FR2913108A1 - Reacteur-echangeur de chaleur integre. - Google Patents

Abstract

Réacteur-échangeur de chaleur intégré permettant de coupler au moins une réaction endothermique ou un échange de calories au moyen d'un fluide de refroidissement avec au moins une réaction exothermique, comprenant des moyens d'entrée (2, 3) et des moyens de sortie (4) entre lesquels s'étendent plusieurs premiers canaux (13) pour la circulation de réactifs en vue de la réaction exothermique, lesdits premiers canaux étant en contact d'échange thermique avec des deuxièmes canaux pour la circulation de réactifs en vue de la réaction endothermique ou d'un fluide de refroidissement, caractérisé par le fait qu'il comprend des passages supplémentaires (18) pour injecter une quantité supplémentaire d'au moins l'un des réactifs à au moins un endroit intermédiaire sur la longueur des premiers et/ou des deuxièmes canaux.

Description

B 06/1503 FR - AxC/DD Société par actions simplifiée dite : RENAULT s.a.s

Réacteur-échangeur de chaleur intégré. Invention de : DUVAL BRUNEL Emmanuelle HEURTAUX Fabien CLOAREC Sylvain Réacteur-échangeur de chaleur intégré. La présente invention a pour objet un réacteur-échangeur de chaleur intégré, permettant de coupler au moins une réaction endothermique ou un échange de calories au moyen d'un fluide de refroidissement avec au moins une réaction exothermique. Ce type de réacteur, qui présente la structure d'un échangeur de chaleur, permet un excellent transfert thermique entre les deux réactions et offre généralement une bonne compacité, notamment lorsqu'il est réalisé sous la forme d'un empilement de plaques. La réaction endothermique peut par exemple être une réaction du type vaporeformage d'hydrocarbures ou une réaction de déshydrogénation d'un combustible hydrogéné. On peut également remplacer cette réaction endothermique par un échange de calories avec un fluide de refroidissement. La réaction exothermique peut être par exemple une réaction du type combustion, éventuellement catalytique. La demande de brevet WO 2004/028 685 (VELOCYS) décrit un réacteur intégré dans lequel une réaction de combustion est effectuée à proximité d'une réaction endothermique. La réaction exothermique de combustion se déroule de préférence dans des micro-canaux qui sont en contact thermique avec des micro-canaux dans lesquels se déroule la réaction endothermique. A cet effet, le réacteur comprend un empilement de cales minces, chacune de ces cales présentant un canal pour chacune des réactions. Les entrées et sorties sont d'un côté des différentes cales comportant les micro-canaux. Il est également prévu une multi-injection d'air au moyen de plaques perforées au voisinage de l'une de leurs extrémités. Il n'y a cependant pas d'arrivée d'air comburant dans l'ensemble de la zone prévue pour la combustion, l'échangeur étant subdivisé en une zone de réaction et une zone d'échange séparées. On rencontre dans la pratique des difficultés dans ce type de réacteur tenant à l'hétérogénéité des températures du côté de la réaction exothermique, par exemple la réaction de combustion, en raison des interactions thermiques entre la réaction endothermique et la réaction exothermique. I1 peut en résulter, notamment dans le cas où la réaction exothermique est une réaction de combustion, l'apparition de combustions partielles qui entraînent alors la formation de gaz polluants à la sortie du réacteur. Dans les applications de reformage, notamment de reformage catalytique pour la production d'un gaz riche en hydrogène servant à alimenter une pile à combustible équipant un module de propulsion d'un véhicule automobile, il est important que la réaction de combustion soit la plus complète possible afin de répondre aux normes environnementales. On connaît par ailleurs (www.heatric.com), un système de multi-injection pour le reformage de méthane ainsi que des structures d'échangeur de chaleur à circuit imprimé, dans lesquelles des passages sont prévus pour différentes réactions et simultanément pour les transferts thermiques. Ces différentes réalisations ne permettent pas cependant l'obtention de réactions parfaitement homogènes sur toute la surface du réacteur. La présente invention a pour objet un réacteur échangeur de chaleur intégré qui permette de supprimer les inconvénients des dispositifs de l'art antérieur et d'obtenir des réactions plus homogènes sur toute la surface du réacteur et notamment des réactions plus homogènes de combustion, permettant l'obtention d'une combustion totale ou quasi totale.

