Brevet FR2489708A1 — publié le 19820312

"Tube de fractionnement avec corps façonnés formant catalyseur, et corps façonnés pour un tel tube de fractionnement." La présente invention concerne un tube de fractionnement ou de cracking, qui comporte des corps façonnés formant cata- lyseur en vue du fractionnement catalytique de gaz de proces- sus industriels dans de longs tubes de fractionnement, fermés à une extrémité et pouvant être chauffés de l'extérieur, ledit tube de fractionnement contenant un tube intérieur central, destiné au recyclage des gaz de processus, et sur lequel sont alignés les corps façonnés, qui présentent, par alternance, une forme différente. Ces tubes de fractionnement sont utilisés pour le garnis- sage d'un four de fractionnement ou de cracking à tubes; ils sont souvent fixés, par leur extrémité supérieure, sur une plaque-support commune, sont fermés à leur extrémité inférieu- re, et sont chauffés de l'extérieur avec des gaz chauds, par exemple avec de l'hélium à environ 9500C provenant du circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire. Dans l'industrie chimique, on utilise des tubes de fractionnement comportant un tube intérieur, dans le cas desquels l'intervalle entre le tube intérieur et le tube extérieur est rempli de nombreux petits corps façonnés formant catalyseur, introduits en vrac et non tassés. Cependant, la perte de pression de ces corps en vrac ne peut pas être calculée avec exactitude est est souvent variable; c'est pourquoi il a été proposé, par les demandes de brevet allemand 19 46 741 et 25 07 937, d'utiliser des corps façonnés à peu près cylindriques, disposés les uns à côté des autres sur le tube intérieur, avec de nombreuses ouvertures à axes parallèles pour le passage des gaz de pro- cessus. Il a déjà été proposé, dans la demande de brevet alle- mand 25 07 937, que la face supérieure de chaque disque s'a- dapte à la face inférieure du disque suivant, de sorte que ces disques soient fixés les uns contre les autres dans le sens périphérique. On est ainsi assuré qu'ils ne peuvent ni se tordre ni rouler. Cependant, dans les deux cas, la transmission de la cha- leur, qui est souhaitable et même nécessaire entre le tube intérieur et le gaz de processus, ne se fait pas bien, parce que ce tube est entouré., sur presque toute sa longueur, par la partie centrale du corps façonné, qui a un effet isolant à ces endroits-là. En outre, le profil des températures et des vitesses est, dans les deux cas, irrégulier sur la sec- tion transversale du tube, parce que le gaz de processus s'é- coule forcément plus vite sur le tube extérieur chaud. Or, il est souhaitable qu'il règne, dans le gaz de processus, une température élevée très uniforme, afin que le fractionnement du gaz soit parfait. La présente invention a pour objet de mettre au point un tube de fractionnement du type décrit en préambule, lequel, avec les corps façonnés formant catalyseur qu'il contient, doit améliorer l'échange de chaleur entre le tube intérieur et le gaz de processus ou les corps façonnés, doit permettre que le profil des températures soit, dans une large mesure, homogène dans la section transversale du catalyseur, et doit constituer un compromis économiquement rentable entre une faible perte de pression pour le gaz de processus, une grande surface'd'échange de chaleur et un haut degré de transmission de chaleur. Il est en outre souhaitable que le gaz de proces- sus chaud qui s'écoule, par un mouvement ascendant, dans le tube intérieur, se refroidisse, en passant à contre-courant, par échange de chaleur avec le gaz de processus plus froid qui s'écoule, vers le bas, entre le tube extérieur et le tube intérieur, de sorte que la charge thermique de la plaque- support soit plus faible et qu'on puisse prévoir un échangeur de chaleur à régénération plus petit à l'extérieur du tube de fractionnement, ou même le supprimer. La présente invention permet de résoudre ce problème par le fait que le tube de fractionnement contient des corps fa- çonnés-présentant deux formes différentes, et qui sont alignés, par alternance, sur le tube intérieur, les uns à côté des au- tres. L'un des corps façonnés, d'une forme donnée, est centré sur le tube intérieur avec une fente de faible dimension et ménage, par rapport au tube extérieur, une section annulaire libre qui permet le passage du gaz de processus. L'autre corps façonné, d'une forme différente, est également réalisé avec une fente de faible dimension, mais est centré sur le tube extérieur et ménage, par rapport au tube intérieur, une sec- tion annulaire libre pour le passage du gaz de processus. La fente entre le corps façonné e pectivement, le tube extérieur est nécessaire pour que les corps façonnés et les tubes puissent se dilater librement dans toutes les conditions d'exploitation. En outre, le gaz de processus doit aussi s'écouler à travers la fente, afin que les surfaces de ladite fente participent à l'échange de chaleur. Entre les deux corps façonnés de forme différente sont prévues plusieurs nervures radiales, que présentent un des deux corps façonnés ou les deux, et qui sont destinées à assurer l'écartement axial des corps façonnés en ménageant une section transversale libre dans le sens radial pour le gaz de processus. Grâce à cette configuration, une grande par- tie du gaz de processus est dirigée de façon à s'écouler en formant des méandres à travers les corps façonnés, dont elle baigne la totalité de la surface en se trouvant toujours en contact, par alternance, avec le tube