FR3023494A1 - Echangeur et/ou echangeur-reacteur fabrique par methode additive - Google Patents

Abstract

Réacteur- échangeur ou échangeur comprenant au moins 3 étages avec sur chaque étage au moins une zone de canaux millimétriques favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux millimétriques, caractérisée en ce que la zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux est constituée d'une cavité comprenant entre son sol et son plafond au plus 3 mm dont le diamètre équivalent est inférieure à 3 mm.

Description

La présente invention est relative aux réacteurs-échangeurs et échangeurs et à leur procédé de fabrication. Plus précisément, il est question de réacteurs-échangeurs et d'échangeurs millistructurés mis en oeuvre dans des procédés industriels qui nécessitent le fonctionnement de ces appareils dans les conditions suivantes : (i) - Un couple température/pression élevée, (ii) - Des pertes de charges minimales et (iii) - des conditions qui permettent une intensification du procédé comme, l'utilisation d'un réacteur-échangeur catalytique pour la production de gaz de synthèse ou l'utilisation d'un échangeur à plaques compact pour préchauffer de l'oxygène utilisé dans le cadre d'un procédé d'oxycombustion. Un échangeur-réacteur millistructuré est un réacteur chimique où les échanges de matière et de chaleur sont intensifiés grâce à une géométrie de canaux dont les dimensions caractéristiques telles que le diamètre hydraulique sont de l'ordre du millimètre. Les canaux constituants la géométrie de ces échangeurs-réacteurs millistructurés sont généralement gravés sur des plaques assemblées entres-elles et dont chacune constitue un étage de l'appareil. Les multiples canaux qui composent une même plaque sont généralement liés les uns aux autres et des passages sont disposés pour permettre le transfert du fluide mis en oeuvre (phase gazeuse ou liquide) d'une plaque à l'autre. Les échangeurs-réacteurs millistructurés sont alimentés en reactifs par un distributeur ou une zone de distribution dont l'un des rôles est d'assurer une distribution homogène des réactifs dans l'ensemble des canaux. Le produit de la réaction mise en oeuvre dans l'échangeur-réacteur millistructuré est collecté par un collecteur qui permet son acheminement à l'extérieur de l'appareil. Par la suite, on entendra : (i) - Par « étage », un ensemble de canaux positionnés sur un même niveau et dans lequel se produit une réaction chimique ou un échange thermique, (ii) - Par « paroi », une cloison de séparation entre deux canaux consécutifs disposés sur un même étage, (iii) - Par « distributeur> ou « zone de distribution », un volume relié à un ensemble de canaux et disposé sur un même étage et dans le/laquel(le) circule des réactifs acheminés de l'extérieur de l'échangeur-réacteur vers un ensemble de canaux et (iv) - Par « collecteur », un volume relié à un ensemble de canaux et disposé sur un même étage et dans lequel circule les produits de la réaction acheminés de l'ensemble de canaux vers l'extérieur de l'échangeur-réacteur. Certains des canaux constituant l'échangeur-réacteur peuvent être remplis de formes solides, par exemple des mousses, dans le but d'améliorer les échanges, et/ou de catalyseurs se présentant sous forme solide ou sous la forme d'un dépôt recouvrant les parois des canaux et les éléments qui peuvent remplir les canaux comme les parois des mousses. Par analogie à l'échangeur-réacteur millistructuré, un