FR2490503A1

FR2490503A1 - Procede et dispositif pour l'elimination d'un gaz residuaire contenant des substances combustibles

Info

Publication number: FR2490503A1
Application number: FR8117693A
Authority: FR
Inventors: Takahisa Sato; Keizo Maruyama; Kunio Sano
Original assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Current assignee: Nippon Shokubai Co Ltd
Priority date: 1980-09-19
Filing date: 1981-09-18
Publication date: 1982-03-26
Also published as: US4418045A; GB2085318A; MX158361A; FR2490503B1; GB2085318B

Abstract

ON BRULE COMPLETEMENT UN GAZ RESIDUAIRE, CONTENANT DES HYDROCARBURES, DU MONOXYDE DE CARBONE ET D'AUTRES COMPOSES ORGANIQUES INFLAMMABLES, DANS UN REACTEUR 36 D'OXYDATION CATALYTIQUE DONT LE LIT CATALYTIQUE EST FERMEMENT MAINTENU, LEDIT REACTEUR COOPERANT AVEC UN SYSTEME RECUPERATEUR DE CHALEUR QUI COMPORTE PRINCIPALEMENT DES ECHANGEURS DE CHALEUR 33, 38 ET 44 RACCORDES DE FACON TELLE QUE LE POURCENTAGE DE RECUPERATION DE CHALEUR SOIT DE L'ORDRE DE 90 ET DEMEURE PRATIQUEMENT INDEPENDANT DU POUVOIR CALORIFIQUE DUDIT GAZ RESIDUAIRE.

Description

"Procédé et dispositif pour l'élimination d'un gaz

résiduaire contenant des substances combustibles".

L'invention est relative à un procédé et à un disposi-

tif pour l'élimination d'un gaz résiduaire; et elle concer-

ne plus particulièrement un procédé et un dispositif pour l'élimination d'un gaz résiduaire provenant de la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication de produits chimiques afin d'assurer une oxydation complète d'hydrocarbures, de

monoxyde de carbone et d'autres composés organiques inflam-

mables contenus dans le gaz résiduaire.

Des gaz résiduaires formés à la suite de la fabrication

de produits chimiques contiennent des hydrocarbures compor-

tant de 1 à 6 atomes de carbone tels que méthane, éthane, éthylène, propane et propylène, du monoxyde de carbone, et des composés organiques inflammables tels que des acides organiques, des aldéhydes, des esters et des alcools, et, en outre, ils entraînent de fortes proportions de substances

malodorantes. Il est sans aucun doute indésirable de lais-

ser diffuser, dans l'atmosphère, de tels composés inflamma-

bles. En particulier, une demande très pressante porte sur l'élimination d'une mauvaise odeur. Divers procédés ont été mis au point dans la technique antérieure pour l'élimination

de tels composés.

Les procédés classiques pour l'élimination de gaz rési-

duaire et pour l'élimination de telles substances maladoran-

tes et d'autres substances nuisibles comprennent, par exem-

ple, ceux représentés par les fig. 1 et 2 des dessins ci-

annexés. Dans le procédé représenté fig. 1, un gaz résidu-

aire contenant des composés inflammables et amené par une

conduite 1 est refoulé à force par un ventilateur 2 faculta-

tivement selon les besoins, puis est chauffé dans un échan-

geur de chaleur, et est transféré par une conduite 4 à un réchauffeur 5 pour y être chauffé par de la chaleur fournie par une source de chaleur extérieure. Le gaz résiduaire

ainsi chauffé est envoyé dans un réacteur 6 d'oxydation cata-

lytique contenant un catalyseur à base d'un métal noble tel

que du platine dispersé et supporté sur une alumine activée.

Dans ce réacteur, le gaz résiduaire est complètement brûlé.

Le gaz de combustion est ensuite transféré par une conduite

7 à un récupérateur de chaleur 8 qui en extrait de la cha-

leur. Le gaz de combustion ainsi refroidi par perte de cha-

leur est amené à l'échangeur de chaleur 3 et y sert à chauf-

fer le gaz résiduaire amené par la conduite 1. Finalement,

le gaz est déchargé dans l'atmosphère par une cheminée 9.

Quand la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire amené au réacteur 6 susmentionné d'oxydation catalytique est trop grande, on dilue ce gaz avec de l'air introduit par un ventilateur 10 d'amenée d'air servant à diluer la chaleur

engendrée par le gaz résiduaire.

Selon le procédé représenté fig. 2, un gaz résiduaire

contenant des composés inflammables et amené par une condui-

te 11 est refoulé à force par un ventilateur 12 facultative-

ment installé selon les besoins, puis est chauffé dans un échangeur de chaleur 13, et transféré par une conduite 14 à

un réacteur 16 d'oxydation catalytique contenant un cataly-

seur à base d'un métal noble tel que du platine dispersé et supporté sur une alumine activée. Dans le réacteur 16, le

gaz résiduaire est complètement brlé. Le gaz de combus-

tion est ensuite transféré par une conduite 17 à un récupé-

rateur de chaleur 18 qui en extrait de la chaleur. *Le gaz de combustion qui est refroidi par perte de sa chaleur est amené à l'échangeur de chaleur 13, o il sert à chauffer le gaz résiduaire amené par la conduite 11. Ensuite, le gaz est déchargé dans l'atmosphère par une cheminée 19. Dans le présent cas, une partie du gaz de combustion sortant du

réacteur 16 d'oxydation catalytique est reprise par une con-

duite de dérivation 20 et est mélangée avec le gaz résiduai-

re chauffé refoulé par un ventilateur 21 jusque dans la conduite 14 de façon à élever encore la température du gaz

résiduaire et à améliorer le rendement thermique du procédé.

Une partie du gaz de combustion circulant dans la conduite

de dérivation 20 peut être envoyée par une conduite de déri-

vation 22 jusque dans l'échangeur de chaleur 13. Quand la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire amené au réacteur 16 d'oxydation catalytique est trop grande, le gaz

sortant du récupérateur de chaleur 18 peut être partielle-

ment admis à circuler dans une conduite 23.