L'invention a également pour objet l'obtention d'une réaction exothermique et notamment d'une combustion, étagée, réduisant ainsi les points chauds par une répartition homogène de la température sur toute la surface du réacteur.

Dans un mode de réalisation, un réacteur-échangeur de chaleur intégré permet de coupler au moins une réaction endothermique ou un échange de calories au moyen d'un fluide de refroidissement avec au moins une réaction exothermique. Le réacteur comprend des moyens d'entrée et des moyens de sortie entre lesquels s'étendent plusieurs premiers canaux pour la circulation de réactifs en vue de la réaction exothermique, lesdits premiers canaux étant en contact d'échange thermique avec des deuxièmes canaux pour la circulation de réactifs en vue de la réaction endothermique ou d'un fluide de refroidissement. Le réacteur comprend des passages supplémentaires pour injecter une quantité supplémentaire d'au moins l'un des réactifs à au moins un endroit intermédiaire sur la longueur des premiers et/ou des deuxièmes canaux. De cette manière, il devient possible d'obtenir une réaction étagée et répartie sur la longueur des canaux. Si la réaction est une réaction de combustion, on peut obtenir une combustion totale réduisant les nuisances pour l'environnement. Dans un mode de réalisation préféré, le réacteur-échangeur de chaleur intégré comprend un empilement de plaques définissant entre elles les premiers et seconds canaux ainsi que les moyens d'entrée et de sortie des réactifs. I1 en résulte une construction simple et particulièrement compacte. Les différents canaux peuvent être alors définis par l'assemblage de plaques groupées deux à deux et présentant sur une partie de leur surface des ondulations inclinées par rapport à l'axe longitudinal du réacteur définissant des gorges et des nervures également inclinées. Les plaques définissant les canaux pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions, peuvent avantageusement comporter une gorge longitudinale et au moins une nervure longitudinale, s'étendant depuis les moyens d'entrée jusqu'aux moyens de sortie. Ladite gorge et ladite nervure définissant, lorsque deux plaques de ce type sont assemblées, un passage longitudinal en communication avec l'ensemble des canaux prévus pour cette réaction.

L'injection de réactif se fait donc aisément sur toute la longueur du réacteur dont tous les canaux sont en communication avec ce passage longitudinal. La communication entre la gorge longitudinale et l'ensemble desdits canaux se fait par exemple, par une fente longitudinale subsistant entre les nervures longitudinales de deux plaques assemblées. Dans une variante de réalisation, les plaques définissant les canaux pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions, comportent plusieurs gorges et nervures transversales définissant, lorsque deux plaques de ce type sont assemblées, des passages en communication avec l'ensemble desdits canaux. On peut également combiner ces passages transversaux avec le passage longitudinal de la réalisation précédente. Dans un autre mode de réalisation, le réacteur-échangeur de chaleur intégré comprend une plaque d'injection, dont une partie au moins de la surface est perforée. Cette plaque est intercalée entre deux plaques définissant les canaux pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions, de façon à permettre l'injection de la quantité supplémentaire d'au moins l'un des réactifs de la réaction dans l'ensemble desdits canaux. Dans tous les cas, les plaques peuvent être divisées en deux parties longitudinales, les différents canaux inclinés formant des chevrons. Dans certaines applications, il peut être opportun de compléter la réaction. On pourra alors prévoir en outre, du côté aval des différents canaux, une zone de réaction complémentaire, éventuellement équipée d'un catalyseur de réaction.

Un autre aspect de la présente invention concerne, de manière générale un procédé de production par réaction endothermique couplée avec une réaction exothermique avec transfert de chaleur entre les deux réactions, dans lequel les réactions se déroulent sur la longueur de canaux que l'on alimente en réactifs. Selon ce procédé, on injecte une quantité supplémentaire d'au moins l'un des réactifs pour au moins l'une des réactions à au moins un endroit intermédiaire sur la longueur des canaux prévus pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions. Une application particulièrement intéressante de l'invention est relative à la production d'hydrogène par reformage d'un carburant hydrocarboné, avec récupération de la chaleur provenant de la combustion d'un carburant dans lequel on injecte des quantités supplémentaires de carburant à plusieurs endroits intermédiaires sur la longueur de canaux prévus pour la réaction de combustion.

