EP0001946A1 - Reactive gases mixing apparatus for oxygen-reforming reactors - Google Patents
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- EP0001946A1 EP0001946A1 EP78400145A EP78400145A EP0001946A1 EP 0001946 A1 EP0001946 A1 EP 0001946A1 EP 78400145 A EP78400145 A EP 78400145A EP 78400145 A EP78400145 A EP 78400145A EP 0001946 A1 EP0001946 A1 EP 0001946A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
Definitions
- the present invention relates to an apparatus having for object to very quickly mix the reaction gases entering an oxygen reforming reactor intended for the production of synthesis gas.
- a process gas is subjected to partial oxidation by reaction with an oxidizing gas, in a reactor coated internally with refractory, packed with a catalyst bed. based on nickel, and operating under practically adiabatic conditions.
- Said process gas is composed of one or more hydrocarbons, and optionally water vapor, hydrogen, oxides of carbon and nitrogen.
- Said oxidizing gas contains a high content of free oxygen, and optionally nitrogen, water vapor and carbon dioxide.
- the object of the present invention is precisely to respond to this need, by designing a gas mixing apparatus allowing a quasi-homogeneous mixture to be obtained very quickly before the oxygen has time to react. significantly.
- the mixing device is designed essentially for a liquid raw material, which is injected into the reactor in the form of a thin film receiving on both sides at high speed jets of oxygen at a certain angle .
- This device is particularly suitable for dispersing the liquid into fine droplets; however, this does not allow a homogeneous gas mixture to be obtained quickly, since the oxygen jets are not surrounded by gas at high speed.
- the mixing devices designed for the partial oxidation processes cannot be suitable for the reforming with oxygen of a gaseous hydrocarbon raw material, under severe conditions as described above, since the risk of carbon black formation must be completely eliminated.
- the basic idea in the design of the apparatus which is the subject of the present invention is that the section for the passage of the oxidizing gas, at the precise place where it begins to come into contact with the process gas, must impress the flow of oxygen a form of fine mesh or thin layer, so that the oxygen molecules have very little way to go before being dispersed in the other gas. Given the large flow rate of oxidizing gas used, this implies that it is injected into the process gas via a multitude of parallel channels, each terminating in an outlet orifice, at least one of the dimensions is very small.
- This outlet orifice may have the form of a slit, continuous or discontinuous, the width of which is less than 20 mm, and preferably less than 8 mm; said orifice can also have a circular or elliptical shape, the smallest of the diameters of which must be less than 20 mm, and preferably less than 8 mm.
- the latter is driven by a violent helical movement around said channels, this movement being preferably obtained by a tangential injection of this gas onto the interior walls of the appliance.
- the apparatus which is the subject of the present invention thus consists of two parts: on the one hand an envelope coated internally with refractory, and inside which the process gas is injected, and on the other hand a distributor and a multitude parallel channels in which the oxidizing gas circulates, and which are housed inside said envelope.
- the shape of the envelope can be either cylindrical, with a circular or elliptical section, or frustoconical.
- the connection with the catalyst bed is generally made by a frustoconical section.
- Fig.1 shows the wrapped in its preferred form: the metal and cylindrical wall 1 extends downwards through a frustoconical section 3 for the connection with the reforming reactor carrying the catalyst, and upwards through a spherical bottom 2 through which the pipe 5 passes, from which the oxidizing gas arrives.
- the process gas inlet pipes have not been shown in FIG. 1 to facilitate reading; nevertheless their axes are at level n-A ', and they are arranged so as to obtain a tangential flow of gas along the internal walls of the refractory, as indicated in FIGS. 2 and Fig.3 which represent sections according to A-A '.
- the oxidizing gas enters through the pipe 5, which leads to a distributor 6 having here a cone shape, but which may have other fe mes such as: torus, sphere or saucer.
- the central distributor 6 supplies all the parallel pipes qi> 1 are welded, and arranged regularly over the entire section; the diameter of the distributor 6 is substantially less than the internal diameter of the refractory lining 4, in order to leave space for good circulation of the process gas.
- the distributor and channel assembly is made of a stainless and refractory alloy, and is held in position by all appropriate mechanical means.
