Brevet FR2594355A1 — publié le 19870821

Procédé Pour régler la Pression d'un gaz formé dans un réacteur. La présente invention concerne un procédé pour régler la pression d'un gaz formé dans un réacteur. Les réacteurs fermés, par exemple les fours industriels à grand volume servant à la fabrication du carbure de calcium ou les grands appareils de mélange dans lesquels on réalise des réactions chimiques avec dégagement de gaz, ont un fonctionnement qui est influencé par de nombreux facteurs (Winnbacker-Kûchler, 4ème édition, volume 2, page 611 et suivantes, 1982). Ils sont donc exposés à des variations de pression fortes et fréquentes provoquées par un dégagement irrégulier des gaz et également par des dégagements brutaux et spontanés de gaz dans la zone de réaction contenant les matières premières mises en oeuvre. Des variations brutales de pression sont à l'origine d'incidents dans le fonctionnement des réacteurs et l'évacuation de ces gaz pose également des problèmes. Selon l'état de la technique, pour évacuer les gaz à partir de réacteurs clos, on utilise un compres- seur à gaz qui est intercalé à la suite d'une installa- tion de traitement des gaz. La quantité de gaz à transporter est maintenue pratiquement constante par un circuit de réglage répondant par inertie à la pression du réacteur et comprenant en tant qu'élément de réglage une soupape de bipasse reliant le côté aspiration au côté refoulement du compresseur: ainsi par exemple, une lente augmentation de pression dans le réacteur est compensée par une fermeture de la soupape de bipasse et, par conséquent, une augmentation du débit du compresseur à gaz. Les variations brutales de pression se manifes- tant par des pointes de surpression ou de dépression ne peuvent pas être compensées par le circuit de réglage répondant par inertie. Par suite, dans des réacteurs de ce type, il peut se produire des dégagements dangereux de gaz dans l'environnement car une surpression brutale dans le réacteur causée par un dégagement spontané de grandes quantités de gaz à partir de la zone de réaction ne diminue que lentement. Mais une augmentation brutale de la pression dans le réacteur provoque encore, en raison de l'inertie du circuit de réglage, une augmentation lente du débit des gaz lorsque la pression dans le réacteur atteint à nouveau sa valeur normale: il y a retard à la commande avec, pour conséquence, l'apparition d'une dépression dans la chambre de réaction et l'introduction indésirable d'air étranger dans cette chambre. Ces perturbations peuvent mettre en danger la sécurité du personnel et conduisent à des pertes considérables de rendement et d'énergie. En outre, l'installation de traitement des gaz qui suit le réacteur est affectée en permanence dans son fonction- nement par des variations brutales de pression et de débit des gaz. L'invention vise en conséquence à la mise au point d'un procédé pour régler la pression d'un gaz ffrmI danc un li r.a-r As- n-rauii -n rn- nn su _-r-+cnr par un compresseur à gaz situé dans un circuit d'éva- cuation des gaz à une valeur de pression essentiellement constante dans le réacteur, dans lequel, en fonction de la pression du gaz dans le réacteur, un premier élément de réglage, agissant sur le débit d'évacuation des gaz au travers du circuit d'évacuation des gaz est commandé par un premier circuit de réglage, procédé qui, même dans le cas de variations fortes et rapides de la quan- tité des gaz formés dans le réacteur, permettrait de limiter à de faibles variations la pression des gaz dans le réacteur, de sorte que ces variations n'auraient pratiquement aucune influence sur le fonctionnement de l'installation de mise en oeuvre du procédé, que tout risque pour le personnel de service, dû à un dégagement de gaz, serait exclu, et que l'introduction d'air étranger dans la chambre de réaction serait également exclue. Selon l'invention ce but a été atteint grâce à un procédé pour le réglage de la pression d'un gaz formé dans un