échangeur millistructuré est un échangeur dont les caractéristiques sont similaires à celles d'un échangeur-réacteur millistructuré et pour lequel on retrouve les éléments définis ci-dessus comme (i) les « étages », (ii) les « parois », (iii) les « distributeurs » ou les « zones de distributions » et (iv) les « collecteurs ». Les canaux des échangeurs millistructurés peuvent eux aussi être remplis de formes solides comme des mousses, dans le but d'améliorer les échanges de chaleur. L'intégration thermique de ces appareils peut faire l'objet d'optimisations poussées permettant d'optimiser les échanges de chaleur entre les fluides circulant dans l'appareil à différentes températures grâce à une distribution spatiale des fluides sur plusieurs étages et l'utilisation de plusieurs distributeurs et collecteurs. Par exemple, les échangeurs millistructurés proposés pour le préchauffage de l'oxygène dans un four de verre sont composés d'une multitude de passages millimétriques disposés sur différents étages et qui sont formées grâce à des canaux liés les uns aux autres. Les canaux peuvent être alimentés en fluides chauds par exemple à une température comprise entre environ 700°C et 950°C par un ou plusieurs distributeurs. Les fluides refroidis et chauffés sont acheminés en dehors de l'appareil par un ou plusieurs collecteurs. Pour tirer pleinement partie bénéfice de l'utilisation d'un échangeur-réacteur millistructuré ou d'un échangeur millistructuré dans les procédés industriels visés, ces équipements doivent posséder les propriétés suivantes : - Ils doivent pouvoir travailler à un produit « pression x température> élevé généralement supérieur ou égal à environ de l'ordre de 12.105Pa.°C (12 000 bar.°C), ce qui correspond à une température supérieure ou égale à 600°C et une pression supérieure à 20.105Pa (20 bar) ; - Ils doivent se caractériser par un rapport surface sur volume inférieur ou égal à environ 40.000m2/m3 et supérieur ou égal à environ 4.000m2/m3, pour permet l'intensification des phénomènes aux parois et en particuliers le transfert thermique ; - Ils doivent permettre une température d'approche inférieure à 5°C entre l'entrée des fluides chauds et la sortie des fluides refroidis ou réchauffés ; et - Ils doivent induire des pertes de charges inférieures à 104Pa (100mbar) entre le distributeur et le collecteur d'un réseau de canaux transportant le même fluide. Plusieurs équipementiers proposent des échangeurs-réacteurs et des échangeurs millistructurés. La majorité de ces appareils se composent de plaques constituées de canaux qui sont obtenus par usinage chimique par aspersion. Cette méthode de fabrication conduit à l'obtention de canaux dont la section à une forme qui s'approche d'un demi-cercle et dont les dimensions sont approximatives et non exactement reproductibles d'un lot de fabrication à un autre à cause du procédé d'usinage en lui-même. En effet, lors de l'opération d'usinage chimique, le bain utilisé est pollué par les particules métalliques arrachées des plaques et bien que ce dernier soit régénéré, il est impossible pour des raisons de coût d'opération de maintenir une même efficacité lors de la fabrication d'une grande série de plaque. Par la suite, on entendra par « section semi-circulaire> la section d'un canal dont les propriétés souffrent des limites dimensionnelles décrites précédemment et induites par les méthodes de fabrication telles que le gravage chimique et l'emboutissage.