- each channel is composed of a pipe 7 of small diameter, ie less than 80 mm, the end of which ends in a fan 8 with double wall: the oxidizing gas exits through the continuous or discontinuous slot formed at the edge of the fan by the two walls, and whose width is less than 20 mm, and preferably less than 8 mm.
- the plane of each fan is oriented parallel to the wall closest to the envelope, or makes a slight angle with it, for example from 10 to 30 °, in the direction facilitating the flow of the process gas.
- FIG. 2 represents a section along AA-A 'with all the channels represented; in this last figure are shown the inlet pipes 9 for the process gas, tangentially to the walls.
- the end of the channels or tubes is in the form of a star or cross with double walls, which is obtained by crushing on four or more sides the walls of the tube with pliers. Two or more crossed slits are thus obtained, the width of each being less than 20 mm, and preferably less than 8 mm.
- the representation described above is particularly suitable for small or medium capacities, for which a limited number of parallel tubes can be used, and each having a fairly small diameter.
- This drawback can be overcome, at least partially, by giving certain tubes, especially those located on the periphery, a helical shape oriented in the same direction as the process gas.
- Fig.3 shows, in section along A-A 'of Fig. 1, a second representation of the present invention, designed to avoid the drawback mentioned above, and therefore perfectly suited to very large capacities.
- Each oxidant gas channel 10 has a crescent-shaped, double-walled section, oriented so as to facilitate the circulation of process gas between the channels.
- the slot through which the oxidizing gas exits has a width of less than 20 mm, and preferably less than 8 mm, and is obtained by bringing together the two walls of the crescent, which gives it the same shape as the channel. himself.
- each film of oxidizing gas when it leaves the slot, is sandwiched between two layers of process gas, which disperses it very quickly therein.
- the smallest dimension of the outlet opening of the oxygen channels, or the width of the slot therein will essentially depend on the degree of severity of the oxygen reforming reaction, i.e. the rate of reaction of oxygen with the process gas in the gas phase, and the risk of carbon black formation or excessive temperatures, which would result from 'u high speed of reaction in a very heterogeneous gas mixture. Consequently, the width of said slit, or the smallest dimension of said orifice, will be all the more reduced the greater the reaction speed, or the greater the risk of black formation. In the most severe cases, this slot width or this smallest dimension must be less than 3 mm.
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Abstract
Description
La présente invention se rapporte à un appareil ayant pour objet de mélanger très rapidement les gaz réactionnels entrant dans un réacteur de réformage à l'oxygène destiné à la production de gaz de synthèse.The present invention relates to an apparatus having for object to very quickly mix the reaction gases entering an oxygen reforming reactor intended for the production of synthesis gas.
Dans la technique du réformage à l'oxygène, on fait subir à un gaz de procédé une oxydation partielle par réaction avec un gaz oxydant, dans un réacteur revêtu intérieurement de réfractaire, garni d'un lit de catalyseur. à base de nickel, et fonctionnant dans des conditions pratiquement adiabatiques. Ledit gaz de procédé est composé d'un ou de plusieurs hydrocarbures, et éventuellement de vapeur d'eau, d'hydrogène, des oxydes du carbone et d'azote. Ledit gaz oxydant contient une teneur élevée en oxygène libre, et éventuellement de l'azote, de la vapeur d'eau et du gaz carbonique. Dans la pratique industrielle, on trouve avantageux de préchauffer les gaz réactionnels autant que possible avant de les injecter dans le réacteur, afin d'économiser la consommation d'oxygène et d'améliorer ainsi le rendement général de la réaction.In the oxygen reforming technique, a process gas is subjected to partial oxidation by reaction with an oxidizing gas, in a reactor coated internally with refractory, packed with a catalyst bed. based on nickel, and operating under practically adiabatic conditions. Said process gas is composed of one or more hydrocarbons, and optionally water vapor, hydrogen, oxides of carbon and nitrogen. Said oxidizing gas contains a high content of free oxygen, and optionally nitrogen, water vapor and carbon dioxide. In industrial practice, it is advantageous to preheat the reaction gases as much as possible before injecting them into the reactor, in order to save oxygen consumption and thus improve the general yield of the reaction.