réacteur et évacué en continu du réacteur par un compresseur à gaz situé dans un circuit d'évacuation des gaz à une valeur de pression essentiellement constante dans le réacteur, dans lequel, en fonction de la pression du gaz dans le réacteur, un premier élément de réglage, agissant sur le débit d'évacuation des gaz au travers du circuit d'évacuation des gaz est commandé par un premier circuit de réglage, caractérisé en ce que, en fonction de la pression du gaz dans le réacteur, un deuxième élément de réglage agissant sur le débit d'éva- cuation du gaz dans un circuit de recyclage des gaz reliant le circuit d'évacuation des gaz en aval du compresseur à gaz avec le circuit d'évacuation des gaz en amont du compresseur à gaz ou avec le réacteur, est en outre commandé par un deuxième circuit de réglage, la commande du deuxième élément de réglage se déroulant avec une plus faible inertie que la commande du premier élément de réglage. Du fait que la commande du deuxième élément de réglage se déroule avec une plus faible inertie que la commande du premier élément de réglage, les variations brutales de pression dans la chambre de réacteur sont compensées très rapidement; les augmentations persis- tantes de pression sont pratiquement exclues; l'apparition d'une dépression dans la chambre de réaction est pratiquement totalement évitée. Le procédé peut être mis en oeuvre sans diffi- culté de la manière suivante: la pression du gaz dans le réacteur est maintenue à l'intérieur des limites de tolérance très étroites de -0,2 mbar à +3 mbar autour de la pression atmosphérique, de préférence de -0, 05 mbar à + 0,2 mbar autour de la pression atmosphérique. Il y a un avantage particulier à donner au deuxième circuit de réglage une caractéristique P et mieux encore une caractéristique PD. Le réglage est particulièrement efficace dans le sens voulu lorsque les éléments de réglage sont eux-mêmes réglés de manière que les débits de recyclage des gaz représentent moins de 50 % en volume du débit d'évacuation des gaz et mieux encore moins de 25 % de ce volume. Il n'est pas indispensable de recycler directe- ment les gaz dans le réacteur: on peut recycler les gaz dans des dispositifs de traitement des gaz situés entre le réacteur et le compresseur, par exemple dans un échangeur de chaleur et/ou un filtre à poussières et/ou un laveur à gaz et/ou un séparateur situés dans le cir- cuit d'évacuation des gaz entre le réacteur et le compresseur à gaz. Le procédé selon l'invention présente des avantages particuliers pour le fonctionnement de fours à carbures clos car il permet de mettre en oeuvre des matières premières de moins bonne qualité. Dans les fours à carbures, les matières premières de basse qualité ont tendance à prendre en masse, ce qui peut conduire à des dégagements brutaux de gaz. De même, les fortes teneurs en humidité des matières premières peuvent conduire à des libérations brutales de grandes quantités de vapeur d'eau et/ou de gaz. Or, le procédé selon l'invention permet de remédier à des variations brutales de quantités et par conséquent de pression dans la chambre des gaz du four à carbures. D'autre part, le procédé selon l'invention améliore dans une mesure importante le rendement en gaz et la qualité des gaz car il ne peut plus se produire d'aspiration d'air étranger provenant de l'environnement à la suite d'une dépression dans la chambre des gaz du four. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre avec un avantage particulier dans une installation telle que représentée schématiquement dans la figure unique du dessin annexé. En référence à cette figure, l'installation comprend un réacteur A ayant une chambre à gaz 2 qui reçoit les gaz dégagés dans le réacteur A. La chambre à gaz 2 est reliée à un filtre à poussières B par un conduit 4. Du filtre à poussières B, un conduit 6 mène à un échangeur de chaleur C. De l'échangeur de chaleur C, un conduit 8 mène à un laveur à gaz D et du laveur à gaz D un conduit 10 mène " un compresseur à gaz E. Les gaz comprimés sortant du compresseur E sont envoyés par un conduit 12 dans lequel se trouve une soupape d'étrangle- ment V (dans ce mode de réalisation de l'invention) qui conduit aux traitements subséquents. Avant la soupape à étranglement V, se trouve une conduite 14 qui se divise elle-même en dérivations 16, 18, 20 menant respective- ment au laveur à gaz D, à la chambre à gaz 2 du réacteur A et au conduit de liaison 6. Dans un premier circuit de recyclage 22 reliant la sortie du compresseur à gaz E avec son entrée, il y a une soupape de réglage Vl commandée, par l'intermédiaire d'un circuit de réglage représenté schématiquement R1, par le signal initial d'un manomètre P et qui abaisse la pression dans la chambre à gaz 2 du réacteur A. Dans le circuit de recyclage 14, il y a une deuxième soupape de réglage V2 commandée, par l'intermédiaire d'un deuxième circuit de réglage R2, également représenté schématique- ment, par le manomètre P. Les circuits de réglage R1 et R2, avec leurs soupapes de réglage respectives V1 et V2, travaillent ensemble de manière que la soupape de réglage V1 réponde aux signaux du manomètre P avec une pl grande inertie que la soupape de réglage V2. Si, dans la chambre à gaz 2 du réacteur A, il y a une pression P, il y alors dans le conduit 4 (en moyenne) une pression un peu plus faible P1. En corres- pondance, il y a dans le conduit 6, en moyenne, une pression P2 inférieure à P1; dans le conduit 8, il y a en moyenne une pression P3 inférieure à P2 et dans le conduit 10 une pression P4 inférieure à P3. Sous l'action du compresseur à gaz E, il y a dans le conduit 12 une pression P5 supérieure à P4, de sorte que les gaz ont tendance à s'écouler dans le conduit 22 dans la direction de la flèche portée sur le dessin. La pression P5 dans le conduit 12 est supérieure à la pression atmosphérique. La soupape à étranglement V sert alors à ramener la pression P5 à la pression atmosphérique P atm. Dans le circuit de recyclage 14, en amont de la soupape de réglage V2, il y a une pression P6 intermé- diaire entre P2 et P5. Par conséquent, les gaz peuvent s'écouler au travers des dérivations 16, 18 et 20 dans le sens indiqué par les flèches indiquées là sur le dessin. Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Ces exemples concernent le fonctionnement de l'installation représentée sur le dessin. EXEMPLE 1 Un four à carbure fermé A produit en fonctionne- ment normal environ 5000 m3 normaux de gaz de four à carbure à l'heure. Le gaz est préparé par passage dans le filtre à poussières B et l'échangeur de chaleur C. La quantité totale de gaz d'environ 8000 m3 normaux à l'heure est transportée par le compresseur à gaz E: environ 2000 m3 normaux à l'heure de gaz sont recyclés par la soupape de réglage Vl. Le circuit de réglage R1, qui répond lentement, commande la soupape de réglage V1 ;94355 de manière que les lentes variations de pression du gaz dans la chambre à gaz 2 dues aux variations de la production du four à carbure A, soient compensées par des variations correspondantes de la quantité de gaz aspirée. Dans le cas normal, la soupape de réglage V2 re- cycle 1000 m3 normaux à l'heure de gaz de four à carbure dans le four à carbure A. Une augmentation brutale de pression dans la chambre à gaz 2 provoque, par l'inter- médiaire du circuit de réglage R2, une diminution immé- diate de la quantité de gaz recyclée au travers de la soupape de réglage V2. Il y a donc opposition immédiate à une augmentation de pression dans la chambre à gaz 2. Inversement, si la pression dans la chambre à gaz 2 diminue brutalement, il y a augmentation brutale de la quantité de gaz recyclée par la soupape de réglage V2. - La soupape de réglage Vl remédie donc à une variation de la pression des gaz dans le four à carbure A due à la production, alors que la soupape de réglage V2 compense dans la chambre à gaz 2 les variations rapi- des de pression causées par exemple par la marche du four. En conséquence, la