Brevet FR2487820A1 — publié le 19820205

La présente invention concerne un procédé pour améliorer le réglage de l'équilibre et pour obtenir simul- tanément de la vapeur d'eau sous une pression élevée dans la préparation du méthanol,par réaction à des températures de 200 à 3001C,sous une pression de 20 à 100 bars,de gaz contenant des oxydes du carbone et de l'hydrogène sur un catalyseur au cuivre qui est placé à l'intérieur du réac- teur, dans des tubes, réacteur qui est entouré d'eau bouillan- te sous pression en vue d'obtenir un refroidissement in- direct, par soutirage de la vapeur qui se forme en même temps que l'eau de circulation, par séparation de la vapeur de l'eau,par recyclage de l'eau et par remplacement de l'eau évaporée par de l'eau d'alimentation. Il est connu, pour tirer parti de la chaleur de réaction dans la préparation du méthanol par réaction sur un catalyseur au cuivre, sous des pressions de 30 à 80 bars et à des températures de 230 à 2800C, d'un gaz de synthèse,contenant de l'hydrogène et des oxydes de carbone, obtenu par craquage d'hydrocarbures par la vapeur d'eau sur un catalyseur au nickel chauffé indirectement à des températures supérieures à 700QC, le catalyseur au cuivre étant disposé dans des tubes qui sont refroidis indirecte- ment par de l'eau, d'effectuer le refroidissement des tu- bes du réacteur en obtenant de la vapeur sous une pression élevée (brevet de la République Fédérale d'Allemagne 2 013 297). On connait en outre une installation de prépara- tion du méthanol,se composant d'un réacteur tubulaire dont les tubes sont léchés par de l'eau bouil- - lante sous pression, l'eau d'alimentation pénétrant dans la partie inférieure du réacteur et la vapeur formée é- tant envoyée à un surchauffeur. Une partie de cette va- peur peut être soutirée sous forme de vapeur sous pres- sion élevée, tandis qu'une autre partie peut être envoyée à une turbine qui entraîne un compresseur. La partie restante de la vapeur peut être récupérée sous forme de vapeur de turbine (brevet de la République Fédérale d'Allemagne 2 123 950). Les réacteurs tubulaires connus jusqu'ici tra- vaillent en ce qu'ils reçoivent de l'eau de circulation provenant d'un tambour à vapeur. Sur les tubes emplis du catalyseur, sur lesquiels doit se produira la transformation des constituants H20, CO et C02 en mé- thanol, s'effectue alors l'évaporation d'une partie de l eau apportée. Par um effet de thermosiphonage, la va- peur a-nsi créée est eibra!née avec l'eau de circulation dans le tambour à vapeur. Làa, la vapeur est séparée et l'eau se trouvant au point d'ébullition retourne à la par- tie inférieure du réacteur. La vapeur soutirée du tambour à vapeur doit être retournée au système sous la forme d'eau d'alimentation. Suivant le chauffage préalable de cette eau d'alimeration, la température du tambour à vapeur est plus ou mains voisine du point d'ébullition de l'eau. Si l'on fait l'hypothèse que l'eau circule à peu près dix fois en circuit fermé, et si l'on suppose que l'eau d'alimenta- tion est chargée à une température de 120 C, l'eau de cir- culation envoyée à la partie inférieure du réacteur, pour une pression de 40 bars dans le système, serait à une température de 237 C, donc à 13 C en dessous du point d'ébullition. La différence de température à la partie inférieure des tu- bes du réacteur, dont le contenu, qui est le catalyseur, a une température de 255 C environ,est ainsi très faible et il ne peut plus se produire dans les tubes des échanges de chaleur notables et,partant, on n'obtient plus de refroi- dissement du mélange gazeux de réaction dans les tubes. Le mode de fonctionnement des réacteurs tubulai- res connus ne permet jusqu'ici, dans la préparation du mé- thanol, d'obtenir que de la vapeur ayant une pression maxi- male de 40 bars