BE1013452A3 - Bruleur de fond pour four a moufle avec tubes de reaction, four a moufle contenant ce bruleur et son utilisation. - Google Patents

Bruleur de fond pour four a moufle avec tubes de reaction, four a moufle contenant ce bruleur et son utilisation. Download PDF

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BE1013452A3
BE1013452A3 BE2000/0515A BE200000515A BE1013452A3 BE 1013452 A3 BE1013452 A3 BE 1013452A3 BE 2000/0515 A BE2000/0515 A BE 2000/0515A BE 200000515 A BE200000515 A BE 200000515A BE 1013452 A3 BE1013452 A3 BE 1013452A3
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burner
reaction tubes
gas
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reaction
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BE2000/0515A
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Stefan Franke
Wilhelm Christian
Jan Mennerich
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Degussa
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Abstract

Grâce à l'utilisation d'un brûleur de fond selon l'invention dans des fours à moufle comportant des tubes de réaction disposés verticalemment, on obtient une répartition de température horizontale régulière et par conséquent des rendements plus élevés que par l'utilisation de brûleurs à flamme plate disposés latéralement. Le brûleur de fond (100) comprend un bloc de brûleur (106) et un bloc d'isolation (107) disposé sous celui-ci, avec des trous continus pour les tubes de réaction (112) et les gicleurs de gaz combustibles (114), qui présentant une lance de gaz combustibles (115) et un corps à tourbillon de gigleur (116).Sous le bloc d'isolation se trouve une chambre à air (108) pour l'alimentation du corps à tourbillon du gicleur en air et sous celle-ci, une chambre à gaz combustibles (109) pour l'alimentation des lances de gaz combustibles avec chaque fois des trous correspondants pour les tubes de réaction et les lances de gaz combustibles.etc...

Description


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    Brûleur   de fond pour four à moufle avec tubes de réaction, four à moufle contenant ce brûleur et son utilisation. 



   Description
L'invention concerne un brûleur présentant plusieurs gicleurs de gaz combustible pour un four à moufle présentant au moins un tube de réaction, de préférence plusieurs tubes de réaction disposés parallèlement dans ledit four, dans lesquels on réalise des réactions endothermiques en phase gazeuse, le brûleur et les tubes étant disposés de telle manière que les flammes sont essentiellement parallèles aux tubes. Etant donné que le brûleur est usuellement disposé dans le fond et que les tubes de réaction passent à travers ce fond, le brûleur est appelé dans la   suite "brûleur   de fond". Un autre objet de l'invention concerne un four à moufle présentant des tubes de réaction passant à travers le fond et le dessus du moufle et un brûleur de fond selon l'invention.

   L'objet réside en outre dans l'utilisation du four à moufle pour des réactions endothermiques en phase gazeuse, en particulier pour la réaction du procédé BMA pour la fabrication d'acide   prussique   (acide cyanhydrique) à partir de méthane et d'ammoniac. 



   Des réactions endothermiques en phase gazeuses, telles que le procédé BMA, sont effectuées dans des tubes de réaction qui sont disposés dans une chambre de combustion et qui sont amenés à la température de réaction nécessaire par un ou plusieurs brûleurs. 

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  Usuellement, les tubes de réaction sont disposés en faisceau et de manière à pouvoir se dilater librement et passent à travers le fond et le dessus de la chambre de combustion. 



  Comme on le sait par le document DE-C-10 41 476, les tubes de réaction en matériau céramique suspendus dans une chambre de combustion sont chauffés par des brûleurs à flamme plate disposés dans la paroi latérale de la chambre de combustion. La disposition des brûleurs au niveau d'un ou de plusieurs côtés de la chambre de combustion comportant un faisceau de tubes de réaction disposé verticalement dans celle-ci a également été maintenue au cours des dernières   années,   comme enseigné par le document DE-C-33 09 394. 



   Un grand inconvénient du chauffage latéral des tubes de réaction réside dans la répartition   irrégulière   de la chaleur qui est transmise par les gaz de fumée qui circulent à travers le faisceau de tubes et par   rayonnement.   La répartition   irrégulière   dans le sens horizontal, provoquée par les effets de protection des tubes de réaction dans le cas d'un chauffage latéral avec des brûleurs à flamme plate, provoque une répartition irrégulière de la température dans les différents tubes de réaction, ce qui provoque des pertes de rendement. Les tubes de réaction proches des brûleurs présentent une température de réaction trop élevée et les tubes de réaction éloignés des brûleurs présentent une température de réaction trop basse.