Même si cette méthode de fabrication de canal n'est pas intéressante d'un point de vue économique, on pourrait imaginer que les canaux constituants les plaques soient fabriqués par usinage traditionnel. Dans ce cas, la section de ces derniers ne serait pas de type semi-circulaire mais rectangulaire, on parlera alors de « section rectangulaire ». Par analogie, ces méthodes de fabrication peuvent également être utilisées pour la fabrication de la zone de distribution ou du collecteur, leur conférant ainsi des priorités géométriques analogues à celles des canaux comme : (i) - L'obtention d'un rayon entre le fond du canal et ses parois pour la fabrication par usinage chimique ou emboutissage et de dimension sont non reproductible d'un lot de fabrication à l'autre, ou encore (ii) - L'obtention d'un angle droit pour la fabrication par usinage traditionnel. Les plaques constituées de canaux de sections semi-circulaires ou à angle droit ainsi obtenues sont généralement assemblées entre elles par soudage diffusion ou brasage diffusion.

Le dimensionnement de ces appareils à section semi-circulaire ou rectangulaire repose sur l'application de l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) section VIII div.1 appendice 13.9 qui intègre la conception mécanique d'un échangeur et/ou d'un échangeur-réacteur millistructuré composé de plaques gravées. Les valeurs à définir pour obtenir la tenue mécanique souhaitée sont indiquées en figure 1. Le dimensionnement de la zone de distribution et du collecteur est réalisé par calcul par éléments finis car le code ASME ne prévoit pas de dimensionnement analytique de ces zones. Une fois le dimensionnement établi, la validation réglementaire du design, défini par cette méthode nécessite un essai d'éclatement selon l'UG 101 de l'ASME. Par exemple, la valeur d'éclatement attendue pour un échangeur-réacteur assemblé par brasage diffusion et en alliage d'inconel (HR 120) fonctionnant à 25 bar et à 900°C est de l'ordre de 3500 bar à température ambiante. Ceci est très pénalisant car cet essai nécessite de sur-dimensionner le réacteur afin d'être conforme au test d'éclatement, le réacteur perdant ainsi de sa compacité et de son efficacité en terme de transfert thermique dû à l'augmentation des parois des canaux. La fabrication de ces échangeurs-réacteurs et/ou échangeur millistructurés est actuellement réalisée selon les sept étapes décrites par la Figure 2. Parmi ces étapes, quatre sont critiques car elles peuvent engendrer des problèmes de non-conformité ayant comme seule issue la mise au rebut de l'échangeur ou l'échangeurs-réacteur ou des plaques constituant l'appareil à pression si cette non-conformité est détectée suffisamment tôt dans la ligne de fabrication de ces appareils. Ces quatre étapes sont : - L'usinage chimique des canaux, - L'assemblage des plaques gravées par brasage diffusion ou soudage diffusion, - Le soudage des têtes de connexion, sur lesquels des tubes soudés viennent alimenter ou évacuer les fluides, sur les zones de distribution et les collecteurs et enfin, - Les opérations de revêtement d'une couche de protection et/ou de catalyseur dans le cas d'un échangeur-réacteur ou d'un échangeur soumis à une utilisation induisant des phénomènes qui peuvent dégrader l'état de surface de l'appareil.

Quelque soit la méthode d'usinage utilisée pour la fabrication d'échangeur ou d'échangeur-réacteurs millistructurés, on obtient des canaux de section semi-circulaire dans le cas de l'usinage chimique (Figure 3) et qui se composent de deux angles droits ou de section rectangulaire dans le cas de l'usinage traditionnel et qui se composent de quatre angles droits. Cette pluralité d'angles est préjudiciable à l'obtention d'un revêtement de protection homogène sur toute la section. En effet, les phénomènes de discontinuités géométriques tels que des angles, augmentent la probabilité de générer des dépôts inhomogènes, ce qui conduira inévitablement à l'initiation de phénomènes de dégradation de l'état de surface de la matrice dont on veut se préserver comme par exemple des phénomènes de corrosion, de carburation ou de nitruration. Les sections de canaux angulaires obtenus par les techniques d'usinage chimique ou d'usinage traditionnel ne permettent pas d'optimiser la tenue mécanique d'un tel assemblage. En effet, les calculs de dimensionnement en tenue à la pression de telles sections ont pour conséquence une augmentation des épaisseurs de parois et de fond de canal, l'équipement perdant ainsi de sa compacité mais également de son efficacité en termes de transfert thermique. De plus, l'usinage chimique impose des limitations en termes de formes géométriques telles que l'on ne peut avoir de canal ayant une hauteur plus importante ou égale à sa largeur, ce qui conduit à des limitations du rapport surface / volume entrainant des limitations d'optimisation.

L'assemblage des plaques gravées par soudage diffusion est obtenu par l'application d'une contrainte uni-axiale importante (typiquement de l'ordre de 2MPa à 5MPa) sur la matrice constituée d'un empilement de plaques gravées et exercée par une presse à haute température pendant un temps de maintien de plusieurs heures. La mise en oeuvre de cette technique est compatible avec la fabrication d'appareils de petites dimensions comme par exemple des appareils contenus dans un volume de 400mm x 600mm. Au-delà de ces dimensions, la force à appliquer pour maintenir une contrainte constante devient trop importante pour être mise en oeuvre par une presse à haute température. Certains fabricants utilisant le procédé de soudage diffusion pallient aux difficultés de mise en oeuvre d'une contrainte importante par l'utilisation d'un montage dit auto-bridant.

Cette technique ne permet pas de contrôler efficacement de la contrainte appliquée à l'équipement ce qui génère des écrasements de canaux. L'assemblage des plaques gravées par brasage diffusion est obtenu par l'application d'une contrainte uni-axiale faible (typiquement de l'ordre de 0,2MPa) exercée par une presse ou un montage auto-bridant à haute température et pendant un temps de maintien de plusieurs heures à la matrice constituée des plaques gravées. Entre chacune des plaques, un métal d'apport de brasage est déposé selon des procédés de dépôt industriels qui ne permettent pas de garantir la parfaite maitrise de cette dépose. Ce métal d'apport à pour but de diffuser dans la matrice lors de l'opération de brasage de manière à réaliser la jonction mécanique entres les plaques.