On constate alors qu'au delà d'une certaine-température de préchauffe, variable suivant les paramètres du procédé, la réaction commence instantanément dès qu'on met en contact les deux gaz réactionnels, bien avant d'arriver en contact avec le catalyseur. Or la réaction qui se produit dans la phase gazeuse peut conduire à des effets indésirables, comme la surchauffe excessive de la zone correspondante du réacteur, ou les réactions secondaires parasites aboutissant à la formation de particules de noir de carbone, qui se déposent ensuite sur le catalyseur et en réduisent la performance. Dans un grand nombre de cas,ces effets indésirables sont attribuables au dispositif de mélange des gaz réactionnels à l'entrée du réacteur, ledit dispositif mélangeant les gaz à une vitesse trop lent.. par rapport à la vitesse de ì action en phase gazeuse.It is then found that beyond a certain preheating temperature, which varies according to the parameters of the process, the reaction begins instantly as soon as the two reaction gases are brought into contact, well before coming into contact with the catalyst. However, the reaction which takes place in the gas phase can lead to undesirable effects, such as excessive overheating of the corresponding zone of the reactor, or parasitic side reactions leading to the formation of carbon black particles, which are then deposited on the catalyst and reduce performance. In a large number of cases, these undesirable effects are attributable to the device for mixing the reaction gases at the inlet to the reactor, said device mixing the gases at too slow a speed relative to the speed of action in the gas phase.
Dans les réacteurs e réformage à l'oxygène présentement utilisas dans l'industrie, que l'on peut classer en deux catégories, les effets indésirables sont évités pour den raisons qui sont spécifiques à chaque catégorie:
- (a) Dann la préparation du gaz de synthèse d'ammoniac par réformage primaire à la vapeur suivi d'un réfor- .mage secondaire à l'air, la température d'entrée des gan reactionnels est suffisamment élevée pour que la réaction commence instantanément; neanmoins, la pression partielle de l'oxygène dans le mélange desdits gas réactionnels est très faible, de l'ordre de 1,0 à 1,5 bar seulement, et le gaz provenant du réformage primaire ne contient aucun autre hydrocarbure que le méthane, dont la molécule est beaucoup plus stable thermiquement que celles des autres hydrocarbures; de plus, la pression partielle du méthane dans le mélange des gaz réactionnels est très faible, de l'ordre de 1,3 à 1,8 bar; dans ces conditions, aucune précaution particulière n'est nécessaire pour procéder au mélange des gaz réactionnels, sauf que la couche supérieure de catalyseur, airsi que le revêtement réfractaire dans la zone de mélange, sont conçus pour résister a des températures sensiblement nlus élevées que celle du lit cataly- ticue.
- (b) Dans la précaration des gaz de synthèse par réformage direct à l'oxygène des hydrocarbures, on limite en général la température de préchauffe des deun gaz réactionnels à un niveau inférieur à 450 °C environ, et l'on utilise aussi une importante quantité de vapeur d'eau dans le gaz de procédé, et parfois même dans l'oxygène. Dans ces conditions, la réactions commence à peine dans la phase gazeuse, avant d'arriver au contact du catalyseur, et les dispositifs de mélange présentement utilisés permettent d'obtenir un mélange quasi-homogène sur le catalyseur; néanmoins, ces dispositifs ne seraient plus satisfaisants si la réaction devait commencer d'une manière appréciable dans la phase gazeuse, par le jeu des températures de préchauffe plus élevées, c'est à ire supérieures à 500 °C, et des proportions de vapeur plu faibles.
- (a) In the preparation of the ammonia synthesis gas by primary steam reforming followed by secondary reforming in air, the inlet temperature of the reaction gans is high enough for the reaction to start instantly ; nevertheless, the partial pressure of oxygen in the mixture of said reaction gases is very low, of the order of only 1.0 to 1.5 bar, and the gas coming from the primary reforming does not contain any other hydrocarbon than methane, whose molecule is much more thermally stable than those of other hydrocarbons; in addition, the partial pressure of methane in the mixture of reaction gases is very low, of the order of 1.3 to 1.8 bar; under these conditions, no particular precaution is necessary for mixing the reaction gases, except that the upper layer of catalyst, airsi that the refractory lining in the mixing zone, are designed to withstand substantially higher temperatures than that of the catalytic bed.