   A cause des différences de température, la température de réaction optimale ne règne pas dans quelques tubes de réaction. La proportion de réactions secondaires augmente de ce fait, ce qui réduit les rendements de réaction. A cause des réactions secondaires, des substances solides peuvent se former, ce qui peut provoquer un bouchage et un arrêt de fonctionnement des tubes de réaction. 



   Selon le document DE-C-884 384 ainsi que la demande de brevet international PCT/EP 99/00228 (= WO 98/...), il est possible de chauffer les tubes de réaction suspendus dans un four à moufle à l'aide de gaz de fumée circulant de manière essentiellement parallèle à ces tubes, lorsque le four à moufle est divisé en une chambre de combustion et une chambre de chauffage, en disposant les brûleurs dans la chambre de combustion et les tubes de réaction dans la chambre de chauffage et en faisant circuler les gaz de combustion à l'aide d'une combinaison d'un jet libre du brûleur et d'un diffuseur. Le profil de température horizontal est certes amélioré dans un tel four à moufle, mais les investissements sont augmentés à cause de la nécessité d'une chambre de combustion et d'une chambre de chauffage. 



   Selon le document DE-C-10 43 291, on réalise des réactions endothermiques en phase gazeuse dans un appareil qui comprend une chambre de chauffage comportant 

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 des tubes de réaction, une chambre de refroidissement et d'évacuation disposée sur ladite chambre de chauffage et une chambre d'alimentation et de répartition des gaz ; les tubes de réaction sont réalisés en un matériau qui permet une combustion en surface. La chambre d'alimentation et de répartition des gaz comprend des canaux pour le mélange des gaz combustibles vers des gicleurs disposés dans le fond de la chambre de chauffage. Les gaz de combustion formés dans la chambre de chauffage sont guidés dans des canaux disposés dans la chambre de répartition des gaz et servent ainsi au préchauffage des gaz de chauffage et/ou de réaction.

   L'inconvénient de ce four réside en ce qu'on doit disposer de tubes de réaction permettant une combustion en surface. Un autre inconvénient réside en ce que les gaz combustibles et l'air sont déjà mélangés avant leur entrée dans le four, de telle manière que le mélange gazeux ne peut être chauffé, pour des raisons de sécurité, que de manière limitée avant l'allumage. Ce four à moufle ne convient par conséquent pas pour une utilisation économique industrielle pour la réalisation de réactions endothermiques effectuées à température élevée. 



   Pour le chauffage par une flamme plate d'un four à moufle, on connaît différents types de brûleurs à flamme plate. Selon une forme d'exécution usuelle (Dubbel-
Taschenbuch fur Maschinenbau, 17ème édition), l'air et un gaz combustible sont alimentés séparément dans un espace d'air respectivement de gaz du bâti du brûleur. A partir des ces espaces séparés, des poches inclinées arrivent alternativement dans la section du brûleur. Les sections inclinées l'une par rapport à l'autre et disposées l'une contre l'autre des poches provoquent un mélange par soufflage du gaz combustible et d'air et le mélange gaz-air brûle alors dans la chambre de combustion garnie de manière usuelle.

   Une forme d'exécution alternative est un brûleur à tourbillon fonctionnant selon le principe de diffusion (Document de la société   Koppers-Wistra-Ofenbau   GmbH,
DÜsseldorf) : ce brûleur comprend un bloc de brûleur avec des trous pour plusieurs gicleurs, une chambre de répartition de l'air et une chambre de répartition des gaz, des lances de gaz combustibles traversant la chambre de répartition de l'air jusque dans les trous et un espace annulaire étant prévu dans ceux-ci pour l'aspiration de l'air vers la pointe des gicleurs. Bien qu'un tel brûleur puisse être utilisé pour le chauffage avec un positionnement latéral dans un four à moufle comprenant des tubes de réaction suspendus, il n'est pas possible de disposer ce brûleur dans le fond à cause des tubes de réaction passant à travers le fond. 