L'hydrogène produit peut être utilisé pour alimenter une pile à combustible d'un module de puissance pour véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'un premier mode de réalisation d'une plaque de combustion dans un réacteur-échangeur selon l'invention ; - la figure 2 est une section selon II-II de la figure 1, montrant en section un empilement de deux plaques de combustion et d'une plaque de réaction endothermique ou d'échange de calories ; - la figure 3 est une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'une plaque de combustion ; - la figure 4 est une vue de dessus d'un troisième mode de réalisation d'une plaque de combustion ; - la figure 5 est une vue de dessus d'un quatrième mode de réalisation d'une plaque de combustion ; - la figure 6 est une vue de dessus d'une plaque perforée permettant la multi-injection et destinée à coopérer avec une plaque de combustion telle qu'illustrée sur la figure 5 ; - la figure 7 est une section selon VIIVII de la figure 5, montrant l'empilement de deux plaques de combustion selon la figure 5, associées à deux plaques perforées selon la figure 6 ; et - la figure 8 illustre l'adjonction d'un réacteur additionnel de post-combustion. Pour mieux faire comprendre l'invention dans sa généralité, on décrira maintenant les quelques exemples qui sont illustrés sur les figures annexées en relation avec un réacteur-échangeur utilisé dans un reformeur de carburant hydrogéné destiné à produire un gaz riche en hydrogène capable d'alimenter une pile à combustible de véhicule automobile. On sait qu'un tel générateur de gaz riche en hydrogène utilise comme carburant pour produire de l'hydrogène par reformage, des composés carbonés riches en hydrogène de type CxHyOz et/ou de l'ammoniac. Les réactions de production d'hydrogène les plus couramment utilisées sont des réactions endothermiques comprenant notamment : - des réactions de vaporeformage, du type CxHyOz + H2O -> n CO + m H2 + H2+ pCO2 (1) - des réactions de déshydrogénation, du type CXHy <_> CXH(y-m/2) + m H2 (2) - et des réactions de déshydrogénation de l'ammoniac 2 NH3 <=> N2 + 3 H2 (3) Ces trois réactions sont endothermiques et doivent se produire à des températures élevées afin d'obtenir une cinétique suffisante et/ou de déplacer la réaction dans le cas des réactions d'équilibre que sont les réactions (2) et (3) mentionnées ci-dessus. Ces réactions nécessitent donc un apport de chaleur qui peut être fourni par une réaction exothermique, comme par exemple une réaction de combustion catalytique. Une telle réaction de combustion est une réaction irréversible qui doit, de préférence, pour limiter les effluents polluants, consommer complètement les composés hydrocarbonés CxHyOz qui sont utilisés. La réaction de combustion est du type CXHyOz + t 02 -> x CO2 + v H2O (4) Dans le cas d'une combustion complète, on a : t = x+(y/4)-(z/2) (5) v=y/2 (6) Un réacteur échangeur de chaleur intégré selon l'invention, permet de coupler au moins une réaction endothermique telle que les réactions (1) à (3) ci-dessus, avec au moins une réaction exothermique telle que la réaction de combustion (4) mentionnée ci-dessus. Une structure particulièrement préférée d'un tel réacteur échangeur de chaleur intégré selon l'invention, comprend un empilement de plaques parallèles définissant entre elles des canaux ainsi que des moyens d'entrée et de sortie des réactifs. La figure 1 illustre à titre d'exemple un premier mode de réalisation d'une plaque utilisée dans un réacteur échangeur de chaleur intégré selon l'invention ayant la structure préférée d'un empilement de plaques, et permettant le déroulement d'une réaction exothermique de combustion. La plaque est référencée la dans son ensemble et elle se présente sous une forme générale rectangulaire, comprenant d'un côté des moyens d'entrée 2 et 3, et de l'autre côté un moyen de sortie 4. Le moyen d'entrée 2 comporte un orifice représenté ici sous une forme elliptique qui communique par des passages 5 et 6 avec deux parties 7 et 8 de la plaque la, parties qui s'étendent longitudinalement dans la zone centrale de la plaque la. Les deux parties 7 et 8 présentent sur leur surface des ondulations inclinées par rapport à l'axe longitudinal de la plaque la et définissant des gorges et des nervures inclinées. En se reportant à la figure 2, on voit que la plaque la est associée à une plaque lb, l'empilement de ces deux plaques permettant de définir une pluralité de canaux 13 inclinés par rapport à l'axe longitudinal desdites plaques. Les deux parties longitudinales 7 et 8 de la plaque la définissent ainsi une forme en chevrons pour les différents canaux 13 dont l'inclinaison est, pour chaque partie 7, 8, symétriquement opposée. On voit sur la figure 2 une section des parties 7 et 8 de la plaque la munies des ondulations définissant des nervures 9 et des gorges 10. La plaque lb présente, quant à elle, des nervures 11 et des gorges 12. Les lignes de sommet des nervures 9 et des gorges 12 sont en contact et de préférence soudées les unes aux autres afin de définir des canaux 13 à l'intérieur desquels peut se dérouler la réaction exothermique de combustion. Les surfaces internes des canaux 13 peuvent être revêtues d'un matériau catalytique favorisant la combustion. La plaque la présente, dans la zone de son axe longitudinal, une gorge longitudinale 14 entourée de chaque côté par deux nervures longitudinales 15, la gorge 14 et les deux nervures 15 s'étendent longitudinalement sur toute la longueur de la zone de la plaque la qui correspond aux canaux inclinés 13. De la même manière, la plaque lb présente, dans la zone de son axe longitudinal, une nervure 16 entourée de deux gorges longitudinales 17.