- (b) In the preparation of synthesis gases by direct oxygen reforming of hydrocarbons, the preheating temperature of the reaction gases is generally limited to a level below approximately 450 ° C., and a large amount is also used. amount of water vapor in process gas, and sometimes even in oxygen. Under these conditions, the reactions hardly start in the gas phase, before coming into contact with the catalyst, and the mixing devices presently used make it possible to obtain a quasi-homogeneous mixture on the catalyst; nevertheless, these devices would no longer be satisfactory if the reaction had to start appreciably in the gas phase, by the play of the higher preheating temperatures, that is to say higher than 500 ° C., and higher steam proportions. weak.
Dans le procédé dérit dans la demande de brevet français 77-08459, les conditions de marche du réformage secondaire à l'oxygène sont précisément plus sévères que celles pratiquées actuellement, essentiellement du fait que la pression partielle de l'oxygène dans le mélange réactionnel est nettement supérieure, c'est à dire d l'ordre de 6 à 8 bars, que la pression partielle du méthane dans ledit mélange est de l'ordre de 10 à 15 bars, et que le gaz de procédé peut contenir des hydrocarbures plus lourds que le méthane, tout en ayant des températures de préchauffe comparables ou supérieures à celles pratiquées pour le réacteur secondaire dans l'industrie du gaz de; synthèse d'ammoniac. Ainsi, pour les conditions de la demande de brevet sus-mentionnée, on a besoin d'utiliser une nouvelle conception d'appareil mélangeur de gaz.In the process derives from the patent application French 77-08459, the operating conditions for secondary oxygen reforming are precisely more severe than those currently practiced, essentially because the partial pressure of oxygen in the reaction mixture is much higher, i.e. of the order of 6 to 8 bars, that the partial pressure of methane in said mixture is of the order of 10 to 15 bars, and that the process gas can contain hydrocarbons heavier than methane, while having temperatures of preheating comparable or superior to those practiced for the secondary reactor in the gas industry; ammonia synthesis. Thus, for the conditions of the aforementioned patent application, it is necessary to use a new design of gas mixing apparatus.
De même, si l'on veut procéder à un réformage direct à l'oxygène d'une matière première hydrocarbonée, en vue de produire un gaz de synthèse ayant un faible rapport molaire H2/CO, impliquant l'utilisation de températures de préchauffe élevées et des proportions de vapeur faibles, on aurait besoin d'une nouvelle conception d'appareil de mélange pour les raisons explicitées ci-dessus.Similarly, if one wishes to carry out a direct reforming of a hydrocarbon raw material with oxygen, with a view to producing a synthesis gas having a low molar ratio H2 / CO, implying the use of high preheating temperatures and low vapor proportions, a new design of mixing apparatus would be required for the reasons explained above.
L'objet de la présente invention est précisément de répondre à cette nécessité, par une conception d'un appareil mélangeur de gaz permettant-d'obtenir très rapidement un mélange quasi-homogène avant que l'oxygène n'ait le temps de réagir de manière significative.The object of the present invention is precisely to respond to this need, by designing a gas mixing apparatus allowing a quasi-homogeneous mixture to be obtained very quickly before the oxygen has time to react. significantly.
Dans le domaine de la production des gaz de synthèse par oxydation partielle des hydrocarbures, la réaction de l'oxygène sur la matière première est réalisée sans. l'aide de catalyseur, et en conséquence, la formation d'une faible quantité de particules de noir de carbone n'est pas gênante pour un fonctionnement satisfaisant du procédé. De plus, la réaction d'oxydation partielle dans ces procédés a lieu à une température bien supérieure (1300 à 1500 °C) à celle du réformage à l'oxygène (900 à 1100 °C), et en conséquence le soue is majeur est de protéger l'appareil mélangeur de la claleur excessive du réacteur, par une circulation intérieure d'eau par exemple.In the field of synthesis gas production by partial oxidation of hydrocarbons, the reaction of oxygen on the raw material is carried out without. using catalyst, and consequently, the formation of a small amount of carbon black particles is not a problem for satisfactory operation of the process. In addition, the partial oxidation reaction in these processes takes place at a much higher temperature (1300 to 1500 ° C) than that of oxygen reforming (900 to 1100 ° C), and therefore the soue is major is to protect the mixing device from excessive claleur of the reactor, by an internal circulation of water for example.