   L'objet de l'invention réside par conséquent en la mise au point d'un brûleur pour un four à moufle présentant des tubes de réaction passant à travers le fond, dont les 

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 flammes sont essentiellement parallèles aux tubes et qui permet un fonctionnement sûr et économiquement rentable. Un autre objet réside dans la mise au point d'un brûleur qui permet de chauffer les tubes de réaction plus régulièrement qu'il n'est possible de le faire avec la disposition latérale d'un brûleur.

   Un autre objet réside dans la mise au point d'un four à moufle présentant des tubes de réaction passant à travers le fond, les gaz de combustion circulant de manière essentiellement parallèle aux tubes et le brûleur étant disposé dans la même chambre que celle dans laquelle se trouvent les tubes de réaction.
Un autre objet réside dans l'amélioration des rendements de réactions endothermiques en phase gazeuse grâce à l'utilisation d'un four à moufle présentant des tubes de réaction traversant le fond et le dessus par une homogénéisation du profil de température horizontal grâce à l'utilisation d'un brûleur de fond. D'autres problèmes et leurs solutions découlent de la description ci-dessous du brûleur de fond, du four à moufle et de leur utilisation. 



   On a trouvé un brûleur de fond pour un four à moufle présentant au moins un tube de réaction, en particulier un faisceau de tubes de réaction traversant le fond, comprenant un bloc de brûleur (106) formant le fond du moufle, un bloc d'isolation (107) disposé au-dessous de celui-ci, des trous verticaux (111 et 113) pour les tubes de réaction (112) et au moins un gicleur de gaz combustibles (114), en particulier un nombre de gicleurs supérieur au nombre de tubes de réaction, traversant les blocs d'isolation et du brûleur, des gicleurs de gaz combustibles, qui présentent un corps de torsion du gicleur (116) et une lance de gaz combustibles (115) et un espace annulaire   (119)   étant réservé entre les lances de gaz combustibles et le bloc qui les entoure, une chambre à air (108) disposée sous le bloc d'isolation,

   équipée d'un dispositif pour l'alimentation de l'air, à travers laquelle passent les tubes de réaction et les lances de gaz combustibles et dont la partie supérieure est reliée aux espaces annulaires, une chambre à gaz combustibles (109) disposée sous la chambre à air, équipée d'un dispositif pour l'alimentation des gaz de combustion, dans laquelle passent les tubes de réaction et qui est reliée aux lances de gaz combustibles et un élément d'étanchéité (110) pour fermer les passages des tubes de réaction traversant le fond de la chambre à air et le haut de la chambre à gaz. Les revendications secondaires concernent des formes d'exécution préférées du brûleur de fond.

   Bien qu'ici et dans la suite, il s'agira toujours d'un brûleur de fond et que cette forme d'exécution présente en pratique une grande importance, il est également possible de disposer   le"brûleur   de fond"dans une paroi latérale du four à 

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 moufle, lorsque les tubes de réaction sont disposés avec une pente ascendante ou horizontalement et traversent la paroi comportant le brûleur ainsi que la paroi opposée. 



   La présente invention est explicitée à l'aide des figures 1/4 à 3/4, qui concernent une forme d'exécution préférée du brûleur de fond. La fig. 4/4 explicite un four à moufle comprenant un brûleur de fond selon l'invention. Les références des figures 1 à 4 sont équivalentes, seul le premier chiffre signifie le numéro du dessin. 



   La fig. 1/4 présente une coupe verticale dans le plan A-A à travers le brûleur de fond selon l'invention, qui forme simultanément le fond d'un four à moufle. 



   La fig. 2/4 présente une coupe verticale à travers la petite paroi d'un brûleur de fond dans le plan C-C (positionnement : cfr. fig. 1/4). 



   La fig. 3/4 présente une coupe horizontale à travers le brûleur de fond dans le plan B-B (positionnement : cfr. fig. 1/4). 



   La fig. 4/4 représente de manière schématique une coupe longitudinale à travers un four à moufle selon l'invention comprenant des tubes de réaction traversant le fond et le haut de la chambre de combustion. 



   Les fig. 1/4 et 2/4 représentent le brûleur de fond à l'état monté, la chambre de combustion n'étant représentée qu'à proximité du fond, les dispositifs nécessaires pour l'alimentation des tubes de réaction avec les gaz à transformer n'étant pas représentés non plus. Le bloc de brûleur (106) ferme la chambre de combustion (101) vers le bas et forme simultanément le fond de la chambre de combustion (102). Des deux côtés se trouvent les parois (103) de la chambre de combustion, qui sont supportées par des montants du four (104, dans la fig. 2/4 204 et 205). Le bloc de brûleur (106) isole simultanément avec le bloc d'isolation (107) le bâti du brûleur de fond comprenant une chambre à air (108) et une chambre à gaz combustibles (107) par rapport à la chambre de combustion. Le bloc d'isolation (107) est situé entre le bloc de brûleur et la chambre à air.

