Brevet FR2986600A1 — publié le 20130809

La présente invention concerne le domaine des procédés industriels de production et d'acheminement de CO et/ou d'hydrogène. Dans de tels procédés, entre 450 °C et 750 °C on utilise généralement des tubes d'acier de haute qualité contenant plusieurs dizaine de % en poids de Chrome et de Nickel (fortement alliés), la littérature fait par ailleurs état de tentatives de traitement de surface de la surface interne de la canalisation. La raison en est la suivante : à ces températures, du fait des gaz transportés, il se produit un dépôt de suie dommageable pour l'installation industrielle car : - pouvant entrainer un bouchage des tubes. - pouvant créer une pollution des parties situées en aval de l'endroit où se produit le phénomène de dépôt de suie, par entrainement du carbone. Ce phénomène d'entrainement peut mener à une détérioration rapide des catalyseurs utilisés dans certains de ces traitements thermiques, par « empoisonnement ». - pouvant mener à une détérioration des tubes eux même par corrosion à chaud (l'homme de l'art utilise l'expression anglo-saxonne bien connue de « metal dusting »). Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une nouvelle structure de canalisation permettant d'acheminer des mélanges CO/H2 ou des mélanges comportant un tel binaire (de tels composants) à un procédé industriel utilisant de tels mélanges, structure de canalisation permettant de limiter la formation de telles suies et rendant cette même structure insensible à la formation de suie. Pour cela, l'invention concerne une canalisation métallique permettant d'acheminer des mélanges CO/H2 ou des mélanges comportant CO et H2 à (dans) un procédé industriel utilisant de tels mélanges, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - la canalisation comporte un tube métallique externe ; - la canalisation comporte un tube interne en un matériau inerte tel le graphite ou une céramique, concentrique au tube externe, et ménageant avec ce tube externe un espace intermédiaire ; - ledit espace intermédiaire (interstitiel) est connecté avec l'extérieur de la canalisation, pour être ainsi apte à être alimenté en un gaz de protection. On l'aura compris à la lecture de ce qui précède, l'invention recommande la présence d'un tube intermédiaire en un matériau inerte, ce qui dans le contexte de la présente invention doit s'entendre comme pouvant résister aux conditions subies i.e : - une température de plusieurs centaines de degrés, typiquement comprise entre 450 °C et 750 °C ; - à la présence de tels gaz CO, H2, qui sont corrosifs ; d'où la proposition du graphite ou encore de matériaux céramiques qui ont fait l'objet ces dernières années de nombreuses recherches. Par ailleurs, comme on l'aura compris également à la lecture de ce qui précède, l'invention recommande l'injection, dans l'espace intermédiaire, d'un « gaz de protection » dont la nature doit être choisie pour préserver le tube externe de la corrosion mais aussi l'atmosphère circulante (active, utile au poste utilisateur final) qui est acheminée dans l'espace interne, atmosphère qui ne doit pas être polluée vis-à-vis de son utilisation finale : - > on doit ainsi envisager que l'atmosphère interne circulante (CO/H2, CO/H2/X) puisse migrer à l'intérieur du tube intermédiaire vers le tube externe, le gaz injecté dans l'espace interstitiel devant alors « diluer » efficacement cette arrivée d'atmosphère circulante vis-à-vis des phénomènes de corrosion ; - on doit également envisager le fait que le gaz de protection puisse migrer à l'intérieur du tube intermédiaire vers l'espace interne à ce tube intermédiaire, où circule l'atmosphère transportée, et l'on conçoit alors que l'arrivée de gaz de protection dans cette atmosphère circulante ne doive pas « polluer » cette atmosphère vis-à-vis de son utilisation finale. C'est la raison pour laquelle on recommande selon la présente invention d'injecter dans l'espace intermédiaire (interstitiel) de l'hydrogène pur ou du CO pur (« pur » i.e ou d'autres éléments ne seraient présents qu'à l'état de traces). Le passage éventuel d'un peu de gaz de protection dans l'espace interne ne constituera alors pas une contamination vraiment gênante. Par ailleurs, le choix de CO pur ou H2 pur présente de plus l'avantage que l'un ou l'autre sont de toute façon présents sur le site puisque une atmosphère CO/H2 est utilisée (et donc reconstituée sur site) par le poste final en bout de canalisation. Selon un mode préféré de mise en oeuvre de l'invention on maintiendra une légère surpression du gaz de protection dans l'espace intermédiaire, par exemple de 1 à 10 mbars. Selon un autre mode préféré de mise en oeuvre de l'invention, le gaz de protection circule à vitesse réduite