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WO2024068462A1 - Réacteur-échangeur à lit fixe muni d'au moins une grille à barreaux creux de circulation d'un fluide caloporteur - Google Patents

Réacteur-échangeur à lit fixe muni d'au moins une grille à barreaux creux de circulation d'un fluide caloporteur Download PDF

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Publication number
WO2024068462A1
WO2024068462A1 PCT/EP2023/076217 EP2023076217W WO2024068462A1 WO 2024068462 A1 WO2024068462 A1 WO 2024068462A1 EP 2023076217 W EP2023076217 W EP 2023076217W WO 2024068462 A1 WO2024068462 A1 WO 2024068462A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reactor
heat exchange
evacuation
openings
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2023/076217
Other languages
English (en)
Inventor
Bertier LUC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of WO2024068462A1 publication Critical patent/WO2024068462A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1684—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits having a non-circular cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0285—Heating or cooling the reactor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F28D7/1615—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation the conduits being inside a casing and extending at an angle to the longitudinal axis of the casing; the conduits crossing the conduit for the other heat exchange medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2208/00—Processes carried out in the presence of solid particles; Reactors therefor
    • B01J2208/00008—Controlling the process
    • B01J2208/00017—Controlling the temperature
    • B01J2208/00106—Controlling the temperature by indirect heat exchange
    • B01J2208/00115—Controlling the temperature by indirect heat exchange with heat exchange elements inside the bed of solid particles
    • B01J2208/00132—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
    • B01J8/02—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds
    • B01J8/0242—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes with stationary particles, e.g. in fixed beds the fluid flow within the bed being predominantly vertical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0022—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for chemical reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2250/00—Arrangements for modifying the flow of the heat exchange media, e.g. flow guiding means; Particular flow patterns
    • F28F2250/10—Particular pattern of flow of the heat exchange media
    • F28F2250/108—Particular pattern of flow of the heat exchange media with combined cross flow and parallel flow

Definitions

  • the present invention generally relates to exchanger reactors. More particularly, the present invention relates to the field of catalytic exchanger reactors using a solid catalyst, and in particular a solid catalyst in the form of a fixed bed of powder.
  • the organic compounds obtained may in particular include synthetic fuels and combustible.
  • the applications envisaged for a reactor according to the invention concern both endothermic and exothermic processes, in particular for which the control of the temperature at the level of the catalyst is critical.
  • Catalytic reactors using solid catalysts are widely used for the synthesis of organic compounds such as synthetic fuels or fuels including natural gas substitutes, dimethyl ether or even methanol.
  • these reactions can be carried out in a reactor-exchanger of the tube-and-shell type which comprises a plurality of reactive channels each provided with the solid catalyst and continuously cooled by a heat transfer fluid.
  • the reactive gases circulate axially in the tubes which contain a catalyst, for example in powder form.
  • this type of reactor remains sensitive to the heat released by the reactions occurring within the reactor.
  • a hot spot generally observed near the inlet of the reactive gases, degrades the solid catalyst, and therefore reduces the performance of the reactor-exchanger.
  • Patent application US2004/0141893A1 proposes, to control endothermic or exothermic reactions, to carry out these two reactions simultaneously within the same reactor so that the exothermic reaction directly exchanges its heat with the endothermal reaction.
  • This solution does not make it possible to avoid thermal variations along the reactor channels. Above all, it requires having to carry out two types of reactions simultaneously and at similar temperatures, which is very restrictive in practice.
  • Patent JP5362553B2 discloses, for its part, a reactor-exchanger with a very complex geometry inside the channels to maximize the exchange surface. This geometry must allow very good heat exchange, but not uniformity of the reaction within the reactor. In addition, the geometry is not easy to achieve by machining.
  • the aim of the invention is to respond at least in part to this need. Presentation of the invention
  • the invention relates to a fixed bed reactor-exchanger, intended to carry out a thermochemical conversion reaction.
  • the reactor-exchanger comprises at least one subassembly comprising:
  • the heat exchange grid comprising hollow bars adapted to circulate within them a heat transfer fluid, the openings delimited between the bars being dimensioned to accommodate a fixed bed of reaction catalyst(s) and arranged to open into the evacuation chamber;
  • the openings of the distribution element being dimensioned to maintain the fixed bed of catalyst(s) by preventing it from escape by gravity and arranged to allow the reactive gases to pass from the supply chamber towards the openings of the heat exchange grid housing the fixed bed of catalyst(s).
  • the distribution element is a grid.
  • the catalyst(s) being in the form of a catalytic powder.
  • the heat exchange grid is attached to the distribution element.
  • the heat exchange grid is preferably fixed or made integrally with the distribution element.
  • the reactor-exchanger extends in a first longitudinal direction (X), the hollow bars extending in a second longitudinal direction orthogonal (Y) to the first longitudinal direction (X), the openings of the heat exchange grid and the distribution element extending in a third longitudinal direction (Z) orthogonal to the first and second longitudinal directions.
  • each of the two ends of the hollow bars is connected to another hollow bar, arranged outside the supply and evacuation chambers, each other hollow bar respectively forming an inlet collector and a heat transfer fluid outlet collector.
  • the hollow bars can be of rectangular or square cross section, which allow optimal operation. Other sections can be considered, such as a round or oval cross section, particularly for cost reasons.
  • the reactor-exchanger comprises a first boundary plate delimiting the supply opening and the reactive gas supply chamber and a second boundary plate delimiting the evacuation chamber and the opening evacuation of the gases produced.
  • the reactor-exchanger comprises a stack of several sub-assemblies one on top of the other, each supply chamber common to two sub-assemblies opening onto the openings of a distribution element and those of an adjacent heat exchange grid and each evacuation chamber common to two subassemblies opening onto the openings of a heat exchange grid and those of an adjacent distribution element, each first boundary plate delimiting a supply opening and a supply chamber common to two sub-assemblies and each second boundary plate delimiting an evacuation opening and an evacuation chamber common to two sub-assemblies, with the exception of the ends of the stack each delimited by a second delimiting plate delimiting an evacuation opening and an evacuation chamber of a single subassembly.
