Chauffage du réacteur à induction
Description
Chauffage des réacteurs à induction - Chauffage des cuves chimiques
Le chauffage par induction offre toutes les commodités de l'électricité, qui est amenée directement au processus et transformée en chaleur exactement là où elle est nécessaire. Il peut être appliqué avec succès à pratiquement n'importe quel récipient ou système de tuyauterie nécessitant une source de chaleur.
L'induction offre de nombreux avantages impossibles à obtenir par d'autres moyens et permet d'améliorer l'efficacité de la production de l'usine ainsi que les conditions d'exploitation, puisqu'il n'y a pas d'émission significative de chaleur dans l'environnement. Le système est particulièrement adapté aux processus réactionnels étroitement contrôlés, tels que la production de résines synthétiques dans une zone à risque.
Comme chaque récipient de chauffage par induction est adapté aux besoins et aux exigences spécifiques de chaque client. Nous proposons différentes tailles et différentes vitesses de chauffe. Nos ingénieurs ont de nombreuses années d'expérience dans l'évolution des systèmes de chauffage sur mesure. systèmes de chauffage par induction pour une large gamme d'applications dans un grand nombre d'industries. Les réchauffeurs sont conçus pour répondre aux exigences précises du processus et sont construits pour être montés rapidement sur le récipient, soit dans notre usine, soit sur le site.
DES AVANTAGES UNIQUES
- Pas de contact physique entre la bobine d'induction et la paroi de la cuve chauffée.
- Démarrage et arrêt rapides. Pas d'inertie thermique.
- Faible perte de chaleur
- Contrôle précis de la température du produit et de la paroi de la cuve sans surchauffe.
- Consommation d'énergie élevée. Idéal pour les commandes automatiques ou à microprocesseur
- Zone de danger sûre ou opération industrielle standard à la tension de ligne.
- Chauffage uniforme sans pollution et à haut rendement.
- Faibles coûts d'exploitation.
- Fonctionnement à basse ou haute température.
- Simple et souple d'utilisation.
- Entretien minimum.
- Qualité constante des produits.
- Chauffage autonome sur le navire générant un encombrement minimum.
Conception de bobines de chauffage par induction sont disponibles pour s'adapter aux cuves et réservoirs métalliques de la plupart des formes actuellement utilisées. Leur diamètre et leur longueur varient de quelques centimètres à plusieurs mètres. Les cuves en acier doux, en acier doux revêtu, en acier inoxydable solide ou en métaux non ferreux peuvent toutes être chauffées avec succès. En général, une épaisseur de paroi minimale de 6 mm est recommandée.
Les puissances nominales des appareils vont de 1KW à 1500KW. Avec les systèmes de chauffage par induction, il n'y a pas de limite à la densité de puissance absorbée. Toute limitation existante est imposée par la capacité maximale d'absorption de la chaleur du produit, du processus ou des caractéristiques métallurgiques du matériau de la paroi de la cuve.
Le chauffage par induction offre tous les avantages de l'électricité, qui est acheminée directement vers le processus et transformée en chaleur exactement là où elle est nécessaire. Comme le chauffage a lieu directement dans la paroi de la cuve en contact avec le produit et que les pertes de chaleur sont extrêmement faibles, le système est très efficace (jusqu'à 90%).
Le chauffage par induction offre un grand nombre d'avantages qui ne peuvent être obtenus par d'autres moyens et permet d'améliorer l'efficacité de la production de l'usine et les conditions de fonctionnement, car il n'y a pas d'émission significative de chaleur dans l'environnement.
Industries typiques utilisant le chauffage par induction :
- Réacteurs et bouilloires
- Adhésifs et revêtements spéciaux
- Produits chimiques, gaz et pétrole
- Transformation des aliments
- Métallurgie et finition des métaux
- Préchauffage Soudage
- Revêtement
- Chauffage des moules
- Ajustement et désajustement
- Assemblage thermique
- Séchage des aliments
- Chauffage des fluides dans les pipelines
- Chauffage et isolation des réservoirs et des cuves
Le dispositif de chauffage en ligne par induction HLQ peut être utilisé pour les applications suivantes :
- Chauffage de l'air et du gaz pour l'industrie chimique et alimentaire
- Chauffage de l'huile chaude pour les huiles de traitement et les huiles comestibles
- Vaporisation et surchauffe : Production instantanée de vapeur, à basse et haute température / pression (jusqu'à 800ºC à 100 bar)
Parmi les projets antérieurs concernant les cuves et les réchauffeurs continus, on peut citer
Réacteurs et bouilloires, autoclaves, cuves de traitement, réservoirs de stockage et de décantation, bains, cuves et marmites, réservoirs sous pression, vaporisateurs et surchauffeurs, échangeurs de chaleur, fûts rotatifs, tuyauteries, cuves chauffées à deux combustibles.
