Une source de radiations très intenses (non représentée) est disposée dans un réflecteur poli 31 monté sur un châssis 32 à l'extérieur du tube 11. La source de radiations peut être un arc à A source of very intense radiation (not shown) is disposed in a polished reflector 31 mounted on a frame 32 outside the tube 11. The source of radiation can be a

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plasma, un filament chauffé, une fiamme ensemencée, une lampe à éclairs fonctionnant par impulsions ou un autre dispositif convenable; un laser peut aussi constituer la source mais, actuellement, la technologie n'est pas suffisamment développée pour que son utilisation soit rentable. Les radiations créées par la source sont recueillies par le réflecteur 31 et transmises à travers le tube 11 dans la chambre 17 afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet 25. Une quantité suffisante de radiations est ainsi absorbée pour que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue. Comme indiqué précédemment, le tube 11, le fluide de refroidissement et le fluide inerte de protection sont pratiquement transparents aux radiations. Ainsi, ils ne gênent pas de façon importante la transmission de l'énergie au courant des réactifs et restent pratiquement froids. Ainsi, le tube 11 ne subit pas de contraintes thermiques appréciables et ne reçoit pas de précipités ou d'autres dépôts qui pourraient s'accumuler normalement. plasma, a heated filament, a seeded film, a pulse-operated flashlight or other suitable device; a laser can also constitute the source but, currently, the technology is not sufficiently developed so that its use is profitable. The radiation created by the source is collected by the reflector 31 and transmitted through the tube 11 in the chamber 17 so that it coincides with at least part of the path 25. A sufficient quantity of radiation is thus absorbed so that the temperature of the reagents reaches the value necessary to initiate and maintain the desired chemical reaction. As indicated above, the tube 11, the cooling fluid and the inert protective fluid are practically transparent to radiation. Thus, they do not significantly interfere with the transmission of energy to the reactants and remain practically cold. Thus, the tube 11 does not undergo appreciable thermal stresses and does not receive precipitates or other deposits which could accumulate normally.

La description qui précède suppose que les réactifs eux-mêmes ont un coefficient a d'absorption des radiations relativement élevé. Cependant, dans le cas contraire, une matière absorbant les radiations, dite matière auxiliaire, peut être introduite dans la chambre 17 afin qu'elle coïncide en un point au moins avec le trajet 25. Dans le mode de réalisation de la fig. 1, la matière auxiliaire d'absorption est un solide finement divisé tel que de la poudre de carbone ou une autre matière convenable pénétrant dans la chambre 17 avec les réactifs par l'entrée 24 et absorbant suffisamment de radiations pour que la température des réactifs atteigne la valeur voulue. The foregoing description assumes that the reagents themselves have a relatively high radiation absorption coefficient a. However, in the opposite case, a radiation absorbing material, called auxiliary material, can be introduced into the chamber 17 so that it coincides at least at one point with the path 25. In the embodiment of FIG. 1, the auxiliary absorption material is a finely divided solid such as carbon powder or another suitable material entering the chamber 17 with the reagents through the inlet 24 and absorbing enough radiation for the temperature of the reactants to reach the desired value.

Dans une variante, la matière auxiliaire peut être un liquide, par exemple un brai, de l'asphalte, de l'huile de lin ou du carburant diesel, et elle peut contenir des solutions, des dispersions, des gels et des suspensions de diverses matières qui peuvent être facilement choisies parmi les matières disponibles en fonction de critères particuliers. La matière auxiliaire peut être un gaz présentant avantageusement une absorption dans le spectre électromagnétique entre environ 100 et 0,01 jx; de tels gaz sont notamment l'éthylène, le propylène, les oxydes d'azote, le brome, le chlore, l'iode et le bromure d'éthyle. La matière auxiliaire peut aussi être solide, par exemple en carbone, placée dans la chambre 17 le long d'une partie au moins du trajet 25 des réactifs. Alternatively, the auxiliary material may be a liquid, for example a pitch, asphalt, linseed oil or diesel fuel, and it may contain solutions, dispersions, gels and suspensions of various materials which can be easily chosen from the available materials according to particular criteria. The auxiliary material can be a gas advantageously having an absorption in the electromagnetic spectrum between approximately 100 and 0.01 µm; such gases are especially ethylene, propylene, nitrogen oxides, bromine, chlorine, iodine and ethyl bromide. The auxiliary material can also be solid, for example carbon, placed in the chamber 17 along at least part of the path 25 of the reactants.

Un autre dispositif élevant la température de la réaction à la valeur voulue peut comprendre un élément chauffé électriquement, un arc électrique ou une flamme, placé dans la chambre 17 et coïncidant avec une partie au moins du trajet 25. Dans ce cas, la source de chaleur de déclenchement est autonome et n'est pas formée par le dispositif créant les radiations. Un tel dispositif est particulièrement utile lorsque les réactifs eux-mêmes sont transparents aux radiations, mais lorsque l'un au moins des produits de la réaction absorbe. Ainsi, lorsque la réaction prévue est déclenchée, le dispositif destiné à élever la température peut être arrêté car les produits de la réaction absorbent suffisamment de radiations pour que la réaction s'entretienne. De manière analogue, Another device raising the reaction temperature to the desired value may comprise an electrically heated element, an electric arc or a flame, placed in the chamber 17 and coinciding with at least part of the path 25. In this case, the source of heat of release is autonomous and is not formed by the device creating the radiations. Such a device is particularly useful when the reagents themselves are transparent to radiation, but when at least one of the products of the reaction absorbs. Thus, when the intended reaction is started, the device for raising the temperature can be stopped because the products of the reaction absorb enough radiation for the reaction to be maintained. Similarly,

lors de l'utilisation d'une matière auxiliaire, celle-ci peut ne plus être introduite ou peut être retirée lorsque la réaction a commencé, par exemple à l'aide d'un dispositif 35 de commande. Un exemple de réaction, dans laquelle une matière auxiliaire ou un dispositif de déclenchement est nécessaire seulement au début, est la pyrolyse du méthane sous forme de carbone et d'hydrogène. when using an auxiliary material, this may no longer be introduced or may be withdrawn when the reaction has started, for example using a control device. An example of a reaction, in which an auxiliary material or a triggering device is required only at the start, is the pyrolysis of methane in the form of carbon and hydrogen.

Comme indiqué précédemment, certaines réactions s'inversent partiellement ou totalement lorsque les produits de la réaction ne sont pas refroidis immédiatement et rapidement. A cet effet, un dispositif 40 de refroidissement des produits de la réaction est placé dans la chambre 17 près de l'extrémité 14 de sortie du tube 11. Un mode de réalisation de dispositif 40 est placé pratiquement au centre dans la chambre 17 et comprend un organe tubulaire 41 ayant un canal interne 42 dans lequel circule un fluide de refroidissement tel que l'eau. La surface interne du tube 42 est destinée à absorber les radiations. Lorsque les produits de la réaction, les réactifs restants et les matières auxiliaires le cas échéant passent dans le tube 41, la chaleur est rapidement transférée par couplage radiatif et la matière est rapidement refroidie si bien que les réactions chimiques indésirables sont évitées. As indicated above, certain reactions are partially or totally reversed when the reaction products are not immediately and quickly cooled. To this end, a device 40 for cooling the reaction products is placed in the chamber 17 near the outlet end 14 of the tube 11. An embodiment of the device 40 is placed practically in the center in the chamber 17 and comprises a tubular member 41 having an internal channel 42 in which a cooling fluid such as water circulates. The internal surface of the tube 42 is intended to absorb radiation. When the reaction products, the remaining reactants and any auxiliary materials pass through the tube 41, the heat is quickly transferred by radiative coupling and the material is quickly cooled so that undesirable chemical reactions are avoided.

