Brevet FR2123216A1 — publié le 19720908

La présente invention concerne le matériel de l'industrie chimique, et plus précisément les appareils pour le reformage des hydrocarbures sous pression L'appareil qui fait l'objet de l'invention peut etre efficacement mis an oeuvre, par exemple, pour l'obtention du mélange gazeux industriel de depart pour la production de l'arnn:oniac On connaît dejà un appareil pour le reformage d'hydrocarbures sous pression, ledit appareil comportant une chambre dgéchan- ge de chaleur à parois en matériau réfractaire, dars laquelle sont disposés des tubes de réaction remplis due de catalyseuroUn mélange d'hydrocarbures et de vapeur est amené dans les tubes à travers un collecteur.Le catalyseur contenu dans les tubes est retenu à l'aide de grilles montées à l'entrée et à la sortie desdits tubes de réatio. Dans la voûte de la chambre rechange de chaleur sont encastrés desbrAleurs dans lesquels se produit la combustion du gaz de chauffage La chaleur quelle fournit est utilisée pour le chauffage des tubes à réaction, qui est indispensable à la réa lisation dans ces tubes du reformage primaire des hydrocarbures mis en présence de vapeur. Dans la partie inférieure de la chambre d'échange de chaleur est montée une cloison perforée à travers laquelle passent les tubes de réaction et au-dessous de laquelle est disposée une chambre à cuve contenant une couche de catalyseur pour la mise en oeuvre du reformage secondaire Le mélange hydrocarbures-vapeur est admis par le collecteur d'entrée dans les tubes de réaction, dans lesquels serfectue, au sein de la couche de catalyseur et aux dépens de la chaleur fournie par la combustion du combustible dans les bruieurs, la réaction endothermique de reformage des hydrocarbures avec la vapeur, qui conduit à de l'hydrogène et d autres produits Le mélange réaction- nel sortant des tubes arrive dans la chambre à cuve où 1 Y on envoie également, à travers la cloison perforée, une partie des gaz de combustion en proportion nécessaire à l obtention du mélange azote-hydrogène Dans la chambre à cuve, il y a combustion des cons tituants du gaz converti, l'oxygène contenu dans les gaz de combustion servant de comburant La chaleur fournie par cette combustion permet la réalisation du reformage secondaire Ensuite, le mélange azote-hydrogène est évacué de l'appareil De cette manière, deux processus sont réalisés dans l'appareil connu: le reformage par la vapeur et celui par un mélange air-vapeur, ce dernier fournissant un gaz converti utilisable pour la synthèse de ammoniac. Toutefois, l'utilisation dans l'appareil connu de la cloison perforée qui fait communiquer la chambre d'echange de chaleur avec la chambre à cuve où s' opère le reformage secondaire, entraîne la nécessité d'admission de 1 t azote industriel avec les gaz de combustion, ce qui implique une réalisation plus complète du reformage par la vapeur dans les tubes de réaction, que dans le cas où l'azote industriel est amené avec l'air I1 en résulte une diminution du rendement des tubes de réaction et une altération des conditions de leur fonctionnement. Le mélange du gaz combustible converti qui résulte du reformage primaire, avec les gaz de combustion contenant de l'oxy- gène s'effectue dans l'appareil connu directement dans la couche de catalyseur, ce qui a pour conséquence une surchauffe du catalyseur, étant donné qu'il est le siège de la combustion des eonst- tuants combustibles, et une dégradation rapide de celui-ci. En outre l'admission de l'azote requis avec les gaz de combustion expose le catalyseur au risque d'empoisonnement par les poisons qu'ils contiennent (par exemple, le soufre), ou bien nécesg site l'épuration de volumesd!aIr considérables, consommés dans la combustion du combustible qui fournit la chaleur nécessaire a la réaction endothermique de reformage se déroulant dans les tubes, la consommation d'air pour la combustion dépassant notablement la consommation d'air pour la réalisation du processus industriel. L'invention a pour objet de supprimer les inconvénients précités. L'invention a pour objet un appareil pour le reformage d'hydrocarbures sous pression permettant, tout en combinant dans un seul et même appareil le processus de reformage par la vapeur qui se déroule dans les tubes de réaction et le processus de