Dans l'un et l'autre cas, étant donné que le gaz rési-

duaire contenant des hydrocarbures, du monoxyde de carbone

et d'autres composés organiques inflammables est complète-

ment oxydé catalytiquement jusqu'à un point tel qu'il se trouve complètement débarrassé de substances nuisibles à l'intérieur du réacteur d'oxydation catalytique, ce réacteur

est équipé de moyens propres à empêcher un passage en court-

circuit possible du gaz de réaction.

Généralement, quand un gaz résiduaire contenant des composés organiques inflammables, et plus particulièrement des hydrocarbures paraffiniques, est éliminé par mise en

oeuvre d'un procédé utilisant un catalyseur destiné à assu-

rer une oxydation complète de tels composés organiques, les

conditions préalables pour garantir un fonctionnement effi-

cace de ce 'procédé sont les suivantes: (1) Il convient que la température du gaz à la sortie du lit de catalyseur soit sensiblement constante. Il est

précisé que le catalyseur ainsi chauffé subit une températu-

re atteignant de 700 à 7200C. Il n'est pas désirable de faire fonctionner le réacteur d'oxydation catalytique dans des conditions de température telles que la température du gaz à la sortie du lit de catalyseur tombe jusqu'au point

d'atteindre 6500C, car la combustion. d'hydrocarbures paraf-

finiques, et en particulier du propane, devient incomplète dans de telles conditions de température. Il convient donc

de mettre en oeuvre le procédé de façon telle que la tempéra-

ture de sortie des gaz demeure à un niveau moyen d'environ

680C. -

(2) En raison de l'activité. catalytique, il convient que la température du gaz à l'entrée du lit catalytique ne

soit pas inférieure à 2500C.

(3) Il convient que la chaleur engendrée par le gaz

admis dans le réacteur d'oxydation catalytique soit maitri-

sée de façon telle que la température d'auto-échauffement

dans le lit catalytique demeure voisine de 430 C (6800C -

2500C). En dépit de cette exigence, étant donné que la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire en cours de traitement est importante et étant donné que l'amplitude de la variation dans la quantité de cette chaleur est grande elle aussi, il convient que le procédé soit établi de façon

à réaliser d'une manière stable le traitement du gaz résidu-

aire. La demanderesse a effectué des recherches pour mettre au point un procédé d'élimination de gaz résiduaire sans

perdre de vue les conditions préalables définies ci-dessus.

Elle a ainsi acquis la certitude que les points suivants

sont indispensables pour que les susdites conditions préala-

bles soient remplies.

(A) Récupération maximum de chaleur.

Un effort en vue d'abaisser le plus possible la tempé-

rature du gaz résiduaire traité à décharger dans l'atmosphè-

re trouve sa propre limite du point de vue économique. Il

est donc important que l'accroissement de volume du gaz ré-

siduaire (accroissement dû à l'introduction d'air frais, par

exemple) soit évité de toute façon. Pour garantir la récu-

pération maximum de chaleur, il convient que le procédé soit établi de façon telle que la température du gaz déchargé

dans l'atmosphère soit maintenue aussi constante que possi-

ble en dépit d'une variation possible d'ans la quantité de

la chaleur engendrée par le gaz résiduaire à traiter.

(B) Réutilisation du gaz résiduaire après traitement.

Dans le gaz résiduaire qui a subi le procédé complet, pratiquement les substances inflammables ont été totalement éliminées, et la concentration d'oxygène a été elle-même

abaissée. Ce gaz résiduaire peut donc avantageusement ser-

vir de gaz inerte en vue de diverses applications telles,

par exemple, que l'établissement d'une atmosphère protec-

trice dans des réservoires contenant des substances dangereu-

ses.

Pour que le procédé représenté fig. 1 continue à sa-

tisfaire les susdites conditions préalables tout en satis-

faisant aussi les exigences (A) et (B), il surgit inévita-

blement un inconvénient consistant en ce que le procédé nécessite l'utilisation du réchauffeur 5, ou l'inconvénient consistant en ce que le volume du gaz résiduaire est accru par l'introduction d'air pour diluer la chaleur engendrée

par le gaz résiduaire. Le gaz résiduaire sortant du réac-

teur 6 d'oxydation catalytique, lorsqu'il atteint le récupé-

rateur de chaleur 8, contribue par sa chaleur à la produc-

tion de vapeur. Il sert encore à chauffer le gaz résiduaire

entrant avant qu'il soit finalement déchargé dans l'atmosphè-

re. Quand la quantité de chaleur engendrée par le gaz rési-

duaire entrant est grande, la température du gaz sortant du réacteur est proportionnellement élevée. Par conséquent, pour exercer effectivement une maîtrise de la température du gaz de sortie, de l'air doit être introduit,â partir de

l'atmosphère ambiantedans le gaz résiduaire. Cette addi-

tion d'air a un effet inévitable d'accroissement du volume total du gaz résiduaire et, par conséquent, d'accroissement de la quantité de chaleur entraînée par le gaz. Elle a

aussi un autre inconvénient: la constance de la concentra-

tion d'oxygène dans le gaz de sortie est compromise, et la

réutilisation du gaz résiduaire traité est gênée. Récipro-

qgenent, quand la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire entrant est faible, la température du gaz d'entrée dans le

réacteur d'oxydation catalytique doit être élevée de maniè-

re à maintenir constante et à la valeur spécifiée la tempé-

rature du gaz de sortie de ce réacteur. Ceci nécessite la mise en service d'un échangeur de chaleur 5 élévateur de

température. Pour garantir une oxydation complète des com-

posés inflammables contenus dans le gaz résiduaire, la tem-

pérature du gaz de sortie du réacteur d'oxydation catalyti-

que doit être maintenue à une valeur d'environ 680"C et, à cette fin, la température du gaz d'entrée dans ce réacteur

doit être élevée proportionnellement. Il est donc nécessai-

re que la source de chaleur utilisée pour mettre en oeuvre le procédé soit capable de fournir de la chaleur à cette température beaucoup plus élevée. Quand la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire est telle qu'elle implique une température de 3700C pour l'auto-élévation,

par exemple, la température de sortie du réacteur d'oxyda-

tion catalytique ne peut pas être maintenue à 6800C à moins que la température d'entrée soit ajustée à 3100C. Par

conséquent, la source de chaleur doit être capable de four-

nir de la chaleur à environ 3500C. Dans des usines chimi-

ques ordinaires, il est difficile de trouver une source de chaleur à une haute température de l'ordre de 3500C0 Par conséquent, en réalité, de telles usines chimiques doivent avoir recours à un combustible quelconque pour apporter un

supplément à leurs maigres sources de chaleur.