  • This reactor configuration with stacking of several subassemblies makes it possible in particular to reduce the production cost (material cost) by removing part of the delimiting plates since the supply and evacuation chambers are pooled without having to delimit them by a dedicated plate.
  • This configuration requires adapting the chambers arranged at the ends of the stack so that they do not have to circulate a flow rate twice as high for the same quantity of catalyst, which could generate a risk of less good thermochemical conversion locally and thermal inhomogeneity.
  • the evacuation chambers of the products obtained being arranged at both ends, the risk of maldistribution of the flow is eliminated at the very least greatly limited.
  • each subassembly is an element, one-piece or pre-assembled, consisting of a heat exchange grid, a distribution element and at least one first or second delimiting plate, the below- stacked assemblies being assembled together by means of compression rods passing through the boundary plates.
  • HIC Hot Isostatic Compression
  • This variant advantageously makes it possible to keep all the subassemblies independent of each other, and to maintain the seal between them by means of tie rods which can be screwed in to ensure the desired compression. This makes assembly and disassembly of the reactor easy and facilitates maintenance, particularly with easy access to the catalyst within each distribution element, to remove and replace it.
  • the invention also relates to the use of a reactor-exchanger as described above, to carry out a catalytic thermochemical, exothermic or endothermic conversion reaction, in particular a methanation reaction.
  • the invention essentially consists of producing a fixed bed reactor-exchanger with a heat exchange grid whose openings delimited between adjacent bars allow the reagents of the desired thermochemical conversion reaction to circulate therein, the bars being hollow and in fact constitute circulation channels for a heat transfer fluid making it possible to evacuate (or provide) the heat of the reaction.
  • the reaction catalyst preferably in powder form, fills the space between two adjacent bars and is held by an element preferably in the form of a reagent distribution grid.
  • the reactor-exchanger according to the invention therefore allows a very good exchange between the catalyst (place of the reaction and therefore heat source or sink) and each heat transfer fluid circulation channel formed by the hollow of a bar, which allows to best control the temperature in the catalyst.
  • Figure IA is a schematic view in longitudinal section of a fixed bed reactor-exchanger according to the invention.
  • Figure IB is a schematic top view of the fixed bed reactor-exchanger according to Figure IA.
  • Figure 2 is a longitudinal sectional view of a reactor-exchanger according to the invention before stacking several subassemblies each with a heat exchange grid, a distribution grid and a delimiting plate.
  • FIG 3 Figure 3 repeats Figure 2 and shows an advantageous variant of assembly using compression tie rods.
  • Figure 4 is a top view of Figure 3.
  • Figure 5 illustrates in front view two metal plates used to produce a heat exchange grid of a reactor-exchanger according to the invention.
  • FIG 6 schematically illustrates the step of stacking plates according to Figure 5 for a production by thermocompression of a heat exchange grid of a reactor-exchanger according to the invention.
  • FIG 7 reproduces Figure IB showing elements of a sizing example.
  • Figure 7 A is a detail figure of Figure 7 showing elements of a sizing example.
  • FIG 8 is a schematic view in longitudinal section of a reactor-exchanger according to a stacking embodiment of several sub-assemblies. detailed description
  • a fixed bed exchanger reactor 1 is shown according to one embodiment of the invention, with reference to a methanation reaction that it implements.
  • This reactor 1 extends in a first longitudinal direction (X) and firstly comprises a supply chamber 2 of reactive gases (CO2, H2) from a supply opening 20 and a gas evacuation chamber 3 produced by the reaction (CH4, H2O) towards an evacuation opening 30.
  • a supply chamber 2 of reactive gases CO2, H2
  • a gas evacuation chamber 3 produced by the reaction CH4, H2O
  • a heat exchange grid 4 is arranged between the supply chamber 2 and the evacuation chamber 3.
  • the heat exchange grid 4 according to the invention comprises hollow bars 40 which extend in a second longitudinal direction ( Y) orthogonal to (X) and which are adapted to circulate within them a heat transfer fluid, such as a thermal mineral oil.
  • These hollow bars 40 can be of rectangular or square cross section as in the mode illustrated.
  • the openings 41 delimited between the bars 40 are dimensioned to accommodate a fixed bed of catalyst(s) (C) of the reaction in powder form. These openings 41 extend in a third longitudinal direction (Z) orthogonal to (X) and (Y) and are arranged to open into the evacuation chamber 3.
  • the reactor 1 further comprises a distribution grid 5, arranged between the supply chamber 2 and the heat exchange grid 4.
  • the openings 50 of this distribution grid 5 are dimensioned to maintain the fixed bed of catalyst(s). ) by preventing it from escaping by gravity.
  • These openings 50 like the openings 41, extend in a third longitudinal direction (Z) orthogonal to (X) and (Y). These openings 50 are
  • RECTIFIED SHEET (RULE 91) ISA/EP arranged to allow the reactive gases to pass from the supply chamber 2 towards the openings 41 of the heat exchange grid in which the reaction takes place, the products being evacuated into the evacuation chamber 3.
  • another distribution grid 5 can be arranged between the heat exchange grid 4 and the evacuation chamber 3.
  • each of the two ends of the hollow bars 40 is advantageously connected to another hollow bar 42, 43, arranged outside the supply and evacuation chambers, which respectively forms an inlet collector and a heat transfer fluid outlet collector.
  • a first delimiting plate 6 delimits the supply opening 20 and the reactive gas supply chamber 2 while a second delimiting plate 7 delimiting the chamber evacuation 3 and the evacuation opening 30 of the gases produced.
  • the reactive gases, CO2 and H2 in the example of the methanation reaction enter the reactor 1 through the supply chamber 2 from the supply opening 20.
  • the temperature of entry of gases, and oil can advantageously be between 280 and 320°C and the pressure between 1 and 30 bar.