On considère maintenant les fig. 2A à 6 et notamment les fig. 2A à 2C qui représentent un second mode de réalisation de réacteur 60 qui comprend un tube 61 ayant une extrémité 62 d'entrée et une extrémité 63 de sortie, l'intérieur du tube 61 formant une chambre 65 du réacteur. Le tube 61 est en matière poreuse qui peut émettre des radiations, le diamètre des pores étant avantageusement compris entre environ 0,025 et 0,5 mm, We now consider figs. 2A to 6 and in particular FIGS. 2A to 2C which represent a second embodiment of reactor 60 which comprises a tube 61 having an inlet end 62 and an outlet end 63, the interior of the tube 61 forming a chamber 65 of the reactor. The tube 61 is made of porous material which can emit radiation, the diameter of the pores being advantageously between approximately 0.025 and 0.5 mm,

afin qu'un fluide inerte puisse s'écouler uniformément en quantité suffisante à travers la paroi du tube et forme une protection convenable. D'autres parois, par exemple sous forme de toiles, d'écrans ou de divers types de perforations, peuvent être utilisées pour le même résultat. Le tube 61 peut être en matière telle que le graphite, le carbone, l'acier inoxydable fritté, le tungstène fritté ou le molybdène fritté, ou en matière minérale telle que les oxydes de thorium, de magnésium, de zinc, d'aluminium ou de zirconium notamment. Le tungstène, le nickel et le molybdène peuvent aussi être utilisés sous forme d'une toile ou d'un crible. so that an inert fluid can flow uniformly in sufficient quantity through the wall of the tube and form a suitable protection. Other walls, for example in the form of fabrics, screens or various types of perforations, can be used for the same result. The tube 61 can be made of a material such as graphite, carbon, sintered stainless steel, sintered tungsten or sintered molybdenum, or a mineral material such as oxides of thorium, magnesium, zinc, aluminum or zirconium in particular. Tungsten, nickel and molybdenum can also be used in the form of a canvas or a screen.

Un récipient tubulaire étanche 70 sous pression avantageusement en acier inoxydable entoure le tube 61. L'intégrité du récipient 70 est assurée par une série de brides d'étanchéité 71,72,73, 74, 75 et 76, qui relient les diverses parties du réacteur 60. Les brides 72, 73 et 76 comportent des gorges logeant des joints toriques 77, 78 et 79 en acier inoxydable respectivement, formant des joints résistant à la pression. Le tube 61 du réacteur peut coulisser à une extrémité dans un manchon 81 de graphite qui permet l'allongement du tube 61 qui peut avoir lieu lors du fonctionnement à température élevée. A sealed tubular container 70 under pressure, advantageously made of stainless steel, surrounds the tube 61. The integrity of the container 70 is ensured by a series of sealing flanges 71, 72, 73, 74, 75 and 76, which connect the various parts of the reactor 60. The flanges 72, 73 and 76 have grooves housing O-rings 77, 78 and 79 made of stainless steel respectively, forming pressure-resistant seals. The tube 61 of the reactor can slide at one end in a sleeve 81 of graphite which allows the elongation of the tube 61 which can take place during operation at high temperature.

Le récipient 70 comprend de plus une entrée 83 d'admission d'un fluide inerte qui est pratiquement transparent aux radiations. Le fluide inerte est d'abord dirigé sous pression dans une chambre 85 formée entre le tube 61 et la paroi du récipient 70. Ensuite, le fluide passe à travers la paroi du tube 61 dans la chambre 65 et forme une protection de la face interne du tube 61. The container 70 further comprises an inlet 83 for admission of an inert fluid which is practically transparent to radiation. The inert fluid is first directed under pressure into a chamber 85 formed between the tube 61 and the wall of the container 70. Then, the fluid passes through the wall of the tube 61 in the chamber 65 and forms a protection of the internal face. of tube 61.

Un dispositif de refroidissement du récipient 70 comprend des serpentins 87 placés autour de la surface externe du récipient 70. Les serpentins 87 sont recouverts de préférence d'un revêtement d'aluminium pulvérisé à la flamme qui améliore le contact thermique entre le récipient 70 et les serpentins 87 et accroît le rendement du refroidissement. Les serpentins 87 sont aussi placés autour d'un canal 88 d'observation formé dans la paroi du récipient. A container cooling device 70 comprises coils 87 placed around the external surface of the container 70. The coils 87 are preferably covered with a coating of flame sprayed aluminum which improves the thermal contact between the container 70 and the coils 87 and increases the cooling efficiency. The coils 87 are also placed around an observation channel 88 formed in the wall of the container.

Comme représenté clairement sur les fig. 2A et 3, les réactifs pénètrent dans la chambre 65 par l'extrémité 62 d'entrée du tube 61. Un dispositif d'introduction des réactifs comprend une partie 90 d'entrée, montée de façon étanche sur les brides 71, 72, près de l'extrémité 62 d'entrée du tube 61. Les réactifs sont entraînés dans un courant gazeux par l'entrée 91, devant une cloison tangentielle 92 et dans une chambre 93 sous pression délimitée entre une paroi externe 94 et un diffuseur 95. Une matière qui convient pour les diffuseurs 95, qui réduit au minimum la turbulence du courant, est le carbone poreux, la laine d'acier et une toile métallique. Comme dans le cas de la fig. 1, les réactifs suivent un trajet prédéterminé axial par rapport au tube 61 et sont délimités par l'enveloppe de protection gazeuse pratiquement au centre de la chambre 65 hors du contact de la paroi interne du tube. As shown clearly in figs. 2A and 3, the reagents enter the chamber 65 through the inlet end 62 of the tube 61. A device for introducing the reagents comprises an inlet portion 90, mounted in leaktight manner on the flanges 71, 72, near from the inlet end 62 of the tube 61. The reactants are entrained in a gas stream through the inlet 91, in front of a tangential partition 92 and in a chamber 93 under pressure delimited between an outer wall 94 and a diffuser 95. A suitable material for 95 diffusers, which minimizes current turbulence, is porous carbon, steel wool and a wire mesh. As in the case of fig. 1, the reagents follow a predetermined axial path relative to the tube 61 and are delimited by the gaseous protective envelope practically in the center of the chamber 65 out of contact with the internal wall of the tube.

Dans le second mode de réalisation, le tube 61 lui-même crée les radiations très intenses dirigées vers le centre, en coïncidence pratiquement avec une partie au moins du trajet des réactifs. Le chauffage est assuré par plusieurs électrodes lOOa-lOOf de carbone placées radialement à l'extérieur du tube 61 et autour de celui-ci, à intervalles réguliers; la chaleur des électrodes 100 est transmise au tube 61 par radiation. Les électrodes 100a et 100b sont enfouies à In the second embodiment, the tube 61 itself creates the very intense radiation directed towards the center, practically coinciding with at least part of the path of the reagents. The heating is provided by several lOOa-lOOf carbon electrodes placed radially outside the tube 61 and around it, at regular intervals; the heat from the electrodes 100 is transmitted to the tube 61 by radiation. The electrodes 100a and 100b are buried at

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une extrémité dans un élément courbe 101a de carbone, les électrodes 100c et lOOd d'une part et 100e et lOOf d'autre part étant elles-mêmes enfouies dans un élément 101b et 101c respectivement de carbone. Des entretoises tubulaires 102a-102c d'alumine ont pour double fonction le centrage du tube 61 et la division des trois circuits. Comme représenté plus précisément sur les fig. 2B et 4, chaque électrode lOOa-lOOf est montée à l'autre extrémité dans une électrode 104 de cuivre formant une barre omnibus. Bien que l'appareil comprenne six électrodes 104, on n'en a représenté qu'une sur la fig. 4 par raison de commodité. Chaque électrode 104 comprend une bride 105 en résine phénolique et un isolateur céramique 106. L'électrode 104 est refroidie par de l'eau qui circule dans un canal interne 107, par une entrée 108 et une sortie 109. Une connexion électrique 110 transmet une forte intensité. Un joint 111 en polytétrafluoréthylène facilite la suppression des fuites du récipient 70. Le système électrique représenté convient particulièrement bien à une alimentation triphasée. Cependant, d'autres installations peuvent être utilisées suivant les circonstances. Le tube poreux 61 peut être lui-même chauffé directement par résistance électrique, les électrodes 100 étant alors éliminées. one end in a curved element 101a of carbon, the electrodes 100c and 100d on the one hand and 100e and lOOf on the other hand being themselves buried in an element 101b and 101c respectively of carbon. Tubular spacers 102a-102c of alumina have the dual function of centering the tube 61 and dividing the three circuits. As shown more precisely in FIGS. 2B and 4, each electrode 100a-100f is mounted at the other end in a copper electrode 104 forming a bus bar. Although the apparatus comprises six electrodes 104, only one has been shown in FIG. 4 for convenience. Each electrode 104 comprises a flange 105 made of phenolic resin and a ceramic insulator 106. The electrode 104 is cooled by water which circulates in an internal channel 107, by an inlet 108 and an outlet 109. An electrical connection 110 transmits a high intensity. A seal 111 made of polytetrafluoroethylene facilitates the elimination of leaks from the container 70. The electrical system shown is particularly suitable for a three-phase supply. However, other facilities may be used depending on the circumstances. The porous tube 61 can itself be heated directly by electrical resistance, the electrodes 100 then being eliminated.