extérieur et avec le tube intérieur, de sorte que les éventuelles différences de température intervenant dans la section sont très rapidement compensées. Selon une caractéristique additionnelle de la présente invention, le corps façonné, d'une forme ou de l'autre, peut présenter une surface annulaire plane à sa face supérieure ou à sa face inférieure, et présenter plusieurs nervures radia- les sur son autre face. Les nervures susmentionnées, prévues pour assurer l'écartement axial des corps façonnés, peuvent donc, selon cette caractéristique, être disposées sur un côté seulement, ce corps façonné devant alors présenter une surfa- ce annulaire plane sur l'autre côté. Selon deux autres caractéristiques de la présente inven- tion, le corps façonné peut présenter plusieurs nervures radiales à sa face supérieure et à sa face inférieure, pré- sentant donc des nervures ou des cames sur ses deux côtés; dans ce cas, l'autre corps façonné doit présenter une surface annulaire plane à chacune de ses faces supérieure et infé- rieure. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale verticale à travers un tube de fractionnement qui comporte plusieurs corps façonnés formant catalyseur. - La figure 2 est une vue en coupe transversale à travers la figure 1. Les figures 1 et 2 montrent qu'entre le tube extérieur 1 et le tube intérieur 2 des corps façonnés formant catalyseur, de deux formes différentes, 3 et 4, sont disposés les uns sur les autres, plusieurs de ces corps façonnés étant portés, chaque fois, par une plaque-support métallique 5, munie de trous et fixée sur le tube intérieur 2. Le tube extérieur 1 et le tube intérieur 2 sont réalisés avec des matériaux résistants aux hautes températures, qui sont connus en soi, par exemple "Iconel 617", "Hastelloy X" ou "Incaloy-800 H". Les corps façonnés,de deux formes différentes, 3 et 4, sont réalisés avec un matériau céramique poreux et sont com- primés pour prendre une forme spéciale, puis soumis à séchage et à cuisson. Ces corps façonnés formant catalyseur peuvent être imprégnés d'une solution aqueuse de sel de nickel, connue en soi, le nickel contenu dans cette solution exerçant une action catalytique. Ces corps façonnés formant catalyseur peuvent aussi en outre être fabriqués à partir d'un matériau catalytique homogène, et donc un matériau de support avec des particules de nickel finement réparties dedans. La plaque- support métallique 5 est fixée sur le tube intérieur 2 et doit supporter un nombre assez grand de corps façonnés formant catalyseur. En fixant lesdites plaques-supports 5 à interval- les réguliers sur le tube intérieur 2, on évite que tout le poids de l'ensemble des corps façonnés disposés dans un tube ne soit étayé que par un unique dispositif de support placé en bas. Les corps façonnés formant catalyseur, de deux formes différentes, 3 et 4, présentent chacun, à leur face inférieu- re, plusieurs nervures radiales réparties uniformément sur leur périphérie, avec des conduits d'écoulement radiaux entre ces nervures. Etant donné que ces corps façonnés ménagent, par alternance, dans le sens de l'axe, sur le tube extérieur 1 et sur le tube intérieur 2, une section annulaire libre, le gaz de processus qui s'écoule de haut en bas est dirigé, en formant des méandres, du tube extérieur vers le tube intérieur. Les conduits d'écoulement radiaux, comme aussi les deux espaces annulaires différents, sont dimensionnés de telle sorte que la section d'écoulement libre, vue dans le sens de l'écoulement, reste à peu près constante. Le corps façonné formant catalyseur 3 a donc, vu d'en haut, des ner- vures d'une section à peu près triangulaire, tandis que le corps façonné formant catalyseur 4, également vu d'en haut, présente des nervures d'une( section approximativement tra- pézoidale, chaque fois avec des angles arrondis. REVENDICATIONS 1.- Tube de fractionnement ou de cracking, qui comporte des corps façonnés formant catalyseur en vue du franctionne- ment catalytique de gaz de processus industriels dans de longs tubes de fractionnement, fermés à une extrémité et pouvant être chauffés de l'extérieur, ledit tube de fractionnement contenant un tube intérieur central, destiné au recyclage des gaz de processus, et sur lequel sont alignés les corps façon- nés, qui présentent, par alternance, une forme différente, caractérisé en ce que: a) l'un des corps façonnés, d'une forme donnée (3), est centré sur le tube intérieur (2) et ménage, par rapport au tube extérieur (1), une section annulaire libre; b) l'autre corps façonné, d'une forme différente (4), est centré sur le tube extérieur (1) et ménage, par rapport au tube intérieur (2), une section'annulaire libre; c) un des deux corps façonnés ou les deux (3, respecti- vement 4) présentent plusieurs nervures radiales destinées à assurer l'écartement axial avec des sections libres dans le sens radial. 2.- Corps façonné pour un tube de fractionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que: a) le corps façonné (3, respectivement 4) présente une surface annulaire plane à sa face supérieure ou à sa face inférieure; b) le corps façonné présente plusieurs nervures radiales sur son autre face. 3.- Corps façonné pour un tube de fractionnement selon la revendication1, caractérisé en ce qu'il présente plusieurs nervures radiales à sa face supérieure et à sa face inférieu- re. 4.- Corps façonné pour un tube de fractionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente une sur- face-annulaire plane à chacune de ses faces supérieure et inférieure.