Lorsque les deux plaques la et lb sont associées, comme illustré sur la figure 2, la gorge longitudinale 14 et la nervure longitudinale 16 forment un passage longitudinal 18. Les dimensions des nervures 15 et des gorges 17 sont telles qu'elles laissent subsister entre elles des espaces 19 qui forment, sur la longueur des plaques la et lb, dans la zone des canaux 13, une communication entre le passage longitudinal 18 et l'ensemble des canaux 13 inclinés situés dans les parties 7 et 8. Le passage longitudinal 18 est par ailleurs en communication avec un orifice des moyens d'entrée 3. Sur la figure 1, la section du passage longitudinal 18 est représentée constante sur toute sa longueur. En variante, on peut augmenter progressivement la section de ce passage sur sa longueur, le passage 18 ayant alors une forme trapézoïdale, pour tenir compte des pertes de charge dans les parties 7 et 8, afin d'améliorer la répartition du carburant dans ces parties.

Comme on peut le voir sur la figure 2, l'empilement des deux plaques de combustion la et lb est complété par une plaque 1c ayant la même structure que la plaque la et comportant les mêmes gorges et nervures, définissant ainsi en particulier des canaux inclinés 13a à l'intérieur desquels peut se dérouler une réaction endothermique telle qu'une réaction de vaporeformage ou une réaction de déshydrogénation, comme indiqué précédemment. Les parois qui délimitent les différents canaux inclinés 13 et 13a permettent le transfert thermique entre la réaction endothermique qui se déroule dans les canaux 13a et la réaction exothermique, par exemple la réaction de combustion qui se déroule dans les canaux inclinés 13. Bien que, dans l'exemple illustré, le passage original 18 associé aux espaces 19 soit prévu pour l'injection d'un carburant supplémentaire dans les différents canaux inclinés 13 au sein desquels se déroule une réaction exothermique, on comprendra bien entendu que l'on pourrait utiliser la même disposition pour l'adjonction d'un réactif complémentaire dans les canaux 13a à l'intérieur desquels se déroule une réaction endothermique. Du côté des moyens de sortie 4, la plaque la présente en outre une zone 20 munie également de canaux inclinés qui sont en communication avec l'ensemble des canaux 13 de la plaque la et avec le passage longitudinal 18. La zone 20 présente une forme générale de trapèze et les gaz qui en sont issus peuvent ensuite s'échapper par un orifice des moyens de sortie 4, ces gaz étant symbolisés par la flèche F2. Pour réaliser une réaction exothermique de combustion, on peut alimenter le réacteur par l'entrée 2 avec un comburant, symbolisé par la flèche F1, qui peut être de l'air ou de l'oxygène ou encore un mélange d'air avec une certaine quantité de carburant hydrocarboné, cette quantité étant cependant inférieure à la quantité stoechiométrique nécessaire à la réaction de combustion totale. Dans le cas d'un tel mélange, celui-ci réagit en tête de réacteur sur les matériaux catalyseurs déposés sur la surface des canaux inclinés 13. La combustion est cependant limitée du fait que les réactifs sont injectés en quantité sous-stoechiométrique. Afin de compléter la combustion tout le long du réacteur, on injecte par l'entrée séparée 3, un complément de carburant hydrocarboné pour satisfaire les besoins de la réaction exothermique de combustion. La pression dans le passage longitudinal 18 étant plus élevée que dans les passages d'entrée 5 et 6, et la perte de charge plus faible que dans les canaux 13 des parties latérales 7 et 8, le carburant hydrocarboné est injecté tout le long du réacteur à l'intérieur de l'ensemble des canaux inclinés 13 et se mélange avec le comburant qui a été amené par les moyens