Les projets antérieurs de chauffage en ligne sont les suivants
Réchauffeurs de vapeur surchauffée à haute pression, réchauffeurs d'air régénératifs, réchauffeurs d'huile lubrifiante, réchauffeurs d'huile comestible et d'huile de cuisson, réchauffeurs de gaz, y compris les réchauffeurs d'azote, d'argon d'azote et de gaz riche en catalyseur (CRG).
Chauffage par induction Le chauffage par induction est une méthode sans contact qui permet de chauffer sélectivement des matériaux électroconducteurs en appliquant un champ magnétique alternatif qui induit un courant électrique, appelé courant de Foucault, dans le matériau, appelé suscepteur, ce qui a pour effet de chauffer le suscepteur. Le chauffage par induction est utilisé depuis de nombreuses années dans l'industrie métallurgique pour chauffer les métaux, par exemple pour les faire fondre, les affiner, les traiter thermiquement, les souder et les braser. Le chauffage par induction est pratiqué sur une large gamme de fréquences, depuis les fréquences des lignes électriques à courant alternatif aussi basses que 50 Hz jusqu'à des fréquences de dizaines de MHz.
À une fréquence d'induction donnée, l'efficacité de chauffage du champ d'induction augmente lorsqu'un objet présente un chemin de conduction plus long. Les grandes pièces solides peuvent être chauffées avec des fréquences plus basses, tandis que les petits objets nécessitent des fréquences plus élevées. Pour un objet à chauffer de taille donnée, une fréquence trop basse permet un chauffage inefficace, car l'énergie du champ d'induction ne génère pas l'intensité souhaitée des courants de Foucault dans l'objet. Une fréquence trop élevée, en revanche, provoque un chauffage non uniforme car l'énergie du champ d'induction ne pénètre pas dans l'objet et les courants de Foucault ne sont induits qu'à la surface ou à proximité de celle-ci. Cependant, le chauffage par induction de structures métalliques perméables au gaz n'est pas connu dans l'art antérieur.
Les procédés de l'art antérieur pour les réactions catalytiques en phase gazeuse exigent que le catalyseur ait une surface élevée afin que les molécules de gaz réactives aient un contact maximal avec la surface du catalyseur. Les procédés de l'art antérieur utilisent généralement un matériau catalytique poreux ou de nombreuses petites particules catalytiques, convenablement supportées, pour obtenir la surface requise. Ces procédés de l'art antérieur reposent sur la conduction, le rayonnement ou la convection pour fournir la chaleur nécessaire au catalyseur. Pour obtenir une bonne sélectivité de la réaction chimique, toutes les parties des réactifs doivent être soumises à une température et à un environnement catalytique uniformes. Pour une réaction endothermique, le taux d'apport de chaleur doit donc être aussi uniforme que possible sur l'ensemble du volume du lit catalytique. La conduction et la convection, ainsi que le rayonnement, sont intrinsèquement limités dans leur capacité à fournir la vitesse et l'uniformité nécessaires à l'apport de chaleur.
