Brevet FR2756498A1 — publié le 19980605

L'invention concerne un panier de catalyse pour réaction exo-thermique d'un mélange de gaz en présence d'un catalyseur, du type comprenant une enveloppe supérieure sous pression, pourvue d'une tubulure d'arrivée de gaz et raccordée à la partie haute d'un conteneur tel qu'une chaudière de récupération ou un échangeur de chaleur, par l'intermédiaire de deux brides, un ensemble comportant des toiles de catalyseur, un matériau réfractaire et un support de ce matériau, un dispositif de distribution des gaz sur les toiles de catalyseur et de support dudit ensemble ainsi que des moyens de refroidissement pour protéger thermiquement l'enveloppe et la partie supérieure du conteneur. Des réactions exo-thermiques susmentionnées sont par exemple employées pour la fabrication de nombreux composés chimiques tel que l'acide nitrique, par réaction d'ammoniaque et d'air en présence de platine, où l'acide cyanhydrique, par réaction d'ammoniac et de méthane en présence de platine. Pour assurer cette réaction chimique, qui a lieu à des températures élevées comprises entre 800 et 11500cri le dispositif qui permet au flux gazeux d'entrer en contact avec le catalyseur doit résister à de hautes températures et assurer la stabilité mécanique de l'ensemble. On connaît déjà des paniers de catalyse de ce type, dans lesquels le dispositif comprend une virole cylindrique de support dudit ensemble et qui comporte une rehausse ou jupe reliée à la virole par un dispositif à bride et solidaire de la partie haute du conteneur. Les moyens de refroidissement sont formés par des tubes refroidis par circulation d'eau ou d'autres fluides froids et interposés entre la virole, d'une part, et l'enveloppe et le conteneur, d'autre part. Les paniers de catalyse connus présentent l'inconvénient d'avoir une structure complexe et d'être d'un prix de construction élevé. En effet, les parties métalliques, à savoir les tôles perforées sur lesquelles repose le matériau réfractaire, la virole, la rehausse, les supports des toiles de catalyseur et les tôles perforées et le dispositif à bride doivent être réalisés en alliages résistant aux hautes températures, tes que des aciers réfractaires ou des alliages du type INCOLLOY 800 ou Haynes 232. La présente invention a pour but de proposer un panier de catalyse qui pallie les inconvénients qui viennent d'être énoncés. Pour atteindre ce but, le panier de catalyse selon l'invention est caractérisé en ce que la bride du conteneur et le dispositif susmentionné sont formés par un ensemble refroidi par la circulation d'un fluide de refroidissement. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'ensemble précité est réalisé sous forme d'un seul corps, qui fait partie de la partie supérieure du conteneur. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le corps de forme annulaire comprend, sur sa face cylindrique extérieure une partie de collet annulaire constituant la bride et, sur sa paroi interne des épaulements de support des toiles de catalyse et du support des matériaux réfractaires. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ce corps est réalisé sous forme d'un corps creux comportant un ensemble de trous percés dans la partie formant bride, qui établissent une communication de l'espace interne du corps avec un dispositif collecteur de fluide extérieur. Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le corps est réalisé sous forme d'un corps creux à double paroi. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le corps comporte une cloison interne assurant la circulation du fluide de refroidissement le long des parois du corps jusqu'aux trous de sortie. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est formé par des tubes jointifs, assemblés le long d'une génératrice, qui débouchent dans un collecteur porteur de la bride et des supports des toiles de catalyseur et de tôles perforées. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, d'un premier mode de réalisation d'un panier de catalyseur selon la presente invention - la figure 2 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation du corps creux indiqué par la flèche II sur la figure 1 - la figure 3 est une vue, avec arrachement, de la figure 2, en direction de la flèche III - la figure 4 est une vue schématique d'encore un autre mode de réalisation du corps indiqué par la flèche II de la figure 1, et - la figure 5 est une vue avec arrachement en direction de la flèche V de la figure 4. Conformément à la figure 1, le panier de catalyse selon l'invention comprend une enveloppe sous pression 1 pourvue d'une tubulure d'arrivée 2 du mélange de gaz devant réaliser la réaction exo-thermique et d'une bride annulaire 3 coopérant avec une bride 4 intégrée à un corps annulaire 5 qui fait partie de la partie supérieure d'un conteneur (non représenté) tel qu'une chaudière de récupération ou d'un échangeur de chaleur, situé en aval dans le sens de circulation des gaz qui arrivent à travers la tubulure 2. Le corps 5 pourrait être réalisé sous forme d'une partie intégrale du conteneur. Le corps 5 est construit en double paroi. Les parois sont cylindriques ou coniques et coaxiales et définissent entre elles un espace interne annulaire 7. Un joint 6 est interposé entre les brides 3 et 4 et l'espace interne 7 communique à travers des trous 8 avec l'extérieur. Ces trous traversent la bride dans la direction radiale du corps. Un fluide de refroidissement peut ainsi s'écouler à travers l'espace interne 7 du corps et les trous de sortie 8 vers un ou plusieurs collecteurs indiqués en 9. L'espace interne 7 comporte une cloison 10 qui assure la circulation du fluide de refroidissement le long des parois du corps jusqu'aux trous de sortie, comme l'indique les flèches. A cette fin la cloison s'étend sensiblement au milieu de l'espace 7 devant les trous 8. Sa partie inférieure est repliée vers l'extérieur et fixée en 11 à la paroi extérieure 13. Le bord supérieure de la cloison 10 se termine à une distance prédéterminée de la paroi supérieure du corps pour laisser subsister un passage pour le fluide de refroidissement. Le fluide pourrait être le mélange eau-vapeur, produit par une chaudière de récupération. La paroi interne 12 du corps 5 présente une partie 14 qui fait radialement saillie vers l'axe de l'ensemble formé par l'enveloppe et le conteneur et présente une face d'appui annulaire 15 sur laquelle est fixé un ensemble de toiles de catalyseur 18. A la base de la saillie 14 est prévu un autre support 19 sur laquelle prend appui l'ensemble de tôles perforées ou grilles 20 construites en alliage résistant aux températures élevées et qui soutient des matériaux procurant une inertie thermique, avantageusement réfractaires 21 disposés entre l'ensemble de toiles de catalyseur et les tôles perforées 20. Il est à noter que le corps 5 s'étend axialement audelà du support 15 devant la bride 3, c'est-à-dire dans la direction de l'enveloppe 1. Cette protubérance indiquée par 22 assure une protection thermique de cette bride 3 et du joint 6, qui ne sont donc plus chauffés directement par les gaz chauds. Le corps 5 étant refroidi intérieurement peut être construit en matériaux usuels, tel qu'un acier au carbone ou faiblement allié, et est protégé de la température et de la corrosion par les gaz par des écrans 23 qui recouvrent la face externe du corps, à partir d'un endroit en dessous de la base de la saillie 14 jusqu'à la face supérieure de la partie formant bride 3. Comme le montre la figure, l'écran 23 s'étend à une faible distance de la surface du corps 5. Mais il pourrait être fixé directement sur celui-ci. Il est encore à noter que l'enveloppe sous pression 1 comporte, en dessous de la tubulure d'arrivée des gaz 2, un distributeur de gaz 24 qui répartit les gaz entrants par la tubulure sur toute la section de l'enveloppe, le plus uniformément possible. Il ressort de la description qui vient d'être faite en se référant à la figure unique, que le panier de catalyse selon l'invention présente une structure compacte dans laquelle, grâce à la configuration décrite et représentée du corps, la paroi de celui-ci, les supports des toiles du catalyseur et des tôles perforées et la bride associee au conteneur sont refroidis par la circulation du fluide de refroidissement et l'autre bride ainsi que le joint entre les brides sont protégés thermiquement contre les gaz chauds. On constate que le panier de catalyse selon l'invention n'utilise qu'un minimum de pièces en alliages pour hautes températures. Grâce à cette structure avantageuse, l'invention permet de diminuer grandement