reformage par le mélange air-vapeur qui se déroule dans la couche de catalyseur, d'effectuer le dosage de l'azote industriel non pas avec les gaz de combustion, mais avec l'air industriel, et de réaliser la combustion des constituants du gaz à convertir non pas dans la couche de catalyseur, mais dans un espace libre. Le problème ainsi posé est résolu par l'appareil selon l'invention pour le reformage d'hydrocarbures sous pression, dans lequel la chambre d'échange de chaleur est séparée de la chambre à cuve par une double cloison transversale, dont les parois forment une chambre réservée à l'amenée des réactifs gazeux et traversée par les extrémités des tubes à réaction, ladite chambre d'amenée des réactifs gazeux étant rendue aveugle par rapport à la chambre d'échange de chaleur et mise en communication avec la chambre à cuve. Pour faire communiquer la chambre d'amenee des réactifs gazeux avec la chambre à cuve, l'appareil peut tre agencé de façon que les tubes de réaction franchissent la paroi de la double cloison, paroi faisant face à la chambre à cuve, en laissant un jeu, des douilles perforées pouvant être fixées dans la paroi indiquée, et disposées coaxialement et avec un jeu par rapport aux tubes à réaction. I1 est avantageux de fixer les tubes de réaction, dans la paroi de la double cloison qui fait face à la chambre d'échange de chaleur, à l'aide d'étanchements coulissants I1 est souhaitable de fixer la double cloison dans liappa- reil à l'aide d'un compensateur de dilatations thermiques. Un tel appareil permettra de doser l'azote industriel avec l'air, et non pas avec les gaz de combustion, ce qui augmente notablement le rendement de l'appareil et en améliore les performances économiques. L'invention est illustrée dans ce qui suit par la description des exemples d'exécution et par les dessins, dans lesquels: - la figure 1 représente appareil conforme à lSinvention pour le reformage dthyc; ocarbures sous pression (en coupe longitude dinale); ; - la figure 2 montre la double cloison conforme à l'inven tion, à une echelle augmentée L'appareil pour le reformage d'hydrocarbures sous pression possède un corps métalllque à garnissage I (figure 1), avec des tubes de réaction 2, remplis du catalyseur du reformage par la vapeur et solidarisés par une grille tubulaire 3 de forme sphérique, une chambre de distribution A disposée au-dessus des tubes de réaction 2 et munie diun raccord 4 pour l'introduction du mélan ge réactionnel gaz-vapeur, et d'une grille 5 à perforation irrégulière qui égalise la distribution du mélange. Au-dessous de la chambre de distribution A, sont disposées une chambre dYechange de chaleur B et une chambre à cuve C, remplie du catalyseur du reformage secondaire placé sur une grille 6,. et munie d'un raccord 7 pour l'évacuation du gaz converti hors de l'appareil. Dans le corps 1 sont prévus des raccords 8 et 9, respectivement pour l'amenée et la sortie des gaz de chauffage. La chambre B d'echange de chaleur est sépare de la chambre C à cuve par une double cloison transversale 10. La paroi 11 de la double cloison 10, paroi faisant face à la chambre B d'échange de chaleur, et la paroi 12de & la double cloison 10, celle qui fait face à la chambre à cuve C, forment une chambre D pour l'amenée des réactifs gazeux, par exemple de l'air industriel. La paroi 11 isole de façon aveugle la chambre D de la chambre B d'échange de chaleur, alors que la paroi 12 permet la cormunica- tion entre la chambre D et la chambre C à cuve à travers les jeux ménagés entre les tubes Z de réaction et les douilles 13 perfores (figure 2) fixées dans la paroi 12 coaxialement par rapport aux tubes 2 de réaction. Les douilles 13 sont encastrées de façon aveugle dans la paroi 11, ars qu'entre les douilles 13 et les tubes 2 a réaction, à la partie supérIeure des douilles 15, sont prévus des étanchements 14 coulissants en matériau très réfractaire. La perforation des douilles 13 est réalisée au-dessous de la zone de disposition des étanchements 14 coulissants9 Il s'ensuit que la paroi 11 isole de façon aveugle la chambre B d'échange de chaleur (figure 1) de la chambre D, mais les tubes 2 à réaction, qui s'allongent par suite de la dilatation thermique, peuvent coulisser en sens longitudinal par rapport à la double cloison 10. La double cloison 10 est fixée dans