Le rendement thermique du dispositif de chauffage du tube est encore amélioré par un blindage thermique 120 en molybdène qui forme la surface qui délimite le corps noir réfléchissant les radiations électromagnétiques des électrodes 100 vers le tube 61. Ainsi, le blindage 120 réfléchit la chaleur plutôt qu'il ne la transmet, et constitue un isolateur si bien qu'il peut être en toute matière présentant cette caractéristique et capable de supporter les températures créées par les électrodes 100. Le blindage 120 est placé dans le récipient 70 radialement à l'extérieur par rapport aux électrodes 100 et il comprend de préférence une bande plate de section rectangulaire enroulée sous forme d'une série de tours hélicoïdaux. Cette construction permet la pénétration du gaz inerte de protection par l'entrée 83 et sa circulation libre dans la chambre 85. The thermal efficiency of the tube heater is further improved by a thermal shield 120 of molybdenum which forms the surface which delimits the black body reflecting the electromagnetic radiation from the electrodes 100 to the tube 61. Thus, the shield 120 reflects heat rather than 'it does not transmit it, and constitutes an insulator so that it can be of any material having this characteristic and capable of withstanding the temperatures created by the electrodes 100. The shield 120 is placed in the container 70 radially outside by relative to the electrodes 100 and it preferably comprises a flat strip of rectangular section wound in the form of a series of helical turns. This construction allows the inert protective gas to penetrate through the inlet 83 and its free circulation in the chamber 85.

Comme dans le mode de réalisation de la fig. 1, une matière auxiliaire d'absorption ou un autre dispositif de déclenchement peut être utilisé le cas échéant. Des matières auxiliaires d'absorption pénètrent dans la chambre 65 par une entrée 121. En outre, un dispositif 125 de refroidissement des produits de la réaction du type déjà décrit ou différent peut être utilisé et empêche toute réaction chimique indésirable qui peut avoir lieu lorsque les produits de la réaction ne sont pas refroidis juste après leur formation. As in the embodiment of FIG. 1, an auxiliary absorption material or another triggering device can be used if necessary. Auxiliary absorption materials enter the chamber 65 through an inlet 121. In addition, a device 125 for cooling the reaction products of the type already described or different can be used and prevents any undesirable chemical reaction which may take place when the reaction products are not cooled immediately after their formation.

L'avantage essentiel du second mode de réalisation par rapport au premier est que, dans le second mode de réalisation, le fluide inerte est introduit dans la chambre 65 en direction radiale vers l'intérieur alors que, dans le premier mode, il est introduit axialement dans la chambre 17. Il faut noter qu'un courant laminaire peut être maintenu sur une distance relativement courte seulement avant que la turbulence ne provoque le mélange et ne détruise l'intégrité de la protection gazeuse. Comme l'introduction radiale du gaz ne nécessite pas un écoulement laminaire du fluide, on peut utiliser des longueurs axiales de la chambre de réaction bien supérieures. Il suffit que, dans le second mode de réalisation, la pression absolue du fluide inerte soit supérieure à celle du courant des réactifs afin que les réactifs et/ou les produits de la réaction ne viennent pas frapper le tube 61. Cette caractéristique facilite la réalisation d'un tel appareil à grande échelle industriellement. The essential advantage of the second embodiment compared to the first is that, in the second embodiment, the inert fluid is introduced into the chamber 65 in the radial direction inwards while, in the first embodiment, it is introduced axially in chamber 17. It should be noted that a laminar current can be maintained over a relatively short distance only before the turbulence causes mixing and destroys the integrity of the gas protection. Since the radial introduction of the gas does not require a laminar flow of the fluid, it is possible to use much longer axial lengths of the reaction chamber. It suffices that, in the second embodiment, the absolute pressure of the inert fluid is greater than that of the current of the reactants so that the reactants and / or the products of the reaction do not strike the tube 61. This characteristic facilitates the production of such a device on a large scale industrially.

Une autre différence entre les deux modes de réalisation est que le tube 11 de la fig. 1 est refroidi alors que le tube 61 de la fig. 2 doit être chauffé et peut fonctionner à des températures dépassant 2980° C, par exemple lorsque l'oxyde de thorium poreux en est la matière. Bien que la paroi froide soit plus apte à supporter une pression car elle ne subit pas de contrainte thermique, la paroi chaude 61 ne subit pas un gradient de pression, sauf éventuellement la très faible différence de pressions régnant entre le fluide inerte et le courant des réactifs. La pression est supportée par la paroi du récipient 70 en acier inoxydable qui est évidemment refroidie par les serpentins 87 et ne subit pas de contrainte thermique. Ainsi, une matière réfractaire telle que le carbone ou l'oxyde de thorium, capable de supporter des températures bien supérieures à celles que peuvent tolérer les matières classiques des parois des réacteurs et ne convenant pas dans les réacteurs classiques à convection, peut être utilisée pour la première fois dans un appareil utilisable en pratique et fonctionnant à température extrêmement élevée. Another difference between the two embodiments is that the tube 11 of FIG. 1 is cooled while the tube 61 of FIG. 2 must be heated and can operate at temperatures exceeding 2980 ° C, for example when porous thorium oxide is the material. Although the cold wall is more able to withstand pressure because it does not undergo thermal stress, the hot wall 61 does not undergo a pressure gradient, except possibly the very small difference in pressures prevailing between the inert fluid and the current of reactive. The pressure is supported by the wall of the container 70 made of stainless steel which is obviously cooled by the coils 87 and is not subjected to thermal stress. Thus, a refractory material such as carbon or thorium oxide, capable of withstanding temperatures much higher than those which can be tolerated by the conventional materials of the walls of the reactors and which is not suitable in conventional convection reactors, can be used to the first time in a device usable in practice and operating at extremely high temperature.

Un troisième mode de réalisation combine des caractéristiques des deux premiers. Ainsi, le tube du réacteur peut être en matière poreuse pratiquement transparente aux radiations. De telles matières sont le quartz poreux, le verre fritté poreux et le saphir poreux. Un fluide inerte pratiquement transparent aux radiations peut aussi être introduit dans la chambre en direction radiale vers l'intérieur à travers la paroi poreuse et non pas axialement sous forme laminaire comme décrit dans le premier mode de réalisation. Les radiations sont créées, recueillies et dirigées dans la chambre de réaction comme décrit pour le premier mode de réalisation. A third embodiment combines characteristics of the first two. Thus, the reactor tube can be made of porous material which is practically transparent to radiation. Such materials are porous quartz, porous sintered glass and porous sapphire. An inert fluid which is practically transparent to radiation can also be introduced into the chamber in the radial direction inwards through the porous wall and not axially in laminar form as described in the first embodiment. Radiation is created, collected and directed into the reaction chamber as described for the first embodiment.

Le troisième mode de réalisation donne la densité élevée de puissance du premier mode de réalisation et la circulation de fluide injecté radialement du second mode. Cependant, actuellement, le second mode de réalisation convient mieux aux applications industrielles à grande échelle car les radiations sont obtenues par chauffage électrique ordinaire dans une résistance. Le second mode de réalisation peut donc être facilement réalisé et entretenu. En outre, ce second mode de réalisation peut mettre en œuvre tous les procédés et toutes les réactions considérés par simple réglage du temps de séjour des réactifs dans la chambre, afin que la réduction de la densité de puissance soit compensée. The third embodiment gives the high power density of the first embodiment and the circulation of fluid injected radially from the second embodiment. However, currently, the second embodiment is better suited to large-scale industrial applications because the radiation is obtained by ordinary electric heating in a resistor. The second embodiment can therefore be easily produced and maintained. In addition, this second embodiment can implement all the methods and all the reactions considered by simple adjustment of the residence time of the reactants in the chamber, so that the reduction in power density is compensated.