d'entrée 2 en réagissant sur les surfaces revêtues de catalyseur des différents canaux 13. En fin de réacteur, les fluides continuent à réagir sur le catalyseur de combustion qui revêt les canaux inclinés du collecteur 20 pour terminer la combustion. Si la combustion n'est pas complète en raison d'une température insuffisante dans le collecteur 20 par rapport à celle qui est imposée par la réaction endothermique de vaporeformage réalisée sur les autres plaques 1c du réacteur-échangeur, le collecteur 20 peut être modifié en intégrant un lit catalytique constitué avantageusement de grains sur un support céramique monolithe ou un support métallique tel que fils ou plaques, etc. Ces supports sont enrobés de matériau catalytique, ce qui permet de réaliser la combustion complète dans une zone dite de post-combustion. Le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 3, d'une plaque analogue à celle qui était illustrée sur la figure 1, se différencie du premier mode de réalisation principalement par une disposition différente des passages pour l'injection d'une quantité supplémentaire de carburant. Dans ce deuxième mode de réalisation, pour lequel les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références, la plaque la présente des gorges et nervures transversales définissant, lorsque deux plaques du même type sont assemblées, des passages transversaux 21 qui sont en communication avec l'ensemble des canaux inclinés 13 prévus, comme dans le mode de réalisation de la figure 1, sur deux parties longitudinales 7 et 8 de la plaque la, de façon à former des canaux 13 en chevrons. Dans ce mode de réalisation, tel qu'illustré sur la figure 3, les deux parties longitudinales 7 et 8 sont accolées l'une contre l'autre sensiblement dans l'axe longitudinal de la plaque la. L'entrée du comburant selon la flèche F1, comme précédemment par les moyens d'entrée 2, aboutit cependant ici à un distributeur 22 de forme générale trapézoïdale, présentant une pluralité de canaux inclinés en communication avec les canaux 13 des deux parties 7 et 8 de la plaque la. L'alimentation en carburant supplémentaire dans les passages transversaux 21 se fait par des passages longitudinaux 23 et 24 formés sur la plaque la de chaque côté des parties longitudinales 7 et 8. Les canaux longitudinaux 23 et 24 sont alimentés par les entrées 25 et 26. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, sur laquelle les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références, la plaque la présente une structure qui combine celle des figures 1 et 3. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 4, l'injection supplémentaire de carburant se fait donc à la fois par le passage longitudinal 18 et par les différents passages transversaux 21. On notera que, dans les modes de réalisation illustrés sur les figures 3 et 4, l'injection supplémentaire de carburant par les canaux transversaux 21 est faite sur toute la longueur de la plaque la, c'est-à-dire sur toute la longueur du réacteur échangeur. On pourrait bien entendu n'injecter du carburant supplémentaire que sur une partie de la longueur du réacteur échangeur. On pourrait également injecter des carburants de natures différentes par les conduits 23 et 24 respectivement. C'est ainsi qu'on pourrait envisager d'injecter un carburant avec une faible température de combustion en tête de réacteur pour initier la combustion et un autre carburant plus stable en fin de réacteur. L'injection du premier type de carburant éviterait les phénomènes d'extinction de la combustion, tandis que l'injection du carburant plus stable permettrait de diluer la combustion en fin de réacteur. Plusieurs injecteurs ou plusieurs mélanges sont également possibles.

