Brevet FR2304396A1 — publié le 19761015

L'invention concerne la mise en oeuvre d'une réaction chimique catalytique. L'industrie chimique connait de nombreuses réactions catalytiques ; on peut citer a titre d'exemples des réactions catalytiques intervenant dans des procédés de fabrication d'un composé, d'epuration d'un produit, etc... Les réactions catalytiques se font généralement par le passage des composants (le plus souvent sous forme de gaz) sur un lit catalytique. La température d'amenez des gaz est choisie de manière a ce que la réaction se produise avec le rendement le plus élevé possible. Cependant, la température des réactions ne reste pas constante car celle-ci est exothermique ou endothermique, on s'éloigne donc petit à petit des conditions de températures optimales et on est ainsi amené a placer plusieurs étages de réactions catalytiques séparées par des dispositifs de réchauffage ou de refroidissement des gaz de réaction. L'installation correspondante est coûteuse. En outre dans les installations de type connu il est nécessaire, pour régénérer de temps a autre le catalyseur d'arrêter le fonctionnement de l'installation. Un but de l'invention est de réaliser un réacteur chimique de faible prix de revient. Un autre but de l'invention est de réaliser un réacteur chimique dans lequel le catalyseur peut être régénéré sans nécessiter l'arrêt du fonctionnement du réacteur. L'invention a pour objet un réacteur chimique assurant une réaction catalytique entre un catalyseur et un composé gazeux, caractérisé par le fait qu'il comprend un tapis métallique en boucle fermée en mouvement, le tapis étant constitué d'une pluralité de bottes parallélépipédiques dont les grandes faces sont fermées par des treillis métalliques et contenant a leur intérieur un catalyseur de ladite réaction, des moyens pour diriger le composé gazeux. vers le tapis et le recueillir apres sa traversée du tapis, et des moyens d'échange thermique entre le tapis et un fluide d'échange de maniere a maintenir constante la température de réaction, ledit échange thermique se faisant en une portion du tapis distincte de celle traversée par les composés gazeux. Dans un mode particulier de réalisation de la présente invention, le fluide d'échange thermique est le composé gazeux lui-meme prélevé a la sortie de la réaction et dirigé sur le tapis de manière à le retraverser à contre courant, un échangeur thermique étant disposé sur le trajet du composé gazeux entre sa première sortie du tapis et sa seconde entrée dans le tapis. Les bottes comprennent en outre en leur intérieur, des masses d'échange thermique métalliques. L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un mode de réalisation de l'invention, en référence au dessin annexé, dans lequel - la figure I est une vue en coupe en élévation d'un réacteur chimique selon l'invention, - la figure 2 est une vue en perspective partiellement arrachée d'un élément du tapis. - la figure 3 est une vue en coupe en élévation d'un réacteur selon une variante. Le réacteur chimique de l'invention comprend un tapis 1, en boucle fermée, entraîné en mouvement dans le sens indiqué par les flèches, par un groupe moteur 2 et une poulie libre 3. Des dispositifs non représentés permettent de manière connue, d'assurer une tension constante du tapis quelles que soient les variations de température auxquelles il est soumis. On remarquera que la structure du réacteur emprunte une grande partie de ses éléments à l'échangeur de chaleur décrit dans la demande de brevet français n0 71 39 313 du 02.11.1971 au nom de la Demanderesse. Ceci se comprend car le réacteur chimique faisant l'objet de la présente demande combine les fonctions d'un échangeur thermique et d'un lit catalytique aussi la Demanderesse a-t-elle choisi d'utiliser l'échangeur thermique mentionné ci-dessus et de lui apporter les modifications nécessaires pour le transformer en réacteur chimique. A cet effet, le tapis 1 est constitué d'une pluralité de bottes métalliques telle que la botte 20 représentée dans la figure 2. Chaque botte, de forme parallélépipédique, comprend deux grandes faces 21 et 22 formées d'un treillis métallique. L'intérieur de la boîte est rempli du catalyseur 23 de la réaction. On choisit ce dernier sous la forme de grains solides ; de la sorte, les gaz pourront traverser la boUte à travers les faces 21 et 22, successivement, sans grande perte de charge. On peut en outre compléter le remplissage de la boite par des treillis métalliques, non représentés, faisant office de masses d'échanges thermiques complémentaires. Le composé gazeux à traiter est acheminé par une canalisation d'entrée 4 qui s évase pour venir en contact avec une partie du tapis, perpendiculairement aux grandes faces des boîtes qui le constituent. La canalisation se prolonge en 5 à l'intérieur de la boucle supérieure du tapis ; les gaz sortent