  • the composition of the gas flow and the temperature are therefore close to being uniform throughout the chamber 2.
  • the speed of the reactive gases is low
  • the height of the catalytic bed defined by the height of the openings 41 can be optimized according to the targeted flow rate so that the contact time between the reactive gases and the catalyst C is sufficient to achieve a high conversion, close to thermodynamic equilibrium.
  • the converted gases and the unconverted reagents open into chamber 3 then are evacuated from the reactor through the evacuation opening 30.
  • a sub-assembly can be constituted beforehand by fixing or integrally producing the heat exchange grid 4 with the distribution grid 5 and advantageously at least one of the boundary plates 6, 7.
  • an advantageous embodiment of construction consists of stacking several subassemblies 1.1, 1.2, 1.3 on top of each other having first filled the openings 41 with catalytic powder C.
  • the opening windows 400 of a plate 4.1 will delimit the openings for the passage of reactive gases. Once assembled, plates 4.1 will close the channels 40 of the heat transfer fluid but not those of the reactive gases.
  • the through windows 410 of a plate 4.2 will delimit the openings for the heat transfer fluid to pass through.
  • the stacking is then carried out as follows:
  • two plates 4.2 can be provided between two plates 4.1
  • - catalyst C nickel and/or alumina powder
  • Table 1 summarizes the values and results obtained. It should be noted that the Anglo-Saxon acronym GHSV designates “Gas hourly space velocity”, that is to say the hourly space speed of the gas.
  • the value of 0.5 m for the total length of the heat transfer channels delimited by the hollow bars 40 was chosen in a purely arbitrary manner. In fact, this value will have to be adapted mainly according to the constraints of the manufacturer of the reactor-exchanger 1. For example, in the case of production using a CIC (Hot Isostatic Compression) technique then, the length of the channels 40 and the length of the Chambers 2, 3 should be limited by the size of the CIC oven used.
  • CIC Hot Isostatic Compression
  • FIG. 8 shows an advantageous embodiment of a reactor-exchanger 1 with stacks of several subassemblies 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, with the sharing of openings 20 and supply chamber 2 as well as openings 30 and evacuation chamber 3.
  • each supply chamber 2 common to two subassemblies opens onto the openings 50 of a distribution grid and the openings 41 of an adjacent heat exchange grid.
  • each evacuation chamber 3 common to two sub-assemblies opening onto the openings 41 of a heat exchange grid and the openings 50 of an adjacent distribution grid.
  • Each first delimiting plate 6 delimits a supply opening 20 and a supply chamber 20 common to two sub-assemblies and each second delimiting plate 7 delimits an evacuation opening 30 and an evacuation chamber 3 common to two sub-assemblies -sets.
  • Only the ends of the stack are each delimited by a second delimiting plate 7 delimiting a single evacuation opening 30 and a single evacuation chamber 3 of a single subassembly 1.1 or 1.4.
  • the number of subassemblies that are stacked and assembled to produce a reactor-exchanger according to the invention can be adapted as desired depending on the targeted reaction and the desired performances.
  • a distribution element we can consider a porous material in place of a grid 5 whose pores allow the passage of reactive gases while maintaining the fixed bed of the catalyst(s) by preventing it from spreading. escape by gravity.

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Abstract

L'invention concerne un réacteur-échangeur (1) à lit fixe, destiné à mettre en œuvre une réaction de conversion thermochimique, comprenant une grille d'échange thermique dont les ouvertures délimitées entre barreaux adjacents permettent d'y faire circuler les réactifs de la réaction de conversion thermochimique désirée, les barreaux étant creux et constituent de fait des canaux de circulation d'un fluide caloporteur permettant d'évacuer (ou d'apporter) la chaleur de la réaction.

Description

Description
Titre : Réacteur-échangeur à lit fixe muni d’au moins une grille à barreaux creux de circulation d’un fluide caloporteur.
Domaine technique
La présente invention concerne de manière générale des réacteurs-échangeur. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte au domaine des réacteurs-échangeur catalytiques mettant en œuvre un catalyseur solide, et notamment un catalyseur solide sous forme d’un lit fixe de poudre.
Elle a trait à un réacteur échangeur catalytique susceptible de mettre en œuvre des procédés de synthèses de composés organiques exothermiques. Les composés organiques obtenus peuvent notamment comprendre des carburants de synthèse et du combustible.
Bien que décrite plus spécifiquement en relation avec des procédés exothermiques, notamment à la réaction de méthanation, les applications envisagées pour un réacteur selon l’invention concernent aussi bien les procédés endothermiques qu’exothermiques, en particulier pour lesquelles le contrôle de la température au niveau du catalyseur est critique.
Technique antérieure
Les réacteurs catalytiques utilisant des catalyseurs solides sont largement mis en œuvre pour la synthèse de composés organiques tels que les carburants de synthèse ou les combustibles parmi lesquels on citer les substituts de gaz naturel, le diméthyléther ou encore le méthanol.
Ces composés sont notamment obtenus par réaction d’hydrogène et d’oxyde de carbone en présence d’un catalyseur solide approprié.
Toutefois, les réactions chimiques relatives à la synthèse de ces composés sont très exothermiques, et dégagent par voie de conséquence une quantité de chaleur susceptible de dégrader le catalyseur solide. Il résulte de cette dégradation une réduction du taux de conversion des espèces chimiques en présence, et une diminution de la sélectivité des réactions mises enjeu. Par ailleurs, le catalyseur solide se désactive sous l’effet de la chaleur.
Ainsi, en pratique, ces réactions peuvent être mises en œuvre dans un réacteur-échangeur du type tube-calandre qui comprend une pluralité de canaux réactifs pourvus chacun du catalyseur solide et refroidi continûment par un fluide caloporteur. Dans ce type de réacteurs, les gaz réactifs circulent axialement dans les tubes qui contiennent un catalyseur, par exemple en poudre.
