BE544124A

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Publication number: BE544124A
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Description


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   Dans le réactions chimiques endothermiques, on.peut fournir la chaleur nécessaire à l'accomplissement de la réaction soit à travers les parois de l'espace ou chambre de réaction ou bien directement au moyen d'un véhicule ou vecteur de chaleur. Les vecteur de chaleur peuvent être solides, liquides ou gazeux.

   Toutefois, si l'on veut réaliser des réactions qui se déroulent à haute tempéra- ture, comme c'est le cas en particulier pour les réactions de cra- quage, dans lesquelles un hput rendement en hydrocarbures gazeux, tels que l'acétylène, l'éthylène ou le propylène etc. est désiré, l'amenée de la chaleur à travers les parois de 

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 la chambre de réaction crée de grandes difficultés techniques à un double point de vue.

     Premièrement.la   température du moyen ou agent de chauffage ne peut pas être élevée autant que ce serait désirable dans l'intérêt d'une bonne transmission de la chaleur pour obtenir une différence de température   (# T)     aussi   élevée que possible entre la paroi extérieure et la paroi intérieure du réacteur, car la stabilité thermique du matériau de la paroi ne le permet pas. Deuxièmement, un certain temps est nécessaire pou porter la matière à traiter thermiquement à la haute température de réaction désirée. Le temps nécessaire pour cette élévation de température ou chauffage a aussi pour conséquence que l'on passe pendant assez longtemps par des zones de température dans les- quelles des réactions indésirables peuvent se produire.

   Si pour des réactions de ce genre, par exemple des réactions de   cracking,   des temps de réaction extrêmement courts sont une condition in- dispensable, cette condition n'est le plus souvent pas   réali@   ble par chauffage indirect. On a donc proposé divers procédés qui visent à éviter ces difficultés. D'une part, on a essayé de produire la chaleur dans le mélange réactionnel même, en provo- quant la combustion d'une partie de la matière à traiter ou char- ge avec:une certaine quantité d'air ou d'oxygène, et en faisant réagir , sous l'effet de la chaleur ainsi engendrée, le reste de la.charge (craquage autothermique ou procédé Sachsse de dissocia-. tion du méthane). Ce procédé peut être considéré comme idéal au ' point de vue de la technique thermique, mais il comporte des in- convénients non négligeables.

   Premièrement, une certaine partie de la matière à traiter est employée comme simple combustible, ce qui pour les matières premières de grande valeur est déjà   nI!   inconvénient économique important, mais, deuxièmement, le produit désiré est dilué plus-ou moins fortement par les produits de la combustion, CO,CO2,N2, de sorte que la préparation de ce produit à l'état pur devient difficile et entraîné, le plus souvent, des frais élevés. Toutefois, si l'on introduit la chaleur au moyen de vecteurs de chaleur solides, inertes ou catalytiquement actifs, 

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 fortement chauffés, le produit final désire n'est   certes   pas dilue, mais les difficultés techniques qui résultent du chauffage   et:.   du transport du vecteur de chaleur solide fortement chauffé sont accrues.

   Il en résulte le plus souvent des installations ou appa-   reillages de   construction extrêmement compliquée, sujets à   nécessi-   ter des réparations et de grandeur considérable et par conséquent d'une valeur d'investissement élevée. Si toutefois on emploie un . vecteur de chaleur gazeux, il est désirable que les deux condi- tions suivantes soient remplies :  d'une   part, il doit pourvoir être de nouveau séparé facilement du produit de la réaction et, d'autre part,il doit posséder une chaleur spécifique aussi élevée que possible pour qu'on puisse avec un volume minimum de vecteur thermique introduire un maximum d'énergie calorifique dans l'espa- ce de réaction.

   On est donc en présence des exigences suivantes :   1.' La   charge doit être chauffée d'avance à la plus haute température possible et en principe seule la chaleur nécessaire à la réalisation de la réaction endothermique doit être introduite avec le gaz vecteur de chaleur, afin de réduire autant que pos- sible la quantité de gaz vecteur de chaleur. Le chauffage séparé du gaz vecteur de chaleur et de la matière à traiter exige cepen- dant derechef une dépense supplémentaire d'appareils. 



   2. Dans l'intérêt de l'observation de courts temps, de réaction, il faut veiller, par une réalisation convenable de la chambre de réaction, à ce qu'ùn mélange aussi rapide et complet que possible de la matière à traiter et du gaz vecteur de chaleur soit garanti.. 



   3. Afin de ménager le matériau de la paroi-, la tempéra- ture de celui-ci doit être maintenue aussi basse que possible. 



   . Or, suivant la présente invention, on a trouvé que ces trois conditions : premièrement, le chauffage'préalable nécessai- re de la matière à traiter; deuxièmement, le mélange idéal et   spontané des composants ; ettroisièmement, le fait de tenir les   

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 hautes températures éloignées des parois de la chambre de réac- tion, peuvent être remplies en même temps d'une manière extrême- ment simple par l'emploi d'une chambre de réaction qui est réa- lisée conformément à l'invention de la manière représentée à la figure 1, et qui constitue donc un cyclone. 