   Le bloc de brûleur et le bloc d'isolation sont pourvus de passages continus (111 et
113, correspondant à 311 et 313 dans la fig. 3/4) destinés à recevoir les tubes de réaction et les gicleurs de gaz combustibles. Les gicleurs de gaz combustibles (114) sont disposés dans les trous prévus à cet effet. L'ouverture de sortie des gicleurs se trouve à l'intérieur du trou du bloc de brûleur. Au-dessus de cette ouverture de sortie, le trou peut être cylindrique ou s'élargir de manière légèrement conique. La flamme de chaque gicleur de gaz combustibles sort de cette manière du bloc de brûleur et, dans le cas d'une multitude de gicleurs, il se forme un tapis de flammes. La fig. 2/4 présente une de ces flammes (220) à titre d'explication.

   Le bloc de brûleur est fabriqué en un matériau 

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 réfractaire qui est suffisamment résistant aux variations de température jusqu'à la température d'utilisation souhaitée ; pour l'objectif mentionné, on connaît des blocs capables de supporter des températures allant jusqu'à   1500 C   et, dans certains cas, jusqu'à   2000 C.   



   On a disposé une chambre à air (108) sous la combinaison de bloc de brûleur et bloc d'isolation. La chambre à air (108), par exemple réalisée en fonte de fer ou en tôles soudées, comprend un fond (123), une paroi latérale (122), un dessus (121) ainsi qu'une ou plusieurs tubulures (129) pour l'alimentation de la chambre en air. La chambre à air est pourvue, dans le fond et le dessus, de passages (241 et 242) pour les tubes de réaction, ainsi que de passages (243 et 244) dans le fond et le dessus pour les lances (115) de gaz combustibles ou de manchons (117) pour ceux-ci. Le diamètre des trous dans le dessus pour les lances de gaz combustibles est supérieur au diamètre extérieur de celles-ci, de manière à garder une fente annulaire (219). La largeur de cette fente peut être constante ou diminuer de bas en haut.

   Cette fente annulaire (219) se prolonge dans le bloc d'isolation et, le cas échéant, dans une partie du bloc de brûleur jusqu'à la partie inférieure du corps à tourbillon du gicleur (116). La chambre à air guide l'air de combustion de l'entrée d'air (tubulure 129) via la fente annulaire (119) dans le dessus la chambre à air ainsi que dans le bloc d'isolation jusqu'à la sortie du gicleur de brûleur dans le bloc de brûleur. 



   Sous la chambre à air (108) se situe la chambre à gaz combustibles (109), qui comprend un dessus (124), un fond (125), des parois latérales (126) et une tubulure (130) d'alimentation de gaz de combustion. Les chemises de la chambre à gaz et le fond de la chambre à air peuvent en principe être réalisées sous forme d'une seule tôle perforée de manière correspondante, mais il est toutefois opportun d'exécuter ces éléments séparément et de disposer entre la chambre à air et la chambre à gaz un élément d'étanchéité (110), opportunément exécuté sous forme d'un tapis isolant. La chambre à gaz comporte à nouveau des trous (145 et 146) au niveau du fond et du dessus pour le passage des tubes de réaction (112). Les fig. 1 et 2 présentent, à des fins d'explication, un seul tube de réaction.

   Du côté du dessus, la chambre à gaz comporte en outre des trous (118) pour les lances de gaz combustibles (115). Pour autant que les lances de gaz combustibles dans la partie inférieure soient entourées de manchons (117), ceux-ci sont opportunément fixés dans le haut. La chambre à gaz combustibles répartit les gaz combustibles provenant des tubulures d'alimentation (130) sur les lances de gaz de combustion. Dans la forme d'exécution préférée représentée dans les figures 

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 1/4 et 2/4 de l'élément d'étanchéité (110) sous   forme   d'un tapis d'isolation, celui-ci entoure les tubes de réaction guidés à travers les passages des tubes de réaction (141 et 145) et ferme ainsi la fente annulaire autour de ces tubes de réaction contre l'aspiration d'air.

