Brevet FR2476627A1 — publié le 19810828

Dispositif pour la transformation d'hydro- sulfures gazeux en anhydride sulfurique par oxydation catalytique. L'invention concerne un dispositif pour la trans- formation d'hydrosulfures gazeux tels que de l'anhydre sulfureux en anhydride sulfurique par oxydation cata- lytique, constitué par un réservoir qui contient une multitude de tubes disposés entre des fonds tubulaires munis de cloches pour l'admission, la déflexion et l'évacuation du gaz de réaction vers et en provenance des différentes nappes de tubes, dont la totalité ou seule une partie contient un catalyseur et dont la totalité est balayée à l'extérieur par un fluide calo- porteur, selon le brevet allemand no 2 711 897. Le dispositif selon ce brevet est caractérisé par le fait que des cloches ou des compartiments for- més par des cloisons dans une cloche sont associés aux différentes nappes de tubes, que les cloches et/ou les compartiments avec leurs nappes de tubes remplis d'un catalyseur sont montés en série dans le sens de l'écoulement, que l'espace autour des tubes est rempli par un agent caloporteur liquide, et que cet espace est relié à un système de circulation pour l'agent caloporteur, comportant au moins un échangeur de cha- leur. Sur ce dispositif connu, l'échangeur de chaleur qui reçoit la somme des quantités de chaleur de réac- tion libérées dans le réacteur est situé à l'extérieur du réacteur et le caloporteur doit circuler entre le réacteur et l'échangeur de chaleur et vice-versa, par l'intermédiaire de tuyauteries. Ceci a pour consé- quence un transfert accru de chaleur perdue sur l'en- vironnement. Il est en-outre difficile de maintenir dans des limites étroites la température du calopor- teur circulant autour des tubes des réacteurs et, par voie de conséquence, la température des gaz de réac- tion passant à travers les tubes remplis de cataly- seur. L'invention vise à créer un dispositif pour la transformation d'hydrosulfures gazeux tels que l'an- hydre sulfureux et/ou l'hydrogène sulfuré en anhydride sulfurique par oxydation catalytique conformément au brevet indiqué précédemment, du type sur lequel les pertes de chaleur du caloporteur en circulation sur l'environnement, ainsi que les fluctuations de tempé- rature du caloporteur dans le réacteur sont sensible- ment réduites grâce à une structure plus compacte. Le dispositif du type précité permet d'atteindre cet objectif par le fait qu'une zone extérieure située entre les fonds tubulaires est munie de tubes vides de faible diamètre, qu'une zone médiane lui succédant vers l'intérieur est équipée de tubes de plus grand diamètre remplis de catalyseur, et qu'un compartiment intérieur comporte au moins en partie des tubes capil- laires vides, que le compartiment intérieur est séparé de la zone médiane précitée par une cloison, dans la- quelle sont ménagées des ouvertures supérieures et in- férieures pour le passage du caloporteur, que les zones extérieure et médiane sont munies de tôles com- munes pour la circulation transversale du caloporteur vers les tubes, et qu'une pompe à hélice pour la cir- culation du caloporteur à travers les zones extérieure et médiane et le compartiment intérieur est disposée dans le compartiment intérieur. Les gaz destinés à la réaction circulent d'abord à travers les tubes vides de la zone annulaire extérieure et sont portés à la température de réaction par préchauffage au moyen du caloporteur en circulation. Dans la cloche de défle- xion, ils sont alors déviés vers les tubes remplis de catalyseur de la zone annulaire médiane o ils sont décomposés, le caloporteur absorbant alors une partie importante de la chaleur de réaction et servant ainsi !4662t? d'agent de refroidissement cour le gaz de réaction. Pendant la circulation ascendante dans les zones intérieure et extérieure, le caloporteur est alter- nativement dévié vers l'extérieur et à nouveau vers l'intérieur au moyen de chicanes, de sorte que de la chaleur est transférée en permanence des tubes rem- plis de catalyseur de la zone médiane vers les tubes vides de la zone extérieure, et ainsi l'augmentation de température dans les tubes de catalyseur est main- tenue dans des limites étroites. Les tubes capillaires dans le compartiment intérieur assument la fonction qui revient à l'échangeur de chaleur situé hors de l'enceinte sur le dispositif selon le