FR2824755A1

FR2824755A1 - Reacteur a plaques et son fonctionnement dans un procede catalytique exothermique

Info

Publication number: FR2824755A1
Application number: FR0106622A
Authority: FR
Inventors: Eczyslovo Czernichowski; Albin Czernichowski
Original assignee: PHYSIQUES ET CHIMIQUES
Current assignee: PHYSIQUES ET CHIMIQUES
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-22
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: FR2824755B1

Abstract

L'invention décrit un réacteur compact à multiples plaques empilées et fortement serrées ainsi que la manière d'y conduire des réactions fortement exothermiques, telles que la synthèse Fischer-Tropsch des hydrocarbures en présence de grains d'un catalyseur fin remplissant les canaux de plaques dites réactives (R). D'autres plaques métalliques voisines, dites plaques caloporteuses (C), d'une taille et forme similaires, sont parcourues par un fluide caloporteur. Les plaques C sont fortement serrées des deux côtés de chaque plaque R pour assurer un très bon contact thermique entre elles. L'activation du catalyseur s'effectue à l'intérieur de ces plaques R mêmes. Tout l'empilement des plaques R et C est facilement démontable pour pouvoir effectuer aisément un échange standard des plaques R entières.

Description

fluide contenant les particules.

- 1 La présente invention concerne un nouveau réacteur à plaques et sa mise en _uvre pour les procédés catalytiques fortement exothermiques tels que la

synthèse Fischer-Tropsch (FT) des hydrocarbures.

Les réacteurs tubulaires à lit fixe sont des appareillages bien connus pour mener des réactions chimiques accompagnées d'un fort effet thermique. C'est le cas par exemple des réacteurs de synthèse Fischer-Tropsch o les grains d'un catalyseur spécifique accélèrent la réaction de l'hydrogénation sélective du monoxyde de carbone (CO) par l'hydrogène (H2) , réaction qui fournit des hydrocarbures, principalement des paraffines liquides, selon le schéma réactionnel: n CO + (2n+1) H2 CnH2n+2+ n H2Ovap (1) Cette réaction est fortement exothermique. Par exemple, lorsque 3 moles lS du mélange H2/CO (appelé "gaz de synthèse" ou "syngaz"), en proportions molaires proches de 2, se convertissent totalement en décane C'oH22 Ou en dodécane C'2H26, I'enthalpie standard de la réaction est de 161 kJ (298 K, 0,101 MPa). Cela correspond à -80,5 kJ par mole de CO converti. On obtient alors respectivement 19,4 ou 18,9 cm3 d'hydrocarbure liquide. En réalité, cette synthèse en présence d'un catalyseur à base de cobalt (Co) que nous choisissons comme référence, donne un mélange de paraffines et d'iso paraffines caractérisé par un nombre de carbones n se situant généralement entre 5 et 25 par molécule. On note une totale absence de soufre, d'azote et d 'hyd rocarbu res aromatiq ues dans les hyd rocarbu res prod u its q u i so nt de fait de plus en plus recherchés comme carburant très propre de substitution aux carburants actuels issus du pétrole brut et obtenus par distillation suivie d'un craquage. La Figure 1 présente, comme exemple, la composition en /0 de masse (wt. %) du mélange d'hydrocarbures que nous avons produit dans un réacteur monotubulaire en acier d'une longueur totale de 5 m et d'un diamètre intérieur de tube de 21 mm, sous une pression de 1 MPa. On y voit qu'en présence d'un catalyseur très performant à base de Co ("chain limiting" limitant la production des hydrocarbures lourds), le produit obtenu ne contient pratiquement pas de

paraffines lourdes ayant un nombre de carbones (Cn) supérieur à 20.

D'autres catalyseurs sont également proposés pour un usage industriel.

Par exemple les catalyseu rs à base de fer, con n us depu is leu r invention par F. Fischer et H. Tropsch en 1923. Ce sont des catalyseurs peu onéreux, assez faciles à utiliser... mais donnant des hydrocarbures liquides contenant olétnes et aromatiques. Ce défaut peut être corrigé par une étape d'hydrogénation. Autre

désavantage de ces catalyseurs: leur courte vie, d'environ 3 mois seulement.

-2 Mais on peut justement y remédier en utilisant le réacteur modulaire ici proposé

ainsi que son mode de gestion.

Les conditions réactionnelles de synthèse FT d'hydrocar,bures sont généralement bien connues des hommes du métier. Les températures peuvent aller de 150 à 380 C. Les pressions sont normalement comprises entre 0,5 et MPa. De manière générale, I'augmentation de température accro^rt la productivité, toutes choses restant égales par ailleurs. Cependant, la sélectivité pour les HC gazeux tend à augmenter et la stabilité du catalyseur à diminuer quand la température augmente. Ainsi, dans ce cas, bien que la conversion du CO augmente, le rendement en produits liquides souhaités, par exemple des prod uits en C6+, peut ne pas être aussi important. Ma is certains catalyseu rs modernes dits "chain limiting" peuvent justement nécessiter de travailler à des

températures élevoes.

Lors de nos tests (à l'échelle de 0,5 litre d'un catalyseur "chainlimiting"), nous avons été confrontés à plusieurs problèmes qui nous ont incités à chercher les moyens et les méthodes pour les résoudre. Le processus (1) est assez lent et très délicat à mener; il demande une stabilité au niveau de ia pression, du débit et surtout de la température. En plus, le régime opérationnel FT du catalyseur à base de cobalt est assez voisin du régime de cokéfaction provoquée par la réaction concurrentielle:

2CO=C+CO2 (2)

qui peut se déclencher à une température légèrement supérieure à celle de la synthèse FT. La réaction (2) est également exothermique et son enthalpie standard est de -86,2 kJ par mole de CO converti ce qui est très voisin de la

valeur de -80,5 kJ par mole de CO converti via la réaction visée (1).

C'est pourquoi, un régime isotherme par rapport à tout le volume du catalyseur doit impérativement être assuré. Sinon, un grain de catalyseur mal refroidi monterait vite en température à cause de la chaleur de la réaction (1), ce qui provoquerait un basculement de cette réaction utile vers la réaction parasite (2), avec une désactivation du grain par un dépôt de suie sur la surface active du catalyseur. Avant que le catalyseur ne permette la production de ces paraffines liquides présentées sur la Figure 1, nous avons dû assurer quelques taches délicates. Tout d'abord, réduire le cataiyseur qui se présentait initialement sous une forme inactive (oxydée), seule forme qui pouvait permettre sa livraison depuis son lieu de fabrication éloigné de quelques milliers de kilomètres. Cette - 3 réduction sous hydrogène gazeux (pur ou contenu dans un mélange de gaz) et à une température relativement haute par rapport à celle du fonctionnement productif de notre réacteur FT, ne pouvait être menée que dans un autre réacteur spécial, après quoi, le catalyseur devenu trop actif (et très pyrophorique) a dû être transvasé dans le réacteur FT sous atmosphère contrôlée (avec tous les soucis et dangers liés à l'opération). Ensuite, il a fallu soigneusement former les

"bons" centres actifs spécialisés pour le processus (1), en évitant la réaction (2).

Cette opération appelée "formatage" ou "conditionnement" du catalyseur, nous a demandé un temps relativement long, avec une mise à régime progressive du

débit du syngaz, de sa composition, de la température du lit, et de la pression.

Pendant le formatage, nous avons eu besoin de faire assez fréquemment des anaiyses chromatographiques pour suivre la composition du syngaz ainsi que celle du produit sortant (gaz, vapeurs et liquides). Nous avons eu également besoin d'utiliser des sources variables en débit et en concentration du syngaz, ainsi qu'une source de gaz neutre pour la dilution du syngaz, etc. Nous avons dû aussi trouver un moyen pour chauffer sous strict contrôle tout le réacteur FT (initialement froid), pour contrôler ensuite sa température lorsque la réaction (1) s'est enclenchée (en commençant alors à le refroidir) et encore pour mettre en _uvre d'autres éléments technologiques qui ne seront plus utilisés quand le réacteur (rempli de son catalyseur) arrivera enfn à son régime de fonctionnement

normal (régime qui peut durer deux ans si le conditionnement a été correct).

Ajoutons que pour obtenir les optima de qualité des produits, de productivité du réacteur et de longévité du catalyseur, I'opération de formatage doit être préférablement menée dans le même réacteur FT, ceci pour éviter un contact avec l'air. Soulignons également qu'à cause de l'opération de formatage, le réacteur n'entrera dans son régime opérationnel qu'après un temps relativement long (deux semaines ou plus), temps pendant lequel il est totalement indisponible pour une production industrielle. Mais peut-on se permettre une telle perte de productivité sur le site "Gas To Liquid" (GTL) ? Ne doit-on donc pas ajouter des réacteurs FT supplémentaires pour couvrir la période d'inactivité de certains réacteurs lors des phases de conditionnement ? Bien sûr, cela entranerait un coût supplémentaire de toute la chane GTL... à moins que l'on ne dispose d'un nouveau réacteur à plaques et qu'on l'utilise d'une manière particulière, ce nouveau réacteur et son mode de fonctionnement

particulier étant les deux objets de la présente invention.

Soulignons encore que c'est grâce à un catalyseur spécifique, à la façon dont il est mis en forme (calcination, réduction et formatage) et au bon choix des paramètres opératoires pour un fonctionnement normal pendant la période - 4 productive (température, pression, débit, composition du syngaz, etc.), qu'on peut obtenir un carburant synthétique ne contenant quasiment pas de paraffines lourdes, carburant liquide qui peut alors être directement utilisé (après une simple séparation des fractions "essence" ou "naphta" et "diesel"). Autrement, on serait amené à hydrocraquer ces paraffines, opération assez lourde et coûteuse, mais

nécessaire pour la plupart des synthèses classiques FT.

Revenons à nos calcuis basés seulement sur deux paraffines C1O (décane) et C2 (dodécane) typiques. Pour produire 1 baril (159 litres) de l'une ou de l'autre de ces paraffines, il faut donc convertir respectivement 550 ou 567 m3(n) de syngaz, avec un dégagement de 1,3 GJ de chaleur. Un réacteur produisant 1 bbd (baril par jour) présente donc une puissance thermique de 15 kW (décane) ou de 16 kW (dodécane). Ce flux d'énergie est généralement produit entre 170 et 230 C, température de la synthèse FT utilisant un catalyseur basé sur le Cobalt

et mis dans un lit fixe.

Les tubes abritant le catalyseur FT, quel que soit le réacteur, sont en position verticale avec le syngaz et les produits de synthèse passant de haut en bas. Cela impose une limitation des hauteurs à 5 - 7 m pour ces réacteurs classiques du type "faisceau de milliers de tubes dans un gros cyiindre". Pour mettre de plus en plus de tubes dans un seul cylindre, il faudrait augmenter le diamètre du cylindre et donc l'épaisseur de ses parois (condition de sa tenue en pression). Classiquement, un réacteur multitubulaire est refroidi par l'eau etiou la vapeur d'eau sous pression, ce fluide caloporteur se trouvant entre les tubes, le tout étant assemblé dans ce gros cylindre métallique sous pression du fluide caloporteur et muni des entrées et sorties des réactifs, du produit et du fluide caloporteur. L'énergie produite par l'unité FT peut servir à générer de la vapeur de moyenne pression, qui peut entraîner un turboalternateur produisant de l'électricité, qui elle-même participerait à l'approvisionnement électrique du site de conversion du gaz naturel, du blogaz ou d'autres gaz issus du traitement de déchets ou de blomasse, en carburants propres, un tel procédé étant appelé

"Gas-To-Liquids" (GTL).

Les échanges thermiques entre le milieu réactionnel (I'intérieur du tube avec le catalyseur) et le milieu qui emporte la chaleur de la réaction (1) , sont souvent insuffisants pour des puissances thermiques élevées. En conséquence, ies réacteurs tubulaires travaillent à une vitesse spatiale limitée, de l'ordre de 100 h-', I'unité h-1 provenant du rapport entre le débit du gaz (m31h) traversant le réacteur par le volume actif du réacteur (m3); le terme "vitesse spatiale" est parfois remplacé par "vitesse volumique horaire" ou "VVH". Les tubes du réacteur sont habituellement fabriqués en acier d'un diamètre intérieur d'environ 20 mm avec des parois d'environ 2,5 mm d'épaisseur. Un réacteur de taille industrielle S contient des milliers de tubes, chaque tube ayant les bouts soudés individuellement dans un collecteur d'entrée de syngaz d'un côté et dans un

collecteur de sortie des produits et des réactifs à régénérer de l'autre côté.

La réaction (1) indique qu'en augmentant la pression, on déplace son équilibre à droite; si la réaction est complète, la contraction du système est définie comme le rapport du nombre total de moles de produits gazeux (n+1) sur le nombre total de moles de réactifs gazeux (3n+1). Ce rapport est donc de - 0.32 pour les molécules examinées C1O ou C,2. Cela indique qu'un meilleur taux de conversion du syngaz en carburant synthétique (appelé "syncrude") peut être obtenu sous pression de plus en plus élevée dans un réacteur de taille constante. En augmentant la pression dans le lit catalytique et en augmentant l'activité d u catalyseu r, on pourrait réduire la tail le d u réacteur pour la même productivité visée... si seulement on réussissait bien à enlever de pius en plus la

chaleur dégagée par la synthèse FT se déroulant à l'intérieur des tubes.

N'oublions pas qu'échauffé par la synthèse FT, le granule de catalyseur qui se trouve dans l'axe du tube et qui est éioigné de la paroi du tube refroidie de l'extérieur par l'eau eVou la vapeur d'eau, doit exporter sa portion de chaleur sur un parcours de 1 cm à travers d'autres granules. Les catalyseurs classiques sur un support minéral sont caractérisés par une relativement grande dimension de leurs granules (de l'ordre de 5 mm), tout à fait compatible avec la conception des réacteurs industriellement disponibles. L'inconvénient des catalyseurs classiques réside cependant dans leur conductivité thermique relativement basse. Cet inconvénient peut donc contribuer à un échauffement local et par là méme, au démarrage de la réaction parasite (2) qui, elle aussi, est favorisée par I'augmentation de la pression car le taux de contraction précédemment défini est égal à 0,5. Peut-on alors fixer et maintenir constante la température optimale d'un tel grain "central" ainsi que des grains "périphériques" à proximité de la paroi du tube ? Peut-t-on éviter un dépôt catastrophique de coke ? Analysons donc un tube de diamètre réduit à 16 mm pour rapprocher le centre du tube des parois d'échange de chaleur et essayer ainsi d'éviter le problème précédent. Un tube d'une longueur de 4 m abritera 0,80 litres de catalyseur... mais sa masse "active" sera relativement faible car on n'arrivera pas à bien remplir ce tube avec un catalyseur de granulation classique. Les granules d'un catalyseur classique (taille 5 mm) sont en effet incompatibles - 6 avec des tubes de 16 mm de diamétre. Il faudrait donc réduire la taille des grains à environ 1 à 3 mm... mais en risquant alors des difficultés de passage du

syngaz à travers un tel lit compact. La perte de charge serait trop grande.