   Dans la forme d'exécution représentée dans les figures 1/4 et 2/4, la chambre à air et la chambre à gaz sont vissées l'une à l'autre (vis 127 et écrou 128). 



   Le gicleur de gaz combustibles comporte essentiellement la lance de combustion (115) et le corps à tourbillon du gicleur (116). Le corps à tourbillon du gicleur comprend des canaux pour l'alimentation de l'air de la fente annulaire (119). Selon une forme d'exécution, la lance de gaz combustibles s'étend axialement dans le corps à tourbillon du gicleur, en comportant en son extrémité supérieure et latéralement un ou plusieurs trous de sortie du gaz de combustion. L'air en tourbillon dans le corps à tourbillon rencontre, à la sortie du corps de torsion, les gaz provenant de la lance de gaz combustibles et se mélange avec celui-ci.

   L'angle de torsion des canaux d'air dans le corps à tourbillon et la taille des ouvertures de sortie des gaz combustibles à l'extrémité des lances de gaz permettent de varier la forme des flammes et la répartition du gaz dans la chambre de combustion. 



   Le brûleur en lui-même peut être exécuté en tant que brûleur par diffusion qu'en tant que brûleur à prémélange pour différents combustibles gazeux. Dans la   formé   d'exécution préférée représentée dans les figures 1/4 et 2/4, les gaz combustibles arrivent via la lance de gaz combustibles à l'ouverture de sortie de celle-ci dans le bloc de brûleur. L'air de combustion arrive via la fente annulaire (119) de la chambre à air dans le corps à tourbillon du gicleur (116). Dans le corps à tourbillon du gicleur, l'air est mis en tourbillon et rencontre alors en l'extrémité supérieure du corps à tourbillon du gicleur les gaz provenant de la lance de gaz combustibles et ils sont mélangés. Ce mélange gazeux est alors   brûlé   et forme une flamme sortant du bloc de brûleur.

   Cette flamme ou le tapis de flammes formé par plusieurs gicleurs chauffe la zone de réaction, dans laquelle se déroule la réaction endothermique souhaitée. Sur base de la disposition des tubes de réaction par rapport aux gicleurs de gaz de combustion, les flammes ainsi que les gaz de combustion sont dans une large mesure parallèles aux tubes de réaction, de telle manière qu'on obtient essentiellement un profil de température régulier sur la totalité de la section horizontale. 



   Le brûleur de fond comporte des passages pour au moins un tube de réaction, de préférence toutefois pour un faisceau complet de tubes de réaction ainsi que pour au moins un gicleur de gaz combustibles, de préférence toutefois une multitude de gicleurs. 

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   Le passage pour les tubes de réaction et les gicleurs de gaz combustibles sont opportunément répartis régulièrement sur toute la surface du fond du brûleur de fond. 



   Lorsqu'on utilise le brûleur de fond dans des fours à moufle, qui fonctionnent à des températures supérieures à   900 oC jusqu'à 1400 oC,   il est particulièrement opportun que chaque passage de tube de réaction soit entouré d'au moins 3, de préférence de 5 à 6, gicleurs de gaz combustibles. Une telle disposition préférée est reprise dans la figure
3/4. 



   La fig. 4/4 représente de manière schématique un four à moufle comportant des tubes de réaction (412) s'étendant à travers le fond (402) et le dessus de la chambre de combustion (401). Latéralement, le four à moufle est limité par la paroi (403). Dans le . fond, on a disposé un brûleur de fond (400) selon l'invention avec les alimentations (436 respectivement 437) pour l'air ou les gaz combustibles. Sous le brûleur de fond se trouve un dispositif   (433)   avec les tubulures d'alimentation (434) pour l'alimentation des tubes de réaction avec le gaz ou le mélange gazeux à transformer. Au-dessus de la chambre de combustion, on a disposé une tête de refroidissement (432) qui refroidit brusquement les gaz de réaction et qui permet de les évacuer via la tubulure (435).

