Brevet FR2655876A1 — publié le 19910621

La présente invention concerne les réacteurs dans lesquels s'effectuent des réactions chimiques, un gaz réactionnel parcourant des tubes de réaction qui contiennent un catalyseur. Un agent échangeur de chaleur, un fluide caloporteur en général du sel fondu, destiné à absorber ou à remplacer la chaleur libérée ou consommée par les réactions chimiques qui se déroulent dans les tubes, est introduit dans le réacteur et, après avoir circulé autour des tubes, est évacué pour être ramené à sa température initiale avant d'être réintroduit dans le réacteur. En principe sont disposées, transversalement aux tubes de réaction axiaux, des plaques transversales ou chicanes, éventuellement ajourées, destinées à imposer au parcours du fluide échangeur de chaleur un parcours déterminé et à lui imposer une vitesse d'écoulement donnée. Dans certains réacteurs, la partie centrale est vide et les tubes sont répartis autour d'elle. Dans les réacteurs classiques, le gaz arrive dans les tubes par le haut à une température de 1600C par exemple, et le sel fondu arrive par le bas à 4000C, par exemple, et réchauffe les gaz, permettant à la réaction chimique de démarrer. Le sel s'élève en température du fait de la réaction et vers la zone de sortie du réacteur assure encore le réchauffage des gaz nécessaire à la réaction, et se refroidit donc en fin de parcours, ce qui n'est donc ici pas très gênant parcequ'il est évacué vers l'extérieur. Mais dans certains cas, au lieu d'opérer comme indiqué ci-dessus, les gaz et le sel circulant à contre-courant, on souhaite opérer en courants de même sens, "en cocourant", c' est-à-dire les gaz et le sel entrant dans le réacteur par le bas. Dans cette partie basse, le sel à 4000 est fortement refroidi par les gaz arrivant à 1600, et les tubes sont fortement réchauffés. La réaction peut commencer à 4000 dans cette partie. Le sel subit, en progressant dans le réacteur, des variations de température importantes qui se répercutent sur les gaz de réaction, les tubes se comportant différemment selon le niveau. Dans ce cas, le sel devient de plus en plus froid en progressant de l'extérieur à l'intérieur dans la première passe inférieure.Cet inconvénient grave, dans bien des cas de réactions chimiques, incitait donc les utilisateurs à écarter le sel froid de la partie basse du réacteur pour éviter qu'il limite le démarrage de la réaction dans certains tubes ou qu'il limite la qualité de la réaction. Les solutions proposées pour obtenir ce résultat, par exemple la création d'un circuit dérivé passant par l'extérieur du réacteur n'était pas toujours satisfaisante, notamment du point de vue économique et du point de vue aménagement et encombrement. Profitant de ce que l'on peut ménager dans l'axe du réacteur par exemple un espace vide et que la circulation du sel est assurée par une pompe, il est proposé par l'invention de profiter de la différence entre la pression d'entrée à la base du réacteur et la pression atmosphérique à la partie haute, pour dériver vers le haut une certaine proportion du sel refroidi à la partie basse. A cet effet, l'invention prévoit de faire comporter au réacteur, dans des espaces vides ménagés dans le faisceau de tubes de réaction, des tubes de dérivation clos, parallèles aux tubes de réaction, et percés à différents niveaux de trous de communication avec l'intérieur du réacteur. Ces tubes peuvent être percés, notamment, à leur partie inférieure et leur partie supérieure, permettant en outre de régler le débit du courant de sel dérivé. Les tubes de dérivation ne sont pas nécessairement montés dans la partie centrale du réacteur; ils peuvent être prévus dans toute zone vide de tubes de réaction pour faire office de collecteur de sel. Des trous prévus dans les tubes de dérivation peuvent êtgre percés à différents niveaux afin de faire suivre au sel un chemin dérivé choisi à volonté. Ces tubes sont avantageusement fixés par une seule de leurs extrémités, de manière amovible, à l'une des plaques tubulaires, de façon à être facilement échangeables. On a parlé jusqu'ici d'arrivée des gaz et du sel fondu par le bas du réacteur, mais l'invention s'applique de manière identique au cas des réacteurs sur lesquels les gaz et le sel arrivent par le haut, sous réserve, bien entendu, que la pompe de circulation soit agencée pour tirer le sel vers le haut. Dans ce cas, le sel froid produit à la partie supérieure du réacteur est, par des tubes centraux, dérivé et évacué vers le bas. L'invention sera mieux comprise, à l'aide de la description qui va suivre d'exemples de réalisation d'un réacteur perfectionné selon l'invention, et en se référant au dessin annexé, sur lequel la fig. 1 est une vue schématique du réacteur en coupe longitudinale à tubes de dérivation centraux, la fig. 