Réduisons donc la longueur du tube à 3 m (ou moins), sachant que certains S catalyseurs modernes sont très actifs (avec une WH allant jusqu'à 1500 h-') et que donc la synthèse FT peut progresser suffisamment sur les deux premiers mètres de longueur du lit. Un réacteur ainsi compacté dégagerait toujours une puissance de 15 à 16 kW pour 1 bbd, mais répartie cette fois sur une surface d'échange thermique telle qu'elle devrait être capable d'exporter efficacement la

chaleur et éviter ainsi une surchauffe du catalyseur.

Un réacteur plus efficace d'un point de vue de l'échange calorifique pourrait alors utiliser les avantages de ces catalyseurs nouveaux plus actifs et plus fins. Rappelons que l'activité d'un catalyseur est définie généralement par des processus de diffusion des réactifs dans l'intérieur du granule et de diffusion des produits formés dans les pores du granule vers l'extérieur. Il a été démontré que pour une petite dimension de granule (1 à 3 mm), I'activité du catalyseur a sa valeur maximale, qui ne dépend plus du diamètre géométrique du granule. Un exemple provenant d'une autre catalyse montre que cette activité augmente 9 fois quand la dimension du granule diminue de 15 mm jusqu'à 2 mm. Cela veut dire que l'activité, dans ce cas, est limitée par la progression des réactions chimiques à la surface active des micropores et des capillaires accessibles dans le centre du granule. Cependant, la mise en _uvre d'un tel catalyseur fin implanté dans son lit est difficile à cause de la haute résistance hydraulique au passage des réactifs gazeux par ce lit du catalyseur. Mais augmenter la taille du granule mène à diminuer l'activité du catalyseur... On peut voir qu'une grande dimension du granule fournit des valeurs acceptables de perte de charge, cependant la limitation de la diffusion provoque la diminution de l'activité du catalyseur. Certaines technologies FT proposent d'ailleurs une poudre très fine de catalyseur à base de cobalt ou de fer suspendu directement dans un liquide hydrocarboné en contact direct avec le syngaz - mais cette voie présente des problèmes techniques que nous ne voulons pas affronter. Nous restons donc sur un lit fixe réalisé dans un réacteur tubulaire et nous présentons les solutions de quelques problèmes liés à cette technologie afin de la moderniser et de rendre

ainsi plus facile toute la chane GTL.

Dans le cadre de la présente invention, on préfère utiliser un catalyseur contenant au moins un métal du groupe Vlil et éventuellement d'autres agents modificateurs sur un support minéral maintenu en lit fixe. Le catalyseur que nous visons de préférence est un catalyseur à base de cobalt. Le support utilisé est de préférence un support à base d'alumine, de silice, d'argile spéciale ou d'oxyde de titane. Les concentrations de cobalt sont de préférence de 3 à 45 % poids par rapport au poids total de catalyseur. Le catalyseur peut également contenir un autre métal, qui est soit actif en tant que catalyseur FT, par exemple le fer ou un métal des groupes Vl à Vlil de la classification périodique des éléments tel que le ruthénIum, soit un métal promoteur tel que par exemple le molybdène, rhénium, tantale, zirconium, cérium, thorium ou uranium. Le(s) métal (métaux) promoteur(s) est (sont) habituellement présent(s) à raison d'au moins 5 % par rapport au cobalt. Le catalyseur peut aussi contenir un agent alcalin ou alcalino

terreux eVou des terres rares.

Pour le cas d'un réacteur multitubulaire ayant 16 mm de diamètre intérieur de tube, un seul réacteur classique de taille industrielle de 500 bbd demanderait donc des milliers de tubes avec leurs soudures à l'intérieur d'un cylindre pressurisé. Ajoutons que cette tatile, d'après certains stratèges, constitue une limite économique inférieure et que des complexes industriels encore plus grands

sont actuellement visés.

Mais comment remplir des tubes si fins par un catalyseur préalablement réduit dans l'hydrogène - et donc extrêmement pyrophorique en contact avec l'atmosphère am biante, surtout s' i l s'agit d' un catalyseu r à base de cobalt ? Mettre une atmosphère contrôlée ? Doit-on donc réduire ce catalyseur dans le même réacteur FT - qui dans ce cas doit tenir tout entier entre 300 et 500 C avec un apport de chaleur par un moyen spécial (fluide calorifique spécial, chauffage électrique) ? Et si au cours de la synthèse une ou plusieurs soudures se détérioraient en mettant en contact le fluide caloporteur avec le catalyseur actif ? Et si, malgré nos efforts, la température à l'intérieur de quelques tubes devenait trop élevée conduisant à la désactivation du catalyseur dans ces tubes là ? D'autres inconvénients des réacteurs classiques multitubulaires utilisés traditionnellement pour la synthèse FT sont les suivants: À Les moyens d'entrée des réactifs dans les tubes consistent en une multitude de petites ouvertures soudées à l'intérieur d'un gros cylindre pressurisé, sans aucune possibilité de contrôler ces entrées ni individuellement ni même par des sous-ensembles (paquets). En conséquence, un seul tube mal rempli ou vide peut laisser fuir une relativement grande quantité du syngaz sans aucun contact avec le

catalyseur, ce qui a une influence sur toute la synthèse FT.

À Une fois les tubes bien remplis, I'opération délicate de formatage du catalyseur fait causer un risque à la charge entière de catalyseur si celui n'est pas suffisamment bien formaté; il y a une quasi impossibilité de - 8 contrôler la qualité de formatage pour prévoir la longévité de la charge catalytique. La perte de charge dans le lit du catalyseur impose une longueur maximale des tubes et par conséquent une limite à la progression de la réaction. Un nombre important desdits tubes est alors nécessaire. Lorsque la longueur des tubes est faible et le volume de catalyseur nécessaire pour une unité commerciale de tail le raisonnable est élevé, la tai lle (su rtout le d iamètre d u cylindre - containeur) et le nombre d'appareils nécessaires deviennent excessifs, ce qui rend l'utilisation de ces réacteurs à tubes fins peu intéressante.

Quasi impossibilité de déplacer ces gros réacteurs d'un site GTL à l'autre.

À Coût élevé.

À D'autres problèmes qui seront évoqués plus loin.

C'est pourquoi nous présentons ici un nouveau réacteur à plaques empilées et remplies d'un catalyseur bien formaté ainsi que le procédé de réduction et de formatage du catalyseur, objets de la présente invention. Ce réacteur et ce procédé présentent des avantages qui seront successivement décrits dans la

partie descriptive de notre invention.

Une partie importante du procédé FT consiste à amener un précurseur de catalyseur, surtout celui basé sur le cobait, à sa forme active. Initialement, ce précurseur, ou autrement dit le catalyseur sous sa forme initiale oxydée (crue), se présente par exemple comme un carbonate, nitrate ou hydroxyde qui doit être tout d'abord calciné afin d'obtenir un oxyde CoO2 déposé sur la surface d'un support ou dispersé plus ou moins régulièrement dans toute la masse du support, par exemple argileux. La calcination se passe à une température allant parfois

jusqu'à 700 C, à pression atmosphérique et dans l'air.

Ensuite, I'activation du catalyseur consiste à réduire cet oxyde jusqu'à une formule CoOx avec O < x 2. La réduction de l'oxyde est réalisée au moyen d'un réducteur, par exemple l'hydrogène ou le monoxyde de carbone ou un mélange des deux. La réduction peut avoir lieu soit in-situ, c'està-dire dans le réacteur FT (s'il peut tenir à température élevée), soit ex-situ, c'est-à-dire dans un outil différent de celui o a lieu la réaction catalytique, soit en partie insitu et en partie ex-situ. Différents catalyseurs présentent différentes réductibilités; un catalyseur à base de cobalt peut être totalement réduit à une température de 300 C sous un mélange H21Ar contenant 5 % d'hydrogène tandis qu'un autre catalyseur demande une température supérieure à 600 C pour sa réduction complète en utilisant le même mélange de gaz. Parfois on ne cherche pas à obtenir une réduction totale car des formes partiellement réduites de l'oxyde peuvent être beaucoup plus avantageuses. Ainsi la valeur optimale x peut être établie à la seule discrétion du fournisseur de catalyseur... Ce processus de réduction nécessite donc la présence d'hydrogène plus ou moins concentré, sous pression, température et débit optimisés, ceci pendant un temps allant jusqu'à quelques heures. Toutes ces conditions sont très spécifiques en fonction du catalyseur et en fonction des paramètres opératoires sous lesquels ce catalyseur va ensuite travailler, souvent 1 ou 2 ans, pour donner le produit désiré. Les conditions de réduction du catalyseur suivie d'un formatage (qu'on peut encore appeler conditionnement ou activation finale) sont souvent tenues secrètes. Ces conditions déterminent cependant les performances du catalyseur et sa longévité... et peuvent même concerner des tonnes de

catalyseur à préparer en un seul batch.

Préférentiellement, la calcination et la réduction du catalyseur se font donc sous contrôle du fournisseur du catalyseur, souvent dans son usine. Une fois réduit, le catalyseur devient pyrophorique, difficile à transporter, à stocker et à manipuler. Le transport d'une telle matière incendiaire entre le site de sa production et le site de son utilisation (complexe industriel GTL qui peut être

é loig né de quelq ues m ill iers de km) demande donc d es préca utions importantes.

Une fois arrivé sur le site, le catalyseur sous sa forme réduite (mais pas encore celle qui correspond à son activité optimale pour la synthèse donnée FT) doit être transvasé (les granules coulent comme un liquide) sous atmosphère inerte (par exemple CO2) entre le récipient très spécial de transport et les tubes du réacteur FT. C'est une opération très délicate qui peut influencer la longévité du catalyseur et ses performances. Doit-on impérativement prendre ce risque ? Notre procédé

inventif de réduction et de formatage final, décrit plus loin, évite ces problèmes.

DescriPtion du nouveau réacteur Fischer Trogsch (FT) et du nouveau procédé

Des catalyseurs FT nouveaux plus actifs et plus fins tels que des catalyseurs à base de Cobalt, à petits grains de 1 - 3 mm de diamètre, exigent de repenser la conception des réacteurs FT. Nous présentons donc un nouveau réacteur FT à plaques empilées pouvant contenir un tel catalyseur ce qui permet de réduire le volume, la hauteur du lit du catalyseur et donc les dimensions du réacteur FT, d'o une faible perte de charge dans le lit granuleux. Nous avons - 10 déjà souligné le fait que les réacteurs classiques tubulaires à lit fixe ne sont pas

adaptés à ce type de catalyseurs.

On conna^'t certains réacteurs comprenant un faisceau de plaques ondulées délimitant un circuit de fluide réactant à travers un lit de catalyseur avec un autre circuit de fluide caloporteur, mais leur efficacité thermique est trop limitée pour une réaction fortement exothermique FT. De plus, une couche unique de catalyseur disposé entre les plaques présente le risque de l'établissement d'un chemin préférentiel et noncontrôlé du gaz à convertir, ce qui court-circuite des larges parties du lit qui ne sont qu'en contact insuff'sant avec

ce gaz.

Nous présentons donc un réacteur plus efficace du point de vue de l'échange ca lorifique et de ce fait pa rfaitement ad apté à ces contraintes. U n passage contrôlé du gaz à convertir canalisé dans les tubes ou dans les canaux prédéterminés nous permet également d'éviter le problème du court-circuit hydraulique. C'est donc un réacteur modulaire composé d'éléments sous forme de plaques d'une construction nouvelle. Le réacteur se compose d'une part d'éléments contenant le catalyseur, au sein desquels se déroule la réaction de synthèse proprement dite; nous appelons ces éléments "plaques réactives" ou "plaques R". Le réacteur se compose d'autre part d'un autre type d'éléments qui ont pour fonction principale d'évacuer à l'extérieur du réacteur l'énergie thermique produite par la réaction FT qui est fortement exothermique; nous appelons ces éléments "plaques caloporteuses" ou "plaques C". Ces plaques C fournissent également la chaleur aux plaques R dans une étape de démarrage de la réaction FT. Les Figures 2 à 7 qui suivent montrent, de façon schématique, la construction des éléments principaux du nouveau réacteur et leur assemblage,

objet de la présente invention.

Une plaque élémentaire R est présentée à titre d'exemple sur les Figures 2a, 2b et 2c. "Plaque" signifie ici (et dans tout notre texte) toute forme à trois dimensions qui a une ampleur dans l'une des dimensions qui est substantiellement plus courte (nous l'appelons "épaisseur") que dans les deux autres dimensions. Par exemple, une plaque peut être planaire, annulaire ou

même cylindrique. Dans la description qui suit, nous allons préférer une plaque

planaire du type parallélépipédique.

Le corps 1 d'une plaque R d'une longueur 2 est délimité d'une part par les extrémités d'entrée 3 et de sortie 4 généralement planes et parallèles entre elles, d'autre part par les bords suivants: 2 (longueur), 5 (largeur) et 6 (épaisseur) généralement plans et parallèles entre eux ainsi que par les deux faces latérales 7 et 8 généralement planes et parallèles entre elles. A l'intérieur du corps 1 ont été aménagés descanaux 9 (de section circulaire, rectangulaire ou d'une autre géométrie) de forme allongée et séparés entre eux dans le sens longitudinal par des cloisons inter-canaux 10a. Les canaux sont séparés du côté des faces 7 et 8 par des cloisons faciales 10b. Chacun des canaux 9 débouche à chacune des deux extrémités 3 et 4 par des orifices d'entrée 11a et de sortie 11b. De préférence, ainsi que représenté sur les Figures 2a et 2b, des particules de catalyseur 12 remplissent la quasi-totalité de la longueur 2 de chaque canal 9. Le catalyseur repose (grâce à la pesanteur) sur une grille de sortie 13b fixée dans le canal 9. Le fluide principal (réactif) 14 composé principalement du gaz de synthèse entre du côté 3 par l'orifice d'entrée 11a communiquant avec le canal 9, passe par une grille d'entrée 13a, par le lit du catalyseur 12, par la grille de sortie 13b pour quitter enfin le même canal 9 par l'orifice 11b de sortie comme produit

de la réaction FT composé de gaz, vapeurs et liquides.