Les réactions chimiques à température élevée réalisées selon l'invention nécessitent l'utilisation d'une gaine ou protection annulaire de fluide inerte sensiblement transparente aux radiations. La gaine ou enveloppe a une longueur axiale importante. Cette gaine annulaire peut être créée sensiblement parallèlement à l'axe, ou sensiblement perpendiculairement à son axe, vers l'intérieur de la surface circonférentielle externe. The high temperature chemical reactions carried out according to the invention require the use of an annular sheath or protection of inert fluid substantially transparent to radiation. The sheath or envelope has a significant axial length. This annular sheath can be created substantially parallel to the axis, or substantially perpendicular to its axis, towards the inside of the external circumferential surface.

Dans le premier cas, comme décrit dans le premier mode de réalisation de réacteur, le fluide de la gaine doit être maintenu sous forme d'un courant laminaire empêchant le mélange avec le courant de réactif. Ce critère impose certaines limites à la longueur axiale de la gaine étant donné l'écoulement laminaire, et l'intégrité de la protection ne peut pas être maintenue sur des longueurs indéfinies en aval, notamment lorsqu'une réaction particulièrement violente est prévue. Ainsi, un tel procédé de création de la gaine convient surtout aux applications de laboratoire et à petite échelle. In the first case, as described in the first embodiment of the reactor, the sheath fluid must be maintained in the form of a laminar stream preventing mixing with the reactant stream. This criterion imposes certain limits on the axial length of the sheath given the laminar flow, and the integrity of the protection cannot be maintained over indefinite lengths downstream, in particular when a particularly violent reaction is expected. Thus, such a sheath creation process is especially suitable for laboratory and small-scale applications.

Dans le dernier cas décrit précédemment, concernant le second, le troisième et le quatrième mode de réalisation, l'intégrité de la gaine ou protection fluide est indépendante de considérations d'écoulement et peut être maintenue sur une distance axiale bien supérieure à celle qu'on obtient dans le cas d'une protection laminaire injectée parallèlement à l'axe. Le critère essentiel est le maintien d'un courant de fluide inerte à une pression supérieure à celle du courant de réactif afin que les réactifs ne puissent pas traverser la protection fluide ou ne plus être confinés par la gaine. In the last case described above, concerning the second, third and fourth embodiment, the integrity of the sheath or fluid protection is independent of flow considerations and can be maintained over an axial distance much greater than that one obtains in the case of a laminar protection injected parallel to the axis. The essential criterion is the maintenance of an inert fluid stream at a pressure higher than that of the reagent stream so that the reagents cannot pass through the fluid protection or no longer be confined by the sheath.

Lorsque la gaine ou protection a été créée, un réactif au moins passe au centre" suivant un trajet prédéterminé qui coïncide pratiquement avec l'axe de la gaine. Celle-ci confine les réactifs à l'intérieur et hors du contact des surfaces de la chambre du réacteur. When the sheath or protection has been created, at least one reagent passes through the center "along a predetermined path which practically coincides with the axis of the sheath. This confines the reagents inside and out of contact with the surfaces of the reactor chamber.

Enfin, des radiations très intenses sont transmises au centre de la gaine et coïncident avec une partie au moins du trajet prédéterminé des réactifs. Ces radiations peuvent être dirigées en un point au moins du trajet des réactifs comme dans le premier ou le troisième mode de réalisation, ou sur une longueur finie de ce Finally, very intense radiation is transmitted to the center of the sheath and coincides with at least part of the predetermined path of the reagents. These radiations can be directed at at least one point on the path of the reagents as in the first or third embodiment, or over a finite length of this.

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trajet comme dans le second et le quatrième mode de réalisation. Dans tous les cas, une quantité suffisante de radiations est absorbée dans la partie centrale pour que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue. path as in the second and fourth embodiment. In all cases, a sufficient quantity of radiation is absorbed in the central part so that the temperature of the reactants reaches the value necessary to initiate the desired chemical reaction.

Lorsque les réactifs n'absorbent pas eux-mêmes les radiations, une matière auxiliaire absorbante peut être introduite le long du trajet des réactifs, avantageusement avant direction des radiations dans la partie centrale. La matière auxiliaire absorbe alors suffisamment de radiations pour que la température dans la partie centrale atteigne la valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue. Comme indiqué précédemment, When the reagents do not absorb the radiation themselves, an absorbent auxiliary material can be introduced along the path of the reagents, advantageously before direction of the radiation in the central part. The auxiliary material then absorbs enough radiation for the temperature in the central part to reach the value necessary to initiate the desired chemical reaction. As previously stated,

lorsque la réaction prévue est telle que les réactifs transparents créent au moins un produit absorbant les radiations, la matière auxiliaire peut être désactivée après déclenchement de la réaction. when the intended reaction is such that the transparent reagents create at least one radiation absorbing product, the auxiliary material can be deactivated after initiating the reaction.

Le procédé considéré peut comprendre de plus le refroidissement des produits réactionnels et des réactifs et/ou matières auxiliaires restant juste après la fin de la réaction voulue. Le but de cette opération est l'interruption de la réaction voulue et la suppression de toute réaction indésirable. Les produits, matières auxiliaires et réactifs restants peuvent être refroidis avantageusement et efficacement par transfert radiatif à une surface froide absorbant les radiations. The process under consideration may further comprise cooling the reaction products and the reagents and / or auxiliary materials remaining just after the end of the desired reaction. The purpose of this is to stop the desired reaction and suppress any unwanted reactions. The remaining products, auxiliaries and reagents can be advantageously and efficiently cooled by radiative transfer to a cold surface that absorbs radiation.

On considère maintenant la mise en œuvre des réacteurs à paroi protégée par un fluide. Les réacteurs selon l'invention peuvent être utilisés pour pratiquement toutes réactions chimiques à température élevée, qui souvent ont été considérées comme impossibles en pratique ou seulement théoriquement possibles. Le critère le plus important d'utilisation de tels réacteurs dans une réaction chimique particulière à température élevée est que la réaction doit être thermodynamiquement possible dans les conditions considérées. Lors de l'utilisation de ces réacteurs, les réactions chimiques considérées peuvent être réalisées à des températures pouvant atteindre environ 3315°C, par (1) création à l'intérieur du tube poreux du réacteur d'une gaine tubulaire en fluide inerte transparent pratiquement aux radiations et formant une protection de la surface interne du tube du réacteur, la gaine annulaire ayant une longueur axiale importante et sa partie interne délimitant une chambre réactionnelle, (2) circulation d'au moins un réactif (à l'état solide, liquide ou gazeux) dans la chambre de réaction suivant un trajet prédéterminé coïncidant pratiquement avec l'axe longitudinal de la gaine, les réactifs étant confinés dans la chambre de réaction, (3) direction de radiations très intenses dans la chambre réactionnelle afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet prédéterminé des réactifs, une quantité suffisante de radiations étant absorbée dans la chambre pour que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue. We now consider the implementation of reactors with a wall protected by a fluid. The reactors according to the invention can be used for practically all chemical reactions at high temperature, which often have been considered impossible in practice or only theoretically possible. The most important criterion for the use of such reactors in a particular chemical reaction at high temperature is that the reaction must be thermodynamically possible under the conditions considered. When using these reactors, the chemical reactions considered can be carried out at temperatures up to around 3315 ° C., by (1) creation inside the porous tube of the reactor of a tubular sheath made of practically transparent inert fluid to radiation and forming a protection of the internal surface of the reactor tube, the annular sheath having a significant axial length and its internal part delimiting a reaction chamber, (2) circulation of at least one reagent (in the solid, liquid state or gaseous) in the reaction chamber along a predetermined path substantially coinciding with the longitudinal axis of the sheath, the reagents being confined in the reaction chamber, (3) direction of very intense radiation in the reaction chamber so that they coincide with at least part of the predetermined path of the reactants, a sufficient quantity of radiation being absorbed in the chamber for the temperature of the reactants to reach l has the value necessary to initiate and maintain the desired chemical reaction.