Dan le domaine d'ox; lation partielle sus-mentionné, alusiears appareils mélangeurs ont été conçus, tels que decrits dans les brevets US 2,582,938 - 2,772,149 - 2,521, 117 - 2,838,105. et les brevets Grande Bretagne 26, Co- 780,120 et 832,385. Dans ces appareils mélange- ars, l'oxygène est en général injecté à travers un seul eanal, lequel doit avoir une section suffisante pour admettre la totalité du débit; en conséquence, même si l'oxygène est injecté à grande vitesse à travers ladite section, la vitesse de dispersion des molécules d'oxygène dans le mélange réactionnel est lente comparée à celle de la réaction. De plus, le jet d'oxygène, à l'endroit où il sort de son orifice, est en général entouré par le gaz à faible vitesse du réacteur, ce qui n'est pas favorable à une dispersion rapide des molécules d'oxygène.Dan the ox domain; Partial relationship mentioned above, alusiears mixing devices have been designed, as described in US Patents 2,582,938 - 2,772,149 - 2,521, 117 - 2,838,105. and Great Britain patents 26, Co- 780,120 and 832,385. In these mixing devices, oxygen is generally injected through a single channel, which must have a sufficient section to admit the entire flow; therefore, even if oxygen is injected at high speed through said section, the speed of dispersion of the oxygen molecules in the reaction mixture is slow compared to that of the reaction. In addition, the oxygen jet, at the point where it leaves its orifice, is generally surrounded by the gas at low speed of the reactor, which is not favorable to a rapid dispersion of the oxygen molecules.
Dans le cas particulier du brevet US 2,772,149 le mélange de gaz réactionnels se fait à la surface d'un diaphragme poreux; cela présente l'avantage de mélanger rapidement les gaz réactionnels. Néanmoins, à cause de la vitesse lente du gaz traversant les pores du diaphragme, la réaction a lieu essentiellement à la surface de sortie dudit diaphragme, lequel doit en conséquence être conçu pour résister aux hautes températures. Dans les unitéc de grande capacité, ce dispositif nécessiterait une grande surface pour le diaphragme, ce qui le rend onéreux et impraticable.In the particular case of US Pat. No. 2,772,149 the mixture of reaction gases takes place on the surface of a porous diaphragm; this has the advantage of rapidly mixing the reaction gases. However, because of the slow speed of the gas passing through the pores of the diaphragm, the reaction takes place essentially at the outlet surface of said diaphragm, which must therefore be designed to withstand high temperatures. In large capacity units, this device would require a large surface for the diaphragm, which makes it expensive and impractical.
Dans le cas du brevet Grande Bretagne 726,206 l'appareil mélangeur est conçu essentiellement pour une matière première liquide, laquelle est injectée dans le réacteur sous forme d'un film mince recevant des deux côtés à grande vitesse des jets d'oxygène sous un certain angle. Ce dispositif est particulièrement adapté pour disperser le liquide en fines gouttelettes; néanmoins, cela ne permet pas d'obtenir rapidement un mélange gazeux homogène, du fait que les jets d'oxygène ne sont pas entourés de gaz à grande vitesse. Si l'on utilise dans ce dispositif une matière première gazeuse, et surtout si elle contient une forte teneur en hydrogène, le débit volumétrique correspondant serait nettement supérieur à celui de l'oxygène ou du liquide équivalent; comme le jet d'oxygène n'entre en contact avec le jet de gaz de procédé que d'un seul côté, la vitesse de dispersion des molécules d'oxygène serait trop lente par rapport à celle de la réaction.In the case of the Great Britain patent 726,206 the mixing device is designed essentially for a liquid raw material, which is injected into the reactor in the form of a thin film receiving on both sides at high speed jets of oxygen at a certain angle . This device is particularly suitable for dispersing the liquid into fine droplets; however, this does not allow a homogeneous gas mixture to be obtained quickly, since the oxygen jets are not surrounded by gas at high speed. If a gaseous raw material is used in this device, and especially if it contains a high hydrogen content, the corresponding volumetric flow rate would be much higher than that of oxygen or equivalent liquid; as the oxygen jet only comes into contact with the process gas jet on one side, the speed of dispersion of the oxygen molecules would be too slow compared to that of the reaction.