Le brevet GB 2210286 (GB '286), qui est typique de l'art antérieur, enseigne le montage de petites particules de catalyseur qui ne sont pas conductrices d'électricité sur un support métallique ou le dopage du catalyseur pour le rendre conducteur d'électricité. Le support métallique ou le matériau de dopage est chauffé par induction et chauffe à son tour le catalyseur. Ce brevet enseigne l'utilisation d'un noyau ferromagnétique traversant le lit du catalyseur en son centre. Le matériau préféré pour le noyau ferromagnétique est le fer-silicium. Bien qu'utile pour les réactions jusqu'à environ 600 degrés C, l'appareil du brevet GB 2210286 souffre de graves limitations à des températures plus élevées. La perméabilité magnétique du noyau ferromagnétique se dégraderait considérablement à des températures plus élevées. Selon Erickson, C. J., "Handbook of Heating for Industry", pp 84-85, la perméabilité magnétique du fer commence à se dégrader à 600 C et disparaît effectivement à 750 C. Étant donné que, dans le dispositif du brevet GB 286, le champ magnétique dans le lit catalytique dépend de la perméabilité magnétique du noyau ferromagnétique, un tel dispositif ne permettrait pas de chauffer efficacement un catalyseur à des températures supérieures à 750 C, et encore moins d'atteindre les plus de 1 000 C nécessaires à la production de HCN.
L'appareil du brevet GB 2210286 est également considéré comme chimiquement inadapté à la préparation du HCN. Le HCN est obtenu par réaction entre l'ammoniac et un hydrocarbure gazeux. On sait que le fer provoque la décomposition de l'ammoniac à des températures élevées. On pense que le fer présent dans le noyau ferromagnétique et dans le support du catalyseur à l'intérieur de la chambre de réaction du GB 286 provoquerait la décomposition de l'ammoniac et inhiberait, au lieu de la favoriser, la réaction souhaitée de l'ammoniac avec un hydrocarbure pour former du HCN.
Le cyanure d'hydrogène (HCN) est un produit chimique important qui a de nombreuses utilisations dans les industries chimiques et minières. Par exemple, l'HCN est une matière première pour la fabrication de l'adiponitrile, de l'acétone cyanohydrine, du cyanure de sodium et de produits intermédiaires pour la fabrication de pesticides, de produits agricoles, d'agents chélateurs et d'aliments pour animaux. L'HCN est un liquide hautement toxique qui bout à 26 degrés C. Il est donc soumis à des réglementations strictes en matière d'emballage et de transport. Dans certaines applications, l'HCN est nécessaire dans des endroits éloignés des grandes installations de fabrication d'HCN. Le transport de l'HCN vers de tels sites comporte des risques importants. La production d'HCN sur les sites où il doit être utilisé permettrait d'éviter les risques liés au transport, au stockage et à la manipulation de l'HCN. La production d'HCN à petite échelle sur le site, en utilisant les procédés de l'art antérieur, ne serait pas économiquement réalisable. Cependant, la production sur place de HCN à petite et à grande échelle est techniquement et économiquement réalisable à l'aide des procédés et de l'appareil de la présente invention.
Le HCN peut être produit lorsque des composés contenant de l'hydrogène, de l'azote et du carbone sont mis en contact à des températures élevées, avec ou sans catalyseur. Par exemple, l'HCN est généralement produit par la réaction de l'ammoniac et d'un hydrocarbure, une réaction hautement endothermique. Les trois procédés commerciaux de fabrication du HCN sont le procédé Blausaure aus Methan und Ammoniak (BMA), le procédé Andrussow et le procédé Shawinigan. Ces procédés se distinguent par la méthode de production et de transfert de chaleur et par l'utilisation ou non d'un catalyseur.
Le procédé Andrussow utilise la chaleur générée par la combustion d'un hydrocarbure gazeux et de l'oxygène dans le volume du réacteur pour fournir la chaleur de réaction. Le procédé BMA utilise la chaleur générée par un processus de combustion externe pour chauffer la surface extérieure des parois du réacteur, qui à son tour chauffe la surface intérieure des parois du réacteur et fournit ainsi la chaleur de réaction. Le procédé Shawinigan utilise un courant électrique circulant à travers des électrodes dans un lit fluidisé pour fournir la chaleur de réaction.
Dans le procédé Andrussow, un mélange de gaz naturel (un mélange d'hydrocarbures gazeux riche en méthane), d'ammoniac et d'oxygène ou d'air réagit en présence d'un catalyseur en platine. Le catalyseur est généralement constitué d'un certain nombre de couches de gaze métallique en platine/rhodium. La quantité d'oxygène est telle que la combustion partielle des réactifs fournit suffisamment d'énergie pour préchauffer les réactifs à une température de fonctionnement supérieure à 1000° C. ainsi que la chaleur de réaction nécessaire à la formation de HCN. Les produits de la réaction sont le HCN, le H2, le H2O, le CO, le CO2 et des traces de nitrites supérieurs, qui doivent ensuite être séparés.
