Brevet FR2184695A1 — publié le 19731228

La présente invention a pour objet un appareil pour réactions catalytiques en phase gazeuse, permettant de mettre en oeuvre des procédés qui impliquent le recyclage direct des produits bruts de réaction et leur mélange avec les gaz d'alimentation ou gaz à traiter. Parmi ces procédés, on peut citer, par exemple - l'oxydation de l'éthylène en oxyde d'éthylène - l'oxydation du propylène en acroléine et en acide acrylique ; - l'oxydation de butène normal en anhydride maléique ; - le craquage catalytique à la vapeur (steamcracking) des hydrocarbures ; - la synthese du méthanol On sait que les réactions de ce type sont effectuées dans des réacteurs formés d'une enceinte entourant des tubes dont l'intérieur est rempli d'un catalyseur. Ces types de réacteurs présentent un certain nombre d'inconvénients - ils développent une chaleur réactionnelle excessive, qu'il est nécessaire de dissiper - ils présentent une vitesse de réaction trop grande et, - ils conduisent à des difficultés de régulation de la température réactionneile, ce qui explique qu'ils puissent aisémment entrainer des réactions parasites dangereuses. Dans le cas de réactions e mthermiques, en outre, ils peuvent donner lieu à des augmentations locales indésirables de la température réactionnelle (points chauds). Ainsi, du fait de la température de réaction élevée, il faut pour assurer la régulation thermique, disposer souvent d'une zone d'échange très vaste, bien choisir les matériaux à employer et éventuellement utiliser des fluides diathermiques spéciaux. De plus, pour des raisons de constructions, ces types de réacteurs ne conduisent qu'à une faible capacité de production. Les réacteurs connus présentent en outre l'inconvénient d'exiger que les gaz soient répartis de façon convenable avant d'être mis en contact avec le catalyseur ; cette répartition, pour être efficace, implique inévitablement de fortes pertes de charges. Ces réacteurs ont en outre l'inconvénient de réclamer un grand nombre de tuyauteries de fort diamètre, soumises à de grandes dilatations thermiques, ce qui complique la construction et augmente son prix de revient, et ceci tout particulièrement quand il faut opérer à des températures supérieures à 300 C. La présente invention a pour objet un appareil permettant d'éliminer les inconvénients précités et d'obtenir de très grandes capacités de production. La présente invention a en outre pour objet un procédé dans lequel les. réactions sont mises en oeuvre de façon adiabatique et qui permette la régulation de la temperature par une méthode à la fois précise et simple. L'invention a également pour objet un procédé plus souple en ce sens qu'il permet de faire varier les capacités de production dans de larges limites et de réduire au minimum les opérations de contrôle de la rédaction. De plus, l'invention permet de réduire au minimum la consommation d'énergie et d'éviter les fortes pertes de charge que provoquent les dispositifs de répartition des gaz dans le lit catalytique. Elle permet également de réduire le nombre et la dimension des tuyauteries et de diminuer l'encombrement au sol de l'installation. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif et non limitatif. La présente invention a pour objet un appareil permettant d'effectuer des réactions catalytiques en phase gazeuse et de mettre en oeuvre des procédés qui impliquent le recyclage direct des produits bruts de réaction et leur mélange avec les gaz d'alimentation, ledit appareil comprenant, en une seule enceinte, les éléments constitutifs suivants - un injecteur muni d'un diffuseur divergent - un panier de catalyseur à flux radial centrifuge, comportant une cavité interne à peu près cylindrique, une extrémité de ladite cavité étant située immédiatement au-dessous de l'extrémité du diffuseur - une enveloppe externe sensiblement de même axe que lesdits injecteur et panier de catalyseur, qui permet de conduire au moins une partie des gaz provenant dudit panier vers l'entrée dudit injecteur - un échangeur thermique dans lequel au moins une partie des gaz de recy clage provenant dudit panier de catalyseur échange indirectement sa chaleur avec un autre fluide. Cette enveloppe externe peut avoir une forme conique, cylindrique ou tout autre forme appropriee. En tant que fluide d'échange thermique, on peut utiliser un fluide n'intervenant pas dans la réaction ou un fluide prenant part à la réaction, tel que par exemple les gaz d'alimentation. Un tel appareil présente les avantages suivants : faible consommation d'énergie ; repartition satisfaisante des gaz dans le catalyseur ; faibles pertes de charge ; simplification des problèmes liés aux dilatations thermiques diminution des surfaces et volumes engagés ; simplification dans le choix des matériaux. Un mode de réalisation pratique de l'appareil suivant la présente invention est illustré figure 1, et se rapporte plus particulièrement au cas où l'échange thermique s'effectue entre les produits bruts et le flux d'alimentation gazeux. Comme on peut le voir figure 1, les axes de l'injecteur, du