du tapis par une canalisation 6. Des moyens d'échange thermique complétent le dispositif ; ils comprennent un flux de fluide 7 porté à une température idoine qui sera précisée plus loin ; le flux traverse le tapis, à contre courant du composé gazeux, par des canalisations 8, 9 et 10. Le fonctionnement du dispositif est le suivant, en supposant qu un régime permanent est établi Premier exemple Le composé gazeux à traiter est amené par la canalisation 4. Dans cette canalisation le composé est supposé être à la température optimale de la réaction catalytique. On suppose que la réaction est exothermique. Si le tapis était immobile, la température de réaction croîtrait et les conditions optimales de réaction disparattraient. Selon l'invention on maintient la température de la réaction à une température constante, en prenant les mesures suivantes a) le tapis est en mouvement (de préférence à vitesse constante si le débit dans la canalisation 4 est constant), b) on soustrait au tapis les calories fournies par la réaction en faisant circuler dans les canalisations 8, 9 et 10 un flux réfrigérant 7. Dans un cas particulier ce flux est de l'air ou tout autre fluide apte à régénérer le catalyseur. Deuxième exemple (variante de la figure 3) On suppose que la réaction chimique est la meme que précédemment, mais que la température du composé gazeux dans la canalisation d'entrée 4 est inférieure à la température optimale de réaction. Dans ce cas, le composé gazeux reçoit du tapis les calories nécessaires pour élever sa température jusqu' la température optimale de réaction. La chaleur reçue par le gaz est recédée au tapis de la manière suivante le gaz de sortie de la réaction est renvoyé sur le tapis et le traverse à nouveau en 8, 9 et 10 dans un sens opposé à celui de la traversée 4, 5 et 6. Un échangeur de chaleur 11, placé entre des canalisations 6 et 8, permet d'ajuster le bilan thermique du système, en apportant des calories au gaz ou en lui an soustrayant, selon les besoins. On citera à titre d'exemple le cas suivant - le composé gazeux d'entrée est un mélange équimoléculaire d'oxyde de carbone et de vapeur d'eau. - le composé gazeux de sortie est un mélange d'anhydride carbonique et d'hydrogene (par exemple en vue de la synthèse de l'amroniac). - le catalyseur est un mélange d'oxyde de fer (80 à 95 Z) et d'oxyde de chrome (5 à 20 Z). - la réaction est exothermique dans le sens de la production d'anhydride carbonique. On a donc intérim (Loi de le Châtelier) à ce que la réaction s'effectue à basse température ; on choisit une température comprise entre 300 et 400il pour que la vitesse de réaction ne soit pas trop lente. Le composé gazeux d'entrée rentre à 1500C avec un débit de 1O m3tsecondes. La surface de la canalisation 4, au niveau du tapis est de 0,25 m2. On montre facilement que, pour que la réaction ait lieu à 35O0C, il faut que le tapis, de 60 cm de largeur, défile à la vitesse de 0,10 m/sec. L'échangeur Il ne doit fournir alors que 7 à 8000 k calories/heure. Le gaz de sortie s 1échappe avec un déhit sensiblement égal au débit d'entrée, a une température voisine de 2000C. Grâce a l'invention a) il n'y a qu'un seul étage de réaction b) la dépense d'énergie est réduite c) le catalyseur s'autorégénère en permanence. L'invention s'applique en particulier a l'épuration ou à la déodorisation des fumées industrielles et à la synthèse de corps chimiques. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donne qu a titre purement illustratif mais nullement limitatif, mais elle en couvre au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1/ Réacteur chimique assurant une réaction catalytique entre un catalyseur et un composé gazeux, caractérisé par le fait qu'il comprend un tapis métallique en boucle fermée en mouvement, le tapis étant constitué d'une pluralité de bottes parallélépipédiques dont les grandes faces sont fermées par des treillis métalliques et contenant à leur intérieur un catalyseur de ladite réaction, des moyens pour diriger le composé gazeux vers le tapis et le recueillir après sa traversée du tapis, et des moyens d'échange thermique entre le tapis et un fluide d'échange de manière à maintenir constante la température de réaction, ledit échange thermique se faisant en une portion du tapis distincte de celle traversée par les composés gazeux. 2/ Réacteur chimique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fluide d'échange thermique est le composé gazeux luimême prélevé à la sortie de la réaction et dirigé sur le tapis de manière a le retraverser à contre courant, un échangeur thermique étant disposé sur le trajet du composé gazeux entre sa première sortie du tapis et sa seconde entrée dans le tapis. 3/ Réacteur chimique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les bottes comprennent en outre en leur intérieur, des masses d'échange thermique métalliques.