L'orientation longitudinale des canaux 9 est de préférence verticale. Elle peut être aussi inclinée par rapport à la pesanteur à condition de garder un remplissage quasi complet de chaque canal 9 par le catalyseur 12. Ainsi on empêche un éventuel passage du fluide réactif entrant 14 hors du lit par un chem in la issé libre "sous plafond" d 'u n canal quasi horizontal rem p li partiel lement à la suite d'un éventuel tassement du catalyseur. Nos observations indiquent cependant qu'il suffit que l'angle entre l'axe du canal 9 et la direction de la pesanteur ne soit pas supérieur à environ 1 radian pour éviter un tel court-circuit

hydraulique du lit.

Selon le matériau de construction du corps de plaque (un métal de préférence), selon le diamètre des tubes ou la dimension des canaux d'une autre forme, et selon ie procédé de fabrication (extrudée, coulée, collée, soudée, brasée, sertie, emboutie, autre) et les propriétés mécaniques obtenues, nous limitons l'épaisseur 6 de la plaque R. En principe l'épaisseur 6 de la plaque, les épaisseurs des cloisons 10a et 10b et certaines propriétés mécaniques de la plaque sont volontairement fixées à de faibles valeurs, tout juste suffisantes pour monter jusqu'à 5 MPa de pression (ou plus si nécessaire) dans les canaux qui se situent à l'intérieur, ceci à la température de la synthèse FT. Nous verrons dans

la suite de la présente description que la bonne tenue en pression des plaques R

(ainsi que des plaques C) sera assurée suite à un assemblage inventif "en - 12 sandwich serré" de ces deux sortes de plaques. Sans assemblage, la plaque R

ne tient pas individuellement à la pression des fluides 14 et 15 du procédé.

Pour des raisons de commodités lors de la fabrication, du montage ou de la S construction, il est parfois avantageux de limiter également la largeur 5 des plaques R. Les Figures 3a et 3b montrent un schéma de l'assemblage possible des plaques R dites "élémentaires" pour constituer une plaque module 16 plus grosse. Ainsi une plaque - module sera constituée d'un nombre de plaques élémentaires 1 pouvant être compris entre 2 et 20 par exemple. Les plaques éiémentaires peuvent être assemblées (rapprochées, soudées, collées, rivetées, embo^'tées, etc.) par leurs bords 17 constitués de la surface limitée par la longueur 2 et l'épaisseur 6. La plaque - moduie ainsi assemblée se présente

comme une plaque R ou C plus large et sera considérée dans la description qui

suit comme une simple plaque R ou C. Comme déjà mentionné auparavant, les particules du catalyseur sont maintenues du côté bas de chaque canal vertical 9 par la grille 13b perméable par rapport aux produits sortants 15 mais empêchant en même temps que le lit du catalyseur 12 ne s'écoule par l'orifice 11b. Les grilles 13b présentes dans chaque canal 9 ont donc des mailles suffsamment fines pour maintenir ces particules de catalyseur 12 tout en permeKant la circulation des fluides 14 et 15 à travers ces particules 12. La grille 13a également présente dans chaque canal 9 protège le lit du catalyseur 12 contre son écoulement accidentel par l'orifice d'entrée 11a lors d'un assemblage du réacteur FT ou de toute autre manipulation

ou transport de la plaque R déjà remplie du catalyseur ou de son précurseur.

En résumé, les plaques R présentent un corps 1 et comportent les orifices d'entrées 11a du gaz réactif 14 et les orifices de sorties 11b des produits 15 (liquides, vapeurs et gaz non converti). Une série de plusieurs canaux 9 contenant chacun le catalyseur 12 est montée en parallèle et forme ainsi une composante du ctrcuit des fluides 14 et 15. Cette composante communique avec d'autres moyens d'admission et d'évacuation des fluides décrits dans le texte qui suit. 11 est préféré que la conductivité thermique du matériau formant le corps 1 des plaques réactives R soit d'au moins un ordre de grandeur plus haut que la conductivité thermique du catalyseur 12 situé dans les canaux 9 de ces plaques pendant le fonctionnement du réacteur. Les plaques peuvent donc être fabriquées à partir de toute matière ayant une conductivité thermique convenable. Il est également préféré que la matière de construction pour les - 13 plaques R soit substantiellement inerte chimiquement au contact avec les granules du catalyseur et par rapport au gaz réactif (syngaz) 14 et aux produits

de synthèse (principalement la vapeur d'eau et des hydrocarbures) 15.

Rappelons que pendant la réaction de synthèse FT, un flux d'énergie est généralement produit entre 150 et 380 C (température de la synthèse FT utilisant un catalyseur à base de cobalt et un lit fixe). Cependant, pour une autre raison expliquée en détail dans le texte qui suit, nous préférons un matériau pouvant tenir jusqu'à 500 C. Les métaux ou composites sont des matières convenables pour un usage dans les plaques réactives R. Les métaux convenables incluent cuivre, aluminium, acier inox et acier doux. Les matières composites tel que l'acier recouvert par le cuivre, le chrome recouvert par le cuivre (ou vice versa) peuvent aussi être utilisées. Cette liste de matières n'est pas exhaustive et plusieurs autres métaux de bonne conductivité thermique peuvent être utilisés pour construire les plaques R. Notre préférence se porte cependant sur I'aluminium et ses alliages qui présentent une très bonne conductivité thermique, une densité très basse, une température de fusion suff'samment haute pour la synthèse FT et suffisamment basse pour la fabrication (fusion, extrusion, etc.) et un éventuel recyclage du métal. De plus, Al se passive très bien en formant une excellente couche protectrice. On éviterait ainsi la rouille provenant d'un acier carbone et présentant elle-même une activité catalytique pour la synthèse des oléfines non désirées. On éviterait également le prix et le poids élevés d'un acier inox Les éléments que nous avons déjà appelés "plaques caloporteuses C" ont pour fonction principale d'évacuer à l'extérieur du réacteur l'énergie produite par la réaction exothermique FT. Elles remplissent également le rôle de régulateur de température (rappelons qu'une synthèse FT correctement menée exige une température constante, préférablement à 0,5 C près). De plus, au cours des différentes phases du fonctionnement du réacteur (premier démarrage, conditionnement in-situ du catalyseur, production, redémarrage après un arrêt, etc.), les plaques C jouent, au sein du réacteur, le rôle d'éléments d'apport de

l'énergie thermique.

Dans sa conception générale, la plaque caloporteuse C peut ressembler à la plaque réactive R. Les Figures 4a, 4b et 4c présentent l'exemple d'une telle plaque à canaux avec le schéma de son fonctionnement. Bien évidemment, tout autre concept de plaque C peut également être envisagé. Le corps 1 de la plaque C présentée à titre d'exemple a une longueur 2 délimitée, comme pour une plaque R. par une extrémité d'entrée 3 et une extrémité de sortie 4, les deux extrémités étant généralement planes et parallèles entre elles. Les bords: 2 - 14 (longueur), 5 (largeur) et 6 (épaisseur) sont généralement plans et parallèles entre eux. Les deux faces latérales 7 et 8 sont aussi généralement planes et parallèles entre elles. A l'intérieur du corps 1 ont été aménagés des canaux 9 (de section circulaire, rectangulaire ou d'une autre forme géométrique) de forme allongée et séparés entre eux dans le sens longitudinal par des cloisons inter- canaux10a. Les canaux sont également séparés du côté des faces latérales 7 et 8 par des cloisons faciales 10b. Chacun des canaux 9 débouche sur chacune des deux extrémités 3 et 4 par des orifices d'entrée 11a et de sortie 11b. Pour améliorer le rendement d'échange thermique, il est opportun de monter dans les canaux de passage des chicanes 9b créant des turbulences, ou d'autres éléments exerçant une action similaire. Un fluide caloporteur 18 entre dans le canal 9 par un orifice 11a pour ressortir par l'orifice 11b du même canal. Une série de plusieurs canaux 9 ainsi incluse dans un circuit de parcours du fluide caloporteur 18 communique avec des moyens d'admission et d'évacuation de ce

fluide (pompes, réservoirs, échangeurs, etc.).

Selon le matériau de construction du corps 1 (un métal de préférence), selon le diamètre des tubes (ou plus généralement selon la dimension des canaux d'une autre géométrie 9), selon le procédé de fabrication (extrudée, coulée, collée, soudée, brasée, emboutie, autre) et les propriétés mécaniques obtenues, nous limitons également l'épaisseur 6 de la plaque. En principe, cette épaisseur et certaines propriétés mécaniques de la plaque C sont volontairement à peine suffisantes pour monter, à la température de la synthèse FT, jusqu'à la pression nécessaire pour faire circuler un fluide caloporteur dans les canaux 9 et ainsi assurer la fonction d'échangeur de chaleur. La bonne tenue en pression des plaques C sera alors assurée par un assemblage "en sandwich serré" déjà mentionné et expliqué en détail plus tard dans ce texte. Si elle n'était pas insérée dans le sandwich, la plaque C ainsi volontairement affaiblie ne pourrait pas tenir individuellement à la pression du fluide caloporteur et plus généralement à la

pression du procédé entier FT.

Ainsi, comme pour la plaque R. cela contribue à l'économie du matériau,

d'o des gains importants en volume, en poids et en prix du réacteur FT.

L'invention montre donc comment éviter certains inconvénients des réacteurs classiques en présentant un réacteur catalytique à plaques serrées ayant une compacité réduite et une meilleure résistance à la différence de pression entre les fluides que les réacteurs catalytiques utilisés jusqu'à présent. En plus, cette iimitation des épaisseurs des cloisons faciales 10b des plaques R et C contribue au rapprochement maximal du volume abritant le catalyseur à la plaque caloporteuse C, ce qui maximise les échanges de chaleur. Cela va également - 15 dans le sens de l'économie du matériau des plaques R et C, d'o des gains

importants en volume, poids et prix du réacteur FT entier.

Notons qu'il est toujours préférable d'agir de façon à ce que chaque canal S 9 de la plaque C soit complètement rempli (et tenu rempli) par le fluide caloporteur 18, ceci pour maximiser la surface d'échange thermique entre le fluide et le canal. La meilleure façon serait de tenir les canaux 9 en position verticale, cependant nous préférons pour d'autres raisons positionner ces canaux

à l'horizontale ou inclinés pas plus que de 1 radian par rapport à l'horizontale.

Une forte circulation du fluide 18 sert donc à éviter qu'une poche de gaz ou de

vapeur ne soit située sur le parcours du liquide 18 dans les canaux 9.

La piaque caloporteuse C peut étre construite d'un matériau différent et d'une façon différente de la plaque réactive R. Evidemment, les plaques C sont lS faites d'une matière conductrice de chaleur. Il est également évident que le matériau de construction pour les plaques C doit étre inerte chimiquement par rapport au fluide caloporteur 18 utilisé (mais sans rapport avec les fluides entrants 14 et sortants 15 de la plaque R). Les métaux ou composites sont des matières convenables pour un usage dans les plaques C. Les plaques R et C peuvent être de types distincts, mais en les faisant peu différentes l'une de l'autre, il en résulte des avantages sur le plan de la technique de fabrication et de

son coût.

En résumé, le fluide caloporteur 18 entre par les orifices 11a aménagés sur l'extrémité d'entrée 3 de la plaque caloporteuse C et circule dans l'ensemble des canaux 9 en se répandant sur toute la surface de ces canaux, puis il sort de

ia plaque C par la zone de sortie 4 et les orifices 11b.

Classiquement, un réacteur FT multitubulaire est refroidi par de l'eau eVou de la vapeur d'eau sous pression, ce fluide caloporteur se trouvant directement entre les tubes, le tout étant assembié dans un seul cylindre métallique sous pression du fluide caloporteur et muni des entrées et sorties des réactifs, du produit et du fluide portant des puissances caiorifiques élevées. Désormais, dans le réacteur faisant l'objet de la présente innovation, les deux fluides sont séparés par deux couches solides formées par les cioisons faciales 10b appartenant l'une à la plaque R et l'autre à la plaque C serrées l'une contre l'autre, chacune étant séparément compatible avec le fluide avec lequel elle est en contact, et chacune ayant une épaisseur limitée au minimum déjà évoqué... Un tel réacteur catalytique à plaques serrées présente donc une compacité réduite et une meilleure résistance à la différence de pression entre les fluides que les réacteurs - 16 catalytiques utilisés jusqu'à présent. Il ouvre également la possibilité d'usage de divers liquides caloporteurs nouveaux comme des sels fondus, des huiles etc. Les Figures 5a, éb et 5c montrent avec plus de détails le schéma de la mise en circuit des fluides 14 et 15 des plaques réactives R. Chaque plaque R contient, comme nous l'avons déjà mentionné, d'une part une zone (extrémité) d'entrée 3 à laquelle sont associés des conduits d'entrée 3a débouchant sur les orifices d'entrée 11a, et d'autre part une zone (extrémité) de sortie 4 avec ses conduits de sortie 4a débouchant sur les orifices de sortie 11b. Ces zones et orifices constituent les moyens de remplissage du catalyseur 12 (ou de son précurseur dans sa forme non réduite ou pas encore proprement active) et également des moyens de déchargement de ce même catalyseur 12 après usure, suite à son vieillissement, empoisonnement ou à sa perte d'activité causée par un autre événement, etc. Les conduits 3a et 4a ainsi que les orifices 11a et 11b sont formés dans le corps 1 de la plaque R. Le fluide principal (réactifl 14, composé principalement d'un mélange d'H2 et de CO (syngaz), entre dans la plaque R du côté de la zone d'entrée 3 par les orifices d'entrée 11a et traverse les conduits d'entrée 3a et les grilles 13a pour entrer dans les canaux 9 remplis du catalyseur 12. Après une conversion totale ou partielle du fluide 14 suite à la synthèse FT décrite schématiquement par la réaction chimique désirée (1) engendrée par le catalyseur 12, le produit (fluide) sort des canaux 9 par la grille 13b, par ies conduits de sortie 4a et enfin par

les orifices de sortie 11b.