Pour toutes les raisons développées ci-dessus, les appareils mélangeurs conçus pour les procédés d'oxydation partielle ne peuvent pas convenir pour le réformage a l'oxygène d'une matière première hydrocarbonée gazeuse, dans des conditions sévères telles que décrites ci-dessus, du fait que le risque de formation de noir de carbone doit être totalement éliminé.For all the reasons developed above, the mixing devices designed for the partial oxidation processes cannot be suitable for the reforming with oxygen of a gaseous hydrocarbon raw material, under severe conditions as described above, since the risk of carbon black formation must be completely eliminated.
L'idée fondamentale dans la conception de l'appareil objet de la présente invention est que la section de passage du gaz oxydant, à l'endroit précis ou il commence à entrer en contact avec le gaz de procédé, doit imprimer au flux d'oxygène une forme de filet fin ou couche fine, afin que les molécules d'oxygène aient très peu de chemin à parcourir avant d'être dispersées dans l'autre gaz. Etant donné le débit important de gaz oxydant utilisé, cela implique que celui-ci soit injecté dans le gaz de procédé par l'intermédiaire d'une multitude de canaux parallèles, se terminant chacun par un orifice de sortie dont l'une au moins des dimensions est très réduite. Cet orifice de sortie peut avoir la forme d'une fente, continue ou discontinue, dont la largeur est inférieure à 20 mm, et de préférence inférieure à 8 mm; ledit orifice peut aussi avoir une forme circulaire ou elliptique, dont le plus petit des diamètres doit être inférieur à 20 mm, et de préférence inférieur à 8 mm. De plus, afin d'augmenter la vitesse de dispersion de l'oxygène dans le gaz de procédé, celui-ci est animé d'un violent mouvement hélicoïdal autour desdits canaux, ce mouvement étant obtenu de préférence par une injection tangentielle de ce gaz sur les parois intérieures de l'appareil.The basic idea in the design of the apparatus which is the subject of the present invention is that the section for the passage of the oxidizing gas, at the precise place where it begins to come into contact with the process gas, must impress the flow of oxygen a form of fine mesh or thin layer, so that the oxygen molecules have very little way to go before being dispersed in the other gas. Given the large flow rate of oxidizing gas used, this implies that it is injected into the process gas via a multitude of parallel channels, each terminating in an outlet orifice, at least one of the dimensions is very small. This outlet orifice may have the form of a slit, continuous or discontinuous, the width of which is less than 20 mm, and preferably less than 8 mm; said orifice can also have a circular or elliptical shape, the smallest of the diameters of which must be less than 20 mm, and preferably less than 8 mm. In addition, in order to increase the speed of dispersion of oxygen in the process gas, the latter is driven by a violent helical movement around said channels, this movement being preferably obtained by a tangential injection of this gas onto the interior walls of the appliance.
Etant donné les températures et les pressions élevées dans le réacteur de 'éformage à l'oxygène, et la nécessité de placer l'appa il mélangeur près du catalyseur, celui-cl et celui-là sont tous les deux placés dans le même récipient métallique, revêtu intérieurement d'une couche de briques ou de ciment réfractaire. De plus, le logement du catalyseur nécessite un grand diamètre, alors que l'appareil de mélange a besoin d'un espace assez réduit, dont le volume est de l'ordre de 3 à 9 pour cent de celui du catalyseur.Given the high temperatures and pressures in the reactor 'éformage to oxygen, and the need to place it appa mixer near the catalyst, this one and that one are both placed in the same metal container, coated internally with a layer of bricks or refractory cement. In addition, the housing of the catalyst requires a large diameter, while the mixing apparatus requires a fairly small space, the volume of which is on the order of 3 to 9 percent of that of the catalyst.
L'appareil objet de la présente invention est ainsi constitué du deux parties: d'une part une enveloppe revêtue intérieurement de réfractaire, et à l'intérieur de laquelle est injecté le gaz de procédé, et d'autre part un distributeur et une multitude de canaux parallèles dans lesquels circule le gaz oxydant, et qui sont logés à l'intérieur de ladite enveloppe. La forme de l'enveloppe peut être soit cylindrique, avec une section circulaire ou elliptique, soit tronconique. Le raccordement avec le lit de catalyseur se fait en général par ule section tronconique.The apparatus which is the subject of the present invention thus consists of two parts: on the one hand an envelope coated internally with refractory, and inside which the process gas is injected, and on the other hand a distributor and a multitude parallel channels in which the oxidizing gas circulates, and which are housed inside said envelope. The shape of the envelope can be either cylindrical, with a circular or elliptical section, or frustoconical. The connection with the catalyst bed is generally made by a frustoconical section.