Néanmoins, en dépit de la mise en œuvre d’un refroidissement par le fluide caloporteur, ce type de réacteur reste sensible à la chaleur dégagée par les réactions se produisant au sein du réacteur.
En particulier, un point chaud, généralement observé à proximité de l’entrée des gaz réactifs, dégrade le catalyseur solide, et réduit donc les performances du réacteur-échangeur.
Afin de limiter ces effets, les solutions suivantes ont été proposées :
- une réduction de la densité volumique de catalyseur, notamment en déposant ce dernier sur les parois du tube ou d’un insert ou en le diluant dans un milieu non réactif ;
- une dilution des gaz réactifs avec une partie des produits générés pour diminuer l’activité de la réaction ;
- la réalisation de plusieurs points d’injection d’un ou de plusieurs réactifs pour répartir la zone du point chaud sur une plus grande surface ;
- une réduction des dimensions des tubes ou en y plaçant des pièces conductrices de la chaleur afin d’améliorer le refroidissement des tubes.
Ces solutions ne sont toutefois pas satisfaisantes. En effet, quand bien même elles permettent de réduire les effets du point chaud, elles sont complexes à mettre en œuvre. Par ailleurs, leur mise en œuvre diminue la flexibilité d’utilisation du réacteur échangeur, et rendent ce dernier peu compact.
Afin de pallier ces inconvénients, il alors été proposé un agencement permettant de répartir la distribution des réactifs sur toute la longueur des tubes. Cette solution permet alors d’obtenir une meilleure homogénéité de la température sur toute la longueur du réacteur. Ainsi, les brevets US3758279, US4374094,EP0560157,IT8021172 et US2997374 proposent des réacteurs-échangeurs mettant en œuvre une distribution des réactifs à partir d’un espace de distribution annulaire. Notamment, ces réacteurs-échangeur, de forme généralement cylindrique, comprennent, agencés de manière coaxiale et à partir de l’extérieur du réacteur, un tube, l’espace de distribution annulaire, une charge de catalyseur et un espace de collecte. Cet agencement n’est toutefois pas satisfaisant. En effet, la présence de l’espace de distribution annulaire autour de la charge de catalyseur, limite les transferts de chaleur du catalyseur vers le tube rendant peu efficace les systèmes de refroidissement généralement mis en œuvre. Il reste néanmoins possible d’insérer des éléments conducteurs de chaleur dans le réacteur. Une telle solution reste toutefois incompatible avec les réacteurs comprenant des tubes de faible diamètre.
Afin de pallier ces inconvénients, la Demanderesse a proposé dans le brevet EP3827895 B1 un réacteur-échangeur avec un tube creux logeant un lit fixe de poudre catalytique et entourant un insert creux dont la forme permet de répartir la distribution des réactifs sur toute la longueur du tube. Cette solution permet alors d’obtenir une meilleure homogénéité de la température sur toute la longueur du réacteur, tout en obtenant un très bon contrôle thermique. Cependant, la complexité de la forme de l’insert rend sa production et donc celle du réacteur-échangeur compliquée et coûteuse. En outre, pouvoir remplir et changer le catalyseur n’est pas aisé. Notamment dans le cas d’un catalyseur qui a mal vieilli et dont l’écoulement pourrait être difficile.
La demande de brevet US2004/0141893A1, propose, pour contrôler des réactions endothermiques ou exothermiques, de réaliser ces deux réactions simultanément au sein d’un même réacteur de sorte que la réaction exothermique échange directement sa chaleur à la réaction endo thermique. Cette solution ne permet pas d’éviter les variations thermiques le long des canaux du réacteur. Surtout, elle nécessite d’avoir à réaliser deux types de réactions simultanément et à des températures similaires, ce qui est très contraignant en pratique.
Le brevet JP5362553B2 divulgue, quant à lui, un réacteur-échangeur avec une géométrie très complexe à l’intérieur des canaux pour maximiser la surface d’échange. Cette géométrie doit permettre un très bon échange thermique, mais pas une uniformisation de la réaction au sein du réacteur. En outre, la géométrie n’est pas simple à réaliser par usinage.
H existe donc un besoin pour améliorer les réacteurs-échangeurs, notamment à lit fixe, notamment afin d’obtenir un très bon échange thermique et donc un bon contrôle de la température dans le lit fixe tout en permettant une fabrication et une maintenance aisées.
Le but de l’invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention concerne un réacteur-échangeur à lit fixe, destiné à mettre en œuvre une réaction de conversion thermochimique.
Le réacteur-échangeur comprend au moins un sous-ensemble comprenant:
- au moins une chambre d’alimentation en gaz réactifs:
- au moins une chambre d’évacuation des gaz produits par la réaction;
- au moins une grille d’échange thermique, agencée entre la chambre d’alimentation et la chambre d’évacuation, la grille d’échange thermique comprenant des barreaux creux adaptés pour faire circuler en leur sein un fluide caloporteur, les ouvertures délimitées entre les barreaux étant dimensionnées pour loger un lit fixe de catalyseur(s) de la réaction et agencées pour déboucher dans la chambre d’évacuation;
- au moins un élément de répartition, agencée entre la chambre d’alimentation et la grille d’échange thermique, les ouvertures de l ‘élément de répartition étant dimensionnées pour maintenir le lit fixe de de catalyseur(s) en l’empêchant de s’échapper par gravité et agencées pour laisser passer les gaz réactifs depuis la chambre d’alimentation vers les ouvertures de la grille d’échange thermique logeant le lit fixe de catalyseur(s).
Selon un mode de réalisation avantageux, l’élément de répartition est une grille.
De préférence, le(s) catalyseur(s) étant sous la forme d’une poudre catalytique.
Selon une configuration avantageuse, la grille d’échange thermique est accolée à l’élément de répartition. Selon cette configuration, la grille d’échange thermique est de préférence fixée ou réalisée intégralement avec l’élément de répartition.