Une partie importante du nouveau réacteur objet de la présente invention, et plus particulièrement de ses plaques R. est constituée par les collecteurs d'entrée 19a du fluide 14 reliés aux tubulures 20a d'entrce ainsi que par les collecteurs 19b de sortie reliés aux tubulures de sortie 20b du produit 15. Ces collecteurs se présentent comme une bo^'te collectrice s'étendant sensiblement sur toute la largeur 5 de ia plaque. Les tubulures 20a et les collecteurs (bo^'tes) 19a constituent un système de raccordement des circuits de production et de conditionnement du gaz de synthèse 14 avec les plaques R. tandis que les tubulures 20b et les collecteurs (bo^'tes) 1 9b constituent un système de raccordement des circuits de récupération et de conditionnement des produits 15 de synthèse FT avec les plaques R. Les collecteurs d'entrée 19a et de sortie 19b relient ainsi les multiples canaux 9 verticaux (ou inclinés légèrement par rapport à leur position verticale comme décrit précédemment) et parallèles à l'intérieur d'une même plaque parallélépipède. Ces canaux sont connectés d'une façon étanche à ces collecteurs 19a et 19b communs. Une liaison de type brasure, - 17 soudure, collage, vissage ou de toute autre façon étanche résistant aux contraintes chimiques, de température et de pression peut être appliquée. Ceci permet à chaque canal de la plaque R de communiquer, par l'intermédiaire de ces collecteurs, avec le reste du circuit de gaz 14 OU de produits 15. Ces collecteurs et tubulures individuels permettent le raccordement individuel des fluides qui entrent et qui sortent des plaques réactives R. Ainsi on obtient un moyen de gestion individuelle des fluides 14 et 15 pour chaque plaque R. moyen

qui manque dans les réacteurs classiques multitubulaires.

Chaque collecteur 19a situé à l'entrée de chaque plaque R est connecté à au moins un répartiteur 2 1a d'entrée du flu ide 1 4 entrant, tand is que chaq ue collecteur 19b à la sortie de chaque plaque R est connecté à au moins un répartiteur 21b de sortie des produits 15. Les moyens d'admission du fluide sont formés par une tubulure 20a d'entrée débouchant dans l'espace libre ménagé au dessus des plaques et communiquant avec les zones d'entrée des canaux. Un collecteur d'entrée du gaz de synthèse est donc monté sur une face supérieure de la plaque réactive R. Les moyens d'évacuation des produits 15 sont formés

par une tubulure 20b de sortie débouchant dans l'espace libre ménagé au-

dessous des plaques et communiquant avec les zones de sortie des canaux 9.

Un collecteur de sortie des produits de synthèse FT est donc monté sur une face inférieure de la plaque réactive R. Des valves d ' isolation et de rég u lation 22a et des vannes d 'isolation 22b à chaque entrée et chaque sortie de chaque plaque R sont associées respectivement aux tubulures 20a et 20b d'entrées et de sorties des collecteurs

19a et 19b. Elles sont implantées de telle sorte qu'elles permettent, si besoin est.

d'isoler individueliement le circuit des fluides 14 et 15 pour chacune des plaques R. Les valves 22a sont donc insérces entre les tubulures 20a et le répartiteur 21a tandis que les vannes 22b sont insérées entre les tubulures 20b et le répartiteur 21b. A part ses fonctions d'isolation de chaque plaque R du circuit des fluides 74 et 15 pour les opérations déjà évoquées, la valve d'entrée 22a a encore une

autre importance. Comme nous l'avons indiqué au début de cette description, le

réacteur FT, objet de l'invention, est particulièrement adapté aux grains fins des catalyseurs très actHs se trauvant dans les canaux 9 assez étroits de la plaque R. Malgré la longueur 2 relativement limitée de la plaque (et donc aussi de la longueur de parcours du fluide 14, de "haut" en "bas"), le lit du catalyseur présente une perte de charge non négligeable pour le fluide 14 se convertissant progressivement en fluide 15 du produit. Pour chaque catalyseur 12 et son -18 environnement (température, pression, composition du gaz, etc.), il existe une Wl I (Vitesse Volumique Horaire) optimale pour obtenir un rendement optimal du produit FT recherché. La valeur de cette WH se traduit par un débit optimal du syngaz 14 à faire circuler par l'ensemble des canaux 9 de chaque plaque R du réacteur en sandwich. Le débit entrant optimal est fonction de la pression du syngaz dans le répartiteur 21a, de la perte de charge dans le lit du catalyseur, du progrès de la réaction (1) provoquant une contraction du fluide' et de la pression dans le répartiteur de sortie. Pour un nombre déterminé de mêmes plaques R (en parallèle) correctement remplies d'un même catalyseur 12 et connectées aux mémes répartiteurs 21a et 21b, le débit total optimal (selon la valeur WH optimale) est facile à calculer et donc à contrôler en établissant une différence voulue de pression entre les répartiteurs 21a et 21b. C'est d'ailleurs la méthode unique de contrôle des réacteurs classiques multitubulaires. Cependant, cette méthode stipule que tous les canaux (parfois des milliers) présentent la même résistance hydraulique aux fluides 14 devenant 15. La réalité peut être différente car des canaux mal remplis par le catalyseur peuvent présenter un passage trop facile pour le fluide 14 qui passe alors préférentiellement par de tels canaux sans être converti Sachant que pour le réacteur présenté et rempli d'un catalyseur fin cette différence de pressions entre les répartiteurs 21a et 21b peut atteindre des valeurs relativement élevées usqu'à 2 MPa), le débit de gaz ainsi court-circuité peut représenter une part importante du débit total, ce qui peut détériorer de façon notable les performances du procédé FT dans toutes les plaques appartenant aux mêmes répartiteurs 21a et 21b; cet ensemble de plaques est

appelé la "section".

Chaque valve 22a est alors préférentiellement mu n ie d' un clapet automatique (c'est pourquoi nous l'appelons "valve") pouvant détecter un débit excessif du syngaz entrant, ce qui indique alors qu'au moins un canal 9

appartenant à la plaque R en question est vide ou mal rempii par le catalyseur.

Dans un tel cas, le clapet se referme automatiquement pour empêcher que le fluide 14 ne traverse préférentiellement une telle plaque défectueuse. En même temps ce clapet en souffrance signale (par un signal visuel, électrique ou autre) I'accident qui s'est produit dans le circuit de façon à ce qu'on puisse intervenir. La réparation consiste alors à changer uniquement la plaque R concemée, lors d'un très court arrêt d'une seule section du réacteur, en sachant que les autres sections travaillent normalement sans être affectées par une telle panne. Dans le cas d'un réacteur FT multitubulaire classique, tout le réacteur serait en arrêt total pour permettre de réparer un tel court-circuit... à moins qu'on accepte de faire fonctionner ce réacteur de façon non-optimale jusqu'au jour o on procédera à

I'arrêt total du réacteur entier pour changer le catalyseur usé.

-19 Bien évidemment les vannes 22b munies d'un clapet de régulation (alors elles deviennent "valves") peuvent assurer la même fonction que les valves 22a (qui alors se réduisent à de simpies "vannes"). Il est cependant préférable de détecter les flux excessifs du gaz de synthèse 14 relativement sec plutôt que les produits 15 fortement chargés en vapeur d'eau et vapeurs d'hydrocarbures ainsi que les liquides (eau et hydrocarbures) commençant à précipiter à la température

de la valve (vanne) 22b de sortie.

De façon similaire, comme cela est montré sur la Figure 6 a, b et c les lO plaques caloporteuses C sont munies de collecteurs d'entrée 19a du fluide caloporteur 18 reliés aux tubulures 20a d'entrée du fluide ainsi que de collecteurs 19b de sortie reliés à des tubulures de sortie 20b du même fluide. Les tubulures a et les collecteurs 19a constituent un système de raccordement des circuits de réchauffement ou de refroidissement du fluide caloporteur 18 avec chaque l S plaque C tandis que ies tubulures 20b et les collecteurs 1 9b constituent un système de raccordement des circuits de refroidissement ou de réchauffement du même fluide 18 avec la même plaque C. Les collecteurs sont mécaniquement liés aux deux extrémités 3 et 4 des plaques d'une façon étanche. Une liaison de type brasure, soudure, collage, vissage ou de toute autre façon étanche résistant

aux contraintes chimiques, de température et de pression peut être appliquée.

Ceci permet à chaque canal de la plaque (cas d'une plaque C avec des canaux parallèles) de communiquer, par l'intermédiaire de ces collecteurs, avec le reste

du circuit de fluide caloporteur 18.

Chaque collecteur 19a situé à l'entrée de chaque plaque C est connecté à au moins un répartiteur 23a d'entrée du fluide caloporteur 18 entrant, tandis que chaque collecteur 19b à la sortie de chaque plaque C est connecté à au moins un répartiteur 23b de sortie du même fluide 18. Les moyens d'admission du fluide sont formés, comme auparavant, par une tubulure 20a d'entrée débouchant dans I'espace libre ménagé à la proximité des plaques C. Notons que la circulation d'un fluide caloporteur peut être organisée dans une direction perpendiculaire (ou presque) à ia direction de circulation des fluides 14 et 15. Cela nous donne l'opportunité de placer les collecteurs et les répartiteurs d'entrée, ainsi que les collecteurs et les répartiteurs de sortie du fluide caloporteur 18, sur les deux faces latérales vis-à-vis de l'empilement des plaques. Cet arrangement laisse donc plus de place pour installer les valves, vannes, répartiteurs et toutes autres tuyauteries pour la série de plaques R ainsi que pour la série de plaques C en alternance. - 20 Les moyens de sortie du fluide 18 sont formés par une tubulure 20b de sortie débouchant dans l'espace libre ménagé à la proximité des plaques C. D'ailleurs, ces collecteurs et tubulures appelés "entrce" et "sortie" du fluide 18 peuvent être situés des deux côtés des plaques C selon ie choix de la direction de circulation du fluide caloporteur 18. De plus, les plaques C peuvent être d'une autre construction, par exemple sans canaux individuels, avec des canaux en méandres, etc. Ainsi ces plaques C peuvent être parfois démunies de collecteurs 19a et 19b. Cependant, chaque plaque C doit garder ses tubulures individuelles a et 20b connectées respectivement aux répartiteurs 23a et 23b faisant partie 1Q du circuit d'échange de chaleur extérieur du fluide caloporteur 18. Ces tubulures individuelles pour chaque plaque C permettent un raccordement individuel du fluide 18 séparément à chaque plaque caloporteuse C. Des vannes d'isolation (et éventuellement de régulation) 24a et 24b à chaque entrée et chaque sortie de chaque plaque C sont associées respectivement aux tub u lures 20a et 20b d'entrées et de sorties des collecteurs 19a et 19b. Elles sont implantées de telle sorte qu'elJes permettent, si besoin est. d'isoler individuellement le circuit du fluide 18 pour chacune des plaques C. Les vannes 24a sont donc insérées entre les tubulures 20a et le répartiteur 23a tandis que les vannes 24b sont insérées

entre les tubulures 20b et le répartiteur 23b.

Le réacteur FT à plaques empilées est composé d'un ensemble de plusieurs plaques résctives R et d'un ensemble de plusieurs plaques caloporteuses C. Le mode d'empilement des plaques et de raccordement des flu ides est représenté de manière schématiq ue su r la Figure 7. Ce raccordement

peut être "en parallèJe" ou "en série" pour des plaques de même nature.

Cependant, le raccordement en parallèle est préférable car il assure un meilleur contrôle (et surtout une meilleure stabilité) des températures dans toutes les plaques R. Une seule entrée est chargée de distribuer le fluide principal 14, par l'intermédiaire du répartiteur 21a, sur toutes ou une partie des plaques R. Une seule sortie du fluide des produits 15, proYenant de la collecte des sorties du

fluide 15 sur toutes ou une partie des plaques R. est également préférée.

Un schéma identique s'applique pour les plaques caloporteuses C et le raccordement du fluide caloporteur 18. Une seule entrée est chargée de distribuer le fluide 18, par l'intermédiaire du répartiteur 23a, surtoutes ou une partie des plaques C. Une seule sortie du fluide 18, provenant d'une collecte des sorties du fluide 18 sur toutes ou une partie des plaques C, est également préférée. - 21 Comme présenté sur la Figure 7, les répartiteurs d'entrée 21a du fiuide principal 14 sont reliés par des conduits d'entrée 25a à un ensemble constitué de valves ou vannes 22a d'entrée, de tubulures 20a d'entrée du fluide et de collecteurs 19a. Les répartiteurs de sortie 21b des produits 15 sont reliés de S façon similaire par des conduits de sortie 25b à un ensemble constitué de vannes ou valves 22b de sortie, de tubulures 20b de sortie des produits et de collecteurs 19b. Il est important que ces conduits 25a et 25b, rigides ou souples (flexibles), soient raccordés de manière à permettre un montage et démontage facile. En effet chaque plaque R appartenant à une série doit être amovible par rapport à cette série, ceci pour pouvoir être facilement remplacée par une plaque identique contenant un catalyseur frais au lieu d'un catalyseur usé ou remplacée par une plaque correcte au lieu d'une plaque défaillante présentant des fissures, des fuites de fluide, etc. lS Les plaques C sont connectées de la même manière que pour les plaques R. Ainsi les répartiteurs 23a d'entrée du fluide caloporteur 18 sont reliés par des conduits d'entrée 26a à un ensemble constitué de vannes 24a d'entrée, de tubulures 20a d'entrée du fluide et de collecteurs 19a. Les répartiteurs 23b de sortie du fluide 18 sont reliés par des conduits 26b de sortie à un ensemble constitué de vannes 24b de sortie, de tubulures 20b de sortie du fluide 18 et de collecteurs 19b. Il est préférable que ces conduits 26a et 26b, rigides ou souples (flexibles), soient raccordés de manière à permettre un montage facile des plaques C. Les plaques C appartenant à une série ne sont pas impérativement amovibles par rapport à la série de plaques R et C composant le réacteur FT. En principe, ces plaques C restent sur place, connectées des deux cotés aux répartiteurs 23a et 23b. C'est seulement lors du changement d'une plaque R qu'une certaine souplesse (flexibilité) des conduits 26a et 26b est souhaitable pour desserrer un peu le sandwich composé des plaques R et C en alternance et

permettre ainsi de remplacer la plaque R en question.