La Fig.1 représente l'enveloppa sous sa forme préférentielle: la paroi métallique et cylindrique 1 se prolonge vers le bas par une section tronconique 3 pour la liaison avec le réacteur de réformage portant le catalyseur, et vers le haut par un fond sphérique 2 à travers lequel passe le tuyau 5 d'où arrive le gaz oxydant. Les tubulures d'entrée du gaz de procédé n'ont pas été représentées sur la Fig.l pour en faciliter la lecture; néanmoins leurs axes sont au niveau n-A', et elles sont disposées de manière à obtenir un écoulement tangentiel du gaz le long des parois intérieures du réfractaire, comme indiqué sur les Fig. 2 et Fig.3 qui représentent des sections selon A-A'. Comme le gaz s'écoule ensuite vers le bas, il suit un mouvement hélicoïdal à l'intérieur de l'enveloppe, autour des et entre les multiples canaux parallèles du gaz oxydant.Fig.1 shows the wrapped in its preferred form: the metal and cylindrical wall 1 extends downwards through a frustoconical section 3 for the connection with the reforming reactor carrying the catalyst, and upwards through a
Le gaz oxydant entre par le tuyau 5, lequel aboutit à un distributeur 6 a ant ici une forme de cone, mais pouvant avoir d'autres fe mes telles que: tore, sphère ou soucoupe. Le distributeur central 6 alimente toutes les canalisations parallèles qi>1 sont soudées, et disposées régulièrement sur toute la section; le diamètre du distributeur 6 est sensiblement inférieur au diamètre intérieur du revêtement réfractaire 4, afin de laisser l'espace à une bonne circulation du gaz de procédé. Bien entendu, l'ensemble distributeur et canaux est constitué d'un alliage inoxydable et réfractaire, et est maintenu en position par tous les moyens mécaniques appropriés.The oxidizing gas enters through the
Selon une première représentation de la présente invention, indiquée sur la Fig.l, chaque canal est composé d'un tuyau 7 de faible diamètre, soit inférieur à 80 mm, dont l'extrémité se termine par un éventail 8 à double paroi: le gaz oxydant sort par la fente continue ou discontinue formée au bord de l'éventail par les deux parois, et dont la largeur est inférieure à 20 mm, et de préférence inférieure à 8 mm. Le plan de chaque éventail est orienté parallèlement à la paroi la plus proche de l'enveloppe, ou fait avec celle-ci un angle faible, par exemple de 10 à 30°, dans le sens facilitant l'écoulement du gaz de procédé. Seuls trois canaux ont été représentés sur la Fig 1 , pour en faciliter la lecture, mais la Fig.2 représente une coupe selon A-A' avec la totalité des canaux représentés; sur cette dernière figure ont été représentées les tubulures 9 d'entrée du gaz de procédé, tangentiellement aux parois.According to a first representation of the present invention, indicated in FIG. 1, each channel is composed of a
Selon une variante de cette première représentation, l'extrémité des canaux ou tubes est en forme d'étoile ou de croix à parois doubles, que l'on obtient en écrasant sur quatre ou plusieurs c8tés les parois du tube avec une pince. On obtient ainsi deux ou plusieurs fentes croisées, la largeur de chacune étant inférieure à 20 mm, et de préférence inférieure à 8 mm.According to a variant of this first representation, the end of the channels or tubes is in the form of a star or cross with double walls, which is obtained by crushing on four or more sides the walls of the tube with pliers. Two or more crossed slits are thus obtained, the width of each being less than 20 mm, and preferably less than 8 mm.