Selon un mode de réalisation avantageux, le réacteur-échangeur s’étend selon une première direction longitudinale (X), les barreaux creux s’étendant selon une deuxième direction longitudinale orthogonale (Y) à la première direction longitudinale (X), les ouvertures de la grille d’échange thermique et de l’élément de répartition s’étendant selon une troisième direction longitudinale (Z) orthogonale aux première et deuxième directions longitudinales.
Selon une variante de réalisation avantageuse, chacune des deux extrémités des barreaux creux est reliée à un autre barreau creux, agencé à l’extérieur des chambres d’alimentation et d’évacuation, chaque autre barreau creux formant respectivement un collecteur d’entrée et un collecteur de sortie du fluide caloporteur. Les barreaux creux peuvent être de section transversale rectangulaire ou carrée, qui permettent un fonctionnement optimal. D’autres sections peuvent être envisagées, comme une section transversale ronde ou ovale, notamment pour des raisons de coût.
Selon un autre mode de réalisation avantageux, le réacteur-échangeur comprend une première plaque de délimitation délimitant l’ouverture d’alimentation et la chambre d’alimentation des gaz réactifs et une deuxième plaque de délimitation délimitant la chambre d’évacuation et l’ouverture d’évacuation des gaz produits.
Selon ce mode, et une configuration avantageuse, le réacteur-échangeur comprend un empilement de plusieurs sous-ensembles les uns sur les autres, chaque chambre d’alimentation commune à deux sous-ensembles débouchant sur les ouvertures d’un élément de répartition et celles d’une grille d’échange thermique adjacente et chaque chambre d’évacuation commune à deux sous-ensembles débouchant sur les ouvertures d’une grille d’échange thermique et celles d’un élément de répartition adjacent, chaque première plaque de délimitation délimitant une ouverture d’alimentation et une chambre d’alimentation commune à deux sous-ensembles et chaque deuxième plaque de délimitation délimitant une ouverture d’évacuation et une chambre d’évacuation commune à deux sous-ensembles, à l’exception des extrémités de l’empilement délimitées chacune par une deuxième plaque de délimitation délimitant une ouverture d’évacuation et une chambre d’évacuation d’un unique sous-ensemble.
Cette configuration de réacteur à empilement de plusieurs sous-ensembles permet notamment de diminuer le coût de réalisation (coût matière) en supprimant une partie des plaques de délimitation puisqu’on mutualise les chambres d’alimentation et d’évacuation sans avoir à les délimiter par une plaque dédiée. Cette configuration nécessite d’adapter les chambres agencées aux extrémités de l’empilement de sorte qu’elles ne doivent pas faire circuler un débit deux fois supérieur pour une même quantité de catalyseur, ce qui pourrait générer un risque de moins bonne conversion thermochimique localement et d’inhomogénéité thermique. Les chambres d’évacuation des produits obtenus étant agencées aux deux extrémités, le risque de maldistribution du débit est supprimé à tout le moins fortement limité.
Selon une variante d’assemblage avantageuse, chaque sous-ensemble est un élément, monobloc ou préassemblé, constitué d’une grille d’échange thermique, d’un élément de répartition et d’au moins une première ou deuxième plaque de délimitation, les sous- ensembles empilés étant assemblés entre eux au moyen de tirants de compression traversant les plaques de délimitation. On peut envisager de réaliser un élément par soudage ou brasage ou soudage-diffusion brasage-diffusion de plaques usinées, notamment par une technique de Compression Isostatique à Chaud (CIC). On peut aussi envisager une réalisation par soudage avec thermocompression de plaques. Cette variante permet avantageusement de garder tous les sous-ensembles indépendants les uns des autres, et de maintenir l’étanchéité entre eux au moyen des tirants que l’on peut visser pour assurer la compression souhaitée. Par-là, le montage et démontage du réacteur est aisé et permet de faciliter la maintenance notamment avec un accès facile au catalyseur au sein de chaque élément de répartition, pour le retirer et le remplacer.
L’invention a également pour objet l’utilisation d’un réacteur-échangeur tel que décrit précédemment, pour mettre en œuvre une réaction catalytique de conversion thermochimique, exothermique ou endothermique, en particulier une réaction de méthanation.
Ainsi, l’invention consiste essentiellement à réaliser un réacteur-échangeur à lit fixe avec une grille d’échange thermique dont les ouvertures délimitées entre barreaux adjacents permettent d’y faire circuler les réactifs de la réaction de conversion thermochimique désirée, les barreaux étant creux et constituent de fait des canaux de circulation d’un fluide caloporteur permettant d’évacuer (ou d’apporter) la chaleur de la réaction.
Le catalyseur de la réaction, de préférence sous forme de poudre, rempli l’espace entre deux barreaux adjacents et est maintenu par un élément de préférence sous la forme d’une grille de répartition des réactifs.
Le réacteur-échangeur selon l’invention permet donc un très bon échange entre le catalyseur (lieu de la réaction et donc source ou puits de chaleur) et chaque canal de circulation de fluide caloporteur formé par le creux d’un barreau, ce qui permet de contrôler au mieux la température dans le catalyseur.
Au final, l’invention apporte de nombreux avantages, notamment par à la solution selon le brevet EP3827895 Bl, parmi lesquels on peut citer :
- un réacteur-échangeur plus compact ;
- une géométrie de réacteur-échangeur plus simple et donc plus simple à usiner ; - dans le cas d’une pluralité de grilles indépendantes, alors le démontage et facilité, ce qui permet de changer le catalyseur usagé de façon aisée, même si ce dernier a subi un frittage important.
D’autre avantages et caractéristiques ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée, faite à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures suivantes.
Brève description des dessins
[Fig IA] la figure IA est une vue schématique en coupe longitudinale d’un réacteur- échangeur à lit fixe selon l’invention.
[Fig IB] la figure IB est une vue schématique du dessus du réacteur-échangeur à lit fixe selon la figure IA.
[Fig 2] la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d’un réacteur-échangeur selon l’invention avant empilement de plusieurs sous-ensembles chacun à une grille d’échange thermique, une grille de répartition et une plaque de délimitation.
