Brevet FR2098208A1 — publié le 19720310

2C -8208 Dans le procédé Mond permettant d'obtenir du nickel par la formation et par la décomposition ultérieure de nickel car-bonylç, tel que décrit dans le brevet britannique de la demanderesse n° 620o287, le carbonyleest mis en cc-ntac'; dans un appareil 5 de décomposition avec des grains dçfrickei qui ont été préalablement chauffés jusqu'à une température supérieure à la température de décomposition du carbonyfe, Le nickel se dépose sur les grains à mesure qu'ils descendent à travers la chambre de réaction de l'appareil de décomposition à contre-courant d'un courant de gaz 10 contenant du carbcnyleet les grains quittant le fond de la chambre de réaction sont mis en circulation à travers le préchauffeur et de là retournent à la chambre de réaction. Le préchauffeur est^ de préférence, monté au-dessus de la chambre de réaction et il se compose d'une calandre de 15 tubes verticaux entourés d'une chemise de chauffage dans laquelle passent les gaz de combustion chauds pour chauffer les tubes„ A la partie supérieure du préchauffeur se trouve un récipient collecteur dans lequel sent chargés les grains de nickel. A partir du fond du collecteur, ils descendent par les tubes du préchauf-20 feur et sortent de la partie inférieure pour passer dan-s une chambre collectrice disposée entre le préchauffeur et la partie supérieure de la chambre de réaction„ Le dépôt de nickel sur les grains à mesure qu'ils traversent la chambre de réaction les amène à augmenter de di= 25 mension* et, à tout moment, la charge en circulation comprend des grains de toutes les dimensions allant de minuscules particules d'ensemencement jusqu'à des grains de la dimension du produit désiré qui ont atteint leur complet développement par exemple 10 mm de diamètre» 30 En vue d'un fenetijnnenent stable et continu, il est important que la granulométrie des grains reste pratiquement constante dans le temps, et à cet effet* la vitesse d'introduction de particules d'ensemencement efficaces (exprimée en fonction du nombre d'ensemencement par unité de temps) doit être maintenue 35 pratiquement la même que la vitesse d'extraction des grains ayant atteint leur complet développement-,, et il est également important que les grains de toutes les dimensions croissent uniformément. Toutefois, en pratique, on a constaté qu'à moins de prendre des précautions spéciales les grains plus grands tendent à se 40 développer de préférence aux grains plus petits, ce qui fait que 8AD ORIGINAL] 71 24721 209820-8 même si la granulométrie de la charge initiale de grains est uniforme, il se produit bientôt une insuffisance de grains de dimension intermédiaire. Ceci conduit à des perturbations dans la chambre de réaction et aux du lit de grains qui 5 peuvent devenir assez violents pour que l'appareil risque de se détériorer. Conformément à l'invention,, on peut pallier partiellement ou entièrement ces effets défavorables en préchauffant les grains uniformément jusqu'à une température supérieure 10 à la température de décomposition du nickel carbonyfe à mesure qu'ils se déplacent vers le bas du préchauffeur, en général parallèlement à son axe et en mélangeant radialement les grains sortant du préchauffeur avant qu'ils entrent dans la chambre de réaction. Les grains descendant par le préchauffeur et sortant 15 près de son axe sont ainsi mélangés avec ceux qui en sortent à distance de son axe, c'est-à-dire que les grains provenant des tubes extérieurs et du centre d'un préchauffeur à tubes sont mélangés avec ceux provenant des tubes intermédiaires. Pour assurer le chauffage uniforme des grains dans 20 un préchauffeur à tubes, il est Important de contrôler ..leur descente par les tubes de manière que la vitesse d'écoulement vers le bas de chaque tube soit pratiquement la même, à l'intérieur d'un rapport de par exemple 2si. Si l'écoulement vers le bas dans l'un quelconque des tubes est trop lent, les grains ont 25 tendance à être surchauffés, ce qui conduit à leur agglutination et au colmatage-du tube. Le mélange radial est de préférence déterminé en amenant les grains à passer dans la chambre de réaction par un passage annulaire. Ce passage annulaire peut être formé entre la 30 paroi intérieure d'une chambre collectrice, disposée entre le préchauffeur et la chambre de réaction, et un déflecteur monté axialement dans la chambre collectrice et dont la surface supérieure est conformée pour faire dévier les grains vers l'extérieur. Les grains sortant du préchauffeurj à distance de son axe, 35 sont aussi avantageusement déviés vers l'intérieur par les parois de la chambre collectrice. La chambre collectrice a, de préférence, la forme d'un tronc de cône renversé