Lors de la mise en oeuvre du procédé représenté fig. 2,

afin que le procédé puisse satisfaire les conditions préala-

bles susspécifiées tout en satisfaisant aux exigences de (A) etcB), le dispositif pour l'élimination du gaz résiduaire est établi sur la base des conditions régnant lorsque la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire entrant est à sa valeur maximum.^ Par exemple, afin de maintenir la

température du gaz de sortie du réacteur d'oxydation cataly-

tique à 6800C, le dispositif est conçu de façon telle que la température de sortie de l'échangeur de chaleur 13 reste à 6800C moins (la température d'auto-élévation pendant que la quantité de chaleur engendrée est à son maximum). Si cette température n'est pas supérieure à 25000, une partie du gaz de sortie provenant du réacteur d'oxydation catalytique est détournée pour servir à élever la température d'entrée de ce réacteur. Ce gaz détourné n'est efficace que pour élever la

température du gaz d'entrée du réacteur d'oxydation cataly-

tique et il n'est pas efficace du tout pour élever la tempé-

rature du gaz de sortie de ce réacteur. Par conséquent,-

lorsque la quantité de chaleur engendrée par le gaz résidu-

aire entrant est abaissée, il cesse d'être possible de main-

tenir la température du gaz de sortie du réacteur d'oxydati-

on catalytique à 680OC en augmentant ou en diminuant conve-

nablement le volume du gaz détourné. Il devient nécessaire d'élever la température de sortie de l'échangeur de chaleur

13. A cette fin, il est nécessaire de contourner le récupé-

rateur de chaleur 18 et de détourner une partie du gaz de

sortie du réacteur 16 vers l'échangeur de chaleur 13 suffi-

samment pour élever la température du gaz résiduaire entrant.

Conséquence inévitable: la température du gaz résiduaire traité s'échappant par la cheminée 19 est élevée, et le

rapport de récupération de chaleur est fortement dégradé.

Quand le gaz résiduaire contenant des hydrocarbures, du

monoxyde de carbone et d'autres composés organiques inflam-

mables doit être complètement oxydé par la réaction cataly-

tique, il convient que le dispositif fonctionne de façon telle que la température intérieure du réacteur, et plus particulièrement la température du gaz de sortie du réacteur d'oxydation catalytique, soit constamment maintenue à une

valeur constante d'environ 6800C. Dans ce cas, il est dési-

rable, même du point de vue économique, de minimiser la sec-

tion transversale du réacteur en utilisant un catalyseur monolithique de faible perte de charge (chute de pression), c'est-à-dire un catalyseur possédant la structure dite en

nid d'abeilles.

On obtient généralement ce catalyseur monolithique en donnant à un support minéral réfractaire, infusible, tel,

par exemple, que de la cordiélite ou de la mullite, une for-

me de structure en nid d'abeilles, en revêtant ce support en nid d'abeilles avec une mince couche d'alumine activée afin

de lui conférer une grande surface développée, et en dépo-

sant un métal noble tel que du platine ou du palladium et un oxyde d'un métal lourd tel que du cobalt ou du manganèse sur

la mince couche. Le catalyseur monolithique est classique-

ment utilisé comme catalyseur capable d'oxyder complètement

des hydrocarbures et du monoxyde de carbone.

En raison de la forme du catalyseur monolithique, il est difficile de remplir complètement le réacteur avec ce

catalyseur monolithique. Par conséquent, il subsiste inévi-

tablement un espace vide entre le lit catalytique et la pa-

roi-interne du réacteur. L'insertion de cloisons constitue

une mesure efficace généralement adoptée pour parfaire l'i-

solation de l'espace vide et empêcher une fuite de gaz.

Quand la température intérieure du réacteur est relativement basse, de telles cloisons peuvent être soudées pour réaliser l'étanchéité à l'air de l'intérieur du réacteur. Toutefois, quand la température du gaz de sortie du lit catalytique atteint une valeur élevée d'environ 6800C, on ne peut plus adopter la technique du soudage de plaques-cloisons pour assurer l'étanchéité à l'air. Pour éviter la perturbation des conditions de réaction due à la dilatation thermique du

matériau constitutif du réacteur, le réacteur doit inévita-

blement être conçu de façon telle que le support du lit ca-

talytique soit libre de se dilater ou de se contracter sous l'effet de la chaleur au lieu d'être directement soudé à la paroi intérieure de ce réacteur. A titre de bon exemple d'une solution adéquate de ce problème, on peut citer un réacteur dans lequel un lit catalytique,spécifiquement conçu de manière à empêcher un passage possible en court-circuit du gaz, et un support de lit catalytique solidement attaché à la paroi intérieure du réacteur, et spécifiquement conçu de manière à empêcher un passage possible en court-circuit du gaz, sont mutuellement agencés de façon telle qu'ils puissent maintenir un contact superficiel assez lisse pour se prêter aux dilatations ou contractions mutuelles tout en

évitant une déformation du lit catalytique due à la dilata-

tion thermique. Autrement, parce que l'étanchéité à l'air par soudage est difficile à réaliser pratiquement, la seule

technique efficace peut consister à diviser en petites sec-

tions chacune des plaques servant de cloisons et à disposer

ces petites sections côte à côte afin de garantir une com-

plète absorption de la dilatation thermique. Cette.techni-

que entraîne inévitablement une complication: il convient d'empêcher que les bords adjacents des sections laissent subsister des intervalles entre eux. En tout cas, il est pour ainsi dire impossible d'empocher le gaz résiduaire non traité de passer en court-circuit dans l'espace libre qui est inévitablement produit en raison des impératifs de

construction du réacteur. Par conséquent, l'efficacité d'é-

limination du gaz résiduaire est dégradée ou abaissée jus-

qu'a un point oh il est difficile de s'attendre à une per-

fection de cette élimination du gaz résiduaire.