[Fig 3] la figure 3 reprend la figure 2 et montre une variante avantageuse d’assemblage au moyen de tirants de compression.
[Fig 4] la figure 4 est une vue du dessus de la figure 3.
[Fig 5] la figure 5 illustre en vue de face deux plaques métalliques servant à la réalisation d’une grille d’échange thermique d’un réacteur-échangeur selon l’invention.
[Fig 6] la figure 6 illustre de manière schématique l’étape d’empilement de plaques selon la figure 5 pour une réalisation par thermocompression d’une grille d’échange thermique d’un réacteur-échangeur selon l’invention.
[Fig 7] la figure 7 reprend la figure IB en montrant des éléments d’un exemple de dimensionnement.
[Fig 7 A] la figure 7 A est une figure de détail de la figure 7 en montrant des éléments d’un exemple de dimensionnement.
[Fig 8] la figure 8 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un réacteur-échangeur selon un mode de réalisation à empilement de plusieurs sous-ensembles. Description détaillée
Par souci de clarté, les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références numériques selon l’état de l’art et selon l’invention.
On précise que dans l’ensemble de la demande, les termes « entrée », « sortie », « amont », «aval » sont à comprendre en relation avec le sens de la circulation du fluide considéré au sein d’un réactcur-échangcur scion l’invention.
De même, les termes « supérieur », « inférieur », « dessus », « dessous » sont à comprendre en référence à un réacteur-échangeur selon l’invention agencé à l’horizontal dans sa configuration de fonctionnement.
En figures IA et IB, on a représenté un réacteur-échangeur 1 à lit fixe selon un mode de réalisation de l’invention, en référence avec une réaction de méthanation qu’il met en œuvre.
Ce réacteur 1 s’étend selon une première direction longitudinale (X) et comprend tout d’abord une chambre d’alimentation 2 en gaz réactifs (CO2, H2) depuis une ouverture d’alimentation 20 et une chambre d’évacuation 3 des gaz produits par la réaction (CH4, H2O) vers une ouverture d’évacuation 30.
Une grille d’échange thermique 4 est agencée entre la chambre d’alimentation 2 et la chambre d’évacuation 3. La grille d’échange thermique 4 selon l’invention comprend des barreaux creux 40 qui s’étendent selon une deuxième direction longitudinale (Y) orthogonale à (X) et qui sont adaptés pour faire circuler en leur sein un fluide caloporteur, tel qu’une huile minérale thermique. Ces barreaux creux 40 peuvent être de section transversale rectangulaire ou carrée comme dans le mode illustré.
Les ouvertures 41 délimitées entre les barreaux 40 sont dimensionnées pour loger un lit fixe de catalyseur(s) (C) de la réaction sous la forme de poudre. Ces ouvertures 41 s’étendent selon une troisième direction longitudinale (Z) orthogonale à (X) et à (Y) et sont agencées pour déboucher dans la chambre d’évacuation 3.
Le réacteur 1 comprend en outre une grille de répartition 5, agencée entre la chambre d’alimentation 2 et la grille d’échange thermique 4. Les ouvertures 50 de cette grille de répartition 5 sont dimensionnées pour maintenir le lit fixe de de catalyseur(s) en l’empêchant de s’échapper par gravité. Ces ouvertures 50 comme les ouvertures 41 s’étendent selon une troisième direction longitudinale (Z) orthogonale à (X) et à (Y). Ces ouvertures 50 sont
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP agencées pour laisser passer les gaz réactifs depuis la chambre d’alimentation 2 vers les ouvertures 41 de la grille d’échange thermique dans lesquelles se produit la réaction, les produits étant évacués dans la chambre d’évacuation 3.
Selon les configurations, en particulier, si le réacteur-échangeur doit être agencé dans une autre position de fonctionnement qu’une position horizontale, une autre grille de répartition 5 peut être agencée entre la grille d’échange thermique 4 et la chambre d’évacuation 3.
Comme illustré en figure IB, chacune des deux extrémités des barreaux creux 40 est avantageusement reliée à un autre barreau creux 42, 43, agencé à l’extérieur des chambres d’alimentation et d’évacuation, qui forme respectivement un collecteur d’entrée et un collecteur de sortie du fluide caloporteur.
Pour délimiter le réacteur vis-à-vis de l’extérieur, une première plaque de délimitation 6 délimite l’ouverture d’alimentation 20 et la chambre d’alimentation des gaz réactifs 2 tandis qu’une deuxième plaque de délimitation 7 délimitant la chambre d’évacuation 3 et l’ouverture d’évacuation 30 des gaz produits.
Le fonctionnement d’un réacteur-échangeur à lit fixe 1 selon l’invention est le suivant.
Les gaz réactifs, CO2 et H2 dans l’exemple de la réaction de méthanation, entrent dans le réacteur 1 par la chambre d’alimentation 2 depuis l’ouverture d’alimentation 20. Dans l’exemple de la méthanation, la température d’entrée des gaz, et de l’huile peut être avantageusement comprise entre 280 et 320°C et la pression entre 1 et 30 bar.
Du fait de la perte de charge induite par les ouvertures 50 de la grille 5 et le catalyseur sous forme de poudre, dans les ouvertures 41, le flux de gaz réactifs se répartit uniformément dans ces dernières, et donc entre les différents barreaux creux 40 formant les canaux de circulation du fluide caloporteur. Du fait de la fermeture de la chambre 2 par la plaque 6 à l’opposé de l’ouverture d’alimentation 20, l’intégralité du flux de gaz ne peux s’écouler qu’à travers les ouvertures 4L
Au moment d’entrer au contact du catalyseur C logé dans les ouvertures 41, la composition du flux gazeux et la température sont donc proche d’être uniformes dans toute la chambre 2.
Dans le catalyseur C, la vitesse des gaz réactifs est faible, la hauteur du lit catalytique définie par la hauteur des ouvertures 41 peut être optimisée en fonction du débit ciblé pour que le temps de contact entre les gaz réactifs et le catalyseur C soit suffisant pour atteindre une conversion élevée, proche de l’équilibre thermodynamique.