L'assemblage de plaques réactives R et caloporteuses C formant ainsi un réacteur FT est réalisé par une alternance des plaques R et C pour former une structure de type sandwich, avec une entrée du fluide réactif 14 réparti sur toutes les plaques R. chaque plaque R étant en contact thermique par ies faces 7 et 8 avec deux autres plaques C de taille et forme similaires à l'intérieur desquelles circule un fluide caloporteur 18, ceci pour précisément contrôler la température à l'intérieur de la matière catalytique solide 12 présente dans la plaque R. Les plaques sont donc empilées en série (structure sandwich), I'une à côté de l'autre, en alternance régulière: une plaque C et une plaque R et ainsi de suite. Toutes les plaques R sont connectées en parallèle à la même source de gaz réactif 14 - 22 (syngas). De même, toutes les plaques C sont connectées en parallèle au même fluide caloporteur 18 circulant à travers un échangeur extérieur de chaleur permettant son réchauffement (phase initiale du fonctionnement du réacteur FT: conditionnement (formatage, activation) du catalyseur, démarrage de la plaque R S contenant le catalyseur déjà conditionné ailleurs, ou redémarrage du réacteur FT après une période d'un court arrêt) et ensuite son refroidissement (phase de

production normale du réacteur).

Il est préférable que les surfaces externes des plaques à empiler aient une forme permettant d'assurer un très bon contact thermique avec les plaques voisines. Ainsi, les surfaces externes des plaques sont généralement plates, bien que d'autres formes puissent aussi être utilisées. Par exemple les surfaces externes des plaques peuvent être rainurées pour encore augmenter la surface d'échange à condition que les plaques voisines soient rainurées de façon compatible pour assurer un contact parfait sur toute la surface d'échange

thermique entre les deux types de plaques.

Rappelons que les réactifs 14 et les produits 15 sont sous pression allant jusqu'à MPa. L'installation (plaques R. tuyauterie, appareillage de précipitation des produits liquides, etc.) résiste à de telles pressions; elle est encore munie de compresseurs, manomètres, valves de régulation, vannes d'isolation, débitmètres

et tout autre appareillage permettant de gérer ces réactifs et produits.

La circulation du fluide caloporteur 18 est également sous le contrôle de pompes, manomètres, valves de réqulation, vannes d'isolation, débitmètres et tout autre appareillage permettant de gérer ce fluide. Cependant la pression dans le circuit du fiuide caloporteur peut être en principe inférieure à la pression dans le circuit impliquant les plaques R. La chaleur provenant de la réaction (1) suite à la conversion du fluide 14 en produits 15 dans les plaques R est expédiée vers le fluide 18 circulant dans les plaques C. La gestion optimisée des deux circuits 14/15 et 18 assure un contrôle très précis des températures, constantes dans toute la plaque réactive R ou ayant un gradient voulu. Tout le système assure le contrôle des températures

avec une précision d'au moins +1 C, de préférence +0,5 C.

La chaleur produite par l'unité FT sert, par exemple, à générer directement de la vapeur de moyenne pression (MP) dans le cas o le fluide 18 serait l'eau ou la vapeur deau, ou à en générer indirectement quand l'eau ou la vapeur d'eau est utilisée dans un échangeur extérieur de chaleur. Une telle vapeur MP peut - 23 entraner un turboalternateur produisant de l'électricité qui peut participer à l'approvisionnement électrique du complexe GTL. Cette chaleur peut également être utilisée pour préchauffer les réactifs de production du gaz de synthèse selon

les brevets français 2758317,2768424 et 2786409.

s L'assemblage de notre réacteur FT n'est donc pas définitif. Les Figures 8a, 8b et 8c montrent schématiquement quelques détails sur le montage des plaques. D'après l'une des caractéristiques de l'invention, les plaques R et C sont empilées l'une sur l'autre par les faces latérales 7 et 8 de façon à ce que dans les plaques réactives R les axes des tubes 9 ou la direction longitudinale des canaux 9 ayant une forme non tubulaire soient substantiellement verticaux ou légèrement inclinés. Ainsi nous obtenons une pile de plaques dans laquelle chaque plaque R du réacteur de conversion FT est prise en sandwich entre deux plaques C. inversement, chaque plaque C du réacteur est prise en sandwich entre deux plaques R. sauf la première et la dernière plaque d'une série qui serait préférentiellement une plaque de type C. Cet empilement de plaques rectangulaires ou d'une autre forme (par

exemple ondulée) présente donc une forme d'allure parallélépipédique.

L'empilement de dizaines ou même de quelques centaines de couples R+C face à face dans une série donne en effet une forme d'une longueur jusqu'à quelques dizaine de mètres (somme de toutes les épaisseurs 6 de plaques), d'une hauteur dépassant à peine la longueur 2 de plaques et d'une largeur dépassant à peine la largeuF 5 d'une seule plaque élémentaire ou un multiple de cette largeur 5 pour

une plaque module montrée sur la Figure 3.

Nous avons déjà évoqué que les plaques réactives R sont détachables. En plus elles sont aisément maniables car elles présentent une rigidité intrinsèque suffisante, et une taille adéquate pour être facilement démontées ou montées, aussi bien vides qu'avec leurs canaux 9 remplis d'un catalyseur désactivé ou bien pleinement actif 12. Aux avantages déjà énumérés, ajoutons ceux de la facilité de transport (autrement très difficile pour les gros réacteurs classiques multitubutaires). Ainsi, les plaques R sont faciles à changer en fin de vie du catalyseur (nous changeons alors les plaques entières avec le catalyseur déjà actif à l'intérieur, une sorte "d'échange standard"). Ajoutons aussi qu'elles sont

économiques à fabriquer, par exemple par extrusion.

Jusqu'à présent, pour la synthèse FT des hydrocarbures, on utilise des réacteurs catalytiques formés par une enceinte étanche à l'intérieur de laquelle sont d isposés des tubes rem pl is de catalyseu r. Pour éviter cette en ceinte lou rde, - 24 encombrante et chère, nous présentons un réacteur FT à plaques empilées sans enceinte étanche, disposé librement dans l'atmosphère ambiante. A cause des épaisseurs tout juste suffisantes des plaques R et C ainsi que d'une possible expansion lors d'une montée en température et en pression d'un sandwich S composé de plaques C et R en alternance, les deux sortes de plaques étant initialement froides et sous pressions réduites par rapport aux pressions de travail sous régime de la synthèse FT, nous observons des forces d'expansion entre les plaques. Une plaque R (ou C) exerce une force sur les deux plaques C (ou R) voisines mais celles-ci exercent une force d'équilibre exactement opposée en signe et égale en valeur sur la plaque du centre, et ainsi de suite de plaque en plaque... En conséquence, seules deux forces sont à contrebalancer, celles exercées à partir des faces latérales (surfaces les plus grandes) 7 ou 8 des plaques (C de préférence) situées aux deux extrémités du sandwich! Les plaques R et les plaques C empilées en alternance sont donc serrées fortement entre elles pour former un corps unitaire d'un seul tenant comme ceci est montré

à titre d'exemple sur les Figures 8 a, 8b et 8c.

Les moyens mécaniques de serrage des plaques sont placés à l'extérieur des plaques. Les deux plaques d'extrémités, de préférence de type C, sont alors en contact avec des plaques "fortes" 27 (appelées F) reliées entre elles par plusieurs vis 28 de serrage englobant tout le sandwich. Les vis peuvent d'ailleurs être partiellement remplacées par des segments de câbles 29. Bien évidemment, la qualité de ces plaques F ainsi que le nombre et les qualités mécaniques de ces vis et câbles sont largement suffisants pour supporter les deux forces non équilibrées mentionnées au paragraphe précédent. En plus, certaines vis sont munies de capteurs de forces 30 pour contrôler, manuellement ou automatiquement, les contraintes mécaniques nécessaires à la bonne tenue de tout l'empilement des plaques. Pour un alignement correct des plaques, nous plaçons un cadre de fond 31 monté au-dessous de l'empilement. Cette structure supporte tout le poids du réacteur FT. Ce cadre peut éventuellement supporter en plus un autre réacteur FT se trouvant au-dessus, en cas d'une limitation de la place iibre au sol. Cela pourrait être le cas de barques ou bateaux abritant une

installation GTL off shore.

Des plaques empilées les unes à côté des autres ne nécessitent donc aucun carter. Ainsi, le réacteur en sandwich n'a plus besoin d'être placé à l'intérieur d'une enceinte pressurisée (cylindre, abri manteau, coquille, etc.),

com me c'est le cas da ns d 'autres constructions ou propositions i nd ustrielles.

Notre réacteur parallélépipédique nouveau, initialement prévu pour les synthèses Fischer-Tropsch, sans enveloppe extérieure résistant à la pression, peut être - 25 égaiement utilisé dans tout autre processus de synthèse catalytique exothermique en phase gazeuse et sous hautes pressions. La seule enveloppe que nous préconisons est celle qui recouvre tout le sandwich comme un revêtement extérieur du type laine de verre ou laine minérale pour éviter des S pertes non-contrôlées de chaleur de la synthèse. En effet, dans une installation intégrée GTL cette chaleur peut servir, comme nous l'avons déjà indiqué, à préchauffer les réactifs, à produire de l'énergie électrique, etc. Nous avons déjà souligné à de multiples reprises que les plaques réactives

R de notre réacteur FT sont détachables. Revenons à ce point pour évoquer ci-

dessous plusieurs des raisons d'un tel agencement.

Les plaques R. qui constituent l'élément le plus important du nouveau réacteur FT, sont censées pouvoir être déplacées ou transportées, même en lS dehors du site GTL. Elles arrivent sur ce site déjà remplies par le catalyseur préalablement réduit et parfois même par le catalyseur déjà correctement activé et prêt à reprendre la production normale d'hydrocarbures. De telles plaques R permettent donc de construire immédiatement un nouveau réacteur FT, ou bien de remplacer les "vieilles" plaques R qui ne sont plus assez productives pour diverses raisons (vieillissement du catalyseur, accident, autre produit souhaité, etc.). Considérons les deux situations suivantes sur le site de production avec de telles plaques R prêtes à utiliser: (a) la fabrication de plaques neuves ou (b) la

régénération de plaques contenant un "vieux" catalyseur.

a) Les plaques R livrées toutes neuves sur le site de fabrication du catalyseur présentent des canaux vides. Sous contrôle du fabricant du catalyseur, les canaux (assez étroits et relativement longs pour ies raisons déjà expliquées) sont remplis, sans aucun gaz de protection, avec des grains (1 à 3 mm) de catalyseur "cru" (précurseur dans sa forme déjà calcinée). Après avoir soigneusement fermé ces plaques contenant le catalyseur cru (par exemple les tubulures 20a et 20b bouchonnées), ies plaques R sont mises sous pression jusqu'à dépasser la pression de leur travail final et sont ainsi contrôlées, une par une, au point de vue de l'étanchéité et de la résistance à la pression élevée de leur futur travail. Cette opération se passe dans un montage spécial comportant deux plaques "fortes" F serrant aux deux extrémités la (les) plaque(s) contrôlée(s). Rappelons, que pour des raisons d'économie et de meilieur transfert de chaleur, I'épaisseur de la plaque réactive R est tout juste suffisante pour

supporter la pression opérée pendant la synthèse FT.

- 26 b) Les plaques R de récupération, qui sont livrées sur le site de fabrication du catalyseur, contiennent dans la plupart des cas un "vieux" catalyseur chargé par exemple de cobait, métal assez cher. Ce catalyseur peut être encore pyrophorique mais la plaque qui le contient est munie d'une tubulure d'entrée 20a et d'une tubulure de sortie 20b qui ont été soigneusement bouchées pour sécuriser le transport de l'ensemble plaque + catalyseur du site GTL vers le site de fabrication ou de régénération des plaques R. Le fabricant du catalyseur vide la plaque et récupère le vieux catalyseur pour en extraire tous les métaux intéressants (par exemple Co, Mo, Rh, Re, Ta, Zr, Ce, Th, U. terres rares) en lO rendant ainsi le support (par exemple argile, alumine, TiO2) inerte et totalement inoffensif pour un recyclage, une autre utilisation ou une mise en décharge définitive. De cette façon, les plaques vides qui sont récupérées peuvent alors

être de nouveau remplies suivant le point a).

Nous avons déjà mentionné combien le remplissage des tubes d'un catalyseur fin, par exemple à base de cobalt, serait difficile à cause de son activité pyrophorique si on utilisait une procédure classique de réduction de ce catalyseur hors du réacteur FT final, suivie de son transport du réacteur de réduction vers le réacteur FT (parfois sur des milliers de kilomètres) et de son transvasement d'un containeur de transport vers ies tubes du réacteur FT sous atmosphère contrôlée (avec tous les soucis et dangers liés à l'opération)... La livraison sur le site GTL du catalyseur "cru" depuis son site de fabrication éloigné ne résout que le problème du transport de la matière encore inerte. Mais le probième de la réduction, forcément hors du réacteur classique FT qui n'est pas construit pour supporter de fortes contraintes thermiques, subsiste alors. Cela impose d'utiliser un autre réacteur spécifique... etc. Tous ces problèmes et d'autres encore ont été évoqués en détail dans la partie introductive de la

présente description.

Nous procédons donc à la réduction suivie du formatage du catalyseur à l'intérieur même des plaques R en dehors de leur structure définitive (le sandwich). Les plaques R. qui contiennent les grains de catalyseur initialement sous une forme inactive (crue) et qui ont passé positivement ie contrôle d'étanchéité et de robustesse, sont mises dans un four ou mieux encore, sont insérées dans une structure sandwich entre des plaques chauffantes spéciales dont dispose le site de fabrication du catalyseur. Ces dernières ont des dimensions et des surfaces compatibles avec celles des plaques R. Les plaques chauffantes, de préférence métalliques, contiennent un système de résistances électriques (spirales chauffantes, thermoplongeurs insérés dans leurs canaux) ou tout autre système de chauffage contrôlé. Sous fin contrôle, ces plaques - 27 fournissent de la chaleur aux plaques R permettant ainsi une mise en température programmée. De préférence, un tel sandwich "intermédiaire" est serré de l'extérieur par des moyens mécaniques de façon à empêcher que les plaques R ne se déforment (éventuellement) pendant une montée en S température allant jusqu'à 400 C (ou même plus) lors de l'opération de réduction

du catalyseur.