Une technique pour empêcher que l'espace vide subsis-

tant dans le réacteur permette le passage en court-circuit

du gaz résiduaire non traité consistant à remplir cet espa-

ce vide avec un matériau de remplissage tel que de l'amian-

te ou du verre réfractaire a connu une certaine vogue pen-

dant quelque temps. Même si l'espace vide est en majeure

partie remplie par ce matériau de remplissage dans les con-

ditions atmosphériques de empérature,.1'étanchéité à l'air

conférée par le matériau de remplissage devient inévitable-

ment insuffisante aux températures élevées de fonctionne-

ment. Cette technique laisse donc beaucoup à désirer. Un premier but de l'invention est donc de réaliser un

procédé et un dispositif pour l'élimination de gaz résiduai-

re qui permettent une récupération maximum de chaleur.

Un autre but de l'invention est de réaliser un procédé et un dispositif pour l'élimination de gaz résiduaire qui

permettent une exploitation efficace du gaz résiduaire ré-

sultant de l'élimination.

Encore un autre but de l'invention est de réaliser un procédé et un dispositif pour l'élimination de gaz résiduai-' re par utilisation d'un réacteur d'oxydation catalytique ne

permettant pas un passage en court-circuit du gaz résiduaim.

En résumé, les buts susspécifiés peuvent être atteints conformément à l'invention par mise en oeuvre d'un procédé

pour l'élimination de gaz résiduaire, lequel procédé consis-

te essentiellement: (a) à chauffer le gaz résiduaire entrant

contenant des hydrocarbures, du monoxyde de carbone, et d'au-

tres composés organiques inflammables, avec le gaz obtenu en

éliminant de la chaleur à partir du gaz de sortie du réac-

teur d'oxydation catalytique, (b) à chauffer encore le gaz résiduaire chaud résultant avec une partie du gaz de sortie du réacteur d'oxydation catalytique, (c) à soumettre le gaz résiduaire chauffé à une oxydation complète dans le réacteur d'oxydation catalytique afin que le gaz résiduaire cesse d'être nuisible ou gênant, (d) à détourner une partie du gaz de sortie du réacteur d'oxydation catalytique en vue de s'en servir pour chauffer le gaz résiduaire chauffé susmentionné,

(e) à mélanger au moins une partie du gaz de sortie du réac-

teur, qui a été utilisée pour chauffer le gaz résiduaire, avec le reste du gaz de sortie du réacteur, (f) à mélanger le reste du gaz de sortie du réacteur, qui a été utilisé pour chauffer le gaz résiduaire, avec le gaz résiduaire chauffé susmentionné, et (g) à soumettre à une récupération de chaleur le mélange du reste du gaz de sortie du réacteur avec au moins une partie du gaz de sortie du réacteur qui a

servi à chauffer le gaz résiduaire.

Le procédé décrit ci-dessus est mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif pour l'élimination de gaz résiduaire, lequel dispositif comprend, conformément à l'invention, en combinai- son, des moyens pour fournir un gaz résiduaire contenant des hydrocarbures, du monoxyde de carbone, et d'autres composés organiques inflammables, un premier échangeur de chaleur raccordé sur son côté d'entrée aux moyens susmentionnés pour fournir un gaz résiduaire et, sur son côté chauffant, à un dispositif récupérateur de chaleur, un deuxième échangeur de chaleur raccordé sur son côté d'entrée au premier échangeur

de chaleur susmentionné, sur son côté chauffant à un réac-

teur d'oxydation catalytique, et sur son côté de sortie

chauffant au réacteur d'oxydation catalytique et au disposi-

tif récupérateur de chaleur, le réacteur d'oxydation cataly-

tique étant raccordé au deuxième échangeur de chaleur sus-

mentionné, et le dispositif récupérateur de chaleur susmen-

tionné étant raccordé au réacteur d'oxydation catalytique

susmentionné.

On décrit ci-après un mode de réalisation préféré de

l'invention en se référant aux dessins ci-annexés dans les-

quels

les fig. 1 et 2 représentent schématiquement des dis-

positifs utilisables pour mettre en oeuvre des procédés classiques pour l'élimination de gaz résiduaire; la fig. 3 est le schéma d'un dispositif utilisable pour

mettre en oeuvre un procédé pour l'élimination de gaz rési-

duaire conformément à la présente invention; la fig. 4 est un graphique montrant les tendances du

rapport de récupération de chaleur lors de la mise en oeu-

vre des procédés illustrés sur les fig. 1 à 3; la fig. 5 représente en coupe longitudinale un réacteur

typique à utiliser en vue de la mise en oeuvre de l'inven-

tion; et la fig. 6, enfin, montre, en coupe transversale, à une

échelle agrandie et portions arrachées (la coupe étant pra-

tiquée selon une ligne VI-VI fig. 5), une partie du réac-

teur représenté fig. 5.

Lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,

pour l'élimination de gaz résiduel, ledit gas résiduel con-

tenant des hydrocarbures, du monoxyde de carbone et d'autres composés organiques inflammables, et amené par une conduite

31, est refoulé à force à l'aide d'un ventilateur 32 facul-

tativement installé selon les besoins, chauffé dans un pre-

* mier échangeur de chaleur 33, puis est repris dans une con-

duite 34 et est encore chauffé dans un deuxième échangeur de chaleur 44, mélangé avec une partie du gaz de sortie d'un

réacteur d'oxydation catalytique 36 alimenté par une condui-

te 46 d'une manière décrite plus complètement ci-après, puis est admis dans le réacteur d'oxydation catalytique 36, o il

est complètement brûlé. Le gaz d'échappement chaud qui ré-

sulte de la combustion complète à l'intérieur du réacteur 36

est partiellement détourné par une conduite 37 et une condui-

te 40 pour alimenter un deuxième échangeur de chaleur 44 o il sert à chauffer le gaz résiduaire amené par la conduite 34. Ensuite, une partie du gaz de sortie amené au deuxième

échangeur de chaleur 44 est amenée par une conduite 46 jus-

qu'à une conduite 35 o elle se trouve incorporée au gaz résiduaire chauffé provenant du deuxième échangeur de chaleur 44. Pendant ce temps, le reste du gaz de sortie amené au deuxième échangeur de chaleur est admis à circuler par une

conduite 47 jusqu'à la conduite 37, o il se trouve mélan-

gé avec le gaz de sortie chaud provenant du réacteur 36 d'

oxydation catalytique. Le gaz mélangé est admis à abandon-

ner le maximum possible de sa chaleur dans un récupérateur de chaleur 38. le gaz froid résultant est amené par une conduite 48 jusqu'au premier échangeur de chaleur 33 et y

sert à chauffer le gaz résiduaire amené par la conduite 31.