brevet principal. En raison de la disposition de cet échangeur de cha- leur au centre du réacteur, conformément à l'invention, les pertes de chaleur sur l'environnement sont sensi- blement réduites, les faibles pertes de chaleur sur l'environnement sont également dues au fait que la zone tubulaire extérieure sert uniquement au pçéchauf- fage du gaz de réaction et que le caloporteur a une température relativement faible pendant la circulation transversale prévue sur l'enveloppe extérieure du réacteur. Ces faibles pertes de chaleur sont particu- lièrement avantageuses oour la conservation de la cha- leur du réacteur pendant les arrêts. Un autre avantage réside dans le fait que Dar la conservation de la cha- leur, les deuil nappes de tubes disponibles anrès un arrêt ont approximativement la température de service. Le caloporteur circulant dans le compartiment inté- rieur transmet l'excédent de chaleur dans le réacteur -à fluide, tel que par exemple un gaz ou de la vapeur d'eau, circulant à travers les tubes capillaires. L'effet de refroidissement meut être réglé sur demande dans le compartiment intérieur par la vitesse du flui- de circulant à travers les tubes capillaires. L'utili- sation d'un caloporteur liquide permet d'évacuer du c réacteur des quantités de chaleur sensiblement plus importantes que dans le cas des échangeurs de chaleur conventionnels gaz/gaz, et par conséquent permet de mettre en oeuvre des réacteurs pour la transformation de gaz avec des concentrations élevées non habituel- les jusqu'à maintenant en S02 et/ou 02 (20 à 60 % en volume S02 et/ou 20 à 70 % en volume 02). Selon le mode de réalisation préférentiel de l'in- vention, un espace central dépourvu de tubes du com- partiment intérieur est séparé par une cloison de - l'espace annulaire occupé par les tubes capillaires et un clapet d'étranglement ou analogue pour la régu- lation du flux partiel du caloporteur circulant dans l'espace centra] est disposé dans ce dernier. De cette 1-5 manière, on crée pour le caloporteur dans le compar- timent intérieur une circulation axiale sous forme d'un bypass o le caloporteur n'est pas refroidi. Le clapet d'étranglement permet de varier la quantité de caloporteur non refroidi circulant dans le sens axial par rapport à la quantité de caloporteur re- froidi circulant dans la chambre annulaire et de mo- difier ainsi le transfert de chaleur sur l'agent de refroidissement circulant dans les tubes capillaires du réacteur. Dans ce mode de réalisation, des ouver- tures pour le passage du caloporteur sont ménagées dans la partie supérieure de la cloison et une ouver- ture avec le clapet d'étranglement est disposée dans le fond. La pompe à hélice est de préférence disposée dans la zone des ouvertures supérieures de la cloison *entre la zone médiane et le compartiment intérieur, de-manière qu'elle aspire le caloporteur à travers les ouvertures et le refoule dans le compartiment intérieur. Dans ce mode de réalisation, le caloporteur circule dans le compartiment intérieur vers le bas et dans les zones médiane et extérieure dans le sens transversal vers le haut. La disposition de la pompe dans la zone des ouvertures supérieures permet un démontage aisé. La pompe à hélice est de préférence bridée au centre sur le corps du réacteur et elle peut de préfé- rence être retirée du réacteur vers le haut dans le sens axial. Avec cette disposition, il est facile d'effectuer des travaux de réparation sur la pompe. Les tubes capillaires sont utilement montés sur une plaque de fond centrale dans le compartiment inté- rieur qui est bridé au centre dans le corps du réac- teur et peut de préférence être retiré vers le bas du corps. Grâce à cette configuration, les tubes capil- laires, ainsi que la cloison qui sépare la partie me- diane de la chambre annulaire occupée par les tubes caDillaires peuvent être retirés avec le clapet d'é- tranglement du réacteur, de sorte qu'il est possible d'effectuer sans difficulté des travaux de nettoyage et de réparation, par exemple sur le clapet d'étran- glement. En outre, le fond tubulaire inférieur est utile- ment recouvert dans les zones extérieure et médiane par une cloche commune qui est subdivisée au moyen d'une cloison interne en une chambre amont pour les tubes vides de la zone extérieure et une chambre aval nour les tubes remplis de catalyseur de la zone mé- diane. Les chambres