et un déflecteur conique est monté, la pointe orientée vers le haut, à l'intérieur de la chambre collectrice de manière que les grains passent de la ^O chambre collectrice à la chambre de réaction par vin intervalle BAD ORIGINAL 71 24721 3 20982Q8 annulaire ménagé entre la base du déflecteur et la partie inférieure de la paroi de la chambre collectrice » Cette construction a pour avantage, en l'associant à un préchauffeur à tubes, que le déflecteur conique tend à retarder la descente des grains dans 5 les tubes situés le plus près de l'axe du préchauffeur, descente que les grains effectueraient sln~,n très rapidement et, par une mise en corrélation appropriée de la géométrie des deux cônes, que les vitesses d'écoulement à travers tous les tubes depuis l'axe jusqu'à la périphérie du préchauffeur peuvent être pratiquement 10 uniformes. On a constaté qu'une valeur satisfaisante à donner à l'angle au sommet du déflecteur conique est d'environ 90° et que celle à donner à l'angle que fait la paroi de la chambre collectrice avec la verticale est d'environ 23° mais que les valeurs optimales peuvent être déterminées par des expériences 15 pour tout appareil donné. Afin d'assurer un mélange efficace, le rayon moyen de l'intervalle annulaire doit être éga?., à environ la moitié du rayon du fond du préchauffeur. L'intervalle doi£ être assez large pour permettre aux grains de la traverser- librement, mais 20 la largeur de l'intervalle doit être petit par rapport à son rayon moyen, par exemple être compris entre 1/4 et 1/6 du rayon. Une largeur convenable est comprise entre 4 et 7 fois le diamètre des plus grands grains présents dans le lit. Le mélange radial des grains dans la chambre col-25 lectrice contrecarre la tendance des grands grains à se séparer par ségrégation vers -l'extérieur lorsqu'ils sont évacués pour passer d'un conduit central à un collecteur à grains prévu à la partie supérieure du préchauffeur et à passer, de façon préférentielle, par les ';ubes extérieurs du préchauffeur^ on pense que 30 la persistance de ce type de séparation par ségrégation dans la chambre de réaction peut avoir contribué au développement sélectif des particules plus grandes. L'utilisation d'un passage annulaire dans la chambre de réaction pour effectuer un mélange radial des grains 35 a pour autre avantage qus la réduction associée dans le conduit d'entrée aboutissant à la chambre de réaction retarde la diffusion du gaz contenant du carbonyle passant de la chambre de réaction dans le préchauffeur, dans le cas où elle pourrait amener un dépôt indésirable. A titre de précaution supplémentaire contre 40 une telle diffusion, le déflecteur conique intérieur prévu dans 71 24721 4 2098208 l'appareil préféré est avantageusement ouvert à la partie inférieure et est muni d'un tube par lequel le gaz peut être extrait de l'espace existant à l'intérieur du cone. Ce gaz peut être remis en circulation, au moyen d'un compresseur le ramenant à 5 la partie inférieure de la chambre de réaction, au-dessous du conduit d'entrée du gaz contenant du cartoonylç et de préférence au voisinage du conduit de sortie des grains hors de la chambre de réaction où il sert à empêcher le gaz contenant du carbonyle et envoyé dans la chambre de réaction de sortir de la chambre 10 de réaction avec les grains évacués. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, on prévoit un ou plusieurs conduits de sortie inclinés vers le bas, pourvus de vannes de purge et aboutissant à un récipient d'évacuation de secours, dans la paroi de la chambre 15 collectrice pour permettre d'évacuer les grains du préchauffeur lors d'une interruption imprévue. Avantageusement, trois (ou davantage) de tels conduits de sortie sont espacés symétriquement autour de la chambre collectrice au même niveau. Si, pour une raison quelconque, la circulation des 20 grains cesse et que les grains soient appelés à rester immobiles dans les tubes du préchauffeur, ils tendent à s'agglutiner et se soudent très rapidement ensemble et colmatent les tubes. Il est important que tous les tubes du préchauffeur soient vidés simultanément et très rapidement, et ceci est facilité par l'existence 25 de conduits de sortie partant de la chambre collectrice. De façon avantageuse, les vannes de purge sont des vannes magnétiques du type dans lesquelles l'écoulement du nickel ferromagnétique est normalement empêché par l'application d'un champ magnétique externe, dont la suppression élimine le colmatage 30 et permet aux grains de s'écouler. Pour être sûr que le préchauffeur se vide sans retard si l'écoulement des grains est entravé, les vannes sont agencées pour s'ouvrir automatiquement dans le cas soit de sous-charge ou de