Après tout ce circuit, le gaz est soit déchargé par une che-

minée 39 dans l'atmosphère, soit utilisé comme gaz inerte

dans une quelconque autre opération chimique, soit pour éta-

blir une atmosphère inerte protectrice dans des récipients

servant à conserver des substances inflammables.

Par conséquent, selon la présente invention, le gaz circulant (ou gaz de sortie) qui a été admis à passer dans

le deuxième échangeur de chaleur 44 est retourné, à concur-

rence de la totalité de son volume, à l'entrée du réacteur

d'oxydation catalytique quand la quantité de chaleur engen-

drée par le gaz.résiduaire est grande. Dans ce cas, le pro-

cédé selon l'invention est sensiblement identique à celui décrit cidessus en se référant à la fig. 2. La partie du gaz résiduaire à ramener jusquau récupérateur de chaleur 38 croît proportionnellement à la diminution de la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire. En effet, cette opération équivaut à réaliser un échange de chaleur entre le gaz de sortie du réacteur d'oxydation catalytique et le gaz de sortie du premier échangeur de chaleur 33. La quantité de chaleur à échanger peut être commandée et réglée par le volume du gaz s'écoulant-spontanément jusqu'au récupérateur

de chaleur 38. Ceci a sensiblement le même effet que l'élé-

vation de la température de sortie de l'échangeur de chaleur 13 dans le procédé utilisant l'installation représentée par

la fig. 2. Selon le procédé représenté fig. 3, la tempéra-

ture du gaz d'échappement amené jusqu'à la cheminée 39 est sensiblement constante quel que soit le volume du gaz. Etant donné que le volume du gaz résiduaire n'est ni augmenté ni diminué, le rapport de récupération de chaleur peut être maintenu constant à une haute valeur dans un large intervalle

de la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire.

Pour concrétiser la description ci-dessus, le graphique

représenté fig. 4 a été établi afin de comparer les rapports de récupération de chaleur obtenus lors de la mise en oeuvre des procédés décrits en se référant aux fig. 1 à 3. Sur ce graphique, la courbe A représente les résultats obtenus par

-50 le procédé correspondant à la fig. 1, la courbe B ceux obte- nus par le procédé correspondant à la fig. 2, et la courbe C ceux obtenus

par le procédé correspondant à la fig. 3. Le point D représente le point de conception du dispositif. Les

conditions opératoires des procédés sont indiquées ci-dessous.

Quantité de chaleur engendrée de 1045 à 418 kJ/m3 (pour par le gaz résiduaire amené des températures de 780

à 310 C)

Température du gaz résiduaire amené 50QC Température du gaz d'entrée du lit catalytique 2500C Température du gaz de sortie du lit catalytique 6800C Température de l'air ambiant fourni 200C Lors de la mise en oeuvre des procédés correspondant aux fig. 1 et 3, la température du gaz déchargé à partir de l'échangeur de chaleur dans l'atmosphère ambiante peut être

maintenue sensiblement dans l'intervalle de 100 à 101OC.

Lors de la mise en oeuvre du procédé correspondant à la fig. 2, toutefois, la température du gaz d'échappement s'élève inévitablement jusqu'à une valeur de 270 à 2900C cependant que la quantité de chaleur engendrée diminue. Ce fait rend

le procédé inintéressant du point de vue pratique.

La description donnée jusqu'à présent correspond à un

cas dans lequel la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire est telle que la température d'auto-élévation n'est pas supérieure à (6800C moins la température du gaz résiduaire amené)OC. L'excellence de la présente invention est évidente même quand la quantité de chaleur engendrée

par le gaz résiduaire amené est plus grande que celle consi-

dérée ci-dessus.

Lors de la mise en oeuvre du procédé correspondant à la fig. 1, le réglage de la température du gaz de sortie du

réacteur d'oxydation catalytique 6 est réalisable en, accrois-

sant la proportion d'air ambiant que l'on introduit. Le

fait que ce mode opératoire abaisse inévitablement le rap-

port de récupération de chaleur ressort à l'évidence de la

tendance représentée par le graphique de la fig. 4.

Lors de la mise en oeuvre des procédés correspondant aux fig. 2 et 3, le réglage est réalisable en utilisant le

mélange d'une partie du gaz de sortie du réacteur d'oxyda-

tion catalytique avec le gaz de sortie du récupérateur de

chaleur (par mise en service du parcours représenté en poin-

tillé sur les fig. 2 et 3). Dans ce cas, lors de la mise en

oeuvre du procédé correspondant à la fig. 3, absolument au-

cun gaz ne s'écoule dans la conduite reliant l'échangeur de chaleur 44 au récupérateur de chaleur 38. Par conséquent, il est bien permis de considérer ces deux procédés (fig. 2

et 3) comme étant sensiblement égaux. Les rapports de ré-

cupération de chaleur dans les deux procédés sont donc égaux.

Dans le graphique de la fig. 4, les courbes représentatives du rapport de récupération de chaleur obtenu lors de la mise en oeuvre des procédés correspondant aux fig. 2 et 3, quand

elles traduisent des quantités croissantes de chaleur engen-

drée, finissent par se recouvrir, tandis que la courbe re-

présentative du premier procédé (fig. 1) manifeste une ten-

dance à s'abaisser constamment.