Parmi les réactions qui peuvent être mises en œuvre dans les réacteurs décrits, on peut citer la dissociation des hydrocarbures et des matières hydrocarbonées tels que le charbon et diverses fractions de pétrole, en hydrogène et noir de carbone, le reformage à la vapeur du charbon, des fractions de pétrole, du schiste bitumineux, des sables asphaltiques, du lignite et d'autres charges carbonées ou hydrocarbonées sous forme de mélanges de gaz de synthèse, les procédés pouvant aussi comprendre l'utilisation éventuelle d'un ou plusieurs carbonates minéraux (tels que le calcaire ou la dolomie) ou oxydes minéraux qui réagissent chimiquement avec les impuretés contenant du soufre qui peuvent ainsi être retirées des mélanges formés de gaz de synthèse, la dissociation partielle des matières hydrocarbonées et des hydrocarbures en composés à poids moléculaire plus faible, la pyrolyse partielle des hydrocarbures saturés en hydrocarbures insaturés tels que l'éthylène, le propylène et l'acétylène, la conversion des déchets organiques tels que les boues des eaux usées ou les sous-produits contenant la lignine en gaz combustibles, la désulfura-tion totale ou partielle des charges hydrocarbonées contenant du soufre, la réduction des minerais ou des composés organiques à Among the reactions which can be carried out in the reactors described, mention may be made of the dissociation of hydrocarbons and hydrocarbon materials such as coal and various petroleum fractions, into hydrogen and carbon black, steam reforming of coal, petroleum fractions, oil shale, asphalt sands, lignite and other carbon or hydrocarbon feedstocks in the form of syngas mixtures, the processes may also include the possible use of one or more mineral carbonates (such as that limestone or dolomite) or mineral oxides which react chemically with sulfur-containing impurities which can thus be removed from mixtures formed of synthesis gas, the partial dissociation of hydrocarbon materials and hydrocarbons into compounds with lower molecular weight, partial pyrolysis of saturated hydrocarbons to unsaturated hydrocarbons such as ethylene, propylene and acetylene, the conversion of organic waste such as sludge from waste water or by-products containing lignin into combustible gases, the total or partial desulfurization of hydrocarbon charges containing sulfur, the reduction of ores or organic compounds to

une valence plus faible à l'aide d'hydrogène, de carbone, de gaz de synthèse ou d'un autre agent réducteur, et la réaction totale ou partielle d'un élément ou composé minéral avec une matière carbonée afin que le carbure minéral correspondant soit formé. a lower valence using hydrogen, carbon, synthesis gas or another reducing agent, and the total or partial reaction of an inorganic element or compound with a carbonaceous material so that the corresponding inorganic carbide be trained.

Le cas échéant, un ou plusieurs catalyseurs peuvent être ajoutés dans ces réactions chimiques à température élevée afin qu'ils accélèrent la réaction ou en changent le cours vers une séquence voulue. Lorsque le procédé met en œuvre des réactifs carbonés ou hydrocarbonés, l'addition d'un catalyseur convenable au système peut favoriser la formation de radicaux libres, d'ions carbonium ou de carbanions influençant le cours de la réaction. If necessary, one or more catalysts can be added to these chemical reactions at elevated temperature so that they accelerate the reaction or change the course thereof to a desired sequence. When the process uses carbon or hydrocarbon reactants, the addition of a suitable catalyst to the system can promote the formation of free radicals, carbonium ions or carbanions influencing the course of the reaction.

Evidemment, un seul jeu de conditions de fonctionnement n'est pas optimal ou convenable pour toutes les réactions qui peuvent être mises en œuvre dans le réacteur. Les conditions de fonctionnement telles que les températures, les pressions, les débits de charge, le temps de séjour dans le tube du réacteur et les vitesses de refroidissement peuvent varier en fonction de la réaction particulière mise en œuvre. Par exemple, parmi les paramètres qui ont une influence sur les produits de la pyrolyse d'un hydrocarbure, on peut citer la température de chauffage de l'hydrocarbure et le temps de maintien à cette température. On sait par exemple que le méthane doit être chauffé à 1232° C environ afin qu'il forme de l'acétylène. La formation d'éthylène à partir d'éthane commence à une température relativement basse, de l'ordre de 830° C. Dans un exemple de pyrolyse d'hydrocarbures, de l'acétylène, de l'éthylène, de l'hydrogène, du noir de carbone et des huiles d'hydrocarbures sont formés. Les temps de réaction de l'ordre d'une milliseconde rendent en général maximal le rendement en acétylène, puisque les réactions de durée supérieure à 1 ms favorisent en général la production de l'éthylène et d'autres produits au détriment de l'acétylène, alors que les temps de réaction inférieurs à une milliseconde réduisent en général le rendement en éthylène et en acétylène à la fois. Les températures très élevées dépassant par exemple 1650°C favorisent en général la production de noir de carbone et d'hydrogène au détriment de l'acétylène et de l'éthylène. Les temps de réaction dans les réacteurs de l'invention peuvent être réduits par raccourcissement du tube du réacteur et par augmentation du débit des réactifs introduits dans le tube. Pour des temps très courts de réaction, le mélange d'une matière auxiliaire absorbant les radiations telle que le noir de carbone avec les réactifs peut être avantageux afin que le couplage entre le courant de réactifs et les radiations provenant de la paroi du tube soit favorisé et facilite ainsi le chauffage rapide des réactifs. Obviously, a single set of operating conditions is not optimal or suitable for all the reactions which can be carried out in the reactor. Operating conditions such as temperatures, pressures, charge rates, residence time in the reactor tube and cooling rates may vary depending on the particular reaction carried out. For example, among the parameters which have an influence on the products of the pyrolysis of a hydrocarbon, mention may be made of the temperature of heating of the hydrocarbon and the time of maintenance at this temperature. We know, for example, that methane must be heated to around 1232 ° C so that it forms acetylene. The formation of ethylene from ethane begins at a relatively low temperature, of the order of 830 ° C. In an example of pyrolysis of hydrocarbons, acetylene, ethylene, hydrogen, carbon black and hydrocarbon oils are formed. Reaction times of the order of a millisecond generally make the yield of acetylene maximum, since reactions of duration greater than 1 ms generally favor the production of ethylene and other products to the detriment of acetylene , while reaction times of less than one millisecond generally reduce the yield of ethylene and acetylene at the same time. Very high temperatures exceeding, for example, 1650 ° C. generally favor the production of carbon black and hydrogen to the detriment of acetylene and ethylene. The reaction times in the reactors of the invention can be reduced by shortening the reactor tube and by increasing the flow rate of the reactants introduced into the tube. For very short reaction times, the mixing of an auxiliary radiation absorbing material such as carbon black with the reagents may be advantageous so that the coupling between the stream of reagents and the radiation coming from the wall of the tube is favored. and thus facilitates rapid heating of the reagents.

Pour la mise en œuvre de diverses réactions chimiques à température élevée, le réacteur à température élevée et à paroi protégée par un fluide, représenté sur les fig. 2A à 6, est utilisé pour la mise en œuvre de la réaction particulière. Le tube 61 du réacteur est un tube en graphite poreux de 91,4 cm de longueur, ayant un diamètre interne de 7,6 cm et un diamètre externe de 10,2 cm, le rayon moyen des pores étant de 20 ja.. Le tube poreux est logé dans un récipient 70 sous pression en acier de 25,4 cm de diamètre. Le tube 61 est chauffé par des électrodes 100a à lOOf de carbone placées dans la chambre 85. Le blindage thermique 120, lui aussi placé dans la chambre 85, est en molybdène. Un collier 125 refroidi par de l'eau est placé près de l'extrémité de sortie du tube 61 et refroidit les produits réactionnels formés par couplage radiatif. Après mise en œuvre continue pendant un temps variable, on inspecte le tube 61 pour déterminer la présence d'une accumulation de noir de carbone ou analogue. On n'en découvre jamais. For carrying out various chemical reactions at high temperature, the high temperature reactor with a wall protected by a fluid, shown in FIGS. 2A to 6, is used for the implementation of the particular reaction. The tube 61 of the reactor is a porous graphite tube 91.4 cm long, having an internal diameter of 7.6 cm and an external diameter of 10.2 cm, the mean radius of the pores being 20 µm. porous tube is housed in a pressure vessel 70 in steel 25.4 cm in diameter. The tube 61 is heated by electrodes 100a at lOOf of carbon placed in the chamber 85. The thermal shielding 120, also placed in the chamber 85, is made of molybdenum. A collar 125 cooled by water is placed near the outlet end of the tube 61 and cools the reaction products formed by radiative coupling. After continuous processing for a variable time, the tube 61 is inspected to determine the presence of an accumulation of carbon black or the like. We never find out.