Les structures d'entrée et de sortie (tubulures 20a et 20b) de chaque plaque R sont maintenant connectées, de façon étanche, au système de circulation et de régénération du réducteur (H2 pour la plupart des cas, mais également CO ou un mélange de ces deux réducteurs selon la technologie dont est propriétaire le fournisseur du catalyseur) et la réduction du catalyseur peut commencer sur le site de préparation du catalyseur sous le strict contrôle du personnel hautement spécialisé dans cette opération délicate. L'opération se 1S déroule sous une pression beaucoup plus basse mais à une température plus élevée que celles du travail normal (productif) lors du régime de synthèse FT (information spécifique et souvent quasi confidentielle du fournisseur du catalyseur). Le choix de la technologie de production des plaques R (matériel, dimension, mode de fabrication, etc.) est bien évidemment compatible avec ce couple de paramètres opérationnels (pression "basse" + température "haute" et pression "haute" + température "basse") afin d'assurer la tenue correcte de

chaque plaque, "faible" par principe même.

La réduction du précurseur de catalyseur initialement sous forme oxydée en une forme plus ou moins fortement réduite se passe donc dans cet appareillage spécial, hors du réacteur FT, parfois à des milliers de kilomètres du site GTL... Elle a lieu préférentiellement sous contrôle du fournisseur du catalyseur, souvent dans son usine. Ce processus nécessite la présence d'hydrogène plus ou moins concentré, sous une pression et un débit spécifiques, par exemple à une température programmée de 1'ordre de 400 C et pendant un

temps ne dépassant pas quelques heures pour les catalyseurs à base de cobalt.

La réduction se passe sous un strict contrôle de l'état d'avancement de la réaction (par exemple via une métrologie de la quantité de vapeur d'eau dans le

produit gazeux).

Une fois la réduction terrninée, les plaques R sont ramenées à la température amblante sous une atmosphère réductrice ou inerte (par exemple C02)- Deux cas de figures se présentent: A) Les entrées et sorties des plaques (tubulures 20a et 20b) sont soigneusement bouchées. Les plaques sont alors prêtes à être stockées - 28 longtemps (comme une réserve) ou à être transportées en toute sécurité vers un site GTL, sans embaliage spécial de protection anti-incendie. Le matériau de la plaque suffit à assurer cette protection car une telle plaque avec son catalyseur (devenu pyrophorique) a déjà fait la preuve de son étanchéité sur le site de S formation du catalyseur. L'atmosphère CO2 ou un autre gaz inerte par rapport au

catalyseur assure la longue vie d'un tel catalyseur sous sa forme surréduite.

Avant ie départ des plaques R de l'usine, on peut facilement prélever un échantillon du catalyseur réduit pour l'analyser au laboratoire afin de pouvoir garantir la qualité de la marchandise. Or ces plaques réactives R ne subiront aucune autre intervention avant d'être mises en réacteursandwich dans le site de production GTL. C'est seulement là-bas que les bouchons seront enievés et les plaques connectées l'une après l'autre (toujours sous atmosphère inerte) au

réacteur final FT ou à une instaliation de formatage du catalyseur surréduit.

B) La deuxième méthode consiste à procéder au formatage immédiat du catalyseur réduit sur le site même de la préparation du catalyseur et à n'expédier que les plaques R de nouveau soigneusement rebouchées et entièrement prêtes à être utilisées dans le réacteur FT. Lorsqu'elles arriveront sur le site de montage final du réacteur FT, les plaques seront donc déjà remplies d'un catalyseur complètement formaté (actif, sous sa forme finale partiellement réduite) et prêtes

à être utilisées.

La mise à régime de pleine activité du cataiyseur nécessite un formatage progressif. Cette opération demande un temps relativement long (parfois quelques semaines) et un soin méticuleux; elle doit suivre exactement les prescriptions du fournisseur du catalyseur. Il s'agit, surtout pour les catalyseurs basés sur le cobalt, d'une longue accommodation qui consiste à mettre le catalyseur sur-réduit en contact avec un flux de syngaz initialement "pauvre" (CO + H2 dilués dans un gaz inerte) qui ensuite devient de plus en plus concentré, à une température tout d'abord réduite par rapport à celle du régime de travail et qui augmente ensuite petit à petit... Tout doit suivre très précisément un scénario prédéterminé. Le formatage nécessite donc un site disposant d'un gaz de synthèse à concentration contrôlée et débit variables, et d'un contrôle chromatographique assez fréquent de la qualité du syngaz et des produits sortants (des informations importantes en sont tirées sur l'accommodation formatage du catalyseur et sur sa future qualité). Un site de production GTL n'a pas souvent ces moyens (humains et matériels)... et c'est alors au site de fabrication du catalyseur de s'en occuper pendant que le site de production GTL (souvent localisé dans des endroits hostiles eVou éloignés de la civilisation) mène son activité principale bien focalisoe sur la production du syncrude! L'opération délicate de formatage du catalyseur à l'intérieur des plaques R. - 29 opération menée chez le fabricant du catalyseur ou chez son agent habilité, permet donc d'éviter le risque que toute la charge de catalyseur ne soit pas suffisamment bien formatée ou soit partiellement désactivée lors du transport du catalyseur eVou de son chargement dans un réacteur classique. Dans ce dernier cas, il est quasi impossible de contrôler la qualité de formatage in situ, dans le

gros réacteur multitubulaire, pour prévoir la longévité de la charge catalytique...

Nos plaques réactives R. telles que présentées dans cette invention, peuvent alors être préparées complètement sur le site de fabrication du catalyseur. Ainsi le client (GTL) achète ses plaques R prêtes à insérer dans son réacteur. Ajoutons ici qu'un catalyseur bien réduit et formaté (accommodé) peut étre stabilisé dans son état d'activité optimale sous un gaz inerte ou réducteur et à la température ambiante. La plaque R ainsi préparée et bien scellée peut être stockée ou transportée en toute sécurité pendant quelques semaines. Pendant ce temps le fabricant du catalyseur peut garantir pleinement la qualité maximale de la plaque R et de son contenu, ce qui est un argument de plus pour la commercialisation de son catalyseur... sans que les secrets de production, de

réduction, de formatage - accommodation soient dévoilés.

Toute la construction et la mise en service du catalyseur permettent donc de proposer à l'achat un objet emballé, prêt à être utilisé, avec le renvoi de l'emballage après utilisation de l'objet pour une recharge standard. Toute usine GTL peut alors être simplifiée, réduite en dimension, facilement transportable en pièces détachées d'un site à l'autre, et peut travailler en continu sans aucune perte de productivité, avec un personnel et des services réduits, donc même dans des endroits arides, éloignés, non civilisés. Une usine presque automatique P<ésumons donc les avantages déjà décrits du nouveau réacteur à plaques 3 0 empilées, de sa prépa ration et de son mode d'emploi, pu is ajoutons à cela quelques atouts supplémentaires À Ie réacteur est compact de par sa conception À ayant une forme parallélépipédique, il permet une utilisation optimale de l'espace; on peut mettre en _uvre un très long sandwich, poser facilement des sandwiches côte à côte, I'un sur l'autre, etc. - 30 À grâce au nouveau design on peut créer des unités modulaires de production, par exemple créer des unités efficaces d'une petite productivité pour des sources limitées en capacité de matière première à convertir À il est possible de déplacer facilement un tel réacteur d'un site à l'autre sans grues, camions spéciaux, etc. Ie réacteur est particulièrement adapté aux nouveaux catalyseurs granulaires fins À il offre un meilleur coefficient d'échange de chaleur entre les fluides À il présente un faible coût de construction 15. il présente une masse environ 2 à 4 fois inférieure aux réacteurs tubulaires classiques il présente une réduction sensible des pertes de charge 20. il ne nécessite pas une enceinte étanche ce qui facilite sa construction, sa gestion et les services autour du réacteur; cela permet d'accéder librement à la structure du sandwich pour connecter ou déconnecter certaines plaques en cas de besoin, pour les remplacer, ou pour toute autre opération sur le réacteur (rappelons qu'autrement, pour un réacteur classique, les moyens d'entrée des réactifs dans les tubes et de sortie des produits sont constitués d'une multitude de petites ouvertures soudées, à l'intérieur d'un grand cylindre pressurisé, sans aucune possibilité de contrôler ces entrées ni individuellement ni même par paquets) 30. il peut être placé à ciel ouvert À il est possible de concevoir des réacteurs dont les deux éléments constitutifs de chaque plaque sont identiques, ce qui permet une standardisation I'étanchéité du réacteur peut être vérifiée et re- vérifiée plusieurs fois au cours de sa "vie", plaque par plaque; une éventuelle fuite peut être facilement détectée (par un accès de l'extérieur) et contrecarrée par le simple échange d'une seule plaque tandis que la plaque défectueuse est renvoyée pour réparation ou pour une refonte avec récupération du - 31 métal de sa construction (par exemple l'aluminium)... afin d'en refaire une plaque neuve À il est désormais possible de "déporter" les opérations délicates de réduction eVou de formatage du catalyseur sur un site hautement spécialisé; notre nouveau procédé de réduction et de formatage final évite ainsi presque toutes les difficultés liées au remplissage de tubes par des granules de catalyseur réduit et nécessitant une atmosphère contrôlée (rappelons qu'une fois réduit, le catalyseur devient pyrophorique, difficile à transporter, lO à stocker, à manipuler, et que le transport d'une telle matière incendiaire entre le site de sa production et un complexe industriel GTL éloigné demande donc des précautions importantes) À des petites vannes de sécurité ou d'anti-retour peuvent être installées à chaque entrée et sortie de chaque plaque réactive pour isoler(manuellement ou automatiquement) toute plaque R défaillante ou en train d'être échangée avec une autre plaque réactive de remplacement; en cas de fuite ou d'éclatement d'une plaque, la quantité de matière qui s'échapperait pendant l'accident serait donc très faible car limitée au volume d'une seule plaque R; ainsi le risque d'incendie ou d'empoisonnement par

CO est considérablement réduit.

- 32

Claims

REVENDICATIONS

1. Réacteur modulaire à plaques empilées, fortement serrées en sandwich compact pour réaliser un procèdé exothermique tel que la synthèse catalytique Fischer-Tropsch (FT) des hydrocarbures liquides par hydrogénation sélective du monoxyde de carbone (CO) par l'hydrogène (H2), le mélange de ces deux gaz étant appelé "gaz de synthèse" ou "syngaz", en présence de grains fins d'un catalyseur, caractérisé en ce que les éléments principaux du réscteur et leur assemblage comporte les éléments suivants: - des plaques (R) contenant le catalyseur et au sein desquelles se déroule la réaction de synthèse, plaques appelées "plaques résctives" ou "plaques R"; - d'autres plaques fC) appelées "plaques caloporteuses" ou "plaques C" qui ont pour fonction principale d'évacuer l'énergie thermique produite par la synthèse catalytique, sachant que ces plaques C peuvent également fournir de la chaleur aux plaques R lors de l'étape de démarrage de la synthèse; - des moyens mécaniques d'assemblage et de serrage des plaques R et C en alternance, ces moyens étant placés à l'extérieur des plaques R et C, les deux plaques d'extrémités, de préférence de type C, étant alors en contact avec des "plaques fortes'' ou "plaques F" (27), ces dernières étant reliées entre elles par plusieurs vis (28) de serrage englobant tout le sandwich; - des moyens assurant la mise en circulation contrôlée (en composition, débit, température et pression) d'un fluide (14) réactif (comme le gaz de synthèse), d'un fluide (15) contenant des produits lcomme ceux issus de la synthèse FT), d'un fluide caloporteur (18) de refroidissement ou d'échauffement initial du réscteur ainsi que des moyens de support mécanique et de revêtement

extérieur du réacteur.

2. Réacteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque plaque réactive R (R) - est planaire, parallélépipédique, annulaire ou cylindrique; - a une longueur (2J délimitée par les extrémités d'entrée (3) et de sortie (4), cette longueur ne dépassant pas 3 mètres; - est délimitée par les bords suivants: (2) comme longueur, (5) comme largeur et (6) comme épaisseur, ces trois dimensions étant généralement planes et parallèles entre elles et délimitées encore par les deux faces latérales (7) et (8) généralement planes et parallèles entre elles; - est constituée d'un corps (1) contenant des canaux (9) d'une forme allongée de section circulaire, rectangulaire ou d'une autre géométrie, cette section étant équivalente à la section d'un tube de diamètre ne dépassant pas 16 mm, les canaux étant séparés entre eux par des cloisons (10a), chacun des - 33 canaux débouchant à chacune des deux extrémités (3) et (4) par des orifices d'entrée (11a) et de sortie (11bJ; - est pourvue de canaux (9) qui sont séparés du côté des faces (7) et (8) par des cloisons faciales (10b) d'une épaisseur réduite pour rapprocher le centre de chaque canal des faces (7) et (8) d'échange de chaleur afin d'exporter efficacement la chaleur produite dans les canaux et ainsi éviter un surchauffement du catalyseur actif remplissant ces canaux; - contient des particules (12) d'un catalyseur actif ou d'un précurseur du catalyseur, d'une taille maximum de 3 mm, qui remplissent la quasi-totalité de la longueur (2) de chaque canal (9), le lit des particules reposant sur une grille de sortie (13b) fixée dans chaque canal (9); - est pourvue d'une grille (13a) au sommet de chaque canal (9) pour éviter que les particules (12) ne s'écoulent accidentellement par l'orifice d'entrée (11a) lors de l'assemblage du réacteur à plaques ou de toute autre manipulation ou transport de la plaque déjà remplie du catalyseur actif, de son précurseur cru ou encore de son précurseur sur-réduit; - est pourvue d'une grille (13b) à la base de chaque canal (9) pour éviter que les particules ne s'écoulent par l'orifice (11b), les grilles (13b) ayant des mailles sufffisamment fines pour maintenir ces particules (12) tout en permettant la circulation des produits sortants (15) et du fluide non converti (14); - a une épaisseur (6), des épaisseurs de cloisons (10a) et (10b) et certaines propriétés mécaniques qui sont volontairement fixées à des valeurs tout juste suffisantes pour monter, à la température de la synthèse catalytique, jusqu'à MPa de pression dans les canaux, sachant que sans un assemblage en sandwich serré, la plaque ne tiendrait pas individuel lement à une tel le pression maximale des fluides (14) et (15) du procédé; - comporte au sein de son corps (1) les orifices d'entrée (11a) du gaz réactif (14) et les orifices de sorties (11b) des produits (15) liquides, vapeurs et gaz ainsi que du fluide (14) non converti; - est pourvue de plusieurs canaux (9) contenant chacun les particules (12), ces canaux étant montés en parallèle et formant ainsi une composante du circuit des fluides (14) et (15), cette composante étant en communication avec d'autres moyens d'admission et d'évacuation de ces fluides; - a un corps (1) métallique ou constitué de toute autre matière ayant une conductivité thermique d'au moins un ordre de grandeur plus haut que la conductivité thermique du catalyseur actif (12) situé dans les canaux (9) de la plaque pendant le fonctionnement du réscteur; - a un corps (1) substantiellement inerte chimiquement au contact avec les particules (12), le gaz réactif (14) et les produits de synthèse (15) tels que la vapeur d'eau et des hydrocarbures; - 34 - est construite en matériaux qui peuvent résister jusqu'à 500 C; - peut se présenter comme une plaque module (16J plus grosse résultant de l'assemblage de corps de plaques R élémentaires (1), chacune d'une largeur (5) limitée, ceci pour obtenir une plaque module plus large et constituée d'un nombre de plaques R élémentaires pouvant étre compris entre 2 et 20, sachant que l'assemblage des plaques R élémentaires est fait par rapprochement, soudage, collage, rivetage, embotement, etc. suivant les bords (17) constitués de la surface limitée par la longueur(2) et l'épaisseur (6), sachant également que la

plaque ainsi assemblée se présente comme une plaque R plus large.

3. Réscteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque plaque caloporteuse C (C) - évacue l'énergie produite par la réaction exothermique se déroulant dans les plaques R voisines et permet ainsi de maintenir une température constante à 1 C près dans les canaux (9) des plaques R voisines; - assure également le démarrage du réscteur catalytique eVou le formatage (conditionnement, activation) des particules (12) contenues dans les plaques R voisines eVou le maintien du réacteur à une température constante lors d'un court arrét du réscteur eVou de son redémarrage, sachant que dans tous ces cas la plaque C constitue l'élément qui apporte de l'énergie thermique aux plaques R voisines; - présente un corps (1), une longueur (2) délimitée par une extrémité d'entrée (3) et de sortie (4), ces deux extrémités étant généralement planes et parallèles entre elles, les bords: (2), (5) et (6) étant généralement plans, les deux surfaces opposées étant généralement parallèles entre elles, les deux faces latérales (7) et (8) étant aussi généralement planes et paralièles entre elles, sachant que l'intérieur du corps (1) abrite des canaux (9) de section circulaire, rectangulaire ou autre, de forme allongée, éventuellement en méandres, les canaux étant séparés entre eux par des cloisons inter canaux (10a), les canaux étant également séparés du côté des faces latérales (7) et (8) par des cloisons faciales (10b), chacun des canaux (9) débouchant à chacune des deux extrémités (3) et (4) par des orifices d'entrée (11a) et de sortie (11b), les canaux contenant des chicanes (9b) créant des turbulences dans les canaux dans lesquels circule un fluide caloporteur (18) entrant dans chaque canal (9) par un orifice (11a) pour en sortir par l'orifice (11b), une série de plusieurs canaux (9) étant ainsi incluse dans un circuit de parcours du fluide caloporteur (18) communiquant avec des moyens (pompes, réservoirs, échangeurs, etc.) d'admission et d'évacuation de ce fluide (18); - a un tel diamètre de tubes ou une telle dimension de canaux (9) d'une autre forme et des cloisons faciales (10b) d'une épaisseur tellement limitée que I'épaisseur (6) de la plaque devient également limitée et que les propriétés mécaniques de chaque plaque C sont volontairement tout juste suffisantes pour atteindre, à la température de la synthèse catalytique, la pression nécessaire pour faire circuler un fluide caloporteur (18) dans les canaux (9) en assurant ainsi sa fonction de bon échangeur de chaleur, mais tout en sachant que cette bonne tenue en pression de la plaque C n'est assurée que lorsqu'elle est assemblée en sandwich serré avec d'autres plaques et que sans un tel assemblage en sandwich serré la plaque C, volontairement affaiblie, ne tiendrait individuellement pas à la pression exercée alors que la température du fluide caloporteur (18) peut monter jusqu'à 380 C; - a u n corps (1) qui est fait d' une matière conductrice de chaleur, tel le qu' un métal ou une matière composite, le matériau utilisé étant inerte chimiquement par rapport au fluide caloporteur (18) utilisé, qui peut être par exemple de l'eau, de la vapeur d'eau, des sels fondus ou des huiles; 1S - renferme le fluide caloporteur (18) qui entre par les orifices (11a) aménagés sur l'extrémité d'entrée (3J de chaque plaque et circule dans l'ensemble des canaux (9) en occupant tout leur volume de manière à ce que ces canaux soient complètement remplis (et tenus remplis), puis il ressort par la zone

de sortie (4) et les orifices (11b).

4. Réacteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les plaques R et C sont assemblées par serrage en alternance et en ce que: - aux deux extrémités d'un empilement de plaques R et C sont placées une plaque de type C suivie d'une plaque forte F (27); - les deux plaques F d'extrémité sont fortement liées entre elles par plusieurs vis (28) de serrage englobant tout le sandwich composé de plaques R et C en alternance, ces vis pouvant être partiellement remplacées par des segments de câbles (29), ce fort serrage de toutes les plaques entre elles permettant de former un corps unitaire d'un seul tenant, sachant qu'en plus ces vis ou câbles sont munis de capteurs de forces (30) pour contrôler, manuellement ou automatiquement, les contraintes mécaniques nécessaires à la bonne tenue de tout l'empilement des plaques; - chaque plaque R appartenant à l'empilement en sandwich est amovible par rapport à cet empilement, ceci pour pouvoir être facilement remplacée par une autre plaque identique ou similaire après un desserrage du sandwich, par conséquent les condu its (25a) et (25b), rig ides ou souples (flexi bles), qu i connectent cette plaque au système de circulation des fluides (14) et (15) sont agencés et raccordés de manière à permettre un montage et démontage facile de la plaque R en question et de ce fait tout assemblage de plaques devient non définitif; - 36 - les conduits (26a) et (26b), rigides ou souples (flexibles), raccordés à chaque plaque C du sandwich sont agencés et raccordés de manière à permettre le desserrage de l'empilement des plaques R et C afin de pouvoir extraire une plaque quelconque R du sandwich et la remplacer par une autre plaque R; - une multitude de plaques R et une multitude de plaques C forment un seul réscteur catalytique à plaques multiples R et C en alternance pour former une structure de type sandwich serré avec une entrée du fluide résctif (14) répartie sur toutes les plaques R. chaque plaque R étant en contact thermique par ses faces (7) et (8) avec deux autres plaques C voisines de tail le et forme sim i laires, sachant qu'à l'intérieur de chaque plaque C circule un fluide caloporteur (18) pour contrôler précisément la température à l'intérieur des particules (12) présentes dans chaque plaque R; - les plaques R et C sont empilées en série (structure sandwich) , I'une à côté de l'autre, en alternance régulière: une pisque C et une plaque R et ainsi de suite, ce qui donne en résultat un réacteur à fluide réactif et à fluide caloporteur, les deux fluides étant séparés par deux couches formées par les cloisons faciales (101) appartenant chacune aux plaques R ou C serrses l'une contre l'autre, chacune des plaques étant compatible séparément au fluide en contact et chacune d'elles ayant son épaisseur limitée au minimum; - les surfaces externes (7) et (8) des plaques R et C empilées sont conçues de façon à assurer un très bon contact thermique avec les plaques voisines, par exemple ces surfaces sont plates ou rainurées de façon compatible les unes avec les autres, ceci pour assurer un bon contact sur toute la surface d'échange thermique entre ces deux types de plaques; - les plaques R et C sont empiiées les unes après les autres par les faces latérales (7) et (8) de façon à ce que dans les plaques résctives R les axes des tubes (9) ou la direction longitudinale des canaux (9) ayant une forme non tubulaire soient substantiellement verticaux, ou logèrement inclinés par rapport à la pesanteur à condition que l'angle entre l'axe du canal (9) et la direction de la pesanteur ne dépasse pas 1 radian; - les plaques C sont positionnées dans le sandwich de façon à ce que les canaux (9) de ces plaques soient en position horizontale ou inclinée de moins de 1 radian par rapport à cette position horizontale; - I'empilement de quelques dizaines à quelques centaines de couples de plaques R et C se présente comme un bloc de forme générale parallélépipédique, d'une longueur jusqu'à quelques dizaines de mètres, d'une hauteur dépassant à peine la longueur (2) des plaques R etiou C et d'une largeur dépassant à peine la largeur (5) d'une seule plaque élémentaire R ou d'un multiple de cette largeur (5) pour une plaque module (16) composée de plusieurs plaques R; - 37 - ce sandwich de plaques empilées ne nécessite aucun carter, aucune autre enceinte étanche ou pressurisée et de ce fait peut être disposé librement à ciel ouvert ce qui facilite la construction, la gestion et les services autour du réacteur grâce à l'accès libre à la structure du sandwich pour connecter ou déconnecter certaines plaques en cas de besoin, pour les remplacer ou pour toute autre opération sur le réacteur; - I'empilement en sandwich repose sur un cadre de fond (31J pour un alignement correct des plaques, ce cadre étant monté au-dessous de l'empilement et supportant tout le poids du réacteur, le cadre pouvant également supporter, en plus, un autre réacteur catalytique superposé, sachant que ce cadre de fond peut être soit placé sur la terre ferme soit installé sur des barques ou bateaux off shore du fait que toute cette structure du réncteur permet une utilisation optimale de l'espace et que la masse du réscteur est de 2 à 4 fois inférieure à la masse d'un réscteur tubulaire classique; - le réacteur en sandwich se trouve sous un revêtement extérieur couvrant tout l'empilement des plaques, ce revêtement pouvant être, par exemple, du type laine de verre ou laine minérale, ceci pour éviter des pertes de chaleur de la

synthèse exothermique.

5. Réscteur selon l'une quelconque des revendications précédentes

caractérisé en ce que le fluide entrant (14) résctif et le fluide sortant (15) de produits sont mis en circulation contrôlée et en ce que: - le fl ui de résctif (14) entre du côté de la zone (extrém ité) d' entrée (3) de chaque plaque résctive R par l'orifice d'entrée (11a) communiquant avec le canal (9), passe par une grille d'entrée (13a), par le lit des particules (12), par la grille de sortie (13b) pour quitter le même canal (9) par 1'orifice (11b) de sortie comme un fluide (15) contenant des produits de la résction catalytique; - le circuit des fluides (14) et (15) dans les plaques R contient une zone d'entrée (3) à laquelle sont associés des conduits d'entrée (3a), débouchant sur les orifices d'entrée (11a) et une zone (extrémité) de sortie (4) avec ses conduits de sortie (4a) débouchant sur les orihces de sortie (11b); - ces deux zones et orifices d'entrée et de sortie constituent également les moyens de remplissage des particules (12) et de déchargement du catalyseur (12) après son usure, vieillissement, empoisonnement ou toute autre perte d'activité causée par un autre événement, sachant que les conduits (3a) et (4a) ainsi que les orifices (11a) et (11b) sont formés directement dans le corps (1) de chaque plaque R; - le fluide réactif (14) qui entre dans chaque plaque R du côté de la zone d'entrée (3) par les orifices d'entrée (11a), traverse les conduits d'entrée (3a) et les grilles (13a) pour entrer dans les canaux (9) remplis des particules (12) et sort - 38 des canaux (9), après une conversion totale ou partielle, par une grille (13bJ, par les conduits de sortie (4aJ et enfin par les orifices de sortie (11b); - chaque plaque R est munie d'un collecteur d'entrée (19aJ du fluide (14) relié à une tubulure (20a) d'entrée ainsi qu'un collecteur (19bJ de sortie relié à une tubulure (20b) de sortie du fluide (15), ces collecteurs se présentant comme des bo^tes collectrices s'étendant sensiblement sur toute la largeur (5) de la plaque R. sachant que la tubulure (20aJ et le collecteur (19aJ constituent un système de raccordement des plaques R avec le circuit de production et de conditionnement du fluide résctif (14) tandis que la tubulure (20bJ et le collecteur (19bJ constituent un système de raccordement des plaques R avec le circuit de récupération et de conditionnement des produits (15) de synthèse catalytique, sachant également que les collecteurs d'entrce (19aJ et de sortie (19bJ relient ainsi les multiples canaux (9J parallèles à l'intérieur d'une même plaque R. sachant encore que ces canaux sont connectés d'une façon étanche à ces collecteurs (19aJ et (19bJ communs par une liaison de type brasure, soudure, collage, vissage ou toute autre façon résistant aux contraintes chimiques, de température et de pression pouvant être appliquées, ce qui permet à chaque canal de la plaque R de communiquer, par l'intermédiaire de ces collecteurs, avec le reste du circuit du fluide réactif (14) ou des produits (15), sachant enfin que ces collecteurs et tubulures individuels permettent le raccordement individuel des fluides qui entrent et qui sortent des plaques réactives R pour ainsi obtenir un moyen de gestion individuelle des fiuides (14) et (15) pour chaque plaque R; - chaque plaque R est connectée à au moins un répartiteur (21a) d'entrce du fluide résctif (14) entrant situé à l'entrée de la plaque, ce répartiteur étant connecté à une tubulure (20a) d'entrée débouchant dans l'espace libre ménagé au- dessus de la piaque et qui le relie avec le collecteur (19a) monté sur une face supérieure de la plaque et communiquant avec les zones d'entrée des canaux (9); - chaque plaque R est connsctée à au moins un répartiteur (21b) de sortie du fluide (15) sortant situé à la sortie de la plaque, ce répartiteur étant connecté à une tubulure (20b) de sortie débouchant dans l'espace libre ménagé au-dessous de la plaque et qui le relie avec le collecteur (19b) monté sur une face inférieure de la plaque et communiquant avec les zones de sortie des canaux (9J; - plusieurs plaques R identiques et correctement remplies des mêmes particules (12J sont connectées en parallèle aux mêmes répartiteurs (21aJ et (21bJ faisant ainsi que toutes ces plaques sont connectées à la même source de fluide réactif (14J; - des valves d' isolation et de réqulation (22aJ mun ies d' un clapet automatique détectant eVou indiquant (par un signal visuel, électrique ou autre) un débit excessif du gaz (14J entrant, ainsi que des vannes d'isolation (22bJ, sont - 39 connectées respectivement à chaque entrée et chaque sortie de chaque plaque R. ces valves et vannes étant insérées respectivement entre les tobulures (20a) et (20b) d'entrée et de sortie d'un côté et les répartiteurs (21a) et (21b) de l'autre côté, en permettant ainsi d'isoler individuellement le circuit des fluides (14) et (15) pour chacune des plaques R; - des vannes de sécurités eVou d'antiretour sont installées à chaque entrée et sortie de chaque plaque R. ceci pour isoler (manuellement ou automatiquement) toute plaque R défaillante ou en train d'être changée par une autre plaque de remplacement, et pour limiter tout risque d'incendie ou d'empoisonnement en cas d'éclatement d'une plaque, la quantité de matière qui s'échapperait pendant l'accident étant ainsi limitée par le volume de fluide contenu dans une seule plaque R.

6. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1, 3 et 4

caractérisé en ce que le fluide caloporteur (18) est mis en circulation contrôlée et en ce que: - les plaques caloporteuses C sont munies de collecteurs d'entrée (19a) du fluide caloporteur reliés aux tubulures (20a) d'entrée du fluide ainsi que de collecteurs de sortie (19b) reliés à des tubulures de sortie (20b) du même fluide, ces tubulures et collecteurs constituant un système de raccordement des circuits de réchauffement ou de refroidissement du même fluide caloporteur avec chaque plaque C, sachant que ces collecteurs sont mécaniquement liés aux deux extrémités (3) et (4) des plaques d'une façon étanche par une liaison de type brasure, soudure, collage, vissage ou toute autre façon résistant aux contraintes chimiques, de température et de pression; - les collecteurs (19a) situés à l'entrée de chaque plaque C sont connectés à au moins un répartiteur (23a) d'entrée du fluide caloporteur (18) entrant, tandis que les collecteurs (19b) à la sortie de chaque plaque C sont connectés à au moins un répartiteur (23b) de sortie du même fluide (18), sachant que ces collecteurs et répartiteurs font partie du circuit d'échange de chaleur extérieur du fluide caloporteur (18) et sachant encore que les tubulures individuelles pour chaque plaque C permettent un raccordement individuel du fluide (18) séparément à chaque plaque caloporteuse C; - la circulation d'un fluide caloporteur (18) est organisée dans une direction préférentiellement perpendiculaire (ou presque) à la direction de circulation des fluides (14) et (15) dans les plaques R. ce qui donne l'opportunité de placer en vis-à-vis les collecteurs et les répartiteurs d'entrce ainsi que les collecteurs et les répartiteurs de sortie du fluide caloporteur (18) sur les deux faces latérales de l'empilement de plaques R et C laissant ainsi une place pour implanter des - 40 valves, des vannes, les répartiteurs et toute autre tuyauterie pour la série de plaques R ainsi que pour la série de plaques C en alternance; - les moyens d'admission et de sortie du fluide caloporteur (18) formés respectivement par une tubulure (20a) d'entrée et par une tubulure (20b) de sortie pour chaque plaque C débouchent dans l'espace libre ménagé à la proximité des plaques C situé des deux côtés des plaques C selon le choix de la direction de circulation du fluide caloporteur (18); - les vannes d'isolation etiou réqulation (24a) sont insérées individuellement en série entre les tubu lures i ndividuell es d'entrée (20a) et les répartiteurs (23a) pour chaque plaque C tandis que les vannes d'isolation eVou réqulation (24b) sont insérées individueilement en série entre les tubulures individuelles de sortie (20b) et les répartiteurs (23b) pour chaque plaque C; - toutes les plaques C sont connectées en parallèle au même fluide caloporteur (18) circulant à travers un échangeur extérieur de chaleur permettant le réchauffement du fluide (phase initiale du fonctionnement du réscteur FT telle que le conditionnement du catalyseur, le démarrage de la plaque R contenant le catalyseur déjà conditionné ailleurs ou le redémarrage du réscteur catalytique après une période d'arrêt) et ensuite pour son refroidissement (phase de

production normale du réacteur de synthèse exothermique).

7. Réscteur selon l'une quelconque des revendications précédentes

caractérisé en ce que pour le fluide entrant (14) réactif, le fluide sortant (15) de produits et le fluide caloporteur (18) la mise en circulation est contrôlée en composition, débit, température et pression et en ce que: - le débit entrant optimal du fluide résctif (14) qui est une fonction de sa pression dans le répartiteur (21a), de la perte de charge dans le lit de particules (12), du progrès de la résction catalytique provoquant une contraction du fluide suite à sa conversion en produits, et de la pression du fluide sortant (15) dans le répartiteur (21b) de sortie, est contrôlé à partir d'une différence de pression entre les répartiteurs (21a) et (21b), cette différence pouvant atteindre 2 MPa, sachant que les résctifs (14) et les produits (15) ainsi que toute la tuyauterie et tout i'appareillage de précipitation des produits liquides résistent à une pression absolue jusqu'à 5 MPa; - un débit excessif du fluide (14) traversant préférentiellement une plaque R défectueuse dont au moins un des canaux (9) est vide ou mal rempli par les particules (12), est détecté par la valve (22a) munie d'un clapet se refermant automatiquement pour empêcher que ce fluide ne s'écoule inutilement par la plaque en question; - les deux circuits de fluides (14) et (15) ainsi que (18) sont sous contrôle très précis des températures, constantes ou ayant un gradient voulu dans toutes - 41 les plaques réactives R. tout le système d'échange de chaleur assurant le

contrôle des températures de ces fluides avec une précision d'au moins + 1 C.

8. Procédé catalytique de synthèse fortement exothermique, tel que la synthèse FT des hydrocarbures, réalisé dans le réscteur à plaques serrées selon

les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que:

- tout volume de catalyseur actif (12) remplissant les canaux (9) de plaques R est sous régime isotherme entretenu à 1 C près et choisi dans la gamme de températures entre 150 à 380 C; - les pressions des fluides (14) et (15) traversant les canaux (9) dans les plaques R sont comprises entre 0,5 et 5 MPa; - le catalyseur actif (12) remplissant les canaux (9) de la plaque R travail le en régime caractérisé par une vitesse spatiale (autrement appelée vitesse volumique horaire ou WH) allant jusqu'à 1500 h4, I'unité h-4 provenant du rapport entre le débit du gaz (m31h) traversant la plaque et le volume du catalyseur actif dans cette plaque (m3); - le catalyseur actif (12) remplissant les canaux (9) de la plaque R a une granulation comprise entre 1 et 3 mm; - la conductivité thermique du catalyseur actif (12) situé dans les canaux (9) est d'au moins un ordre de grandeur plus bas que celle du matériau formant le corps (1) des plaques réactives R pendant le fonctionnement du réscteur; - le catalyseur actif remplissant les canaux (9) de chaque plaque réactive R est préparé dans ces canaux mémes à partir de particules d'un précurseur de ce catalyseur par remplissage de ces canaux par les particules du précurseur sous atmosphère ambiante d'air, puis par réduction du précurseur donnant alors des

particules sur-réduites et enfin par formatage progressif des particules sur-

réduites conduisant à la forme active du catalyseur final, sachant que l'opération de réduction suivie du formatage se déroule dans la méme plaque R sans que les particules ne soient jamais extraites de ces canaux, sachant encore que I'opération de réduction et de formatage est menée chez le fabricant du catalyseur ou chez son agent habilité ce qui permet d'éviter le risque que toute la

charge de catalyseur ne soit pas suffisamment bien activée.

9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le catalyseur actif est préparé par une réduction suivie d'un formatage progressif (activation ou accommodation ou conditionnement ou encore formation descentres actifs spécialisés pour le processus catalytique, par exemple celui de synthèse FT) du précurseur de ce catalyseur de synthèse exothermique et en ce que: - la réduction des particules du précurseur de catalyseur se présentant initialement sous une forme inactive se passe à 1'intérieur même d'une plaque R - 42 (qui a précédemment passé positivement le contrôle d'étanchéité et de robustesse) en dehors de la structure définitive du réscteur catalytique, dans une atmosphère d'un gaz réducteur, par exemple sous hydrogène pur ou sous monoxyde de carbone ou sous un mélange de ces deux gaz concentrés ou S dilués avec un gaz neutre7 sachant que la plaque R est mise dans un four ou insérée dans une structure en sandwich entre des plaques chauffantes, toute seule ou avec d'autres plaques R subissant la même opération, les plaques chauffantes ayant des dimensions et des surfaces compatibles avec la ou les plaque(s) R et fournissant de la chaleur à cette (ces) plaque(s) R avec une mise en température programmée, ce sandwich intermédiaire étant serré de l'extérieur par des moyens mécaniques pour empêcher une éventuelle déformation d'une ou plusieurs de ces plaques R lors de l'opération de réduction du précurseur; - les tubulures (20a) d'entrée et (20b) de sortie de chaque plaque R étant connectées de façon étanche au système spécifique de circulation et de régénération dudit gaz réducteur, la réduction du précurseur se déroule sous un contrôle strict du débit du gaz, de sa composition, de sa pression (plus basse que celles du travail normal de la plaque), de sa température (programmée et plus élevée que celles du régime productif de synthèse catalytique, mais ne dépassant pas 500 C) et pendant un temps limité (ne dépassant pas quelques heures), toutes ces conditions et procédures spécifiques étant établies par le fournisseur du catalyseur, sachant que l'état d'avancement de la réduction est contrôlé par exemple va une métrologie de la quantité de vapeur d'eau dans le produit gazeux sortant de la (des) plaque(s) R; - une fois la réduction terminée, la (les) plaque(s) R est (sont) ramenée(s) à la température ambiante sous une atmosphère réductrice ou inerte, puis soit les tubulures (20a) d'entrée et (20b) de sortie de chaque plaque R sont bouchées et les plaques ainsi sécurisées sont stockées ou transportées pour un formatage ultérieur d'une telle forme sur-réduite du catalyseur, soit le catalyseur sur-réduit est immédiatement formaté (conditionné, activé) en utilisant le même appareillage de réduction, suite de quoi les plaques R sont redouchées et prêtes à être expédiées pour une utilisation immédiate ou ultérieure dans un montage en sandwich final d'un réscteur catalytique; - ies particules sur-réduites subissent une accommodation consistant en leur mise en contact avec un flux de syngaz initialement "pauvre" (CO + H2 dilués dans un gaz inerte) qui ensuite devient de plus en plus concentré, à une température tout d'abord réduite par rapport à celle du régime de travail productif du catalyseur et qui augmente ensuite petit à petit selon un scénario prédéterminé, sous un débit de gaz résctif (14) variable et sous un contrôle chromatographique fréquent de la qualité de ce gaz réactif et des produits sortants (15); - 43 - le formatage du catalyseur sur-réduit est effectué à l'intérieur de la plaque R. celle-ci étant: * soit séparse de son empilement définitif (ex situ), sachant que la plaque R ainsi préparée et bien scellée peut être stockée ou transportée en toute sécurité pendant quelques semaines durant lesquelles le fabricant du catalyseur peut garantir pleinement la qualité maximale de son catalyseur sans que les secrets de production, de réduction, de formatage ne soient dévoilés, * soit insérée dans son empilement définitif (in situ) suite de quoi la plaque

R intègre le cycle de production normal du réscteur catalytique.

10. Procédé selon la revendication 8 ou 9 caractérisé par l'échange standard et ou la préparation d'un tel échange standard de plaques R et en ce que: - chaque plaque R appartenant à une série de plaques R. C et F de I'empilement de plaques en sandwich serré est amovible (détachable) par rapport à cette série, ceci pour pouvoir être facilement remplacée par une plaque identique contenant un catalyseur actif frais au lieu d'un catalyseur usé, ou bien par une plaque correcte au lieu d'une plaque défaillante présentant des fissures ou des foites de fluide; - les plaques résctives R ainsi détachables présentent une rigidité intrinsèque suffisante pour être facilement montées, démontées, déplacoes eVou transportées, aussi bien vides qu'avec leurs canaux (9) remplis de particules désactivoes, en fin de vie, préalablement sur-réduites ou pleinement actives et prêtes à catalyser la synthèse normale du produit; les plaques R présentant des canaux (9) vides sont remplies, sans aucun gaz de protection, avec des grains de précurseur de catalyseur (dans sa forme déjà calcinée) sur le site de fabrication du catalyseur et sous contrôle du fabricant du catalyseur, puis les canaux sont soigneusement fermés, par exemple par des bouchons étanchant les tubulures f20a) et (20b), après quoi les plaques sont mises sous pression jusqu'à dépasser la pression de leur travail final et sont ainsi contrôlées, une par une, au point de vue de l'étanchéité et de la résistance à la pression élevée de leurs futures conditions de travail, sachant que cette opération se passe dans un montage spécial comportant deux plaques F serrant aux deux extrémités la (les) plaque(s) contrôlée(s) R pour ensuite passer les opérations précédemment décrites de réduction et de formatage; - les plaques R de récupération contenant un "vieux" catalyseur sont transportées, avec leurs tubulures d'entrée (20a) et de sortie (20b) soigneusement bouchées afin de sécuriser le transport d'une telle charge pouvant encore être pyrophorique, jusqu'au site de fabrication du catalyseur ou de régénération des plaques R. o les plaques sont vidées pour extra ire les - 44 métaux intéressants (par exemple CO, Mo, Rh, Re, Ta, Zr, Ce, Th, U, terres rares) en rendant ainsi le support du catalyseur (par exemple argile, alumine, TiO2) inerte et totalement inoffensif pour un recyclage, une autre utilisation ou une mise en décharge définitive, et de cette façon les plaques R récupérées sont alors de nouveau remplies d'un précurseur nouveau de catalyseur pour ensuite passer les opérations précédemment décrites de contrôle d'étanchéité et de