Brevet FR2277036A1 — publié le 19760130

La présente invention a pour objet un réacteur ou une installation pour la synthèse de l'ammoniac, à une échelle industrielle, sous une haute pression et en présence d'un catalyseur solide. Les réacteurs connus de ce type se composent d'ordinaire de deux réservoirs cylindriques verticaux, dont l'un est placé à l'intérieur de l'autre. Le réservoir extérieur est résistant à l'action de la haute pression sous laquelle la synthèse est effectuée. De réservoir intérieur est résistant à une petite différence de pression qui ne résulte que des résistances à l'écoulement du gaz à l'intérieur du réacteur.Le réservoir intérieur a un diamètre plus petit que le diamètre de l'espace cylindrique dans lequel il se trouve.GraAce à cette disposition, il existe un espace vide, indispensable pour l'isolement thermique de deux réservoirs, entre les parois des réservoirs. Â l'intérieur du réservoir intérieur, il y a toujours un catalyseur et d'ordinaire aussi un échangeur rendant possible un échange de chaleur entre des flux de gaz, frais et traité. Dans la plupart des réacteurs connus, l'échangeur est du type "à enveloppe et tuyaux", ctest-à-dire composé d'un faisceau de tuyaux parallèles dont les extrémités sont montées sur deox fonds perforés et d'une enveloppe cylindrique renfermant ce faisceau. Dans le réservoir intérieur, le milieu est à une température élevée indispensable pour la conduite de la réaction; par contre le réservoir extérieur doit rester froid. C'est pourquoi, il faut qu'on garantisse la possibilité d'une libre dilatation du réservoir intérieur par rapport au réservoir extérieur. Ce but est atteint soit en faisant reposer le réservoir intérieur sur le fond du réservoir extérieur, soit (comme dans le brevet fran çais NO 1 528 951 - première alternative - et dans le brevet allemand n0 1 542 Q29) en l'accrochang en haut du réservoir ex- térieur, l'autre extrémité du réservoir intérieur devant, dans les deux cas, rester libre. Dans les réacteurs connus, l'échangeur, et surtout sa partie comprenant l'échappement du gaz chaud, est placé à l'extrémité fixe du réservoir intérieur, c'est-à-dire en bas quand ce réservoir est posé, et en haut, quand il est suspendu. Une telle solution facilite l'échappement du gaz chaud hors du réacteur. Pour faire sortir ledit gaz de l'extrémité libre, il fau drait employer un compensateur élastique ou étranglant, ou d'autres éléments qui compliquent l'intérieur du réacteur et abaissent sa longévité. L'invention a pour but d'éviter ces complications, et surtout les presse-étoupes, en ayant recours en meme temps à un système posé qui est plus naturel qu'un système suspendu et plus facile à construire. La partie inférieure du réacteur doit rester séparée de l'échangeur pour que la structure de la chambre de catalyseur qui y est comprise ne soit pas compliquée, et que la vidange du catalyseur soit particulièrement facile. On a atteint ce but par le partage de l'échangeur en deux parties, dont l'une, l'enveloppe, est posée sur le fond du réservoir à haute pression, par l'intermédiaire d'un autre élément, et dont l'autre est accrochée au sommet dudit réservoir. Dans la solution selon l'invention, l'enveloppe de l'échan- geur constitue la partie supérieure du réservoir intérieur. Conformément au principe admis, ledit réservoir est posé sur le fond du réservoir extérieur. Le faisceau de tuyaux de l'échan- geur et les fonds perforés de ce dernier, avec, éventuellement, d'autres éléments auxiliaires, appartiennent aux parties suspendues. Le comportement d'un tel système pendant les changements de température est le suivant : quand le réservoir intérieur s'allonge plus que le réservoir extérieur, l'enveloppe