amont et aval sont de préférence disposées sur le fond tubulaire inférieur, alors que la cloche disposée sur le fond tubulaire supérieur sert à la déflexion du courant de gaz préchauffé. En -lieu et place de la cloche sur le fond tubulaire in- férieur qui est subdivisé par une cloison en une chambre amont et une chambre aval, il est évidemment possible de prévoir une cloche annulaire amont recou- vrant les tubes vides et une cloche annulaire aval recouvrant les tubes remplis de catalyseur qui sont séparés l'une de l'autre. L'invention sera décrite en détail à l'aide du plan annexé qui est une coupe axiale présentant un, mode de réalisation préférentiel du réacteur selon l'invention. Le réacteur 1 représenté sur la figure comprend un corps 2, dans lequel sont logés un fond tubulaire sunérieur 3 avec une cloche de déflexion annulaire 22 et un fond tubulaire inférieur 4 avec une cloche annulaire 21 subdivisée par une cloison 21a en une chambre annulaire amont 5 et une chambre annulaire aval 7. Des tubes vides Ba relativement minces situés dans une zone extérieure 8 et des tubes 9a remplis de catalyseur de plus grand diamètre situés dans une zone médiane 9 s'étendent entre les fonds tubulaires 3,4. Plusieurs chicanes 1O's'étendant horizontalement dans les chambres 8,9, assurent une circulation trans- versale du calonorteur autour des tubes 8a, 9a cohf or- mément au sens de la flèche représentée sur la figure. La zone médiane 9 est séparée par une cloison cylindrique 11 du compartiment intérieur 18 qui est lui-même subdivisé par une cloison cylindrique 19 en une chambre annulaire 18b munie de tubes capillaires et une chambre centrale 18a dépourvue de tubes. Des ouvertures lla et llb pour le passage du caloporteur sont ménagées dans les parties sunérieure et inférieu- re de la cloison 11. Des ouvertures 19a sont prévues dans la Dartie supérieure de la-cloison cylindrique 19, alors qu'un clapet d'étranglement 20 est disposé dans le fond de la cloison 19. Une pompe à hélice 16 avec *un moteur de commande 17 est accolée au moyen d'une bride 23 sur le corps du réacteur 2 entre la cloche annulaire 22. Une plaque de fond 12 est bridée de la même manière à l'intérieur de la cloche annulaire 21, plaque sur laquelle sont montés vers l'intérieur les tubes capillaires 15 et la cloison cylindrique 19 avec le clapet d'étranglement 20 et vers l'extérieur la cloche 24 avec la chambre centrale amont 13 pour l'agent de refroidissement passant à travers les tu- bes capillaires 15 et la chambre annulaire aval 14. Pendant le fonctionnement, les gaz de réaction pénètrent par la tubulure de la chambre amont 5 dans les tubes vides 8a o ils sont préchauffés par le caloporteur circulant à l'extérieur des tubes. Les gaz sont alors déviés vers le compartiment 6, traver- sent les tubes 9a remplis de catalyseur o a lieu la réaction et o les gaz sont refroidis par le calopor- teur circulant à l'extérieur des tubes 9a. Les gaz de réaction sortent du réacteur par la tubulure de la chambre aval 7. Le liquide caloporteur est alternati- vement dévié vers l'extérieur et l'intérieur par les chicanes 10 pendant sa circulation amont à travers l'espace formé par l'enveloppe extérieure 2 et la cloison 11, de sorte qu'il se produit un échange de chaleur multiple entre les. tubes exothermiques 9a rem- plis de catalyseur et les tubes endothermiques vides 8a L'augmentation de température, tant du gaz de réaction dans les tubes 9a que du caloporteur circulant entre les ouvertures llb à travers les zones 8 et 9 vers les ouvertures 11a reste par conséquent faible. Le calopor- teur est aspiré par la pompe à hélice 16 à travers les ouvertures 11a et refoulé dans le compartiment inté- rieur 18, le courant du caloporteur étant subdivisé en fonction de la position du clapet d'étranglement 20 en un courant central non refroidi passant à travers la partie centrale 18a et un courant annulaire refroidi passant à travers la chambre annulaire 18b, Le refroi- dissement du caloporteur dans la chambre annulaire 18b est effectué par les tubes capillaires 15 qui sont ba- layés au moyen d'un agent de refroidissement tel que de la vapeur d'eau Mou du gaz de réfrigération par exem- ple, par la chambre médiane 13 de la cloche 24. Le courant partiel non refroidi par la chambre centrale 18a se réunit en aval du clapet d'étranglement 20 avec le courant partiel refroidi