Contrairement aux réacteurs classiques à convection, le procédé décrit met en œuvre le couplage radiatif pour le transfert de chaleur au courant des réactifs. La quantité de chaleur transférée est indépendante du contact physique entre la paroi du réacteur et le courant des réactifs et du mélange turbulent dans le courant. La considération essentielle pour le transfert de chaleur dans l'appareil de l'invention est le coefficient d'absorption des radiations a Unlike conventional convection reactors, the process described uses radiative coupling for the transfer of heat to the current of the reactants. The amount of heat transferred is independent of the physical contact between the reactor wall and the flow of reactants and the turbulent mixture in the flow. The essential consideration for heat transfer in the apparatus of the invention is the coefficient of absorption of radiation a

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par les réactifs. Le fluide inerte de protection de la paroi du réacteur est avantageusement pratiquement transparent aux radiations si bien qu'il a un coefficient a très faible. De cette manière, les radiations peuvent être transférées à travers le fluide inerte au courant des réactifs avec des pertes d'énergie faibles ou nulles. Dans un cas idéal, les réactifs eux-mêmes ou une matière absorbante associée présentent un coefficient a élevé et absorbent donc de grandes quantités d'énergie, ou les réactifs peuvent être finement divisés (par exemple dans un brouillard) afin que les radiations soient absorbées par piégeage entre les particules. Comme les matières qui absorbent bien les radiations sont en général de bons émetteurs de radiations, lorsque les réactifs ou les matières absorbantes associées sont portés à une température suffisamment élevée, ils forment des radiateurs secondaires qui réémettent l'énergie dans tout le volume réactionnel et accroissent donc les caractéristiques de transfert de chaleur de l'installation. Ce phénomène se présente presque instantanément et peut être réglé de façon précise et rapide. En outre, le phénomène de réémission assurant un chauffage rapide et uniforme des réactifs est totalement indépendant du mélange turbulent dans le courant des réactifs. by reagents. The inert fluid for protecting the wall of the reactor is advantageously practically transparent to radiation, so that it has a very low coefficient. In this way, the radiation can be transferred through the inert fluid to the current of the reactants with little or no energy loss. In an ideal case, the reagents themselves or an associated absorbent material have a high coefficient a and therefore absorb large amounts of energy, or the reagents can be finely divided (for example in a fog) so that the radiation is absorbed by trapping between the particles. As the materials which absorb radiation well are generally good emitters of radiation, when the reagents or the associated absorbent materials are brought to a sufficiently high temperature, they form secondary radiators which re-emit energy throughout the reaction volume and increase therefore the heat transfer characteristics of the installation. This phenomenon occurs almost instantly and can be quickly and precisely resolved. In addition, the re-emission phenomenon ensuring rapid and uniform heating of the reactants is completely independent of the turbulent mixture in the current of the reactants.

L'appareil et le procédé chimique à température élevée permettent la résolution de problèmes extrêmement gênants et ainsi la mise en œuvre de réactions qui jusqu'à présent étaient impossibles ou possibles uniquement en théorie. Comme la chaleur est transmise par couplage radiatif et non pas par convection et/ou conduction, la température du courant des réactifs peut être indépendante à la fois de la température de la paroi et de la condition du courant des réactifs, et le problème important posé par la résistance mécanique des matériaux est résolu. The apparatus and the chemical process at high temperature allow the resolution of extremely troublesome problems and thus the implementation of reactions which until now were impossible or possible only in theory. As the heat is transmitted by radiative coupling and not by convection and / or conduction, the temperature of the current of the reactants can be independent both of the temperature of the wall and of the condition of the current of the reactants, and the important problem posed by the mechanical strength of the materials is resolved.

L'utilisation d'un fluide inerte protecteur rendue possible essentiellement par le couplage radiatif isole la paroi du réacteur du courant des réactifs et rend impossibles dans les conditions normales de fonctionnement l'accumulation de précipités ou de dépôts et le bouchage de l'appareil. The use of an inert protective fluid made possible essentially by radiative coupling isolates the wall of the reactor from the flow of reagents and makes impossible under normal operating conditions the accumulation of precipitates or deposits and the plugging of the device.

L'utilisation du couplage radiatif permet de plus le réglage précis et presque instantané du débit de transfert de chaleur, ce réglage étant pratiquement impossible dans le cas des réacteurs classiques à convection. En outre, le réacteur de l'invention peut donner une densité de puissance, au site réactionnel, dépassant 10000 W/cm2. Ce chiffre représente une grande amélioration par rapport à la valeur de 2 à 3 W/cm2 habituellement obtenue avec les réacteurs classiques. The use of radiative coupling also allows precise and almost instantaneous adjustment of the heat transfer rate, this adjustment being practically impossible in the case of conventional convection reactors. In addition, the reactor of the invention can give a power density, at the reaction site, exceeding 10,000 W / cm2. This figure represents a great improvement compared to the value of 2 to 3 W / cm2 usually obtained with conventional reactors.

Les réactions qui peuvent être mises en œuvre suivant le procédé de l'invention, dans le réacteur de l'invention, sont nombreuses et variées. Par exemple, des composés organiques tels que les hydrocarbures notamment, peuvent être pyrolysés sous forme de carbone et d'hydrogène sans les problèmes d'accumulation et d'emballement thermique posés de façon classique. Les hydrocarbures saturés peuvent être pyrolysés partiellement sous forme d'hydrocarbures insaturés; ainsi, le propane et l'éthane peuvent être déshydrogénés en propylène et en éthylène respectivement. Les hydrocarbures insaturés peuvent être pyrolysés partiellement en l'absence d'hydrogène et forment des hydrocarbures saturés et plus précisément, des produits du pétrole peuvent être craqués thermiquement. Ainsi, du gasoil peut être facilement transformé en carburant diesel, en kérosène, en essence et même en méthane. Des intermédiaires halogénés peuvent être ajoutés aux hydrocarbures partiellement pyrolysés afin que les composés formés aient un poids moléculaire accru. Des hydrocarbures peuvent être pyrolysés partiellement ou totalement en présence de vapeur d'eau et forment de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène; une quantité supplémentaire d'hydrogène peut être ajoutée et la réaction peut être mise en œuvre afin qu'elle forme des alcanes qui sont des gaz combustibles à pouvoir calorifique élevé. The reactions which can be carried out according to the process of the invention, in the reactor of the invention, are numerous and varied. For example, organic compounds such as hydrocarbons in particular, can be pyrolyzed in the form of carbon and hydrogen without the problems of accumulation and thermal runaway posed in a conventional manner. Saturated hydrocarbons can be partially pyrolyzed as unsaturated hydrocarbons; thus, propane and ethane can be dehydrogenated to propylene and ethylene respectively. Unsaturated hydrocarbons can be partially pyrolyzed in the absence of hydrogen and form saturated hydrocarbons and more specifically, petroleum products can be thermally cracked. Diesel can therefore be easily transformed into diesel fuel, kerosene, petrol and even methane. Halogenated intermediates can be added to partially pyrolyzed hydrocarbons so that the compounds formed have an increased molecular weight. Hydrocarbons can be partially or totally pyrolyzed in the presence of water vapor and form carbon monoxide and hydrogen; additional hydrogen can be added and the reaction can be carried out to form alkanes which are high calorific fuel gases.