De plus, durant le maintien en température de l'équipement en fabrication, la diffusion du métal de brasage ne peut être contrôlée, ce qui peut conduire à des jonctions brasées discontinues et qui ont pour conséquence une dégradation de la tenue mécanique de l'équipement. A titre d'exemple, les équipements fabriqués selon le procédé de brasage diffusion et dimensionnés selon l'ASME section VIII div.1 appendice 13.9 en HR120 que nous avons réalisés, n'ont pas résistés à l'application d'une pression de 840.105Pa (840 bar) lors du test d'éclatement. De manière à palier cette dégradation, l'épaisseur des parois et la géométrie de la zone de distribution ont été adaptés afin d'augmenter la surface de contact entre chaque plaque. Ceci à pour conséquence de limiter le rapport surface / volume, d'augmenter la perte de charge et la mauvaise distribution dans les canaux de l'équipement. De plus, le code ASME section VIII div.1 appendice 13.9 utilisé pour le dimensionnement de ce type d'équipement brasé n'autorise pas l'utilisation de la technologie de brasage diffusion pour des équipements mettant en oeuvre des fluides contenant un gaz létal tel que le monoxyde de carbone par exemple. Ainsi, un appareil assemblé par brasage diffusion ne peut pas être utilisé pour la production de Syngas. Les équipements fabriqués par brasage diffusion se composent « in fine » d'un empilement de plaques gravées entres lesquelles sont disposés des joints brasés. De ce fait, toute opération de soudage sur les faces de cet équipement conduit dans la majorité des cas à la destruction des joints brasés dans la zone affectée thermiquement par l'opération de soudage. Ce phénomène se propage le long des joints brasés et conduit dans la plus part des cas à la rupture de l'assemblage. Pour palier à ce problème, il est parfois proposer d'ajouter des plaques épaisses de renfort au moment de l'assemblage de la matrice brasée de manière à offrir un support de type cadre au soudage des connecteurs qui ne présente pas de joint brasé.

D'un point de vue intensification de procédé, le fait d'assembler entres-elles des plaques gravées, oblige à réaliser une conception de l'équipement selon une approche en deux dimensions ce qui limite l'optimisation thermique au sein de l'échangeur ou de l'échangeur-réacteur en obligeant les concepteurs de se type d'équipement à se limiter à une approche en étage de la distribution des fluides.

D'un point de vue éco-fabrication, toutes ces étapes de fabrication étant réalisées par différentes compétences métiers sont en générale effectuées chez divers sous-traitants situés à des emplacements géographiques différents. Il en résulte des délais de réalisation longs et de nombreux transports de pièces.

La présente invention se propose de résoudre les inconvénients liés aux méthodes de fabrication actuelles. Une solution de la présente invention est un réacteur-échangeur ou échangeur comprenant au moins 3 étages avec sur chaque étage au moins une zone de canaux millimétriques favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux millimétriques, caractérisée en ce que la zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux est constituée d'une cavité comprenant entre son sol et son plafond au plus 3 mm et dont le diamètre équivalent est inférieure à 3 mm.