pression dans la chambre à gaz 2 du four à carbure A ne varie que d'environ -0,1 à +0,15 mbar autour de la pression atmosphérique. EXEMPLE 2 A l'hydratation du cyanamide calcique dans un réacteur A, il y a formation à l'heure d'environ 1500 m3 normaux d'un mélange de gaz consistant en acétylène, ammoniac, azote et vapeur d'eau. Le courant de gaz continu mais dont le débit varie fortement est envoyé par un compresseur à gaz E du réacteur A sur un filtre à poussières B et un laveur à gaz D. Dans le laveur à gaz D, environ 1100 m3 normaux à l'heure de gaz sont retenus ou condensés. Les variations lentes de pression sont réglées par l'intermédiaire du circuit de réglage R1 de manière que la soupape de réglage Vl suive les lentes variations de débit du courant gazeux et recycle plus ou moins de gaz. Dans le cas normal, la soupape de réglage V2 recycle, à partir du côté refoulement du compresseur à gaz E 100 m3 normaux à l'heure de gaz dans le laveur à gaz D. S'il y a augmentation rapide de pression ou s'il apparaît des pointes de pression dans la chambre à gaz 2, la soupape de réglage V2 "étrangle" le courant de gaz recyclés. Une diminution de pression dans la chambre à gaz 2 du réacteur A ou dans le laveur à gaz D provoque une augmentation de cette quantité de gaz jusqu'à ce que la pression atteigne sa valeur normale dans la chambre à gaz 2. Ce réglage permet de maintenir dans la chambre à gaz 2 une pression qui ne s'écarte que de O à + 3mbar de la pression atmosphérique. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le réglage de la pression d'un gaz formé dans un réacteur (A) et évacué en continu du réacteur (A) par un compresseur à gaz (E) situe dans un circuit d'évacuation des gaz (4, 6, 8, 10, 12) à une valeur de pression essentiellement constante dans le réacteur (A), dans lequel, en fonction de la pression du gaz dans le réacteur (A), un premier élément de réglage (Vl), agissant sur le débit d'évacuation des gaz au tra- vers du circuit d'évacuation des gaz (4, 6, 8, 10, 12) est commandé par un premier circuit de réglage (R1), caractérisé en ce que, en fonction de la pression du gaz dans le réacteur (A), un deuxième élément de réglage (V2) agissant sur le débit d'évacuation du gaz dans un circuit de recyclage des gaz (14, 16, 18, 20) reliant le circuit d'évacuation des gaz (4, 6, 8, 10, 12) en aval du compresseur à gaz (E) avec le circuit d'évacuation des gaz (4, 6, 8, 10, 12) en amont du compresseur à gaz (E) ou avec le réacteur (A), est en outre commandé par un deuxième circuit de réglage (R2) la commande du deuxième élément de réglage (V2) se déroulant avec une plus faible inertie que la commande du premier élément de réglage (V1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression des gaz dans le réacteur (A) est maintenue à l'intérieur des limites de tolérance de -0,2 mbar à +3 mbar autour de la pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression des gaz dans le réacteur (A) est maintenue à l'intérieur des limites de tolérance de -0,05 mbar à +0,2 mbar autour de la pression atmosphéri- que. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième circuit de réglage (R2) présente une caractéristique P. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica- - tions 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième circuit de réglage (R2) présente une caractéristique PD. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce que le débit de recyclage des gaz représente moins de 50 % en volume du débit d'évacuation des gaz. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le débit de recyclage des gaz représente moins de 25 % en volume du débit d'évacuation des gaz. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé en ce que les gaz sont recyclés dans un échangeur de chaleur (C) et/ou un filtre à poussières (B) et/ou un laveur à gaz (D) et/ou un séparateur situés dans le circuit d'évacuation des gaz (4, 6, 8, 10, 12) entre le réacteur (A) et le compresseur à gaz (E).