dans l'espace intermédiaire. A titre illustratif, les vitesses de gaz couramment pratiquées pour acheminer l'atmosphère dans l'espace interne sont situées dans la gamme de 20 à 30 mètre par seconde. Pour ce qui est du gaz de protection on préfère limiter sa vitesse de circulation, car on sait que dans le phénomène de corrosion à chaud (« metal dusting ») la vitesse du gaz en contact avec la surface fragile est un des facteurs l'aggravant. En effet cette vitesse semble créer une abrasion, qui peut déclencher ou aggraver le phénomène de corrosion. A titre d'exemple on emploiera donc selon l'invention une vitesse du gaz de protection située préférentiellement au voisinage du mètre par seconde. Grace à la structure proposée par l'invention, la Demanderesse a pu démontrer qu'il n'était plus nécessaire d'utiliser des aciers fortement alliés très couteux pour le tube externe métallique, des aciers « à bas prix » peuvent maintenant convenir dans de telles conditions de protection. La figure 1 unique annexée permet de bien visualiser un exemple de mise en oeuvre de l'invention, on reconnaît sur la figure 1 les éléments suivants : - une canalisation métallique externe en acier 1, par exemple un acier faiblement allié, par exemple, mais ceci n'est qu'illustratif des dimensions pratiquées dans de telles industries, ayant un diamètre extérieur de 120 mm, et une épaisseur voisine de 15 mm ; - un tube interne 2 , en graphite, concentrique au tube externe 1, et ménageant avec ce tube externe un espace intermédiaire 3; - ledit espace intermédiaire (interstitiel) 3 est connecté, via l'arrivée (injecteur) de gaz 4, avec l'extérieur de la canalisation, pour être ainsi apte à être alimenté en un gaz de protection (la source de gaz de protection n'est pas représentée sur la figure) ; - l'atmosphère à acheminer vers le poste utilisateur final circule dans l'espace interne 10. La présente invention concerne aussi une méthode d'acheminement de mélanges CO/H2 ou de mélanges comportant CO et H2 à (dans) un procédé industriel utilisant de tels mélanges, se caractérisant en ce que le mélange est acheminée au sein d'une canalisation conforme à l'invention ci-dessus décrite. Des essais réalisés par la Demanderesse ont montré les résultats suivants, tels que résumés dans le tableau ci-après. Pour les différentes atmosphères testées (H2, CO ou H2/CO), mises en contact avec du fer ou une plaque en graphite, la mention OUI ou NON dans la colonne de droite signale la formation ou non de suie. Les essais étaient réalisés à 550°C et 570°C, ils montrent sans ambigüité que le CO ne produit un dépôt de suie qu'en présence d'hydrogène, et que le couple CO/H2 très actif en présence d'acier (ceci était attendu) est neutre en présence de graphite. Matière utilisée Présence de CO Présence de H2 Présence de suie Fer pur non oui non Fer pur oui non non Fer pur oui oui oui Plaque en graphite oui oui non REVENDICATIONS1. Canalisation métallique permettant d'acheminer des mélanges CO/H2 ou des mélanges comportant CO et H2 à un procédé industriel utilisant de tels mélanges, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : - la canalisation comporte un tube métallique externe (1) ; - la canalisation comporte un tube interne (2) en un matériau inerte tel le graphite ou une céramique, concentrique au tube externe, et ménageant avec ce tube externe un espace intermédiaire (3); - ledit espace intermédiaire est connecté avec l'extérieur de la canalisation, pour être ainsi apte (4) à être alimenté en un gaz de protection. 2. Canalisation métallique selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le tube métallique externe est élaboré en un acier faiblement allié. 3. Canalisation métallique selon la revendication 1 ou 2, se caractérisant en ce que le tube interne est élaboré en graphite ou en une céramique. 4. Méthode d'acheminement de mélanges CO/H2 ou de mélanges comportant CO et H2 à un procédé industriel utilisant de tels mélanges, se caractérisant en ce que le mélange est acheminé au sein d'une canalisation conforme à l'une des revendications précédentes. 5. Méthode d'acheminement selon la revendication 4, se caractérisant en ce que l'on injecte dans ledit espace intermédiaire un gaz de protection qui est du CO. 6. Méthode d'acheminement selon la revendication 4, se caractérisant en ce que l'on injecte dans ledit espace intermédiaire un gaz de protection qui est de l'hydrogène. 7. Méthode d'acheminement selon l'une des revendications 4 à 6, se caractérisant en ce que l'on maintient dans ledit espace intermédiaire une légère surpression. 8. Méthode d'acheminement selon l'une des revendications 4 à 7, se caractérisant en ce que le gaz de protection circule à vitesse réduite dans l'espace intermédiaire.