Tout compte fait, les données indiquent que le procédé

selon l'invention (fig. 3) est capable de faire face effica-

cement à une variation possible de la quantité de chaleur

engendrée par le gaz résiduaire traité dans un large inter-

valle tout en assurant une excellente récupération de cha-

leur à un haut niveau. Le procédé et le dispositif réalisés

conformément à l'invention sont donc particulièrement inté-

ressants à utiliser pour l'élimination des types de gaz ré-

siduaires tels que ceux émis à partir d'installations pour

la production d'acide acrylique par l'oxydation de propylé-

ne, pour la production d'acrylonitrile par ammoxydation de propylène, et pour la production d'anhydride maléique par

oxydation de benzène, par exemple, qui engendrent de la cha-

leur en quantités comprises entre 209et 1254 kJ /Nm3, et

plus particulièrement entre 418 et 1045 kJ /Nm3. -

De préférence, le réacteur à utiliser lors de la mise

en oeuvre de l'invention est conçu de façon telle que l'es-

pace vide subsistant entre le lit catalytique d'un cataly-

seur monolithique et la paroi interne du réacteur, espace constituant un risque de passage en court-circuit du gaz résiduaire non traité, se trouve rempli avec un catalyseur granulaire. Cet agencement est avantageusement réalisé en commençant par tendre un filet métallique dans la portion

inférieure de l'espace libre subsistant entre le lit cata-

lytique de catalyseur monolithique et la paroi interne du

réacteur de façon à établir un support sûr pour le cataly-

seur granulaire à mettre en place ultérieurement pour rem-

plir l'espace vide. Bien entendu, le catalyseur granulaire peut être remplacé par un catalyseur fibreux flexible ou du type étoffe. A titre de variante, un catalyseur granulaire

est utilisable en combinaison avec un tel catalyseur flexi-

ble. Parmi les catalyseurs disponibles pour remplir l'espace libre qui subsiste entre le lit catalytique du catalyseur

molithique et la paroi interne du réacteur, un matériau par-

ticulièrement avantageux est le catalyseur granulaire pour réaliser une oxydation complète. Les granules du catalyseur

peuvent se trouver sous la forme fixe de colonnes circulai-

res de sphères, ou de cylindres, ou sous une forme amorphe concassée. Le catalyseur granulaire possède l'avantage remarquable

de pouvoir être mis en place de façon à remplir l'espace vi-

de sans être aucunement affecté par la forme de cet espace vide. Il possède encore un autre avantage: par suite de la fluidité attribuable au caractère granulaire, ce catalyseur

est capable de maintenir constamment le remplissage de l'es-

pace vide en dépit des déformations de cet espace par suite

de dilatations thermiques. Même quand un vide se forme en-

tre le lit catalytique et la paroi interne du réacteur et quand le gaz résiduaire n'ayant pas réagi trouve un passage

en court-circuit dans cet espace vide, le gaz ainsi court-

circuité se trouve mis en contact avec le catalyseur granu-

laire et subit une oxydation complète. Un réacteur-ainsi construit garantit donc l'élimination parfaite désirée du

gaz résiduaire.

Il convient enfin de décrire, en se référant aux des-

sins ci-annexés' un mode de construction préféré du réac-

teur utilisable pour mettre en oeuvre l'invention. Comme le montrent les fig. 5 et 6, un élément support 52 pour le lit catalytique est maintenu solidement en position, sans être fixé par soudage au réacteur 50, par un support 51 qui est fixé à la paroi interne du corps principal du réacteur

, par exemple par soudage, et des catalyseurs monolithi-

ques 53 sont répartis sur le support 52 de lit catalytique à

l'intérieur du réacteur d'une manière telle que leurs ca-

naux creux s'alignent dans la direction du courant de gaz résiduaire. La fixation des catalyseurs au support 52 de

lit catalytique est généralement réalisée au moyen de bou-

lons s'étendant au travers de trous oblongs (non représen-

tés) ménagés au travers des catalyseurs. Grâce à cet agen-

cement, les catalyseurs sont libres de se dilater et de se contracter selon les variations de température. Un filet

métallique 56 est posé dans la portion inférieure de l'espa-

ce vide 55 observable entre la partie périphérique 54 du lit

de catalyseur monolithique 53 et la paroi interne du réac-

teur 50. Cet espace vide 55 est rempli avec un catalyseur granulaire et/Qu un catalyseur fibreux flexible et/ou un catalyseur en étoffe flexible 57. L'organe 52 supportant le lit catalytique d'une plaque poreuse ou d'un grillage. La

forme en coupe transversale des catalyseurs individuels mono-

lithiques peut affecter une configuration quelconque telle

que celle d'un carré, d'un rectangle, d'un cercle, d'une el-

lipse. Quand on utilise-des catalyseurs monolithiques ayant

une section transversale circulaire ou elliptique, il sub-

siste inévitablement des espaces vides dans le lit catalyti-

que. Dans ce cas, les espaces vides peuvent être remplis avec les catalyseurs susmentionnés (granulaires, ou fibreux,

ou affectant la texture d'une étoffe).

Il est avantageux que ces espaces vides soient remplis

avec le catalyseur granulaire, ou fibreux, ou ayant la textu-

re d'une étoffe, jusqu'à une hauteur comprise entre.50 et

% de la hauteur du lit catalytique des catalyseurs mono-

lithiques. L'avantage qui en résulte consiste en ce que, par suite de la différence de perte de pression entre le catalyseur granulaire, ou fibreux, ou affectant la texture

d'une étoffe et les catalyseurs monolithiques, il est possi-

ble de faire fonctionner le réacteur sans exercer sélective-

ment une lourde charge quelconque sur le catalyseur remplis-

sant les espaces libres.

Ci-après sont donnés différents exemples, bien entendu non limitatifs, illustrant des modalités de mise en oeuvre

de l'invention.