Selon le cas le réacteur-échangeur ou échangeur selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - Ladite cavité comprend un nombre de supports S au moins égal à S = nombre de canaux + 1 ; - Les sections desdits canaux millimétriques sont de forme circulaire ; - Lesdits canaux de la zone de canaux sont séparés par des parois d'une épaisseur inférieure à 2 mm et plus particulièrement comprise entre 0,2mm et lmm ; - Ledit réacteur-échangeur est un réacteur-échangeur catalytique et comprend : - Au moins un premier étage comprenant au moins une zone de distribution et au moins une zone de canaux millimétriques pour faire circuler un flux gazeux à une température supérieure à 700°C afin qu'il apporte une partie de la chaleur nécessaire à la réaction catalytique ; - Au moins un deuxième étage comprenant au moins une zone de distribution et au moins une zone de canaux millimétriques pour faire circuler un flux gazeux réactifs dans le sens de la longueur des canaux millimétriques recouverts de catalyseur pour faire réagir le flux gazeux ; - Au moins un troisième étage comprenant au moins une zone de distribution et au moins une zone de canaux millimétriques pour faire circuler le flux gazeux produit sur la deuxième plaque afin qu'il apporte une partie de la chaleur nécessaire à la réaction catalytique; avec sur la deuxième et la troisième plaque, un système afin que le flux gazeux produit puisse circuler de la deuxième à la troisième plaque. La présente invention a également pour objet l'utilisation d'une méthode de fabrication additive pour la fabrication d'un réacteur compact catalytique comprenant au moins 3 étages avec, sur chaque étage, au moins une zone de canaux millimétriques favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux millimétriques. De préférence la méthode de fabrication additive permettra la fabrication d'un réacteur-échangeur ou échangeur la zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux est constituée d'une cavité comprenant entre son sol et son plafond au plus 3mm et dont le diamètre équivalent est inférieur à 3 mm. Par diamètre équivalent on entend un diamètre hydraulique équivalent. De manière préférentielle, la méthode de fabrication additive met en oeuvre : - Comme matière de base au moins une poudre métallique de taille micrométrique, et/ou - Comme source d'énergie au moins un laser. En effet, la méthode de fabrication additive peut mettre en oeuvre des poudres métalliques de taille micrométrique qui sont fondues par un ou plusieurs lasers afin de fabriquer des pièces finies de formes complexes en trois dimensions. La pièce se construit couche par couche, les couches sont de l'ordre de 50pm, selon la précision des formes souhaitées et le taux de dépôt voulu. Le métal à fondre peut être apportée soit par lit de poudre ou soit par une buse d'aspersion. Les lasers utilisés pour fondre localement la poudre sont soit des lasers YAG, fibres ou CO2 et la fusion des poudres s'effectue sous gaz inerte (Argon, Hélium, etc...). La présente invention ne se limite pas à une seule technique de fabrication additive mais elle s'applique à l'ensemble des techniques connues. Contrairement aux techniques d'usinage chimique ou d'usinage traditionnel, la méthode de fabrication additive permet de réaliser des canaux de section cylindrique qui ont comme avantages (Figure 4) : (i) - D'offrir une meilleure tenue à la pression et ainsi de permettre une réduction significative de l'épaisseur des parois des canaux, et (ii) - D'autoriser l'utilisation de règles de dimensionnent d'appareils à pression qui ne nécessitent pas la réalisation d'un test d'éclatement pour prouver l'efficacité de la conception comme c'est la cas pour la section VIII div.1 appendice 13.9 du code ASME. En effet, la conception d'un échangeur ou d'un échangeur-réacteur réalisé par fabrication additive, permettant de réaliser des canaux à section cylindrique, s'appuie sur des règles de dimensionnement « usuelles> d'appareil à pression qui s'appliquent aux dimensionnement des canaux, des distributeurs et des collecteurs à sections cylindriques constituants l'échangeur-réacteur ou l'échangeur millistructuré.