La représentation décrite ci-dessus convient particulièrement aux petites ou moyennes capacités, pour lesquelles on peut utiliser un nombre restreint de tubes parallèles, et ayant chacun un diamètre assez faible. Lorsque le débit de gaz oxydant devient très important, on est obligé soit d'augmenter le nombre de tubes, soit d'augmenter leur diamètre, soit les deux simultanément; toutes ces mesures ont pour effet de contrecarrer le mouvement hélicoïdal du gaz de procédè et de le convertir très rapidement en un mouvement parallèle aux tubes. On peut pallier, au moins partiellement, à cet inconvénient en donnant à certains tubes, surtout à ceux qui sont situés sur la périphérie, une forme hélicoïdale orientée dans le même sens que le gaz de procédé.The representation described above is particularly suitable for small or medium capacities, for which a limited number of parallel tubes can be used, and each having a fairly small diameter. When the flow of oxidizing gas becomes very high, we are ob either to increase the number of tubes, or to increase their diameter, or both simultaneously; all these measures have the effect of counteracting the helical movement of the process gas and of converting it very quickly into a movement parallel to the tubes. This drawback can be overcome, at least partially, by giving certain tubes, especially those located on the periphery, a helical shape oriented in the same direction as the process gas.
La Fig.3 montre, en coupe suivant A-A' de la Fig. 1, une seconde représentation de la présente invention, conçue pour éviter l'inconvénient mentionné ci-dessus, et donc parfaitement adaptée aux très grandes capacités. Chaque canal de gaz oxydant 10 a une section en forme de croissant à double paroi, orienté de manière à faciliter la circulation du gaz de procédé entre les canaux. De plus, la fente par laquelle sort le gaz oxydant, a une largeur inférieure à 20 mm, et de préférence inférieure à 8 mm, et est obtenue par le rapprochement des deuw parois du croissant, ce qui lui donne la même forme que le canal lui-même. Ainsi, chaque film de gaz oxydant, au moment où il sort de la fente, se trouve pris en sandwich entre deux couches de gaz de procédé, ce qui le disperse très rapidement dans celui-ci.Fig.3 shows, in section along A-A 'of Fig. 1, a second representation of the present invention, designed to avoid the drawback mentioned above, and therefore perfectly suited to very large capacities. Each
Comme pour la représentation précédente, on peut dans ce cas aussi donner, au moins à certains canaux, une forme hélicoïdale orientée dans le même sens que celui du gaz de procédé, afin de faciliter la dispersion de l'oxygène dans celui-ci, tout en réduisant l'impact de gaz trop chaud sur le catalyseur du réacteur.As in the previous representation, it is also possible in this case to give, at least to certain channels, a helical shape oriented in the same direction as that of the process gas, in order to facilitate the dispersion of the oxygen therein, while by reducing the impact of too hot gas on the reactor catalyst.
De la description développée ci-dessus, on peut se rendre compte que la plus petite dimension de l'orifice de sortie des canaux d'oxygène, ou la largeur de la fente qui s'y trouve, dépendra essentiellement du degré de sévérité de la réaction de réformage à l'oxygène, c'est à dire de la vitesse de réaction de l'oxygène avec le gaz de procédé en phase gazeuse, et du l'isque de formation de noir de carbone ou de températures excessives, qui résulteraient d'une grande vitesse de réaction dans un mélange gazeux très hétérogène. En conséquence, la largeur de ladite fente, ou la plus petite dimension dudit orifice, sera d'autant plus réduite que la vitesse de réaction est plus grande, ou que le risque de formation de noir est plus grand. Dans les cas les plus sévères, cette largeur de fente ou cette plus petite dimension doit être inférieure à 3 mm.From the description developed above, it can be seen that the smallest dimension of the outlet opening of the oxygen channels, or the width of the slot therein, will essentially depend on the degree of severity of the oxygen reforming reaction, i.e. the rate of reaction of oxygen with the process gas in the gas phase, and the risk of carbon black formation or excessive temperatures, which would result from 'u high speed of reaction in a very heterogeneous gas mixture. Consequently, the width of said slit, or the smallest dimension of said orifice, will be all the more reduced the greater the reaction speed, or the greater the risk of black formation. In the most severe cases, this slot width or this smallest dimension must be less than 3 mm.
Tandis que les représentations particulières de la présente invention ont été décrites ci-dessus, il est bien entendue que la présente invention ne s'y trouve pas confinée, et , en conséquence, les revendications suivantes ont pour objet de couvrir toute l'étendue, et de traduire tout l'esprit, de la présente invention.While the particular representations of the present invention have been described above, it is understood that the present invention is not confined thereto, and, therefore, the object of the following claims is to cover the whole scope, and translate the whole spirit of the present invention.
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