Brevet FR3071750A1 (20190405)

REVENDICATIONS1) Réacteur-échangeur à vieillissement maitrisé, pour des réactions de conversion catalytique pendant un temps Tr prédéterminé, notamment du dihydrogène et du dioxyde de carbone ou du monoxyde de carbone, conçu selon une structure modulaire comprenant un empilement alterné suivant un axe OZ d'au moins une plaque PC et d'au moins une plaque PR, rainurées, assemblées de manière permanente pour former une structure monobloc ou monolithique comprenant : NC nappe (1) comprenant MC canaux (3), de longueur LC, adaptée à la circulation d'un fluide caloporteur principalement suivant la direction OY, d'un point d'entre E vers un point de sortie S, NR nappe (2) comprenant MR canaux (4), de volume VC, de longueur L, adaptée à une conversion catalytique pendant le temps Tr réalisée via la circulation d'un fluide réactif suivant la direction OX, OX étant perpendiculaire à OY, d'un point d'entré El vers un point de sortie Si en présence d'un catalyseur, à une pression P et avec une distribution de température T(L) le long de la longueur L dudit canal (4), chaque canal (4) étant rempli au moins partiellement sur sa longueur L, de manière au moins partiellement uniforme, d'au moins une quantité Q de catalyseur de conversion et/ou de catalyseur mélangé avec au moins une quantité Qp d'une poudre inerte sous forme de grains et/ou de poudre, ledit catalyseur ayant une activité qui diminue au cours d'un temps Tc de la conversion catalytique, définissant ainsi une durée de vie DdV du catalyseur, MC, MR, NC et NR étant des nombres entiers, caractérisé en ce que, chaque canal (4) comprend, suivant l'axe OX, une zone de conversion catalytique ZR de longueur LR inférieur à la longueur L de chaque canal, et caractérisé en ce que, la longueur L de chaque canal (4), la longueur LC de chaque canal (3) et ladite longueur de conversion catalytique LR de chaque canal (4) sont adaptées de sorte que le la distribution de la température T(L) dans chaque canal (4) présente une valeur maximale Tmax à une longueur LTr du point d'entré El et converge vers une valeur minimale Tmin à une longueur LTs du point de sortie Si, ladite distribution de température T(L) étant mobile au cours du temps Tc de la conversion catalytique, du point d'entrée El vers le point de sortie Si, ledit temps Tc de la conversion catalytique étant inférieur au temps Tr prédéterminé, et caractérisé en ce que le volume de chaque canal (4), le nombre MC des canaux (4), la longueur de conversion catalytique LR de chaque canal (4) et la quantité Q du catalyseur, sont adaptés de sorte que la longueur LTs soit inférieur ou égal 9/10 à la longueur L, et la longueur LTr soit inférieur à 9/10 de la longueur LTs. 20\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la distribution de la température de chaque canal (4) suit une loi log normal évolutive ou de poison évolutive ou de Lévy.\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que, la longueur LC =Beta x 5 L et la longueur LR = Gama x L, Beta et Gama étant des coefficients de proportionnalité et étant comprise entre 0,2 et 0,99 et la longueur LR étant comprise entre 1/100 de la longueur L et 9/10 de la longueur L de chaque canal (4).\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la taille volumique des canaux (4) est inférieure à 10000 cm3 et la longueur LR de la zone ZR 10 est comprise entre 10 mm et 1000 mm, et en ce que le nombre NR de nappes (2) est compris entre 1 et 100 et le nombre MR de canaux (4) est compris entre 5 et 1000.\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la quantité Q du catalyseur est comprise entre 1g et 8000g.\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce 15 qu'il comprend en outre au moins une plaque (5) PN, sans rainure, d'épaisseur inférieure 7 mm, intercalée entre la plaque PR et la plaque PC et inversement.\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que, chaque plaque PR comprend 2 faces et l'une de leur face comprenant des rainures longitudinales suivant l'axe OX du repère OXYZ, lesdites rainures ayant une largeur millimétrique 20 suivant l'axe OY, une longueur centimétrique suivant l'axe OX et en outre une profondeur millimétrique selon l'axe OZ, et en ce que, chaque plaque PC comprend 2 faces et l'une de leur face comprenant des rainures longitudinales suivant l'axe OY du repère OXYZ, lesdites rainures ayant une largeur millimétrique suivant l'axe OX, une longueur centimétrique suivant l'axe OY et en outre une profondeur millimétrique selon l'axe OZ, de préférence longueur des rainures sur les 25 plaque PR et PC est comprise entre 25 millimètre et 1000 millimètre.