environ. Ceci est dû à la sensibilité à la température du catalyseur au cuivre d'une part,etd'au- tre part au désir d'avoir un bon réglage de l'équilibre. L'invention pallie ces inconvénients de l'état de la technique et élève la différence de température dans la partie inférieure du réacteur, afin d'obtenir un re- froidissement meilleur et plus intense du mélange gazeux réactionnel. Le réglage de l'équilibre est amélioré et on obtient en même temps de la vapeur d'eau sous une pres- sion élevée. Le procédé se caractérise par de faibles coûts en énergie. Le procédé suivant l'invention consiste à pla- cer un plateau intermédiaire,présentant des ouvertures min- ces, à une distance de 20 à 150 cm au-dessus de la plaque tubulaire inférieure, à envoyer dans le réacteur l'eau de circulation au-dessus de ce plateau intermédiaire et l'eau d'alimentation en dessous de ce plateau intermédiaire, à refroidir le mélange réactionnel gazeux dans la partie in- férieure des tubes emplis de catalyseur d'une température de 20 à 500C, sur une longueur destubes de 20 à 150 cm, à réchauffer à des températures de 230 à 2901C l'eau d'alimen tation dans le réacteur en en évaporant une partie, à sépa- rer la vapeur d'eau et l'eau de circulation l'une de l'au- tre du mélange ainsi formé, à recycler l'eau de circula- tion et à soutirer la vapeur d'eau obtenue sous une pres- sion élevée. Suivant l'invention il est bon de disposer le plateau intermédiaire à une distance de 50 cm au-dessus de la plaque tubulaire inférieure. On envoie de préférence l'eau de circulation au réacteur alors qu'elle a une température de 200 à 3001C et de préférence de 230 à 2900C, tandis que l'on envoie l'eau d'alimentation au réacteur alors qu'elle a une tem- pérature de 100 à 1800C, et de préférence de 110 à 1500C. Les avantages procurés par l'invention sont no- tamment que l'on parvient, par un procédé simple et écono- misant de l'énergie, à augmenter la différence de tempé- rature entre le fluide réfrigérant et le catalyseur con- tenu dans les tubes dans la partie inférieure du réacteur. On y augmente ainsi l'échange de chaleur et l'on obtient un refroidissement poussé du mélange gazeux réactionnel, ce qui favorise l'équilibre thermodynamique. Les températu- res utilisées se trouvent dans la plage donnée par le comportement de recristallisation du catalyseur. Grâce à l'invention, on obtient du méthanol de manière plus économique. L'invention est représentée sous forme scihmatique et à titre d'exemple au dessin et est décrite d'une ma- nière plus explicite dans ce qui suit. Au dessin: 1 est le réacteur; 2 les tubes de catalyseur; 3 la plaque tubulaire inférieure; 4 le plateau intermédiaire; l'arrivée d'eau d'alimentation; 6 l'arrivée d'eau de circulation; 7 le mélange de vapeur d'eau et d'eau de cir- culation; 8 la séparation de la vapeur d'eau de l'eau de circulation (tambour à vapeur) et 9 la sortie de la va- peur sous pression élevée. L'exemple suivant illustre l'invention. Dans un réacteur 1 de préparation de méthanol, contenant des tubes 2 de réception du catalyseur, on pla- ce à une hauteur de 50 cm,mesurée à partir de la plaque 3 tubulaire inférieure,un plateau 4 intermédiaire. Comme plateau intermédiaire, on peut utiliser une tôle en acier mince qui présente des traversées sous forme de trous de petit diamètre. L'eau d'alimentation est introduite dans le réacteur alors qu'elle a une température de 1201C, par l'intermédiaire d'un conduit 5 d'entrée,juste au-dessus de la plaque 3 tubulaire inférieure. Cet-te eau d'alimen- tation vient, sans s'être mélangée, en contact avec la partie inférieure des tubes 2 de catalyseur et provoque, sur une longueur des tubes de 50 cm, un refroidissement du mélange gazeux réactionnel de 351C. L'eau d'alimen- tation est ainsi réchauffée à une température