de l'dohangeur s'élève- vers le haut et se déplace par rapport au faisceau de tuyaux qu'elle comprend. Ce déplacement n'engendre aucune force ni changement de la circulation du gaz. L'échangeur fonctionne donc comme compensateur en empêchant les deux réservoirs d'être tendus l'un par rapport à l'autre. Dans la solution selon l'invention, l'échangeur joute le roule supplémentaire de compensateur sans introduire aucun élément nouveau qui compliquerait la structure du réacteur. Le dessin en annexe représente l'une des solutions possibles selon l'invention. Dans un réservoir à haute pression 1 se trouve un réservoir à basse pression 2 qui est posé sur le fond 3 du réservoir à haute pression. La partie supérieure du réservoir 2 inclut un faisceau de tuyaux d'échangeur 4 constituant un échangeur 7 composé dudit faisceau et des fonds perforés supérieur 5, inférieur 6. Bien que l'on n'ait représenté que trois tuyaux 4 sur le dessin schématique en annexe, l'échangeur en comprend au moins quelques cen tains. Le fond perforé supérieur de cet échangeur transfère son poids à la partie supérieure du réservoir 1 par l'intermédiaire d'un épaulement 8 prévu dans ce réservoir. Le fond perforé inférieur 6 de l'échangeur 7 est entouré d'une boite 9 sur laquelle un tuyau central est monté, ce dernier traversant librement un lit de catalyseur Il et se terminant librement dans un espace vide 12 sous ce catalyseur. Le passage du gaz au travers du réacteur se fait comme suit: le gaz froid d'alimentation entre dans le réacteur par l'orifice 13,remonte entre les deux réservoirs 1 et 2 vers le haut où il change de sens autour du bord supérieur du réservoir 2. Après avoir passé le long de l'espace compris entre les tuyaux de l'échangeur 7, il traverse le lit Il et revient à l'échangeur par le tuyau central 10. Après être refroidi dans les tuyaux. 4 de l'échangeur 7 il quitte le réacteur par l'orifice 14 qui se trouve dans le réservoir à haute pression 1. Pour rendre l'exemple cité - ci-dessus plus clair, on nty a employé qu'un lit de catalyseur, bien qutil soit possible d'en employer une plus grande quantité sans changer l'essentiel de l'invention. La dilatation thermique des éléments intérieurs du réacteur montrés sur la figure 4 se fait comme suit le réservoir intérieur 2 en bloc s'élève librement, et le faisceau de tuyaux d'échangeur 4 avec le tuyau central 10 s'abaissent tout aussi librement. Le mouvement du réservoir 2 se fait par rapport à son point d'appui sur le fond 5 et le mouvement du faisceau de tuyaux par rapport à son point de suspension sur l'épaulement 8 au sommet du réservoir 1. REVENDICÂTIONS la- Réacteur pour la synthèse de l'ammoniac renfermant,dans sa partie supérieure, un échangeur thermique du type à enveloppe et tuyaux et, dans sa partie inférieure, une chambre de catalyseur, ledit réacteur comportant un réservoir haute pression vertical et, à l'intérieur de ce dernier, un réservoir basse pression qui est un peu plus petit, caractérisé en ce que l'envelop- pe de l'échangeur (7) constitue en même temps la partie - supé- rieure du réservoir intérieur (2) et, avec ce réservoir,-repose sur le fond (3) ou près du fond du réservoir extérieur (1), tandis que les autres éléments de l'échangeur (7), et surtout le faisceau de tuyaux (4), sont accrochés au réservoir extérieur (1) près de l'extrémité supérieure de ce dernier. 2.- Réacteur selon la revenFication 1, caractérisé en ce que le-fond perforé inférieur de l'échangeur est monté sur une boîte (9) renfermant ledit fond, un tuyau vertical (10), fixé à ladite boîte, reliant l'espace intérieur de la boîte (9) à l'es- pace (12) du réacteur situé au-dessous du-lit de catalyseur (11) compris dans le réservoir basse pression (2).