\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen MT de mesure de la température Tmax, connecté à au moins un système d'injection SI du fluide réactif au point d'entrée El, ledit système d'injection SI étant en outre connecté à un moyen de régulation du fluide réactif RF, de sorte que si la valeur de la 30 température Tmax est sensiblement égale à une valeur de la température prédéterminée TmaxP, le moyen de régulation RF bloque ou régule le fluide réactif pendant un temps prédéterminé Treg jusqu'à ce que la température Tmax devient inférieur à la température TmaxP, et caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un moyen de mesure de la température Tmin, connecté à au moins un système d'alimentation SA du réacteur de sorte que si la température Tmin est sensiblement égale à une température prédéterminée Tlim, le système d'alimentation SA arrête 21 la réaction de conversion catalytique tout en empêchant l'entrée du fluide réactif et en maintenant le circuit de fluide caloporteur.\n<CLM>\1\tRéacteur-échangeur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les plaques PR et PC sont ajourées. 5\n<CLM>\1\tProcédé d'assemblage du réacteur-échangeur selon les revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Mise en forme et usinage d'au moins l'une des faces de la plaque PR sur toute sa longueur L suivant l'axe OX pour obtenir des plaques rainurées, - Mise en forme et usinage d'au moins l'une des faces de la plaque PC sur toute sa longueur 10 LC suivant l'axe OY pour obtenir des plaques rainurées, empilement alterné des plaques rainurées PC et PR et assemblage des dites plaques entre elles par soudage diffusion, notamment par compression isostatique à chaud pour former un ensemble monolithique ou monobloc comprenant les nappes (1,\n<CLM>\1\tet les canaux (3,\n<CLM>\1\tde circulation de fluide caloporteur et réactif, 15 remplissage de chaque canal (4) réactif, au moins partiellement sur sa longueur L, de manière au moins partiellement uniforme, d'au moins d'une quantité Q de catalyseur de conversion.\n<CLM>\1\tProcédé d'assemblage du réacteur-échangeur selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'il comprend un empilement alterné suivant l'axe OZ selon l'ordre suivant PR-PC-PR-PC-PR-PC ... ou 20 PR-PR-PC-PC-PR-PR-PC-PC ... ou PR-PR-PC-PR-PR-PC...\n<CLM>\1\tProcédé d'assemblage du réacteur-échangeur selon la revendication 11 caractérisé en ce qu'il comprend une étape consistant à la intercalé une plaque PN sans rainure (5) entre une plaque PR et une plaque PC et inversement, et en ce qu'il comprend un empilement alterné suivant l'axe OZ selon l'ordre suivant PR-PN-PC-PN-PR-PN-PC-PN-PR-PN-PC... 25\n<CLM>\1\tProcédé d'assemblage du réacteur-échangeur selon les revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : Mise en forme et usinage d'au moins l'une des faces de la plaque PR sur toute sa longueur L suivant l'axe OX pour obtenir des plaques rainurées, - Mise en forme et usinage d'au moins l'une des faces de la plaque PC sur toute sa longueur 30 LC suivant l'axe OY pour obtenir des plaques rainurées, empilement des plaques rainurées PC et assemblage des dites plaques entre elles par soudage diffusion, notamment par compression isostatique à chaud pour former un ensemble monolithique ou monobloc comprenant une nappe (1) et les canaux (3) de circulation de fluide caloporteur de longueur LC, 22 empilement des plaques rainurées PR et assemblage des dites plaques entre elles par soudage diffusion, notamment par compression isostatique à chaud pour former un ensemble monolithique ou monobloc comprenant une nappe (2) et les canaux (4) de circulation de fluide réactif de longueur L, 5 empilement alterné des nappes (1) et (2) et assemblage des dites nappes entre elles par soudage diffusion, notamment par compression isostatique à chaud pour former un ensemble monolithique ou monobloc comprenant une multiplicité de nappes (2) et une multiplicité de nappes (1), remplissage de chaque canal (4) réactif, au moins partiellement sur sa longueur L, de 10 manière au moins partiellement uniforme, d'au moins d'une quantité Q de catalyseur de conversion.