de 2800C, une petite partie de celle-ci s'évaporant en même temps. Par un conduit 6, on envoie dans le réacteur 1, de l'eau de circulation ayant une température de 2800C, juste au-dessus du plateau 4 intermédiaire. Grâce au pla- teau 4 intermédiaire disposé suivant l'invention, l'eau 5 d'alimentation plus froide,qui est entrée par le basse répartit de manière uniforme, tandis que d'autre part on évite tout mélange en retour avec l'eau de circulation plus chaude amenée par le haut. L'eau 5 d'alimentation ne se mélange qu'au dessus du plateau 4 intermédiaire à l'eau 6 de circula- tion. La région des tubes 2 de catalyseur se trouvant au-dessus du plateau 4 intermédiaire se trouve ainsi à une température de 2800C. Grâce à cela, on obtient dans le système d'eau de circulation une pression supérieure à bars,tandis que dans les procédés connus jusqu'ici, on ne pouvait atteindre qu'une pression de 40 bars. Après avoir soutiré le mélange de vapeur d'eau et d'eau de cir- culation par l'intermédiaire du conduit 7 et après avoir séparé les deux constituants en 8, on obtient de la va- peur d'eau,en 9,sous une pression supérieure à 60 bars, qui peut être utilisée à de nombreuses fins dans l'ins- tallation elle-même, par exemple pour une détente four- nissant du travail, notamment dans des turbines de&con- densation, pour obtenir de l'énergie électrique en vue d'entraIner des compresseurs à gazpour couvrir les be- soins d'énergie dans la distillation finale du méthanol ou à d'autres buts. En raison de ces avantages énergétiques notables, le procédé est particulièrement économique. -248 7820 REVENDICATIONS 1) Procédé pour améliorer le réglage de l'équili- bre et pour obtenir simultanément de la vapeur d'eau sous une pression élevée darns la préparation du méthanol,par réaction, à des températures de 200 à 300"C et sous uie pres- sion de 20 à 100 bars de gaz contenant des oxvdes du car- bone et de l'hydrogène sur ui catalyseur au cuivre qui est placé à lintérieur du réacteur, dan des tés,. lequel racteur est entouré d'eau bouillante sous pres.ien en vue d'ob- tenir un reúr>idissẻnt i1r:zct> par soutúrag.e de la vapeur qui se forme en zème teips que 1leau de circulation, par séparation de la vapeur de Il 'eau,par recyclage de 1 'eau et par remplacement de l'eau évgpcrée par de l'eau d'alimen- tation, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un pla- teau intermédiaire; présentant des ouvertes minces,à une distance de 20 à 150 cm au-dessus de la Blaque tubulaire inférieure, envoyer dans le réacteur l'eau de circulation au-dessus de ce plateau intermédiaire et l'eau d'alimenta- tion en dessous de ce plateau intermédiaire, à refroidir le mélange réactionnel gazeux dans la partie inférieure des tubes emplis de catalyseur d'une tempéraure de 20 à 50"C sur une longueur de tube de 20 à 150cm, à réchauffer à des températures de 230 à 290 C l'eau d'alimentation dans le réacteur en en évaporant une partie, à séparer la va- peur d'eau et l'eau de circulation l'une de l'autre du mélange ainsi formé, à recycler l'eau de circulation et à soutirer la vapeur d'eau obtenue sous une pression élevée. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à placer le plateau intermédiaire à une distance de 50 cm au-dessus de la plaque tubulaire in- férieure. 3) Procédé suivant la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce qu'il consiste à envoyer l'eau de circulation à une température de 200 à 3000C. 4) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer l'eau de cirir- lation à une température de 230 à 290 C. ) Procédé suivant l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer l'eau d'alimen- tation à une température de 100 à 180 C. 6) Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer l'eau d'alimenta- tion à une température de 110 à 150 C.