A titre d'exemple, le dimensionnement de la paroi de canaux droits à section rectangulaire (valeur t3 en Figure 1) d'un réacteur-échangeur en alliage de nickel (HR 120), dimensionné selon l'ASME (American Society of Mechanical Engineers) section VIII div.1 appendice 13.9, est de 1,2 mm. En utilisant des canaux à section cylindrique, cette valeur de paroi calculée par l'ASME section VIII div.1 n'est plus que de 0,3 mm, soit une réduction par quatre de l'épaisseur de paroi nécessaire à la tenue à la pression. La réduction du volume de matière liés à ce gain permet (i) soit de réduire l'encombrement de l'appareil à capacité de production identique par le fait que le nombre de canaux nécessaires pour atteindre la capacité de production visée est moindre et occupe ainsi moins d'espace, (ii) soit d'augmenter la capacité de production de l'appareil en conservant l'encombrement de ce dernier ce qui permet de positionner plus de canaux et ainsi de traiter un plus gros débit de réactifs. De plus, dans le cas d'échangeur-réacteur ou d'échangeur millistructurés réalisés en alliage noble fortement chargé en nickel, la réduction de matière nécessaire va dans le sens d'une éco-conception bénéfique pour l'environnement tout en réduisant le coût en matières premières. Les techniques de fabrication additive permettent in fine d'obtenir des pièces dites « massives » qui à contrario des techniques d'assemblages telles que le brasage diffusion ou le soudage diffusion ne présentent pas d'interfaces d'assemblages entre chaque plaque gravée. Cette propriété va dans le sens de la tenue mécanique de l'appareil en éliminant par construction la présence de lignes de fragilisation et en éliminant par la-même une source de défaut potentiel. L'obtention de pièces massives par fabrication additive et l'élimination des interfaces de brasage ou de soudage diffusion permet d'envisager de nombreuses possibilités de design sans se limiter à des géométries de parois étudiées pour limiter l'impact d'éventuels défauts d'assemblage tels que des discontinuités dans le joints brasés ou dans les interfaces soudées-diffusées. A titre d'exemple, nous pouvons commenter les propriétés attendues pour designer la zone de distribution d'un échangeur-réacteur. Par définition, la zone de distribution d'un tel appareil se situe en amont des multiples canaux dans lesquels elle distribue les réactifs à traiter. Le fluide distribué passe de la zone de distribution aux canaux. Vue de la zone de distribution, les multiples canaux se composent d'une succession de rectangles pleins, les parois, et de rectangles ou demi-cercles vides, les canaux à section rectangulaire ou semi-circulaire. Cette alternance de formes pleines et formes vides dont le diamètre hydraulique est de l'ordre du millimètre génère une perte de charge qui est bénéfique à la répartition du fluide dans l'ensemble de la zone de distribution, ce qui a pour effet d'obtenir une distribution homogène de ce fluide dans l'ensemble des canaux. Pour ne pas perturber la répartition du fluide dans la zone de distribution, on voit intuitivement que la zone de distribution optimale est une zone exempte d'obstacle, ce qui n'est pas compatible avec la tenue mécanique de cette zone puisqu'elle offrirait une trop grande surface au fluide sous pression ce qui conduirait à la génération d'une forte contrainte sur le plafond et le sol de la zone de distribution. De manière à résister aux fortes contraintes, deux solutions sont possibles d'un point de vue mécanique : (i) - Soit augmenter l'épaisseur du plafond et du sol de la zone de distribution, ce qui se traduit par une augmentation importante de l'épaisseur des plaques gravées, (ii) - soit l'ajout de support tel que des murs ou des piliers. La première solution n'est jamais utilisée car elle augmente la résistance thermique entre les plaques gravées. La seconde solution est préférée et elle est mise en oeuvre sous forme de murs car ils ont l'avantage d'être moins sensible aux défauts d'assemblages qui sont inévitables à une échelle industrielle. Ces murs ont pour inconvénient de perturber fortement la répartition du fluide dans la zone de distribution. L'utilisation de fabrication additive permet de designer les renforts de la zone de distribution sous forme de piliers ou de toute autre forme qui ne perturberait pas la répartition du fluide sans craindre des défauts d'assemblages de ces piliers avec le sol ou le plafond de la zone de distribution et ainsi garantir une tenue mécanique parfaite de cette zone à partir du moment ou la position et le diamètre de ces piliers ou ces formes ont été calculés pour palier à la contrainte générée par le fluide sous pression. Les renforts d'épaisseur de parois de 0,2mm à 2 mm remplissent ces conditions.

La fabrication additive permet de réaliser des formes inenvisageables par les méthodes de fabrication traditionnelles et ainsi la fabrication des connecteurs des échangeurs-réacteurs ou échangeurs millistructurés peut se faire dans la continuité de la fabrication du corps des appareils. Ceci permet alors de ne pas réaliser d'opération de soudage des connecteurs sur le corps et ainsi d'éliminer une source d'altération de l'intégrité structurelle de l'équipement. La maitrise de la géométrie des canaux par fabrication additive autorise la réalisation de canaux à section circulaire ce qui, outre la bonne tenue en pression que cette forme amène, permet aussi d'avoir une forme de canaux optimale pour le dépôt de revêtements de protection et de catalyseurs qui sont ainsi homogènes tout au long des canaux.