surcharge du dispositif d'entraînement de l'élévateur ou d'une défaillance de la 35 source de force motrice fournie au dispositif d'entraînement. Une sous-charge se produirait si des grains cessaient de s'écouler du conduit de décharge, et une surcharge si une panne de l'élévateur viendrait à se produire. A titre d'exemple, on va maintenant décrire, un mode de réalisation préféré de l'in-4-0 vention en se référant au dessin schématique annexé, sur le 71 24721 5 2098208 quel s la fig. 1 est une élévation-coupe schématique de la partie supérieure d'un appareil complet de décomposition du carbonyle et, la fig. 2 est une élévation-coupe de la partie inférieure de l'appareil de décomposition. En se référant aux figures, on voit que l'appareil comprend un préchauffeur de grains 1,, monté au-dessus d'une chambre collectri3e de grains 2 et relié par l'intermédiaire de celle-ci à vin récipient de réaction 3 comportant un conduit de décharge 4 aboutissant au coffre 5 d'un élévateur à godets 6, entièrement fermé, agencé pour collecter les grains de nickel qui sortent de la chambre de réaction par le conduit de décharge 4, les élever jusqu'à la partie supérieure de l'appareil et les décharger par un conduit 7 dans un collecteur de grains 8 placé au-dessus du préchauffeur 1. Les grains d^fiickel sortant du réservoir 8 à une une température d'approximativement l80°C descendent par les tubes verticaux 9 du préchauffeur et sont chauffés approximativement jusqu'à 220°C par des gaz chauds circulant dans la chemise de chauffage 10 entourant les tubes depuis un conduit d'entrée 11 jusqu'à un conduit de sortie 12. Les grains passant du conduit J dans le réservoir 8 ont des dimensions allant de très petites particules d'ensemencement jusqu'à environ 9.»625 mm et les grains plus grands tendent à se séparer par ségrégation à l'extérieur de la masse contenue dans le réservoir et à descendre par les tubes extérieurs du préchauffeur. En sortant de la partie inférieure des tubes S, les grains entrent dans la chambre collectrice tronconique 2 dont les parois inclinées font avec la verticale un angle d'environ 23°• A l'intérieur de cette chambre est monté un déflecteur 13 se présentant sous la forme d'un cône creux renversé ayant un angle au sommet de 90° qui sert à retarder la descente des grains dans les tubes intérieurs du préchauffeur. Le déflecteur 13 et les parois inclinées vers l'intérieur de la chambre collectrice coopèrent pour guider vers l'extérieur les grains plus petits sortant des tubes intérieurs du préchauffeur et vers 1'intérieur, les grains plus grands sortant des tubes extérieurs, de manière qu'ils se mélangent et passent ensemble par l'ouverture annulaire 14 dans la partie supérieure de l'appareil 71 24721 6 2098208 de décomposition 3. Cette ouverture a une largeur d'environ 50,8 mm. Un conduit 15 part de l'intérieur du déflecteur conique 13, passe par un compresseur 16 et aboutit à une entrée 5 de gaz 17 prévue à la partie supérieure du conduit de décharge 4 de l'appareil de décomposition et trois conduits de sortie 18, espacés de façon équidistante, partent de la chambre collectrice 2 pour aboutir, à un récipient de secours d'évacuation des grains 35 en passant par des vannes magnétiques 19 qui sont 10 normalement fermées. On n'a représenté sur le dessin qu'un seul des conduits 18 et qu'une seule des vannes 19. Un conduit d'évacuation 34 part du récipient de secours d'évacuation des grains 35 pour aboutir à me trémie 24. Un mélange d'oxyde de carbone et de 5 à 6% en vo-15 lume de nickel carbonyle est introduit dans la partie inférieure du récipient de réaction 3 par des conduits d'entrée 20 à chemise à circulation d'eau, dont on n'en a représenté qu'un seul, comportant des extrémités évasés débouchant vers le bas dans la masse de grains. Cet agencement réduit la différence de pression 20 à l'extrémité du tube et un espace de gaz se forme au-dessous de l'extrémité du tube à mesure que la masse de grains descend au delà de celle-ci. Le gaz sortant des conduits d'entrée 20 monté à travers la masse de grains chauds qui décomposent le nickel 25 carbonyle pour former du nickel qui se dépose sur les grains et les amène à grossir. En même temps, les grains sont refroidis par la réaction endothermique, ce qui fait que le gaz vient progressivement en contact avec des grains plus chauds à mesure que sa teneur en carbonyle diminue. Pratiquement, la totalité 30 du gaz, contenant encore environ 0,15# de carbonyle non décomposé, est extraite par les tubes de sortie 21, communiquant avec un espace annulaire 22 pour le gaz qui se forme autour de l'épaule-ment du récipient de réacstion 3 à mesure que les grains descendent de la partie inférieure du col 36 du récipient. 