Comme le débit dans le catalyseur est faible, il n’est pas nécessaire d’avoir un lit catalytique C de grande longueur pour avoir un temps de séjour suffisant. Grâce à cette faible longueur et à la présence des canaux de circulation du fluide caloporteur délimités par l’intérieur des barreaux creux 40, la chaleur est répartie au mieux, ce qui permet d’éviter tout point chaud (ou froid).
Les gaz convertis et les réactifs non convertis débouchent dans la chambre 3 puis sont évacués du réacteur par l’ouverture d’évacuation 30.
En ce qui concerne la construction d’un réacteur-échangeur 1, on peut constituer au préalable un sous-ensemble en fixant ou réalisant intégralement la grille d’échange thermique 4 avec la grille de répartition 5 et avantageusement au moins une des plaques de délimitation 6, 7.
Comme illustré à la figure 2, un mode de réalisation avantageux de construction consiste à empiler plusieurs sous-ensembles 1.1, 1.2, 1.3 les uns sur les autres en ayant au préalable rempli les ouvertures 41 en poudre catalytique C.
Pour assembler ces différents sous-ensembles 1.1 à 1.3, on peut avantageusement utiliser des tirants de compression 8 qui traversent l’ensemble des plaques de délimitation 6, 7 aux coins de l’empilement, comme illustré aux figures 3 et 4. Ces tirants 8 que l’on serre pour assurer la compression permettent de garder les différents sous-ensembles 1.1 à 1.3 indépendants les uns et des autres, et de maintenir l’étanchéité entre eux. Ces moyens d’assemblage 8 permettent donc de garantir un montage/démontage aisé du réacteur 1 ainsi qu’un accès facile au catalyseur C pour le retirer et le remplacer, notamment une fois complètement utilisé.
Pour la réalisant intégralement la grille d’échange thermique 4, plusieurs techniques de fabrication peuvent être envisagées, telles que l’extrusion, le laminage à partir de tubes à section rectangulaire ou carrée suivi d’un soudage classique, un soudage par compression isostatique à chaud (CIC) ou par thermocompression.
Le choix de la technique de fabrication, sera fait en tenant compte des dimensions/épaisseurs ou sur les limites de tailles atteignables. Un exemple de réalisation par une technique de soudage par thermocompression est illustré aux figures 5 et 6. On précise que sur la figure 5 les lignes L en pointillés désignent les lignes de découpe des plaques pour l’ouvertures des canaux une fois l’empilage et le soudage par thermocompression réalisés.
On réalise tout d’abord deux types de plaques usinées 4.1, 4.2 qui vont être empilées puis assemblées entre elles par soudage par thermocompression pour constituer une grille d’échange thermique 4.
Les fenêtres débouchantes 400 d’une plaque 4.1 vont délimiter les ouvertures de passage des gaz réactifs. Une fois assemblées, les plaques 4.1 vont fermer les canaux 40 du fluide caloporteur mais pas ceux des gaz réactifs.
Les fenêtres débouchantes 410 d’une plaque 4.2 vont délimiter les ouvertures de passage du fluide caloporteur.
L’empilement est ensuite réalisé de la façon suivante :
- une plaque 4.1 à une première extrémité,
- un nombre de N plaques 4.2 au centre de l’empilement, le nombre N étant fonction de l’épaisseur des plaques et la hauteur de lit catalytique désirée,
- une plaque 4.1 à une deuxième extrémité opposée à la première extrémité.
Comme illustré à la figure 6, on peut prévoir deux plaques 4.2 entre deux plaques 4.1
A titre indicatif, les matériaux qui peuvent être envisagés sont les suivants.
Pour une réaction de méthanation:
- catalyseur C : poudre de nickel et/ou d’alumine ;
- grille d’échange thermique 4 en acier inoxydable ou en cuivre ;
- plaque de séparation 7 en acier inoxydable 316L
Pour une réaction de conversion Fischer-Tropsch :
- catalyseur C en fer, cobalt, ruthénium ou nickel ;
- grille d’échange thermique 4 en acier inoxydable ou en aluminium; plaque de séparation 7 en acier inoxydable 316L ou en aluminium. L’inventeur a réalisé un exemple dimensionnement d’un réacteur-échangeur 1 selon l’invention. Les notations des dimensions caractéristiques sont indiquées sur les figures 7 et 7 A et sont évaluées ici, en ordre de grandeurs pour une réaction de méthanation.
Le tableau 1 ci-dessous synthétise les valeurs et résultats obtenus. On précise que l’acronyme anglo-saxon GHSV désigne « Gas hourly space velocity », c’est-à-dire la vitesse spatiale horaire du gaz.
[Tableau 1]
Figure imgf000014_0001
On constate à la lecture de ce tableau, qu’en ayant fixé le même GHSV que pour un réacteur tubulaire à lit fixe, comme décrit dans la demande de brevet EP3827895, ce qui correspond à une même performance du catalyseur, la densité de conversion est augmentée d’environ 50%, puisque respectivement égales à 3400 Nm3/h/m3 et 2300 Nm3/h/m3.
On précise que la valeur de 0,5 m pour la longueur totale des canaux de circulation du caloporteur délimitée par les barreaux creux 40 a été choisie de manière purement arbitraire. En fait, cette valeur sera à adapter en fonction principalement des contraintes du fabricant du réacteur-échangeur 1. Par exemple, en cas de réalisation par une technique de CIC (Compression Isostatique à Chaud) alors, la longueur des canaux 40 et la longueur des chambres 2, 3 devrait être limitée par la taille du four CIC utilisé.
On a représenté à la figure 8, un mode de réalisation avantageux d’un réacteur-échangeur 1 à empilements de plusieurs sous-ensembles 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, avec mise en commun des ouvertures 20 et chambre 2 d’alimentation ainsi que des ouvertures 30 et chambre 3 d’évacuation.