En utilisant cette technologie de fabrication additive, l'aspect gain de productivité est également permis par la réduction du nombre d'étape de fabrication. En effet, les étapes de réalisation d'un réacteur en intégrant la fabrication additive passent de sept à quatre (figure 5). Les étapes critiques, pouvant générer une mise au rebut d'un appareil complet ou des plaques constituant le réacteur, au nombre de quatre en utilisant la technique de fabrication classique par assemblage de plaques gravées chimiquement, passent à deux avec l'adoption de la fabrication additive. Ainsi, les seules étapes restantes étant l'étape de fabrication additive et l'étape de dépôt de revêtements et de catalyseurs. En résumé les avantages de la fabrication additive par rapport à une solution classique de brasage ou de soudage diffusion de plaques gravées chimiquement sont : - Une plus grande intensification du procédé (Intégration des canaux, compacité) ; - Une réduction du poids du réacteur ou augmentation du volume utile à la réaction catalytique ; - Une réduction du nombre d'étape de fabrication et d'intervenant localisé sur différents sites ; - Une amélioration de la qualité de fabrication en assurant une parfaite reproductibilité ; - Un contrôle du procédé en cours de fabrication possible (comment ?), ce qui réduira la quantité de pièce mise au rebut. - Une simplification de la validation de conception selon le code de construction ASME A titre d'exemple, un échangeur-réacteur selon l'invention peut être utilisé pour la production de gaz de synthèse. Et un échangeur selon l'invention peut être utilisé dans un procédé d'oxycombustion pour préchauffer de l'oxygène.25

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Réacteur- échangeur ou échangeur comprenant au moins 3 étages avec sur chaque étage au moins une zone de canaux millimétriques favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux millimétriques, caractérisée en ce que la zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux est constituée d'une cavité comprenant entre son sol et son plafond, au plus 3 mm et dont le diamètre équivalent est inférieur à 3 mm.
2. 2. Réacteur-échangeur ou échangeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite cavité comprend un nombre de supports S au moins égal à S = nombre de canaux + 1.
3. 3. Réacteur-échangeur ou échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les sections des canaux millimétriques sont de forme circulaire.
4. 4. Réacteur-échangeur ou échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les canaux de la zone de canaux sont séparés par des parois dune épaisseur inférieure à 2mm.
5. 5. Réacteur-échangeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit réacteur-échangeur est un réacteur-échangeur catalytique et comprend : - Au moins un premier étage comprenant au moins une zone de distribution ; - Au moins une zone de canaux millimétriques pour faire circuler un flux gazeux à une température au moins supérieure à 700°C afin qu'il apporte une partie de la chaleur nécessaire à la réaction catalytique ; - Au moins un deuxième étage comprenant au moins une zone de distribution et au moins une zone de canaux millimétriques pour faire circuler un flux gazeux réactifs dans le sens de la longueur des canaux millimétriques recouverts de catalyseur pour faire réagir le flux gazeux ; - Au moins un troisième étage comprenant au moins une zone de distribution et au moins une zone de canaux millimétriques pour faire circuler le flux gazeux produit sur la deuxième plaque afin qu'il apporte une partie de la chaleur nécessaire à la réaction catalytique; avec sur la deuxième et la troisième plaque, un système afin que le flux gazeux produit puisse circuler de la deuxième à la troisième plaque
6. 6. Utilisation d'une méthode de fabrication additive pour la fabrication d'un réacteur compact catalytique comprenant au moins 3 étages avec sur chaque étage au moins une zone de canaux millimétriques favorisant les échanges de chaleur et au moins une zone de distribution en amont et/ou en aval de la zone de canaux millimétriques.
7. 7. Utilisation d'une méthode de fabrication additive pour la fabrication d'un réacteur compact catalytique tel que défini dans l'une des revendications 1 à 5.
8. 8. Utilisation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la méthode de fabrication additive met en oeuvre comme matière de base au moins une poudre métallique de taille micrométrique.
9. 9. Utilisation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la méthode de fabrication additive met en oeuvre comme source d'énergie au moins un laser.
10. 10. Procédé de production de gaz de synthèse mettant en oeuvre un réacteur-échangeur selon l'une des revendications 1 à 5.
11. 11. Procédé d'oxycombustion mettant en oeuvre un échangeur selon l'une des revendications 1 à 5 pour préchauffer de l'oxygène.