L'AIRLI (2UIDE SOCIETE ANONYtIE POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION
DES PROCEDES GEORGES CLAUDE, Paris (France).
L'objet de l'invention est un appareil pour la réalisation de synthèses chimiques exothermiques, s'accomplissant sous haute pression et à température élevée, dans lequel les gaz devant réagir sont chaudes par les gaz ayant réagi, par leur passage dans un serpentin échangeur de température, puis dans un tube central traversant une matière catalysante, et dans lequel la paroi supportant la pression est isolée thermiquement de la chambre de catalyse par un espace contenant au moins un corps liquide à la température de réaction ; dans cet appareil cet espace est en outre garni d'au moins un organe solide à mauvaise conductibilité thermique et le serpentin ainsi que le tube central qui lui fait suites, sont utilisés pour le passage du courant électrique nécessaire au chauffage de l'appareil.
On sait que, dans les enceintes où se réalisent des réactions à haute température et sous forte pression, notamment dans celles destinées à la synthèse de l'ammoniac, il est de la plus grande importance que la paroi qui doit resister a la pression, ne soit soumise qu'à une température assez basse pour qu'elle conserve la résistance mécanique nécessaire et qu'elle résiste en mme temps à l'action nuisible des gaz avant ou après réaction. Ceci est particulièrement important quand on opère sous les très hautes pressions de l'ordre de 400 à 2000 atmosphères, qui ont été denommées hyperpressions.
Pour le but défini ci-dessus, on a déjà indiqué l'emploi d'une paroi à mauvaise con ductibilité calorin. que, constituée par une masse liquide à la température de réaction et contenant des corps solides à l'état de poudre ou de grains destinés à immobiliser le liquide.
Dans l'appareil suivant la présente inven tion, pour immobiliser la masse de la paroi isolante, on emploie au moins un corps solide, mauvais conducteur thermique, non plus a l'état de grains ou de poudre comme il est dit ci-dessus, mais par exemple sous forme d'au moins un tube ou d'anneaux superposés qui s'opposent également d'une manière effi- cace aux mouvements du liquide et des gaz ; ces anneaux peuvent former un ou plusieurs empilages concentriques baignes par le corps liquide en question.
De plus, dans le présent appareil, on emploie pour amener le mélange des gaz sur la matière catalysante, un tube place au centre de l'appareil et traversant la matière catalysante ; les gaz à réagir qui arrivent s'échauffent ainsi progressivement au contact des gaz chauds qui viennent de réagir. Suivant la présente invention, ce tube central sert en mme temps pour amener le courant électrique de chauffage necessaire à l'amorçage ou au maintien de la réaction.
Le dessin ci-annexe représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dit appareil.
La réaction s'effectue dans un tube en acier T, supposé vertical ; ce tube est séparé de l'enveloppe intériellre T1 par Ull espaee calorifiquement isolant constitué par un empilage d'anneaux A en matière thermiquement isolante immergés dans un corps fondu, stable et peu volatil, B ; dans le cas de la synthèse de l'ammoniaque, ce corps sera par exemple un mélange de potasse et de soude caustique et les anneaux pourront tre en oxyde de fer magnétique. L'extrémité supérieure de T1 est libre pour permettre le jeu des dilatations, l'autre extrémité, terminée par la rondelle R, forme joint étanche. Le tube T'contient à son intérieur la matière catalysante C.
Les gaz comprimés devant réagir arrivent à l'appareil par B'qui se prolonge dans l'appareil par le serpentin échangeur S, puis par le tube central t et passent ensuite par l'ori- fice 0 pour traverser la matière catalysante. se combiner à son contact et sortir de l'appa- reil par F après avoir cédé leur chaleur aux gaz arrivant. Le tube central est disposé pour servir comme résistance électrique de chauffage, grâce à la prise de courantPpassant à travers le joint isolant J. L'autre pôle est la masse, ce qui n'a aucun inconvénient en raison de la faiblesse du voltage nécessaire, laquelle facilite en mme temps beaucoup les conditions d'isolement du joint électrique.
Pour éviter que la majeure partie de la chaleur due au passage du courant électrique ne se dégage dans la partie en serpentin', les spires de celui-ci peuvent tre constituées par un métal meilleur conducteur et plus épais que le reste du tube, ou bien tre courtcirouitées par une tige métallique soudée, ce qui toutefois a l'inconvénient d'enlever la légère flexibilité du serpentin nécessaire pour la dilatation et contraction du tube.
En outre, le tube central est muni de piquants, rappor- tés par exemple par soudure, qui lui per- mettent de remplir le rôle de tige barbelée pour qu'on puisse introduire sans tassement la matière catalysante et soutenir celle-ci sans qu'elle coulisse ; la matière catalysante peut aussi tre supportée par exemple par de l'amiante. Des disques minces D. par exemple en faïence ou en porcelaine, entilés de distance en distance avant la pose des piquants, empchent tout court-circuit.
Dans l'application de 1'appareil ci-dessus, par exemple à la synthèse de l'ammoniaque sous hyperpression, l'atmosphère gazeuse extremement comprimée qui remplit le tube. permet d'employer un courant électrique particu- lièrement dense : grâce à ce fait et à l'inten- sité du courant de gaz qui circule dans le tube central t, on peut dépenser dans celui-ci, malgré sa faible section, une puissance con siderable, egale ou supérieure à la puissance calorifique qui sera développée par la réaction. par exemple trois kilowatts par mètre pour un tube de 12 m/m de diamètre.