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la fig. 1; la fig. 3 est une vue similaire à celle de la fig. 1 dans laquelle les tubes de dérivation sont percés de trous à plusieurs niveaux; les fig. 4 et 5 sont des vues similaires à celles des fig. 1 et 2 mais où les tubes de dérivation sont montés à la périphérie de l'espace intérieur du réacteur. Dans le réacteur 1 sont montés, de manière connue, un faisceau de tubes de réaction verticaux 2, entre deux plaques 3, 4 auxquels font suite, respectivement, une coiffe supérieure 5 et une coiffe inférieure 6. Légèrement au-dessous de la plaque tubulaire supérieure 3 et légèrement au-dessus de la plaque tubulaire inférieure 4, le réacteur I est entouré respectivement d'un canal annulaire 7 et 8 dont chacun communique avec l'intérieur du réacteur par l'intermédiaire d'ouvertures 9, 10, prévues dans la paroi et réparties sur toute la zone périphérique intéressée du réacteur. Les deux canaux annulaires 7, 8, sont reliés, par l'intermédiaire de courtes tubulures Il, 12, à un corps de pompe 13 disposé à côté du réacteur 1. Les tubes 2 sont disposés dans un faisceau de tubes annulaires à travers lequel le caloporteur est dirigé chaque fois successivement radialement vers l'intérieur et radialement vers l'extérieur et ce au moyen de chicanes 34 s'étendant sous forme annulaire jusqu'à la paroi extérieure du réacteur et qui alternent avec des chicanes 36 de plus faible diamètre. Dans la partie centrale du réacteur, sont montés entre les plaques tubulaires 3, 4, six tubes verticaux 40 percés de trous 41, 42 à leurs parties inférieure et supérieure débouchant respectivement au niveau des tubulures 12 et 11. Ces tubes 40 sont fixés à leur partie supérieure, par soudage par exemple, de façon à être facilement amovibles, donc échangeables. Ils peuvent notamment, être remplacés par des tubes percés de trous 41 et 42 à différents niveaux. Lors du fonctionnement de ce réacteur, la chaleur dégagée au cours de la réaction d'un gaz passant par les tubes de réaction 2 avec une matière formant catalyseur se trouvant dans ces derniers est évacuée de la manière usuelle au moyen d'un caloporteur constitué, par exemple, par des sels fondus et que l'on fait circuler au moyen de la pompe 13. Cette circulation se fait dans le sens des lignes fléchées, c'est-à-dire que le caloporteur entrant à travers le canal annulaire inférieur 8 radialement de tous les côtés dans le réacteur 1 stécoule, dans celui-ci, d'abord en direction transversale aux tubes de réacteur 2. Par le canal annulaire 7, le caloporteur, porté à une température plus élevée du fait qu'il a été en contact extérieurement avec les tubes de réacteur 2, passe par l'intermédiaire de la tubulure il dans le corps de pompe 13 du côté d'aspiration pour s'écouler ensuite à travers le corps de pompe 13 vers le bas et, par l'intermédiaire de la tubulure 12, à nouveau dans le canal annulaire 8. Le réacteur fonctionne en courants gaz-sel fondu de même sens ("co-courants") les deux fluides arrivant par le bas, le sel à une température de 4000C par exemple, et le gaz de 1600C. On se rend compte que le sel va se refroidir au contact des tubes 2 et perdre par exemple 120 à la partie basse du récipient, c'est-à-dire au niveau des trous 41 des tubes 40. Mais il existe une différence de pression entre cette partie basse et la pression à la partie haute, et le sel fondu refroidi pénétrant dans les tubes 40 par les trous 41, est entrainé vers le haut pour être évacué par la tubulure 11. On voit donc que le fluide froid gênant pour le déroulement des réactions dans les tubes de réacteur 2 est entraîné naturellement vers le haut dans une zone donc où il n'est plus gênant. Les trous 41 et 42 permettent d'assurer le réglage du courant de sel froid dérivé. Dans l'exemple de la fig. 3, les tubes 40 sont percés de trous 41, 41', 41", 41"' à différentes hauteurs. Ils permettent, non seulement de prélever du sel froid par 41 au fond du réacteur, mais également, par 41', à un certain niveau et redistribuer le sel non au sommet par 41"', mais à un certain niveau 41". On voit donc que l'on peut ainsi réaliser à volonté plusieurs types de circuit. Les tubes sont facilement amovibles et seront percés de façon voulue. Dans l'exemple des fig. 4 et 5, les tubes de dérivation 40 sont répartis à la périphérie intérieure du réacteur. Les circuits de dérivation du sel sont réalisés de différentes manières comme dans les exemples précédents par perçage des tubes de dérivation 40 à différents niveaux. Revendications 1. Réacteur pour réactions chimiques à catalyseurs du type comportant un faisceau de tubes de réactions parallèles débouchant, à leurs extrémités, dans des coiffes d'extrémité par des orifices ménagés respectivement dans des plaques tubulaires perpendiculaires auxdits tubes, et dans lequel un agent échangeur de chaleur dirigé au moyen d'une pompe extérieure, suivant un parcours cyclique, est amené et évacué radialement par des conduits annulaires extérieurs entourant le réacteur et reliés à l'intérieur de celui-ci par des ouvertures réparties sur sa périphérie, caractérisé par le fait qu'il comporte, dans des espaces vides ménagés dans le faisceau de tubes de réaction (2), des tubes de dérivation (40) clos, parallèles aux tubes de réaction (2), et percés à différents niveaux de trous (41) de communication avec l'intérieur du réacteur. 2. Réacteur selon la revendication 1, dans lequel les tubes de dérivation (40) sont fixés, à une seule de leurs extrémités, de manière amovible, à l'une des plaques tubulaires (3). 3. Réacteur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les tubes de dérivation (40) sont distribués dans la partie axiale du réacteur. 4. Réacteur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les tubes de dérivation (40) sont distribués régulièrement sur la périphérie intérieure du réacteur.