Exemple 1.- Dans un dispositif agencé de la manière schématiquement représentée fig. 3, un réacteur dans lequel

des catalyseurs monolithiques obtenus en revêtant des sup-

- ports monolithiques (supports en nid d'abeilles) en cordié-

rite avec une couche d'alumine activée et ultérieurement en

déposant du platine dans un état dispersé sur lesdits sup-

ports sont disposés de manière à former un lit catalytique

dans l'intérieur du réacteur et un catalyseur granulaire ob-

tenu en déposant du platine sur des supports sphériques ré-

fractaires inertes est placé de manière à remplir les espa- ces vides subsistant entre la portion périphérique du lit

catalytique et la paroi interne du réacteur est utilisé com-

me réacteur 50 d'oxydation catalytique. Un gaz résiduaire

provenant d'une installation pour la production d'acide acry-

lique par oxydation de propylène et qui est composé de 0,38 % en volume de propane, 0,28 % en'volume de propylène, 0,14 % en volume d'autres composés organiques, 0,56 % en volume de monoxyde de carbone, 4,19 % en volume d'oxygène, et le reste, pour faire 100 % en volume,de gaz inerte (quantité de chaleur engendrée 710,6kJ /Nm3) et qui possède une température de

500C est introduit par la conduite 31 à un débit de 100 par-

ties en volume/heure dans le premier échangeur de chaleur 33 pour y être chauffé. Ensuite, le gaz résiduaire chaud est encore chauffé dans le deuxième échangeur de chaleur 44. Il

est mélangé avec le gaz de sortie du réacteur amené à un dé-

bit de 13 parties en volume/heure par la conduite 46. Le

gaz mélangé résultant ayant une température de 2500C.est a-

mené, à un débit de 113 parties en volume/heure, au réacteur

36 d'oxydation catalytique pour y être complètement bralé.

Le gaz traité sortant du réacteur est à une température (de sortie) de 6800C. Une partie du gaz de sortie du réacteur est détournée par la conduite 40 vers le deuxième échangeur de chaleur 44 pour y servir à chauffer le gaz résiduaire

amené par la conduite 34. Une portion de 12 parties en vo-

lume/heure du gaz de sortie détourné est envoyée par la con-

duite 47 jusqu'au récupérateur de chaleur 38. Le reste du

gaz de sortie du réacteur est amené au récupérateur de cha-

leur 38 pour y laisser de sa chaleur. Il est ensuite trans-

féré au premier échangeur de chaleur 33. Par la cheminée 39, le gaz traité, dont la température est de 1000C, est déchargé dans l'atmosphère à un débit de 100 parties en volume/heure. Au cours de cette opération de traitement, le rapport de récupération de chaleur est de 90 %. Le gaz traité déchargé à partir de la cheminée est composé de 10 ppm de propane, 5 ppm de propylène, 4 ppm d'autres composés

organiques, une trace de monoxyde de carbone, 0,82 % en vo-

lume d'oxygbne, le reste pour faire 100 e en volume étant du gaz inerte. Exemple 2.- Dans le même dispositif que celui utilisé

dans l'exemple 1, un gaz résiduaireprovenant d'une installa-

tion pour la production d'acrylonitrile par ammoxydation de propylène, qui est composé de 0,31 % en volume de propane, 0,19 % en volume de propylène, une trace d'autres composés organiques, 1,2 % en volume de monoxyde de carbone, 3,5 5o en volume d'oxygène, et le reste, pour faire 100 % en poids, de gaz inerte (quantité de chaleur engendrée 585,2kJ /ImN) et qui se trouve à une température de 300C est introduit par la conduite 31 à un débit de.100 parties en volume/heure dans le premier échangeur de chaleur 33 pour y être chauffé. Le gaz résiduaire chaud est de nouveau chauffé jusqu'à 2700C dans le deuxième échangeur de chaleur 44. Le gaz résiduaire chaud est amené dans le réacteur 36 d'oxydation catalytique

pour y être complètement brûlé. Le gaz de sortie du réac-

teur est à une température de 6800C. Une partie du gaz de sortie du réacteur est détournée par la conduite 40 et est amenée, à un débit de 32 parties en volume/heure, dans le deuxième échangeur de chaleur 44 pour y servir à chauffer le

gaz résiduaire qui s'y trouve amené par la conduite 34. En-

suite, le gaz est mélangé avec le reste du gaz de sortie du

réact.eur amené par la conduite 37. Le mélange de gaz résul-

tant est admis à passer dans le récupérateur de chaleur 38 pour y laisser de sa chaleur. Le gaz froid résultant est

amené jusqu'au premier échangeur de chaleur 33. Par consé-

quent, le gaz traité, ayant une température de 800C, est déchargé par la cheminée 39 à un débit de 100 parties en

volume/heure dans l'atmosphbre. Au cours de cette opéra-

tion, le rapport de récupération de chaleur est égal à -8 jYt.

Le gaz déchargé par la cheminée 39 est composé de 8 ppm de

propane, 4 ppm de propylène, 3 ppm d'autres composés organi-

ques, une trace de monoxyde de carbone, 0,5 % en volume d'o-

xygbne, le reste pour faire 100 % ien poids étant du gaz i-

nerte. Exemple 3.- Dans le même dispositif que celui utilisé

dans l'exemple 1, un gaz résiduaire, provenant d'une instal-

lation pour la production d'acide acrylique par oxydation de propylène, qui est composé de 0,60 % en volume de propane, 0,33 % en volume de propylène, une trace d'autres composés organiques, 0,50 % en volume de monoxyde de carbone, 5,58 %

en volume d'oxygène, et le reste, pour faire 100 % en volu-

me, de gaz inerte (quantité de chaleur engendrée 961,4 kJ/

Nm3) et qui se trouve à une température de 50QC est intro-

duit par la conduite 31 à un débit de 100 parties en volume/ heure dans le premier échangeur de chaleur 33 pour y être chauffé. Le gaz résiduaire chaud est de nouveau chauffé dans le deuxième échangeur de chaleur 44. Le gaz résiduaire

chaud sortant du deuxième échangeur de chaleur 44 est mélan-

gé avec le gaz de sortie du réacteur amené par la conduite 46 à un débit de.53 parties en volume/heure pour produire un gaz mélangé possédant une température de 2500C. Ce gaz mélangé est amené, à un débit de 153 parties en volume/heure,

au réacteur 36 d'oxydation catalytique pour y être complète-

ment brûlé. Le gaz sortant du réacteur se trouve à une tem-

pérature de 6800C. Une partie du gaz de sortie du réacteur est détournée, à un débit de 30 parties en volume/heure, par la conduite 40 aboutissant au deuxième échangeur de chaleur 44 pour y servir à chauffer le gaz résiduaire introduit par la conduite 34. Une partie du gaz d'échappement obtenu après récupération de chaleur est amen& par la conduite 49,

à un débit de 42 parties en volume/heure, à la conduite 45.