   La matière à traiter liquide, gazeuse ou sous forme de vapeur entre. dans ce cyclone en A sous la forme d'une tangente hélicoïdale et constitue un courant glissant-le long de la paroi. 



  Ce courant se meut à une vitesse angulaire constamment croissante jusque dans la pointe (sommet du cône) du cyclone, rebrousse che- min en ce point et ressort.du cyclone au cour de celui-ci en C. 



  Or, si ori introduit, par exemple en B, un courant du vecteur de chaleur gazeux, sous forme de   gaz* ou   de vapeur, à proximité du point de rebroussement ou d'inversion du courant du cyclone ou en ce point, on obtient, d'une part, un mélange positivement idéal du gaz vecteur de.chaleur avec la matière à traiter;'et, d'autre part, le courant de gaz s'écoulant de B vers C, dans lequel se déroule la réaction voulue, chauffe fortement la charge entrant à froid et se refroidit lui-même à cet occasion à pro- ximité du point de sortie C dans.une mesure telle'que des réac- tions ultérieures non désirées-ne se produisent plus et que l'équilibre estc figé.

   De ce fait, on obtient des avantages très importants par rapport à tous les types de réacteurs connus ac- . tuellement: 1) La durée de la réaction peut être réglée d'une manière positi- vement illimitée, sans que la chambre de réaction doive être agrandie ou réduite, comme suit : a) tout en maintenant inchangé le rapport quantitatif entre le gaz vecteur de chaleur et la matière à traiter ainsi qu' en maintenant la température du gaz vecteur ie chaleur, on aug-' mente ou diminue le débit de passage'total;      b) on abaisse la température du gaz vecteur de chaleur et en   revanche   on augmente la quantité de cegaz, tandis que la 

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 quantité de matière à traiter est maintenue constante.

   Ainsi, non seulement on obtient une diminution de la durée de la réaction, mais en même temps la pression partielle sous laquelle la matière à traiter entre en réaction est abaissée, de sorte   qu'on   main- tenant la température de réaction on-peut davantage conduire la réaction dans un sens désiré. c) inversement, on-peut élever la température du gaz vecteur de chaleur et diminuer la quantité de celui-ci, tandis que la quantité de matière à traiter est maintenue constante .De ce fait, on augmente la durée de la réaction de nouveau en   rnainte-   nant la température de réaction inchangée, tandis que simultané- ment la pression partielle est augmentée. 



   2) On peut faire varier la température de réaction comme suit .: a) tout en maintenant inchangée la température du gaz vecteur de chaleur, on augmente ou réduit la quantité de celu ci par rapport à la quantité de matière à traiter ; b) tout en maintenant inchangé le rapport quantitatif entre le gaz vecteur de chaleur et la   natière   à traiter,-on abaisse ou on élève la température du gaz vecteur de chaleur. 



     . De   cette manière, il devient possible de diriger la réac- tion dans tout sens désiré. Ainsi, on Pleut par exemple craquer dans le.même appareil un hydrocarbure lourd et l'on obtient : a) à haute température., en des temps de réaction courts et sous une faible pression partielle,, on. obtient de hauts rende- ments en hydrocarbures gazeux, tels que l'acét/ylène, l'éthylène, le propylène et le butylène; b) à température plus basse, en des temps de   réaction   plus longs et sous des pressions partielles plus élevées, on   ob@   tient moins de produits gazeux et plus de produits liquides, notamment des essences à haute teneur en composés aromatiques, ayant de bons indices d'octane. 

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    3) La   paroi de la chambre de réaction est refroidie par le cou- rant de matière à traiter relativement froid, qui glisse le long de la paroi.   Il   en résulte que le réacteur ne doit pas être cons- truit en un matériau hautement thermostable coûteux particulière- ment choisie,! qu'en outre l'isdation extérieure de la chambre de réaction crée moins de difficultés par suite de la plus faible différence de température vers l'extérieur et que les pertes de chaleur deviennent plus faibles. 



  4) La matière à traiter est vaporisée pour autant que ce soit née cessaire, sans aucune transmission de chaleur à travers les parois, et le gaz, ou la vapeur, est chauffé. à peu près à   la températu-   re à laquelle la réaction doit commencer. 



  5) Si la matière à traiter contient des   c.onstitutants   qui ne sont pas vaporisables à la température de réaction voulue (par exemple du carbone dans le cracking d'huiles lourdes ou de résidus du pétrole) ou s'il se forme des constituants de ce genre, on peut   retenir   ces substances d'une manière simple au point B,   c'est-à- '   dire à la pointe du cyclone..Dans ce cas, le gaz vecteur de cha- .leur-doit être introduit par un tube central spécial   s'avançant,   en B, dans la chambre de réaction. 