On peut pyrolyser de manière analogue des composés minéraux. Par exemple, des sels ou des oxydes de fer, de mercure, d'argent, de tungstène et de tantale notamment peuvent être dissociés et donnent des métaux purs. Des oxydes de fer, de nickel, de cobalt, de cuivre et d'argent, pour n'en citer qu'un petit nombre, peuvent être directement réduits en présence d'hydrogène avec le même résultat. Cette liste n'est nullement exhaustive. Mineral compounds can be pyrolyzed analogously. For example, salts or oxides of iron, mercury, silver, tungsten and tantalum in particular can be dissociated and give pure metals. Oxides of iron, nickel, cobalt, copper and silver, to name a few, can be directly reduced in the presence of hydrogen with the same result. This list is by no means exhaustive.

On peut aussi préparer de nouveaux produits composites par mise en œuvre du procédé de l'invention. Par exemple, on peut réaliser des particules de carbone ou de talc revêtues de carbure de silicium. Ce produit est un excellent abrasif, car, lors de l'utilisation, il se brise constamment et forme de nouvelles surfaces aiguës. Les particules de certains éléments tels que U235 peuvent aussi être enrobées dans une enveloppe étanche en une autre matière telle que le carbone; ce produit particulier est utile comme élément combustible de réacteur nucléaire. It is also possible to prepare new composite products by implementing the process of the invention. For example, carbon or talc particles coated with silicon carbide can be produced. This product is an excellent abrasive because, during use, it constantly breaks and forms new sharp surfaces. The particles of certain elements such as U235 can also be coated in a sealed envelope in another material such as carbon; this particular product is useful as a fuel element in a nuclear reactor.

On peut aussi effectuer l'étape terminale de l'incinération aérobie classique des ordures, notamment des ordures ménagères et des eaux usées. Les températures relativement faibles utilisées au cours des procédés courants d'incinération permettent la formation de peroxydes organiques et d'oxydes d'azote qui contribuent beaucoup au brouillard photochimique et à d'autres formes de pollution atmosphérique. Comme ces composés ne .sont pas stables aux températures élevées de traitement permises selon l'invention, l'effluent d'incinération obtenu peut être très peu pollué. It is also possible to carry out the final stage of conventional aerobic incineration of garbage, in particular household garbage and waste water. The relatively low temperatures used in common incineration processes allow the formation of organic peroxides and nitrogen oxides which contribute greatly to photochemical fog and other forms of air pollution. As these compounds are not stable at the high treatment temperatures permitted according to the invention, the incineration effluent obtained can be very little polluted.

En outre, on peut également effectuer la distillation destructrice anaérobie à température élevée et/ou la désassociation des déchets avec formation de produits utiles tels que du noir de carbone, du charbon actif, de l'hydrogène et du calcin, entre autres. L'addition de vapeur d'eau à ces déchets provoque la création d'hydrogène et d'oxyde de carbone qui peuvent être traités sous forme classique et donnent des gaz combustibles. In addition, anaerobic destructive distillation can also be carried out at high temperature and / or the disassociation of waste with the formation of useful products such as carbon black, activated carbon, hydrogen and cullet, among others. The addition of water vapor to this waste causes the creation of hydrogen and carbon monoxide which can be treated in conventional form and give combustible gases.

Enfin, l'addition d'hydrogène à ces déchets permet la préparation d'huiles lourdes équivalentes à celles du pétrole et d'autres produits du pétrole. Ainsi, des réductions importantes de la pollution atmosphérique et des gains économiques importants peuvent être réalisés par mise en œuvre de l'invention. Finally, the addition of hydrogen to this waste allows the preparation of heavy oils equivalent to those of petroleum and other petroleum products. Thus, significant reductions in air pollution and significant economic gains can be made by implementing the invention.

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3 feuilles dessins 3 sheets of drawings

Claims (28)