le corps de l'appareil à l'aide d'un compensateur 15 de dilatations thermiques et munie d'un raccord 16 pour l'admission de l'air industriel à la chambre D. L'appareil pour le reformage d'hydrocarbures sous pression fonctionne de la manière suivante. Le mélange initial des hydrocarbures avec de la vapes est introduit par le raccord 4 dans la chambre distributrice A, où par suite de l'irrégularité de perforation de la grille 5 il se produit l'égalisation de la distribution du mélange suivant la sec- tion transversale de l'appareil. Le mélange réparti arrive dans les tubes 2 à réaction, dans lesquels il se produit, au sein de la couche de catalyseur et grâce à la chaleur cédée par les gaz de chauffage, le reformage catalytique des hydrocarbures avec la vapeur. Les gaz de chauffage s'introduisent par le raccord 8 dans la chambre B d'échange de chaleur où sont disposés les tubes 2 à réaction.Les gaz de chauffage, qui se sont refroidis après avoir cédé la chaleur aux tubes 2 à réaction, sont evacués de l'appareil par le raccord 9. Le gaz converti qui a pris naissance dans les tubes 2 à réaction arrive dans la chambre C à cuve en vue dy subir le reformage secondaire. Dans cette meme chambre on envoie de la chambre D, à travers les jeux annulaires ménagés entre les douilles 13 perforées et les tubes 2 à réaction, un des réactifs requis pour la réalisation du processus, par exemple de 1' air. La perforation des douilles 13 permet de distribuer unIformément air arrivant en provenance de la chambre D, suivant toute la section transver sale de la chambre C à cuve. Au sein du mélange du réactif avec le gaz converti il y a une réaction de combustion homogène. Ensuite, le mélange réac- tionnel arrive au catalyseur du refjrmage seeoi1aire, étalé sur la grille 6, et le gaz converti obtenu sort de l'appareil par le raccord 7. Grâce au fait que la chambre B d'échange de chaleur est isolée de façon aveugle de la chambre C à cuve pour le reformage secondaire, à l'aide de la double cloison 10, on obtient la possi- bilité d'effectuer le dosage de l'azote industriel avec l'air, et non pas avec les gaz de combustion. C'est ce qui permet dlaccro tre le rendement des tubes 2 à réaction et d'améliorer les condl- tions de leur fonctionnement, de réaliser les réactions de combos tion homogène des constituants du gaz converti au-dessus de la couche de catalyseur dans la chambre C et de prolonger la durée de service du catalyseur. On voit disparaître le souci de l-'epura- tion du volume d'air considérable absorbé par la combustion. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le reformage d'hydrocarbures sous pression, comportant une chambre d'échange de chaleur avec des raccords d'amenée et de sortie de gaz de chauffage et des tubes de réaction disposés dans cette chambre et destinés à la réalisation du processus de reformage primaire, et une chambre à cuve disposée près des extrémités ouvertes des tubes de réaction et destinée à la réalisation du processus de reformage secondaire, ledit appareil étant caractérisé par le fait que la chambre d'échange ge de chaleur est separee de la chambre à cuve par une double cloison tranaversas, dont les parois forment une chambre destinée à l'amenée des réactifs gazeux et traversée par les extrémités des tubes de réaction, ladite chambre pour l'amenée des réactifs gazeux étant isolée de façon aveugle de la chambre d'échange de chaleur et mise en communication avec la chambre à cuve 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé pr le fait que,pour faire communiguer la chambre dgamenén des réac- tifs gazeux avec la chambre à cuve, les tubes de réaction passent à travers la paroi de la double cloison qui fait face à la chambre à cuve. de façon telle qu'il y ait un jeu, tandis que dans la paroi indiquée sont immobilisées des douilles perforées, dispo sexes coaxialement et avec un jeu par rapport aux tubes de réaetiori 3 Appareil selon les revendications 1 et 2, caracté- risé par le fait que les tubes de réaction sont fixés dans la paroi de la double oison qui fait face à la chambre d'échange de chaleilrn par l'entremise d'étanchements coulissania 4. Appareil selon les revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la double cloison est fixée dans l'appareil à l'aide d'un compensateur de dilatations thermiques.