Dans le procédé BMA, un mélange d'ammoniac et de méthane circule à l'intérieur de tubes céramiques non poreux fabriqués dans un matériau réfractaire à haute température. L'intérieur de chaque tube est revêtu de particules de platine. Les tubes sont placés dans un four à haute température et chauffés de l'extérieur. La chaleur est conduite à travers la paroi en céramique jusqu'à la surface du catalyseur, qui fait partie intégrante de la paroi. La réaction se produit généralement à 1300° C. lorsque les réactifs entrent en contact avec le catalyseur. Le flux de chaleur nécessaire est élevé en raison de la température de réaction élevée, de la grande chaleur de réaction et du fait que la cokéfaction de la surface du catalyseur peut se produire en dessous de la température de réaction, ce qui désactive le catalyseur. Comme chaque tube a généralement un diamètre d'environ 1″, un grand nombre de tubes est nécessaire pour répondre aux exigences de la production. Les produits de la réaction sont le HCN et l'hydrogène.
Dans le procédé Shawinigan, l'énergie nécessaire à la réaction d'un mélange composé de propane et d'ammoniac est fournie par un courant électrique circulant entre des électrodes immergées dans un lit fluidisé de particules de coke non catalytiques. L'absence de catalyseur, ainsi que l'absence d'oxygène ou d'air, dans le procédé Shawinigan signifie que la réaction doit avoir lieu à des températures très élevées, généralement supérieures à 1500 degrés C. Les températures élevées requises imposent des contraintes encore plus importantes aux matériaux de construction du procédé.
Bien que, comme indiqué ci-dessus, il soit connu que le HCN peut être produit par la réaction de NH3 et d'un gaz hydrocarboné, tel que CH4 ou C3H8, en présence d'un catalyseur métallique du groupe Pt, il est toujours nécessaire d'améliorer l'efficacité de ces procédés, et d'autres procédés connexes, afin d'améliorer la rentabilité de la production de HCN, en particulier pour la production à petite échelle. Il est particulièrement important de minimiser la consommation d'énergie et la pénétration de l'ammoniac tout en maximisant le taux de production de HCN par rapport à la quantité de catalyseur à base de métaux précieux utilisée. En outre, le catalyseur ne doit pas nuire à la production de HCN en favorisant des réactions indésirables telles que la cokéfaction. En outre, il est souhaitable d'améliorer l'activité et la durée de vie des catalyseurs utilisés dans ce processus. Il est important de noter qu'une grande partie de l'investissement dans la production de HCN se fait dans le catalyseur du groupe du platine. La présente invention chauffe le catalyseur directement, plutôt qu'indirectement comme dans l'art antérieur, et répond ainsi à ces souhaits.
Comme indiqué précédemment, le chauffage par induction à relativement basse fréquence est connu pour fournir une bonne uniformité de chaleur à des niveaux de puissance élevés à des objets qui ont des chemins de conduction électrique relativement longs. Lorsqu'on fournit l'énergie nécessaire à une réaction catalytique endothermique en phase gazeuse, la chaleur doit être transmise directement au catalyseur avec une perte d'énergie minimale. Les exigences relatives à l'apport uniforme et efficace de chaleur à une masse catalytique perméable aux gaz et de grande surface semblent incompatibles avec les capacités du chauffage par induction. La présente invention repose sur des résultats inattendus obtenus avec une configuration de réacteur dans laquelle le catalyseur présente une nouvelle forme structurelle. Cette forme structurelle combine les caractéristiques suivantes 1) un chemin de conduction électrique effectivement long, qui facilite un chauffage par induction direct efficace du catalyseur de manière uniforme, et 2) un catalyseur ayant une surface élevée ; ces caractéristiques coopèrent pour faciliter les réactions chimiques endothermiques. L'absence totale de fer dans la chambre de réaction facilite la production de HCN par la réaction de NH3 et d'un hydrocarbure gazeux.
Récipients de chauffage par induction Réacteurs