le coût du panier de catalyse en évitant l'emploi de matériaux coûteux travaillant à haute température, qui nécessitent un remplacement fréquent. Il assure une sécurité de fonctionnement optimal en refroidissant les composants. Bien entendu de nombreuses modifications peuvent être apportées au panier de catalyse qui vient d'être décrit et est représenté sur la figure 1. Par exemple, comme cela est montré sur les figures 2 à 5, la double paroi du corps 2 de la figure 1 pourrait être remplacée par des tubes jointifs 25 disposés au niveau de la face interne d'une enveloppe 26 résistant à la pression. Ces tubes destinés à la circulation du fluide de refroidissement débouchent dans un collecteur annulaire 27 qui porte sur sa face extérieure la bride associée au conteneur et les supports des toiles de catalyseur et des tôles perforées, désignés respectivement par les numéros de référence 28 et 29. Dans le mode de réalisation selon les figures 3 et 4, les tubes 25 s'étendent verticalement, tandis que dans le mode de réalisation représenté aux figures 4 et 5, les tubes sont orientés horizontalement. Mais, de façon générale, le corps 5 peut être formé par tout autre corps creux susceptible d'être parcouru par un fluide de refroidissement et d'être pourvu d'une bride de raccordement à l'enveloppe 1 et des supports pour les toiles de catalyseur 18 et des tôles perforées 20. REVENDICATIONS 1. Panier de catalyse pour réaction exo-thermique d'un mélange de gaz, en présence d'un catalyseur, du type comprenant une enveloppe supérieure sous pression, pourvu d'une tubulure d'arrivée de gaz et raccordé à la partie haute d'un conteneur tel qu'une chaudière de récupération ou un échangeur de chaleur, par l'intermédiaire de deux brides, un ensemble comportant des toiles de catalyseur, un matériau procurant une inertie thermique et un support de ce matériau, un dispositif de guidage des gaz sur les toiles de catalyseur et de support dudit ensemble, ainsi que des moyens de refroidissement pour protéger thermiquement l'enveloppe et la partie supérieure du conteneur, caractérisé en ce que la bride (4, 28) et ledit dispositif de guidage et de support (5) sont formés par un ensemble refroidi par la circulation d'un fluide de refroidissement. 2. Panier de catalyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble précité est réalisé sous forme d'un seul corps (5), qui fait partie de la partie supérieure du conteneur. 3. Panier de catalyse selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps (5) est réalisé sous forme d'un corps creux comportant un dispositif de trous (8) percés dans la partie formant bride (4), qui établissent une communication de l'espace intérieur (7) du corps avec un dispositif collecteur de fluide extérieur (9). 4. Panier de catalyse selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps (5) est réalisé sous forme d'un corps à double paroi dont les parois (12, 13) définissent entre elles l'espace interne précité (7). 5. Panier de catalyse selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps (2) comporte une cloison interne (10) assurant la circulation du fluide de refroidissement le long des parois jusqu'aux trous de sortie (8). 6. Panier de catalyse selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le corps (5) comprend sur sa face extérieure une partie de collet annulaire (9) qui constitue la bride (4) précitée. 7. Panier de catalyseur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le support (15) des toiles de catalyseur (18) est réalisé sous forme d'une saillie annulaire radiale (14) de la paroi interne (12) du corps. 8. Panier de catalyseur selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le corps comprend une protubérance supérieure (22) disposée devant la bride (3) de l'enveloppe (1) et le joint (6) situé entre les brides (3, 4). 9. Panier de catalyseur selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la partie du corps (2), qui est exposée aux gaz chauds est recouverte d'un écran de protection (23). 10. Panier de catalyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est formé par des tubes (25) jointifs, assemblés le long d'une génératrice, qui débouchent dans un collecteur (27) porteur de la bride (28) et des supports (29) des toiles de catalyseur (18) et de tôles perforées (20).