La plaque de combustion illustrée sur la figure 5 est de même structure que la plaque la illustrée sur la figure 3, dans la mesure où les deux parties longitudinales 7 et 8 sont accolées l'une à l'autre, les différents canaux 13 étant en forme de chevrons. Cette plaque la est associée à une plaque d'injection 27a, illustrée sur la figure 6 en vue de dessus. La plaque d'injection 27a présente sur une zone 28 de sa surface, une pluralité de perforations qui sont en communication avec un orifice d'entrée 29 du conduit d'entrée 30. La dimension longitudinale de la zone 28 correspond à une zone 28a des parties 7 et 8 de la plaque la illustrée sur la figure 5. Lorsqu'une plaque la, telle qu'illustrée sur la figure 5, est associée à une plaque 27a telle qu'illustrée sur la figure 6, on obtient un empilement tel qu'illustré en section sur la figure 7. L'empilement qui constitue le réacteur échangeur comprend également une deuxième plaque perforée 27b associée à une deuxième plaque lb analogue à la plaque la. Le carburant supplémentaire amené par l'orifice d'entrée 29 des plaques perforées 27a, 27b, est injecté par les perforations des plaques 27a et 27b dans les canaux inclinés 13 définis par les ondulations pratiquées dans les zones 7 et 8 des plaques la et lb.

Les perforations des plaques 27a, 27b peuvent être de dimensions variables afin d'obtenir une répartition de la réaction de combustion la plus homogène possible. Les dimensions des perforations sont choisies suffisamment petites afin d'éviter ou de limiter une remontée de la combustion vers le conduit d'entrée 30 et l'orifice d'entrée 29. De préférence, les perforations seront de taille croissante entre l'entrée et la sortie du réacteur-échangeur. En variante, les dimensions des perforations restent constantes, mais la densité des perforations est croissante entre l'entrée et la sortie du réacteur-échangeur. En amont du réacteur-échangeur, à proximité de l'entrée 2, les parties 7 et 8 des plaques la, lb, tel qu'illustré sur la figure 5, présentent une zone 31 dans laquelle la combustion peut être initialisée. De la même manière, une zone 32 est prévue en aval à proximité de la zone de collecteur 20 afin d'atteindre une combustion complète. Aucune sortie n'est prévue sur la plaque perforée 27a, dans la mesure où tous les produits de réaction peuvent sortir par le collecteur 20 de la plaque la. Sur la figure 8, on a illustré un réacteur échangeur de chaleur intégré selon l'invention, comprenant un empilement de plusieurs plaques dont seules deux plaques la et lb ont été schématiquement représentées. On retrouve les entrées 2 et 3 ainsi que la sortie 4. Afin d'obtenir une combustion encore plus complète, il a été prévu dans le mode de réalisation illustré sur la figure 8, un réacteur additionnel de additionnel 33 reçoit par son entrée 34 les gaz de sortie du réacteur-échangeur principal, symbolisés par la flèche F2. Les gaz symbolisés par la flèche F2 peuvent présenter une certaine proportion d'imbrûlés qui sont alors brûlés dans le réacteur post-combustion, référencé 33 dans son ensemble, comprenant également un empilement de plaques. Ce réacteur-échangeur additionnel 33 qui présente une température de combustion plus élevée dans des conditions quasi adiabatiques. Le mélange gazeux issu de la sortie 37 du réacteur additionnel 33, ne présente plus de trace de carburant.

Si la combustion résiduelle est importante, on peut surchauffer les gaz d'alimentation pénétrant par l'entrée 2 et sortant par la sortie 4 en ajoutant une plaque formant un échangeur de chaleur couplé au réacteur additionnel 33 pour le préchauffage des réactifs pénétrant par une deuxième entrée 35.