panier de catalyseur et de l'enveloppe se confondent a peu près selon un axe vertical. Toutefois d'autres modes de réalisation de l'invention sont possibles. Comme il est indiqué sur la figure 1, l'enveloppe est a peu près cylindrique et l'cchangeur thermique est disposé autour de la chambre de mélange de l'injecteur l'échangeur peut cependant être disposé différemment ; il peut par exemple être disposé en-dessous du panier de catalyseur ou au-dessus de la tête d'injection. L'échangeur peut être soudé aux autres parties de l'appareil ou peut être amovible, auquel cas on peut le retirer de l'enceinte. En outre, il peut avoir la forme d'un échangeur contenant éventuellement des tubes doubles coaxiaux et a flux inverse, une tete flottante, etc.. Selon la figure 1, le mélange d'alimentation provenant de la conduite 1 échange de la chaleur dans l'échangeur 2 avec les produits de réaction. Puis le courant de gaz d'alimentation pénètre dans la tuyère 3, entraîne le mélange de recyclage 4 en le comprimant, puis pénètre dans la chambre de mélange 5 et s'écoule dans le diffuseur 6. De l ,le courant gazeux atteint la chambre 7 qui constitue la cavité interne du panier 8 de catalyseur a flux radial centrifuge. Cette chambre présente des dimensions lui permettant dans tous les cas de fonctionner comme distributeur de gaz, et elle conduit à des pertes de charges quasiment négligeables par rapport a celle du lit catalytique. Par les orifices 9, les gaz penètrent dans la masse catalytique, y réagissent de façon adiabatique, puis passent ensuite dans l'enveloppe 10 qui amène les gaz ayant réagi vers les tubes de l'échangeur thermique 2 dont ils lèchent les surfaces externes. Les orifices 9 peuvent être les mailles d'un treillage. Les gaz ayant réagi se partagent en ce point en deux courants : le courant 11, qui quitte définitivement le réacteur et subit I'opération suivante (épuration, séparation des produits etc.) et le courant 4 qui constitue, comme indiqué précédemment, le recyclage. L'ouverture 12 permet la décharge rapide du catalyseur épuisé. Si le fluide d'échange thermique avec les produits bruts est complètement inerte vis à vis de la réaction, comme le sont par exemple l'eau, la vapeur, les huiles diathermiques, les sels fondus, les fumées et similaires, l'appareil suivant la présente invention peut être tel que représenté sur la figure 2, qui se rapporte également à un mode de réalisation donné a titre illustratif et non limitatif. On a conservé pour cette figure le système de numérotation de la figure 1. Comme indiqué sur la figure 2, le mélange d'alimentation gazeux frais provenant de la conduite 1, pénètre dans la tuyère 3, entraîne le courant de recyclage 4 en le comprimant, puis pénètre dans la chambre de mélange 5 et enfin passe vers le diffuseur 6. De là, il atteint la chambre 7, constituée par la cavité interne du panier de catalyseur à flux radial 8 ; cette chambre a des dimensions qui lui permettent de fonctionner comme distributeur de gaz et elle conduit à des pertes de charges négligeables par rapport à celles du lit catalytique. Par les orifices 9, le gaz atteint le catalyseur, réagit de façon adiabatique et passe dans l'enveloppe conique 10 qui entraîne les gaz ayant réagi, directement dans l'échangeur thermique 2. Les gaz ayant réagi se partagent en ce point en deux courants : le courant 11, qui quitte définitivement le réacteur et subit l'opération suivante (epuration, séparation des produits etc.) et le courant 4 qui constitue, comme indiqué précédemment, le recyclage. L'ouverture 12 sert a décharger rapidement le catalyseur épuisé. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATONS 1.- Appareil pour réactions catalytiques en phase gazeuse permettant la mise en oeuvre de tout procédé qui implique le recyclage direct des produits de réac tion brut et leur mélange avec les gaz d'alimentation ou gaz traiter, caracté risé en ce qu'il est constitué des parties constitutives suivantes - un injecteur muni d'un diffuseur divergent ; - un panier de catalyseur à flux radial centrifuge comportant une cavité interne à peu près cylindrique, une extrémité de la dite cavité étant située immédiatement au-dessous de l'extrémité du diffuseur ;; - une enveloppe externe sensiblement de même axe que les dits injecteur et panier de catalyseur, qui permet de conduire au moins une partie des gaz provenant dudit panier vers l'entrée dudit injecteur - un échangeur thermique dans lequel au moins une partie des gaz de recyclage provenant dudit panier de catalyseur échange indirectement sa chaleur avec un autre fluide. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes desdits injecteur, panier de catalyseur, enveloppe et échangeur thermique, se confondent à. peu près selon un axe vertical. 3.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe est à peu près de forme cylindrique. 4.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite enveloppe est de forme à peu prés conique. 5.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur thermique est disposé autour de la chambre de mélange dudit injecteur.