   ' Une caractéristique spéciale de l'invention est- que, par la nature du courant de cyclone) on obtient une séparation de'la matière à traiter et du gaz vecteur de chaleur sans aucune- cloison jusqu'à ce que, au point de rebroussèrent, le mélange spontané et le début de la réaction-aient lieu. 



   Pour le chauffage préalable de la matière à traiter, il n'est cédé à celle-ci que la partie de rayonnement de la chaleur, qui   sinon   devrait être partiellement   perdue.   L'angle au   so:.;net   du cône du cyclone se règle selon la nature de la réac- tion désirée et en particulier selon la durée désirée de la réac- tion et selon qu'il faut retirer des produits solides ou liquides. 



  Il peut varier entre 0  (forme cylindrique,   comme   à la figure 2) 

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 et environ 90 , et il est, de préférence, de 30 . Les rendements 'thermiques qu'on peut obtenir dans les appareillages de la forme selon l'invention sont extrêmement élevés et atteignent presque 
100%. Le refroidissement intense nécessaire pour de nombreuses réactions, par exemple en vue de   figer(geler)   l'équilibre, est effectué déjà par la macère à traiter même et profite ainsi direc- tement au bilan thermique de l'ensemble de la réaction. Dans la plupart des procédés connus jusqu'à présent, le refroidissement intense doit être effectué dans un deuxième appareil avec un fluide ou agent de refroidissement spécial.

   La chaleur cédée à cet agent de refroidissement ne peut alors être récupérée que très incomplètement et moyennant une nouvelle dépense d'appareil- lage ; elle est pratiquement perdue. Il va de soi que l'invention permet de larges possibilités de variations tant dans la forme que dans la conduite des appareils et des procédés. Elle n'est donc pas limitée aux exemples illustres par les figures 1 et 2. 



   Lorsque, pour obtenir certains effets, l'emploi d'un catalyseur paraît indiqué, celui-ci peut être placé, soit sous la forme d'un 'réseau, soit sur un support poreux, à proximité du point de mélange sur le trajet de réaction BC. Il peut être aussi très avantageux d'introduire des catalyseurs pulvérulents en tourbil- lon avec le courant du gaz vecteur de chaleur ou par une conduite d'amenée spéciale en D, de les laisser en contact avec la matière à traiter pendant la durée de la réaction et de les séparer de nouveau dans un séparateur, par exemple un cyclone, monté en aval. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de réactions chimiques endo- thermiques, en particulier de réactions de craquage, caractérisé par ce que le courant de la matière à traiter'est conduit à contre. courant, tangentiellement à la paroi d'un réacteur construit sous la forme d'un cyclone, le long d'un courant, se déplaçant centra- lement également en un mouvement to.urbillonnaire, d'un gaz vecteur <Desc/Clms Page number 8> de chaleur approprié, et est ainsi, pour autant que ce soit né- cessaire, vaporisé et réchauffé et est mélangé avec lui au point de rehroussement ou à proximité de celui-ci, aprés quoi la réac- tion endothermique voulue se déroule jusqu'à ce que,

par suite de la perte de chaleur résultant de la réaction endothermique et de la cession de chaleur pour la vaporisation et le chauffage oe la matière à traiter réchauffée ou non, le mélange réactionnel soit' refroidi et que, le cas échéant, l'équilibre obtenu soit figé.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par ce que la réaction endothermique à réaliser est une réaction de craquage.

3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé pax ce que de la vapeur d'eau surchauffée est. employée comme gaz vecteur de chaleur.

4. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications ' et 2,caractérisé par ce qu'un mélange de produits de combustion gazeux est utilisé comme.gaz vecteur de chaleur.

Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par ce que, par suite de la forme de cyclone de la chambre de réaction, les fractions non vaporisables ou soli- ,des de la matière à traiter sont évacuées à la pointe (sommet du cône) du réacteur et sont ainsi éliminées du mélange réaction- nel.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications' 1 à 4, caractérisé par ce que la matière à traiter est un pétrole brut dont les fractions non vaporisables sont évacuées du réac- teur'conformément à la revendication 5 et sont employées comme huile combustible ou de chauffage (fuel oil). par exemple pour la production du gaz vecteur de chaleur surchauffé.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par ce que, lors de la réalisation d'un craquage en circuit ou cyclique, la matière à traiter liquide est pulvé- risée à l'aide de. gaz ramenés dans le circuit et est introduite, <Desc/Clms Page number 9> au point prévu, tangentiellement dans la chambre de réaction.

Ô. Procédé selon l'une quelconque des revendications soit 1 à 6, caractérisé par ce que des catalyseurs convenables s¯ont/ fixe placés en position/dans la zone de réaction soit introduits en tourbillon sous forme pulvérulente avec le gaz vecteur de chaleur .et sont de nouveaux séparés dans un séparateur monté en aval du réacteur.