Le comburant est alors amené par l'entrée 35 à la partie d'échange thermique 38 du réacteur-échangeur additionnel 33. Les réactifs préchauffés sont ensuite acheminés à partir de la sortie 36 vers l'entrée 2 du réacteur-échangeur principal constitué par l'empilement des plaques la et lb.

Bien que les exemples décrits aient tous concerné une application avec réaction endothermique, on comprendra qu'ils puissent être utilisés sans modification avec un simple échange de calories par l'écoulement d'un fluide caloporteur de refroidissement.20

Claims (11)

REVENDICATIONS

1-Réacteur-échangeur de chaleur intégré permettant de coupler au moins une réaction endothermique ou un échange de calories au moyen d'un fluide de refroidissement, avec au moins une réaction exothermique, comprenant des moyens d'entrée (2, 3) et des moyens de sortie (4) entre lesquels s'étendent plusieurs premiers canaux (13) pour la circulation de réactifs en vue de la réaction exothermique, lesdits premiers canaux étant en contact d'échange thermique avec des deuxièmes canaux pour la circulation de réactifs en vue de la réaction endothermique ou d'un fluide de refroidissement, caractérisé par le fait qu'il comprend des passages supplémentaires (18, 21) pour injecter une quantité supplémentaire d'au moins l'un des réactifs à au moins un endroit intermédiaire sur la longueur des premiers et/ou des deuxièmes canaux.

2-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon la revendication 1 comprenant un empilement de plaques définissant entre elles les premiers et seconds canaux ainsi que les moyens d'entrée et de sortie des réactifs.

3-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon la revendication 2 dans lequel les différents canaux (13) sont définis par l'assemblage de plaques (la, lb) groupées deux à deux et présentant sur une partie de leur surface des ondulations inclinées par rapport à l'axe longitudinal du réacteur définissant des gorges et des nervures (9, 10, 1l, 12) également inclinées.

4-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon la revendication 3 dans lequel les plaques définissant les canaux pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions, comportent une gorge longitudinale (14) et au moins une nervure longitudinale (15), s'étendant depuis les moyens d'entrée jusqu'aux moyens de sortie, 18 ladite gorge et ladite nervure définissant, lorsque deux plaques de ce type sont assemblées, un passage longitudinal (18) en communication avec l'ensemble des canaux (13) prévus pour cette réaction.

5-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon la revendication 4 dans lequel la communication entre le passage longitudinal (18) et l'ensemble desdits canaux (13) se fait par une fente longitudinale (19) subsistant entre les nervures longitudinales de deux plaques assemblées.

6-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon l'une des revendications 3 à 5 dans lequel les plaques définissant les canaux pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions, comportent plusieurs gorges et nervures transversales définissant, lorsque deux plaques de ce type sont assemblées, des passages (21) en communication avec l'ensemble desdits canaux (13).

7-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon la revendication 3 dans lequel une plaque d'injection (27a), dont une partie au moins (28) de la surface est perforée, est intercalée entre deux plaques définissant les canaux pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions, de façon à permettre l'injection de la quantité supplémentaire d'au moins l'un des réactifs de la réaction dans l'ensemble desdits canaux.

8-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon l'une des revendications 3 à 7 dans lequel les plaques sont divisées en deux parties longitudinales (7, 8), les différents canaux inclinés (13) formant des chevrons.

9-Réacteur-échangeur de chaleur intégré selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre, du côté aval des différents canaux, une zone de réaction complémentaire (20), éventuellement équipée d'un catalyseur de réaction. 19

10-Procédé de production par réaction endothermique couplée avec une réaction exothermique avec transfert de chaleur entre les deux réactions, dans lequel les réactions se déroulent sur la longueur de canaux que l'on alimente en réactifs, caractérisé par le fait qu'on injecte une quantité supplémentaire d'au moins l'un des réactifs pour au moins l'une des réactions à au moins un endroit intermédiaire sur la longueur des canaux prévus pour la circulation de réactifs en vue d'au moins l'une des réactions.

11-Procédé selon la revendication 10 pour la production d'hydrogène par reformage d'un carburant hydrocarboné, avec récupération de la chaleur provenant de la combustion d'un carburant dans lequel on injecte des quantités supplémentaires de carburant à plusieurs endroits intermédiaires sur la longueur de canaux prévus pour la réaction de combustion.15