sortant de la cham- bre annulaire 18b et passe de nouveau à travers les ouvertures ll dans les zones des faisceaux tubulaires 8,9. La pompe 16 avec son moteur de commande 17 d'une part, et les tubes capillaires 15 avec la cloison 19 et le clapet d'étranglement 20 d'autre part, peuvent être retirés du compartiment intérieur 18 du réacteur, de sorte que l'entretien et les réparations sont fa- ciles à effectuer. Le réacteur selon l'invention -se caractérise par de faibles pertes de chaleur et pré- sente r>ar rapport au réacteur à plateaux avec des échangeurs de chaleur extérieurs mis en oeuvre à ce jour l'avantage que la totalité de l'excédent de cha- leur libéré dans le réacteur est transférée dans un échangeur de chaleur sur un agent en circulation et qu'elle est par conséquent de nouveau disponible dans un volume total. )1 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la transformation d'hydrosul- fures en anhydride sulfurique par oxydation catalyti- que, constitué par un réservoir qui contient une mul- titude de tubes entre des fonds tubulaires munis de cloches pour l'amenée, la déflexion et l'évacuation du gaz de réaction vers et en provenance des diffé- rentes nappes de tubes dont la totalité, ou seulement une partie, contient un catalyseur et dont tous sont balayés à l'extérieur par un caloporteur liquide, caractérisé en ce qu'une zone extérieure (8) munie de tubes vides (8a) de faible diamètre, une zone mé- diane (9) munie de tubes (9a) de plus grand diamètre remplis de catalyseur et succédant vers l'intérieur à la première et un compartiment intérieur (18a, 18b) muni au moins partiellement de tubes capillaires vi- des (15) sont situés entre les fonds tubulaires (3,4), que le compartiment intérieur (18a, 18b) est séparé de la zone médiane (9) avec les tubes remplis,de ca- talyseur par l'intermédiaire d'une cloison (11) munie d'ouvertures inférieures et supérieures (11a, 11b) pour le passage du caloporteur, que les zones exté- rieures et médiane (8 et/ou 9) sont munies de toles communes (10) pour la circulation du caloporteur dans le sens transversal vers les tubes (8a, 9a) et qu'une pompe à hélice (I6) pour la circulation du caloporteur à travers les zones extérieure et médiane (8,9) et le compartiment intérieur (18a, 18b) est disposée dans le compartiment intérieur (18a, 18b). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'une chambre centrale (18a) dépourvue de tubes se trouvant dans le compartiment intérieur est séparée de la chambre annulaire (18b) équipée de tubes capillaires (15) par l'intermédiaire d'une cloison (19) et qu'un clapet d'étranglement (20) pour la régu- lation du courant partiel du caloporteur circulant à - 1l trale (12) qui est bridée au milieu du corps du réac- teur (2) et peut de préférence être retirée du corps par le bas. travers la chambre centrale est disposé dans la zone de la chambre centrale (18a). 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que des ouvertures (19a) pour le passage du caloporteur sont ménagées dans la partie supérieure de la cloison 19 et qu'un clapet d'étranglement (20) est disposé dans le fond. 4. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que la pompe à hé- lice (16) est disposée dans la zone de la (des) ou- verture(s) (11a) de la cloison 11 de manière qu'elle aspire le caloporteur à travers 1' (les) ouverture(s) (11a) et le refoule vers le compartiment intérieur (18a, 18b) 5. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, caractérisé en ce que le caloporteur circule vers le bas, dans le compartiment intérieur (18a, 18b) et en totalité vers le haut dans les zones extérieure et médiane (8,9). 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la pompe à hé- lice (16) est bridée au milieu du corps du réacteur (2) et peut de préférence être retirée du réacteur axialement par le haut. 7. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le fond tubu- laire inférieur (4) est recouvert dans les zones ex- térieure et médiane (8,9) par une cloche commune (21) qui est subdivisée au moyen d'une cloison interne (21a) en une chambre amont (5) pour les tubes vides (8a) de la zone extérieure (8) et une chambre aval (7) pour les tubes (9a) remplis de catalyseur de la zone média- ne (9). 8. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que les tubes capil- laires (15) sont disposés sur une plaque de fond cen-