Le débit calorifique vers l'extérieur a donc dès le début sa pleine valeur, ainsi par conséquent que la chute de température à travers la couche thermiquement protectrice.
L'emploi de ce dispositif présente aussi l'avantage que lorsque la paroi isolante comporte un corps fondu solide à la température ordinaire, une chaleur intense étant dégagée dès le début d'un bout à l'autre du tube, une pellicule liquide peut se former des le début, d'un bout à l'autre de la paroi protectrice et empcher des pressions locales de se développer dans cette couche, au risque de provoquer l'écrasement du tube T1. comme cela pourrait tre le cas avec une paroi qui resterait solide sur presque toute sa longeur.
AIRLI (2 LIMITED COMPANY GUIDE FOR THE STUDY AND OPERATION
DES PROCEDES GEORGES CLAUDE, Paris (France).
The object of the invention is an apparatus for carrying out exothermic chemical syntheses, taking place under high pressure and at high temperature, in which the gases to be reacted are hot by the gases having reacted, by their passage through an exchanger coil. temperature, then in a central tube passing through a catalyst material, and in which the wall supporting the pressure is thermally insulated from the catalysis chamber by a space containing at least one liquid body at the reaction temperature; in this device, this space is further furnished with at least one solid member with poor thermal conductivity and the coil as well as the central tube which follows it, are used for the passage of the electric current necessary for heating the device.
We know that, in enclosures where reactions are carried out at high temperature and under high pressure, in particular in those intended for the synthesis of ammonia, it is of the greatest importance that the wall which must withstand the pressure, not be subjected only to a temperature low enough for it to retain the necessary mechanical strength and for it to resist at the same time the harmful action of the gases before or after reaction. This is particularly important when operating at very high pressures of the order of 400 to 2000 atmospheres, which have been referred to as hyperpressures.
For the purpose defined above, the use of a wall with poor heat conductivity has already been indicated. that, constituted by a liquid mass at the reaction temperature and containing solid bodies in the form of powder or of grains intended to immobilize the liquid.
In the device according to the present invention, in order to immobilize the mass of the insulating wall, at least one solid body is used, which is a poor thermal conductor, no longer in the state of grains or powder as mentioned above, but for example in the form of at least one tube or superimposed rings which also effectively oppose the movements of liquid and gases; these rings can form one or more concentric stacks bathed in the liquid body in question.
In addition, in the present apparatus, to bring the mixture of gases to the catalyst material, a tube placed in the center of the apparatus and passing through the catalyst material is employed; the gases to be reacted which arrive thus gradually heat up on contact with the hot gases which have just reacted. According to the present invention, this central tube serves at the same time to supply the electric heating current necessary for initiating or maintaining the reaction.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of said device.
The reaction is carried out in a steel tube T, assumed to be vertical; this tube is separated from the inner envelope T1 by a calorically insulating Ull espaee consisting of a stack of rings A of thermally insulating material immersed in a molten body, stable and not very volatile, B; in the case of the synthesis of ammonia, this body will for example be a mixture of potash and caustic soda and the rings may be made of magnetic iron oxide. The upper end of T1 is free to allow expansion play, the other end, terminated by the washer R, in the form of a tight seal. The tube T 'contains inside the catalyzing material C.
The compressed gases to be reacted arrive at the apparatus through B 'which is extended into the apparatus through the exchanger coil S, then through the central tube t and then pass through the orifice 0 to pass through the catalyst material. combine on contact with it and exit the appliance through F after giving up their heat to the incoming gases. The central tube is arranged to serve as an electrical resistance of heating, thanks to the current outlet P passing through the insulating joint J. The other pole is the mass, which has no inconvenience due to the low voltage required, which at the same time greatly facilitates the conditions of insulation of the electrical seal.
To prevent the major part of the heat due to the passage of the electric current from being released in the serpentine part, the turns of the latter can be formed by a better conductive metal and thicker than the rest of the tube, or else be shortened by a welded metal rod, which however has the disadvantage of removing the slight flexibility of the coil necessary for the expansion and contraction of the tube.
In addition, the central tube is provided with prongs, attached for example by welding, which allow it to fulfill the role of barbed rod so that the catalyst material can be introduced without settling and it can be supported without causing any damage. it slides; the catalyzing material can also be supported, for example, by asbestos. Thin discs D. for example earthenware or porcelain, piled up from distance to distance before the installation of the spikes, prevent any short circuit.
In the application of the above apparatus, for example to the synthesis of ammonia under hyperpressure, the extremely compressed gaseous atmosphere which fills the tube. allows to use a particularly dense electric current: thanks to this fact and to the intensity of the gas current which circulates in the central tube t, one can spend in this one, in spite of its small section, a power con siderable, equal to or greater than the calorific power which will be developed by the reaction. for example three kilowatts per meter for a tube 12 m / m in diameter.
The heat flow to the outside therefore has its full value right from the start, as well as the temperature drop through the thermally protective layer.
The use of this device also has the advantage that when the insulating wall comprises a solid molten body at room temperature, intense heat being released from the start from one end of the tube to the other, a liquid film can form. form from the beginning, from one end of the protective wall to the other and prevent local pressures from developing in this layer, at the risk of causing the collapse of the T1 tube. as could be the case with a wall which would remain solid for almost its entire length.