622964 622964 2 2 REVENDICATIONS 1. Procédé pour faire démarrer ou pour entretenir une réaction chimique s'effectuant à chaud, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: 1. A process for starting or for maintaining a chemical reaction taking place hot, characterized in that it comprises the following steps: 1) entretenir une gaine annulaire de fluide inerte sensiblement transparent aux radiations, la gaine ayant une longueur axiale supérieure à sa dimension transversale, l'intérieur de la gaine délimitant une chambre de réaction, 1) maintain an annular sheath of inert fluid substantially transparent to radiation, the sheath having an axial length greater than its transverse dimension, the inside of the sheath defining a reaction chamber, 2) faire passer au moins un réactif dans la chambre de réaction le long d'un trajet coïncidant sensiblement avec l'axe longitudinal de la gaine, les réactifs étant confinés dans la chambre de réaction, 2) passing at least one reagent into the reaction chamber along a path substantially coinciding with the longitudinal axis of the sheath, the reagents being confined in the reaction chamber, 3) produire des radiations électromagnétiques en un lieu à l'extérieur de la chambre de réaction, et 3) produce electromagnetic radiation at a location outside the reaction chamber, and 4) recueillir et focaliser les radiations en les dirigeant dans la chambre de réaction afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet déterminé des réactifs, une quantité suffisante de radiations étant absorbée dans la chambre de réaction pour que la température des réactifs atteigne la valeur nécessaire au déclenchement et à l'entretien de la réaction chimique voulue. 4) collect and focus the radiation by directing it into the reaction chamber so that it coincides with at least part of the determined path of the reactants, a sufficient quantity of radiation being absorbed in the reaction chamber for the temperature of the reactants to reach the value required to initiate and maintain the desired chemical reaction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, 2. Method according to claim 1, characterized in that, pour entretenir la gaine annulaire de fluide inerte, on envoie le fluide à travers un diffuseur et on le fait passer axialement en écoulement sensiblement laminaire à l'intérieur d'un tube de réaction pratiquement transparent possédant une paroi interne délimitant la chambre de réaction, en ce que pour faire passer au moins un réactif dans la chambre de réaction on introduit le réactif par une extrémité d'entrée du tube et on le dirige dans ce tube suivant un trajet axial par rapport au tube, en ce qu'on produit les radiations à l'aide d'une source d'énergie radiante, en ce qu'on recueille et focalise les radiations en les dirigeant dans la chambre de réaction par une réflexion, et en ce qu'on fait passer un fluide de refroidissement pratiquement transparent aux radiations dans un passage annulaire ménagé entre la paroi interne et une paroi externe concentrique appartenant au tube de réaction. to maintain the annular sheath of inert fluid, the fluid is sent through a diffuser and it is passed axially in substantially laminar flow inside a practically transparent reaction tube having an internal wall delimiting the reaction chamber, in order to pass at least one reagent into the reaction chamber, the reagent is introduced through an inlet end of the tube and is directed into this tube along an axial path relative to the tube, in that the radiation is produced by means of a radiant energy source, in that the radiation is collected and focused by directing it into the reaction chamber by a reflection, and in that a practically transparent coolant is passed to the radiation in an annular passage formed between the internal wall and a concentric external wall belonging to the reaction tube. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, 3. Method according to claim 1, characterized in that, pour entretenir la gaine annulaire de fluide inerte, on dirige le fluide continuellement de l'extérieur vers la surface interne de la gaine perpendiculairement à l'axe de la gaine. to maintain the annular sheath of inert fluid, the fluid is continuously directed from the outside to the internal surface of the sheath perpendicular to the axis of the sheath. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une matière auxiliaire absorbant les radiations est introduite le long du trajet des réactifs, une quantité suffisante de radiations étant absorbée par la matière auxiliaire pour que la température au centre atteigne la valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue. 4. Method according to claim 1 or 2, characterized in that an auxiliary material absorbing the radiations is introduced along the path of the reagents, a sufficient quantity of radiations being absorbed by the auxiliary material so that the temperature at the center reaches the value necessary to initiate the desired chemical reaction. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière auxiliaire d'absorption des radiations est désactivée après déclenchement de la réaction voulue. 5. Method according to claim 4, characterized in that the auxiliary radiation absorption material is deactivated after triggering of the desired reaction. 6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les radiations sont dirigées sur une longueur déterminée du trajet des réactifs. 6. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the radiation is directed over a determined length of the path of the reagents. 7. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend le refroidissement des produits de la réaction et des réactifs restants juste après la sortie des réactifs du tube de réacteur, afin que la réaction chimique voulue soit terminée et qu'une réaction chimique indésirable ne soit pas possible. 7. Method according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises the cooling of the reaction products and of the remaining reactants just after the exit of the reactants from the reactor tube, so that the desired chemical reaction is completed and that an undesirable chemical reaction is not possible. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les produits de la réaction et les réactifs restants sont refroidis par transfert radiatif à une surface froide absorbant les radiations. 8. Method according to claim 7, characterized in that the reaction products and the remaining reagents are cooled by radiative transfer to a cold surface absorbing radiation. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'introduction d'une matière auxiliaire absorbant les radiations le long du trajet des réactifs avant introduction de ceux-ci dans le tube du réacteur, la matière auxiliaire absorbante étant refroidie juste après. 9. The method of claim 7, characterized in that it further comprises the introduction of an auxiliary material absorbing radiation along the path of the reagents before introduction of these into the reactor tube, the auxiliary absorbent material being cooled right after. 10. Réacteur pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, dans lequel pratiquement toute la chaleur est transmise par couplage radiatif, caractérisé en ce qu'il comprend: 10. Reactor for implementing the method according to claim 1, in which practically all the heat is transmitted by radiative coupling, characterized in that it comprises: a) un tube de réaction ayant une extrémité d'entrée et une extrémité de sortie et dont l'intérieur délimite une chambre de réaction, le tube étant en une matière sensiblement transparente aux radiations, a) a reaction tube having an inlet end and an outlet end and the interior of which delimits a reaction chamber, the tube being of a material substantially transparent to radiation, b) un dispositif d'introduction d'au moins un réactif dans la chambre de réaction par l'extrémité d'entrée du tube, le réactif étant dirigé suivant un trajet déterminé axialement par rapport à la chambre de réaction et étant délimité par la gaine protectrice de fluide inerte pratiquement au centre de la chambre de réaction et hors du contact de la paroi interne du tube, b) a device for introducing at least one reagent into the reaction chamber through the inlet end of the tube, the reagent being directed along a path determined axially relative to the reaction chamber and being delimited by the sheath protective of inert fluid practically in the center of the reaction chamber and out of contact with the internal wall of the tube, c) une source de radiations disposée dans un réflecteur placé à l'extérieur du tube de réaction, les radiations étant collectées et focalisées par le réflecteur puis dirigées dans la chambre de réaction, afin qu'elles coïncident avec une partie au moins du trajet déterminé du réactif, et d) des moyens pour maintenir la gaine annulaire de fluide inerte transparent aux radiations, lesdits moyens consistant soit en un diffuseur placé près de l'extrémité d'entrée du tube et destiné à admettre le fluide inerte sous pression, afin que le fluide ait ensuite un écoulement sensiblement laminaire suivant l'axe du tube de réaction, ce dernier étant à double paroi, délimitant un canal annulaire pour le passage d'un fluide de refroidissement sensiblement transparent aux radiations à l'extérieur de la chambre de réaction, soit en un dispositif pour amener le fluide inerte sous pression autour du tube de réaction afin qu'il traverse la paroi du tube, ce dernier étant poreux. c) a source of radiation placed in a reflector placed outside the reaction tube, the radiation being collected and focused by the reflector then directed into the reaction chamber, so that they coincide with at least part of the determined path of the reagent, and d) means for maintaining the annular sheath of inert fluid transparent to radiation, said means consisting either of a diffuser placed near the inlet end of the tube and intended to admit the inert fluid under pressure, so that the fluid then has a substantially laminar flow along the axis of the reaction tube, the latter being double-walled, delimiting an annular channel for the passage of a cooling fluid substantially transparent to radiation outside the reaction chamber , or in a device for bringing the inert fluid under pressure around the reaction tube so that it crosses the wall of the tube, the latter being porous. 11. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un dispositif destiné à introduire une matière auxiliaire d'absorption des radiations dans la chambre du réacteur, en coïncidence avec un point au moins du trajet des réactifs. 11. Reactor according to claim 10, characterized in that it further comprises a device intended to introduce an auxiliary material for absorbing radiation into the reactor chamber, coincident with at least one point in the path of the reactants. 12. Réacteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matière auxiliaire est un liquide. 12. Reactor according to claim 11, characterized in that the auxiliary material is a liquid. 13. Réacteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matière auxiliaire est un gaz qui absorbe les radiations du spectre électromagnétique entre 100 n et 0,01 |i. 13. Reactor according to claim 11, characterized in that the auxiliary material is a gas which absorbs radiation of the electromagnetic spectrum between 100 n and 0.01 | i. 14. Réacteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matière auxiliaire est de la poudre de carbone finement divisée introduite par l'extrémité d'entrée du tube du réacteur suivant un trajet qui coïncide avec le trajet des réactifs. 14. Reactor according to claim 11, characterized in that the auxiliary material is finely divided carbon powder introduced by the inlet end of the reactor tube along a path which coincides with the path of the reactants. 15. Réacteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que la matière auxiliaire est un élément solide, de préférence en carbone, placé dans la chambre du réacteur le long d'une partie au moins du trajet des réactifs. 15. Reactor according to claim 11, characterized in that the auxiliary material is a solid element, preferably carbon, placed in the reactor chamber along at least part of the path of the reactants. 16. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un dispositif placé dans la chambre de réaction en coïncidence avec une partie au moins du trajet des réactifs et destiné à élever la température de ceux-ci à une valeur nécessaire au déclenchement de la réaction chimique voulue. 16. Reactor according to claim 10, characterized in that it further comprises a device placed in the reaction chamber in coincidence with at least part of the path of the reactants and intended to raise the temperature of the latter to a necessary value upon initiation of the desired chemical reaction. 17. Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif destiné à élever la température des réactifs comprend un élément chauffé électriquement. 17. Reactor according to claim 16, characterized in that the device intended to raise the temperature of the reactants comprises an electrically heated element. 18. Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif destiné à élever la température des réactifs comprend un arc électrique. 18. Reactor according to claim 16, characterized in that the device intended to raise the temperature of the reactants comprises an electric arc. 19. Réacteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que le dispositif destiné à élever la température des réactifs comprend une flamme. 19. Reactor according to claim 16, characterized in that the device intended to raise the temperature of the reactants comprises a flame. 20. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un dispositif de refroidissement des produits de la réaction, placé près de l'extrémité de sortie du tube du réacteur. 20. Reactor according to claim 10, characterized in that it further comprises a device for cooling the reaction products, placed near the outlet end of the reactor tube. 21. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tube du réacteur est en verre, en quartz, en alumine frittée à chaud ou en oxyde d'yttrium fritté à chaud. 21. Reactor according to claim 10, characterized in that the reactor tube is made of glass, quartz, hot sintered alumina or hot sintered yttrium oxide. 22. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tube du réacteur est en polymère organique. 22. Reactor according to claim 10, characterized in that the reactor tube is made of organic polymer. 23. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tube du réacteur est en un sel minéral. 23. Reactor according to claim 10, characterized in that the reactor tube is made of a mineral salt. s s 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 40 45 45 50 50 55 55 60 60 65 65 3 3 622 964 622,964 24. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le fluide est un gaz. 24. Reactor according to claim 10, characterized in that the fluid is a gas. 25. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que le fluide est de l'eau liquide ou gazeuse, de l'eau lourde, de l'azote, de l'air ou de l'oxygène. 25. Reactor according to claim 10, characterized in that the fluid is liquid or gaseous water, heavy water, nitrogen, air or oxygen. 26. Réacteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la source des radiations est un arc à plasma, un filament chauffé ou une flamme ensemencée. 26. Reactor according to claim 10, characterized in that the source of the radiation is a plasma arc, a heated filament or a seeded flame. 27. Application du procédé selon la revendication 1 à la dissociation de matières hydrocarbonées en hydrogène et noir de carbone. 27. Application of the method according to claim 1 to the dissociation of hydrocarbon materials into hydrogen and carbon black. 28. Application selon la revendication 27, caractérisée en ce que les matières hydrocarbonées sont des hydrocarbures. 28. Application according to claim 27, characterized in that the hydrocarbon materials are hydrocarbons.
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