Une partie de ce gaz d'échappement détourné est mise en cir-

culation par la conduite 47, à un débit de 19 parties en vo-

lume/heure, jusqu'au récupérateur de chaleur 38. Le reste du gaz de sortie du réacteur est traité par le récupérateur

de chaleur 38, puis est envoyé au premier échangeur de cha-

leur 33. Il en résulte que le gaz résiduaire traité, se trouvant à une température de 1000C, est déchargé par la cheminée 39 à un débit de 100 parties en volume/heure. Au

cours de cette opération de traitement, le rapport de récu-

pération de chaleur est égal à 92 %. Le gaz résiduaire traité sortant de la cheminée 39 est composé de 12 ppm de

propane, 5 ppm de propylène, 3 ppm d'autres composés organi-

ques, une trace de monoxyde de carbone, 0,85 % en volume d'oxygène, et le reste, pour faire 100 % en volume, étant du

gaz inerte.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour l'élimination d'un gaz résiduaire

contenant des hydrocarbures, du monoxyde de carbone et d'au-

tres composés organiques inflammables, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les opérations élémentaires

consistant essentiellement: (a) à chauffer ledit gaz rési-

duaire avec un gaz d'échappement obtenu en récupérant de la chaleur à partir du gaz de sortie d'un réacteur d'oxydation catalytique; (b) à chauffer le gaz chaud résultant avec une

partie du gaz de sortie dudit réacteur d'oxydation catalyti-

que; (c) à soumettre le gaz résiduaire chauffé à une oxyda-

tion complète dans ledit réacteur d'oxydation catalytique afin que le gaz ne soit plus nuisible; (d) à utiliser une

partie du gaz de sortie dudit réacteur d'oxydation catalyti-

que afin de chauffer ledit gaz résiduaire chauffé; (e) à mélanger au moins une partie du gaz de sortie du réacteur, utilise pour chauffer ledit gaz résiduaire, avec le reste du gaz de sortie dudit réacteur-; (f) à mélanger le reste du gaz de sortie du réacteur, utilisé pour chauffer ledit gaz résiduaire, avec ledit gaz résiduaire chauffé, et (g) à soumettre à une récupération de chaleur le mélange du reste du gaz de sortie du réacteur avec au moins une partie du gaz

de sortie du réacteur ayant servi à chauffer ledit gaz rési-

duaire.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire

est comprise entre 209 et 1254 kJ /Nm3.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que' la quantité de chaleur engendrée par le gaz résiduaire

est comprise entre 418 et 1045 kJ /Nm3.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie du gaz de sortie du réacteur ayant servi à chauffer le gaz résiduaire est mélangée avec le reste du gaz

de sortie du réacteur, et le reste-du gaz de sortie du réac-

teur ayant servi à chauffer ledit gaz résiduaire est mélangé,

avec ledit gaz résiduaire chauffé.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de sortie du réacteur ayant servi à chauffer le gaz résiduaire est mélangé en totalité avec le reste du gaz

de sortie du réacteur.

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce

qu'une partie du mélange du reste du gaz de sortie du r4ac-

teur avec au moins une partie du gaz de sortie du réacteur

ayant servi à chauffer le gaz résiduaire, qui a subi la récu-

pération de chaleur, est m,élangée avec le gaz de sortie du

réacteur ayant servi à chauffer le gaz résidunire.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz de sortie du réacteur d'oxydation catalytique est

à une température d'environ 6800C.

8. Procédé selon la revendication 1, earactérisé en ce que le catalyseur utilisé-,dans le réacteur est formé de

catalyseurs monolithiques.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les catalyseurs monolitiques sont fermement maintenus en

position dans l'intérieur du réacteur en remplis:ant l'espa-

ce vide, formé entre la portion périphérique du lit cataly-

tique dudit catalyseur monolitique et la paroi intérieure du réacteur, avec au moins un catalyseur choisi parmi le Croupe constitué par un catalyseur granulaire, un catalyseur fibreux

flexible, et un catalyseur ayant la texture d'une étoffe.

10. Dispositif pour l'élimination d'un gaz résiduaire

contenant des hydrocarbures, du monoxyde de carbone et d'au-

tres composés organiques inflammables, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison: des moyens (31) pour introduire le gaz résiduaire dans ledit dispositif;

un premier échangeur de chaleur (33) raccordé, sur son coté d'en-

trée, aux dits moyens et, sur son côté chauffant, à un récupé-

rateur de chaleur (34); un deuxième échangeur de chaleur (44)

raccordé, sur son côté d'entrée, audit premier échangeur de cha-

leur (33) et, sur son côté chauffant, au coté de sortie d'un réacteur (36) d'oxydation catalytique, et sur son côté de sortie chauffant audit réacteur (36) d'oxydation catalytique et audit récupérateur de chaleur, (34) ledit réacteur (36) d'oxydation catalytique étant raccordé audit deuxième échangeur de chaleur (44) et ledit récupérateur de chaleur (34) étant raccordé audit

réacteur (36) d'oxydation catalytique.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé

en ce que le côté sortie de gaz d'échappement du récupéra-

teur de chaleur est raccordé au côté sortie de gaz d'échap-

pement du deuxième échangeur de chaleur.

12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le catalyseur utilisé est formé de catalyseurs monolithiques.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les catalyseurs monolithiques sont fermement

maintenus en position dans l'intérieur du réacteur en rem-

plissant l'espace vide formé entre la portion périphérique du lit catalytique dudit catalyseur monolithique et la paroi intérieure du réacteur avec au moins un catalyseur choisi parmi le groupe constitué par un catalyseur granulaire, un catalyseur fibreux flexible, et un catalyseur ayant la

texture d'une étoffe.