Ainsi, chaque chambre d’alimentation 2 commune à deux sous-ensembles débouche sur les ouvertures 50 d’une grille de répartition et les ouvertures 41 d’une grille d’échange thermique adjacente.
H en va de même avec chaque chambre d’évacuation 3 commune à deux sous-ensembles débouchant sur les ouvertures 41 d’une grille d’échange thermique et les ouvertures 50 d’une grille de répartition adjacente.
Chaque première plaque de délimitation 6 délimite une ouverture d’alimentation 20 et une chambre d’alimentation 20 commune à deux sous-ensembles et chaque deuxième plaque de délimitation 7 délimite une ouverture d’évacuation 30 et une chambre d’évacuation 3commune à deux sous-ensembles.
Seules les extrémités de l’empilement délimitées chacune par une deuxième plaque de délimitation 7 délimitant une seule ouverture d’évacuation 30 et une seule chambre d’évacuation 3 d’un unique sous-ensemble 1.1 ou 1.4.
D’autres variantes et améliorations peuvent être envisagées sans pour autant sortir du cadre de l’invention.
Par exemple, le nombre de sous-ensembles que l’on empile et assemble pour réaliser un réacteur-échangeur selon l’invention peut être adapté à souhait en fonction de la réaction visée et des performances recherchées. En tant qu’élément de répartition, on peut envisager un matériau poreux en lieu et place d’une grille 5 dont les pores permettent le passage des gaz réactifs tout en maintenant le lit fixe du catalyseur(s) en l’empêchant de s’échapper par gravité.

Claims

Revendications
1. Réacteur-échangeur (1) à lit fixe, destiné à mettre en œuvre une réaction de conversion thermochimique, comprenant au moins un sous-ensemble (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) comprenant:
- au moins une chambre d’alimentation (2) en gaz réactifs:
- au moins une chambre d’évacuation (3) des gaz produits par la réaction;
- au moins une grille d’échange thermique (4), agencée entre la chambre d’alimentation et la chambre d’évacuation, la grille d’échange thermique comprenant des barreaux creux (40) adaptés pour faire circuler en leur sein un fluide caloporteur, les ouvertures (41) délimitées entre les barreaux étant dimensionnées pour loger un lit fixe de catalyseur(s) (C) de la réaction et agencées pour déboucher dans la chambre d’évacuation;
- au moins un élément de répartition (5), agencé entre la chambre d’alimentation et la grille d’échange thermique, les ouvertures (50) de l’élément de répartition étant dimensionnées pour maintenir le lit fixe de de catalyseur(s) en l’empêchant de s’échapper par gravité et agencées pour laisser passer les gaz réactifs depuis la chambre d’alimentation vers les ouvertures de la grille d’échange thermique logeant le lit fixe de catalyseur(s), le réacteur-échangeur s’étendant selon une première direction longitudinale (X), les barreaux creux s’étendant selon une deuxième direction longitudinale orthogonale (Y) à la première direction longitudinale (X), les ouvertures de la grille d’échange thermique et de l’élément de répartition s’étendant selon une troisième direction longitudinale (Z) orthogonale aux première et deuxième directions longitudinales.
2. Réacteur-échangeur selon la revendication 1, l’élément de répartition étant une grille (5).
3. Réacteur-échangeur selon la revendication 1 ou 2, le(s) catalyseur(s) étant sous la forme d’une poudre catalytique.
4. Réacteur-échangeur selon l’une des revendications 1 à 3, la grille d’échange thermique étant accolée à l’élément de répartition.
5. Réacteur-échangeur selon la revendication 4, la grille d’échange thermique étant fixée ou réalisée intégralement avec l’élément de répartition.
6. Réacteur-échangeur selon l’une des revendications précédentes, chacune des deux extrémités des barreaux creux étant reliée à un autre barreau creux (42, 43), agencé à l’extérieur des chambres d’alimentation et d’évacuation, chaque autre barreau creux formant respectivement un collecteur d’entrée et un collecteur de sortie du fluide caloporteur.
7. Réacteur-échangeur selon l’une des revendications précédentes, les barreaux creux étant de section transversale rectangulaire ou carrée.
8. Réacteur-échangeur selon l’une des revendications précédentes, comprenant une première plaque de délimitation (6) délimitant l’ouverture d’alimentation (20) et la chambre d’alimentation des gaz réactifs et une deuxième plaque de délimitation (7) délimitant la chambre d’évacuation et l’ouverture d’évacuation (30) des gaz produits.
9. Réacteur-échangeur selon la revendication 8, comprenant un empilement de plusieurs sous-ensembles les uns sur les autres, chaque chambre d’alimentation commune à deux sous- ensembles débouchant sur les ouvertures d’un élément de répartition et celles d’une grille d’échange thermique adjacente et chaque chambre d’évacuation commune à deux sous- ensembles débouchant sur les ouvertures d’une grille d’échange thermique et celles d’un élément de répartition adjacent, chaque première plaque de délimitation délimitant une ouverture d’alimentation et une chambre d’alimentation commune à deux sous-ensembles et chaque deuxième plaque de délimitation délimitant une ouverture d’évacuation et une chambre d’évacuation commune à deux sous-ensembles, à l’exception des extrémités de l’empilement délimitées chacune par une deuxième plaque de délimitation délimitant une ouverture d’évacuation et une chambre d’évacuation d’un unique sous-ensemble.
10. Réacteur-échangeur selon la revendication 9, chaque sous-ensemble étant un élément, monobloc ou préassemblé, constitué d’une grille d’échange thermique, d’un élément de répartition et d’au moins une première ou deuxième plaque de délimitation, les sous- ensembles empilés étant assemblés entre eux au moyen de tirants de compression traversant les plaques de délimitation.
11. Utilisation d’un réacteur-échangeur selon l’une des revendications précédentes, pour mettre en œuvre une réaction catalytique de conversion thermochimique, exothermique ou endothermique, en particulier une réaction de méthanation.
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