35 Les tubes de sortie 21 sont entourés d'une chemise à circulation d'eau pour empêcher la décomposition du carbonyle et sont lisses à l'intérieur pour réduire la turbulence du gaz à un minimum jusqu'à ce qu'il ait été refroidi au-dessous de la température de décomposition. Le corps de la chambre de 40 réaction est également entouré par une chemise 23 à circulation 71 24721 7 2098208 d'eau dans laquelle circule de l'eau chaude à 90° pour empêcher que la décomposition du carbonyleforme une feuille de nickel sur la paroi du récipient. D'une façon surprenante, ceci conduit à une petite déperdition de chaleur à partir de la masse de grains, 5 étant donné que l'écoulement des grains est sensiblement laminaire. La faible quantité restante de gaz traverse à une vitesse superficielle très faible le col 36 du récipient, où elle vient en contact avec les grains les plus chauds sor-10 tant du préchauffeur. Ceci décompose la faible proportion restante de nickel carbonyla et 1'oxyde de carbone résultants pratiquement exempt de carbonyle est extrait par le conduit 15 de l'espace situé sous le cône 13 ainsi que l'oxyde de carbone qui a descendu par le préchauffeur. Le gaz qui a suivi 15 ce dernier trajet constitue la majeure partie de celui extrait d'en-dessous du cône 13.» et l'écoulement de ce gaz vers le bas à travers l'ouverture annulaire 14 crée une contre-pression qui aide à empêcher la diffusion vers le haut du gaz provenant du récipient de réaction 3. Le gaz extrait du cône creux 13 est 20 comprimé par le compresseur 16 et ramené par le conduit d'entrée 17 à la partie supérieure du conduit de décharge 4. La pression du gaz et les dimensions du conduit de décharge 4 sont telles que la- contre-pression empêche les gaz contenant du carbonyle et provenant des conduits d'entrée 20 de traverser le 25 conduit de décharge 4 avec les grains. Le gaz introduit en 17 s'infiltre en remontant jusqu'au coffre de l'élévateur et redescend de nouveau par le réservoir 8 à grains et le préchauffeur 1 pour revenir au cône creux 13. La vitesse d'écoulement des grains à travers le 30 système est contrôlée au moyen d'une vanne à passage direct (non représentée) prévue à la partie inférieure du conduit de décharge. Les grains quittant le conduit de décharge 4 tombent dans une trémie 24 en bas de laquelle ils passent, par une 35 ouverture 25, sur une plaque inclinée 26 aboutissant à la partie inférieure du coffre 5 de l'élévateur. Afin d'empêcher le colmatage du système élévateur par une masse de grains s'accumulant à la partie inférieure du coffre 5 de l'élévateur dans le cas d'un arrêt de l'élévateur, 40 l'inclinaison de la plaque 26 doit être assez forte pour per 71 24721 8 2098208 mettre aux grains petits ou formés de façon irrégulière de la descendre en glissant mais pas forte au point de produire l'engorgement du coffre 5 de l'élévateur si ce dernier s'arrête. En pratique, on a constaté qu'une inclinaison fâisant un angle de 28° 5 avec l'horizontale donne satisfaction. L'ouverture 25 est disposée de telle sorte que les grains d'amoncellent sur la plaque 26 et s'arrêtent si l'élévateur s'immobilise. La trémie 24 se remplit alors normalement de grains jusqu'à ce que la sortie du conduit de décharge 4 se ferme. 10 A mesure que les grains traversent de façon ré pétée l'appareil de décomposition, ils augmentent progressivement de dimension du fait qu'il s'y dépose du nickel, et les grains qui ont grossi jusqu'à une dimension prédéterminée sont séparés par ségrégation en les amenant à passer par préférence 15 aux grains plus petits provenant de l'amoncellement conique 27 formé à la partie supérieure du collecteur 8, passent sur une plaque-déversoir 28 et descendent dans une goulotte en hélice 29 et, par un conduit d'évacuation 30, parviennent sur un tamis 31. Les grains de dimension insuffisante qui ont 20 passé par-dessus la plaque-déversoir 28 passent à travers le tamis 31 et sont remis en circulation en empruntant le conduit 32, tandis que les grains qui ont atteint leur complet développement passent sur le tamis 31 eijérrivent dans une trémie à produit 33 d'où ils sont périodiquement retirés. 25 Pour permettre un fonctionnement stable et conti nu, la vitesse à laquelle le nickel est retiré de la circulation sous forme de grains ayant atteint leur complet développement doit, bien entendu, être la même que celle à laquelle le nickel se dépose sur les grains dans la chambre de réaction 30 3. De plus, bien que le chauffage uniforme et le mélange radial des grains conformément à l'invention contribuent de façon importante à un fonctionnement stable, il est également important de s'assurer que des particules d'ensemencement efficaces, c'est-à-dire des particules assez grandes pour servir de noyaux 35 de croissance, au lieu d'être incorporées aux grains existants ou d'être expulsées de la chambre de réaction 3 avec le gaz de sortie, sont introduites dans les mêmes proportions que sont extraits les grains constituant le produit. Par suite, si des particules d'ensemencement suffisamment efficaces ne 40 se forment pas à l'intérieur par rupture des grains existants 71 24721 9 2098208 ou d'une autrpanière, assez de particules supplémentaires doivent être ajoutées et, si l'on constate qu'un trop grand nombre de particules d'ensemencement sont en circulation, l'excès doit être éliminé, par exemple par une opération de tamisage supplémentaire . 71 24721 10 2098208 REVENDICATIONS 1. Procédé d'obtention de nickel par la décomposition thermique de nickel carbonyle procédé dans lequel un mélange de grains de nickel de dimensions différentes descendent à travers ion préchauffeur de façon générale, parallèlement à son axe et, de là, descendent à travers la chambre de réaction d'un appareil de décomposition à contre-courant d'un courant de gaz contenant du nickel carbonyle ce procédé étant caractérisé par le fait que les grains sont pratiquement chauffés uniformément dans le préchauffeur jusqu'à une température supérieure à la température de décomposition du nickel carbonyle et que les grains sortant du préchauffeur sont mélangés radialement avant qu'ils entrent dans la chambre de réaction. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé- par le fait que les grains sont mélangés radialement en les amenant à passer dans la chambre de réaction à travers un passage annulaire. 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que les grains sortant du préchauffeur, près de son axe, sont déviés vers l'extérieur jusqu'au passage annulaire au moyen d'un déflecteur conique situé sur leur trajet. 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé par le fait que les grains sortant du préchauffeur, à distance de son axe, sont déviés vers l'intérieur jusqu'au passage annulaire. 5. Appareil de décomposition du carbonyl comprenant un préchauffeur de grains monté au-dessus d'une chambre de réaction, une chambre collectrice de grains étant interposée entre le préchauffeur et la chambre de réaction, de manière que les grains puissent s'écouler vers le bas-sous l'effet de la pesanteur à partir du préchauffeur, traversent la chambre collectrice et parviennent dans la chambre de réaction, cet appareil de décomposition étant caractérisé par le fait qu'un déflecteur, dont la surface supérieure est conformée pour faire dévier les grains radialement vers l'extérieur à partir de l'axe vertical de l'appareil de décomposition, est monté dans la chambre collectrice pour délimiter avec la paroi intérieure de la chambre collectrice un passage annulaire débouchant dans la partie supérieure de la chambre de réaction. 6. Appareil de décomposition conforme à la re- 71 24721 ii 2098208 vendication 5, caractérisé par le fait que le déflecteur a la forme d'un cône et est monté de manière que son sommet soit orienté vers le haut. 7. Appareil de décomposition conforme à la reven- 5 dication 6, caractérisé par le fait que l'angle au sommet du cône est d'environ 90°. 8. Appareil de décomposition conforme" à la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que la paroi intérieure de la chambre collectrice a la forme d'un tronc de cône ren- 10 versé. 9. Appareil de décomposition conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que le rayon moyen de l'ouverture annulaire est égal à la moitié du rayon de la partie inférieure du préchauffeur. 15 10. Appareil de décomposition conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que la largeur de l'ouverture annulaire est comprise entre le quart et le sixième du rayon moyen de l'ouverture. 11. Appareil de décomposition conforme à l'une 20 quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé par le fait que le préchauffeur comporte une calandre de tubes de préchauffeur vertical dans lesquels passent en descendant les grains à préchauffer. 12. Appareil de décomposition conforme à l'une 25 quelconque des revendications 5 à 11, caractérisé par le fait que la chambre collectrice comporte au moins un conduit d'évacuation pourvu d'une vanne normalement fermée. 13. Appareil de décomposition conforme à la revendication 12, caractérisé par le fait que la vanne est une 30 vanne magnétique. 14. Appareil de décomposition conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que le déflecteur est ouvert à la partie inférieure et comporte un conduit de sortie pour extraire le gaz de la partie supé- 35 rieure de la chambre de réaction.