   Les gaz de combustion du tapis de flammes (420) s'écoulent parallèlement aux tubes de réaction à travers la chambre de combustion et sont refroidis par un récupérateur (438) à l'aide d'un gaz de refroidissement s'écoulant dans un tuyau de refroidissement disposé dans celui-ci et sont évacués via une tubulure (440). Opportunément, l'air de combustion nécessaire est chauffé dans le récupérateur. Des détails pour l'exécution du dispositif (433) pour l'alimentation des gaz à transformer, la fixation des tubes de réaction ainsi que de la tête de refroidissement (432) sont connus par des brevets et des . documents de la littérature relatifs au procédé BMA. Bien entendu, il est possible de rassembler plusieurs fours à moufle représentés dans la fig. 4/4 pour former un four à moufle multiple. 



   Le four à moufle décrit ci-dessus comprenant le brûleur de fond selon l'invention est utilisé pour la réalisation de réactions endothermiques en phase gazeuse, en particulier pour la production d'acide cyanhydrique selon le procédé BMA. Etant donné qu'il s'agit, pour de nombreuses réactions en phase gazeuse, de réactions catalytiques, l'intérieur des tubes de réaction, qui sont de préférence fabriqués en un matériau céramique, est revêtu d'un matériau catalytique. Dans le cas d'une utilisation d'un tel four à moufle pour la production d'acide cyanhydrique selon le procédé BMA, les tubes de réaction sont revêtus d'un catalyseur contenant du platine sous forme de métal. 

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   Le brûleur de fond selon l'invention présente une série d'avantages :
Le brûleur de fond provoque, par son alimentation au niveau du côté inférieur de la chambre de four, dans lequel est suspendu un faisceau de tubes de réaction, un faible gradient de température horizontal. Comme on peut le voir dans l'exemple ci-dessous, ce faible gradient de température dans le procédé BMA provoque une augmentation du rendement en HCN de 3 à 4 %. 



   Grâce aux faibles gradients de température horizontaux, on obtient également un comportement de réaction uniforme au niveau de toutes les positions des tubes de réaction d'une chambre de four industrielle. On réduit ainsi la dépense d'analyse des différents tubes de réaction d'une chambre. Dans le procédé BMA, le risque d'encrassement, tel qu'il apparaissait jusqu'à présent avec une disposition latérale du brûleur, au niveau des tubes de réaction positionnés à proximité du brûleur, est diminué, ce qui augmente la disponibilité des tubes. 



   Par la répartition de la quantité de gaz combustibles et d'air sur un plus grand nombre de gicleurs de combustion sur le fond d'une chambre et la répartition horizontale régulière de l'énergie, on évite des pointes de température et par conséquent une sollicitation locale thermique trop élevée. On réduit ainsi la sollicitation des tubes de réaction par rapport à celle qui apparaissait dans l'état de la technique dans le cas d'une disposition latérale du brûleur, dans les tubes à proximité de celui-ci. Grâce à la disposition selon l'invention des tubes de réaction et des gicleurs de combustion, chaque tube de réaction étant chauffé par 5 à 6 gicleurs de brûleur, on obtient non seulement une réaction plus régulière dans tous les tubes de réaction, mais on ménage également la céramique des tubes de réaction. 



   La chambre à gaz combustibles et à air de combustion du brûleur de fond ainsi que leurs conduites d'alimentation sont séparées les unes de l'autre, de telle manière qu'ils ne sont pas mélangés et qu'on ne forme pas de mélange inflammable dans le brûleur de fond. Dans la forme d'exécution préférée, en utilisant un brûleur de diffusion, dans lequel les gaz combustibles et l'air de combustion sont mélangés après le gicleur du brûleur, il ne se forme pas de mélange inflammable gaz combustible/air à l'extérieur de la chambre de combustion ou dans les tuyauteries d'alimentation. Il est dès lors possible de préchauffer suffisamment l'air de combustion par les gaz de combustion, par exemple à environ   400  C,   et de garantir ainsi un fonctionnement sûr et économiquement rentable du four. 

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   Grâce à la disposition du brûleur de fond au niveau du fond d'une chambre de combustion, le brûleur de fond reprend la fonction d'étanchéité et d'isolation des tapis ininflammables utilisés dans les fours à moufle utilisés jusqu'à présent avec des brûleurs latéraux. Grâce à l'utilisation de brûleurs de fond selon l'invention et la suppression des brûleurs latéraux, le besoin en place est plus faible et les chambres de four peuvent être adaptées, eu égard à la surface et leur géométrie, aux circonstances spatiales et à la capacité de l'installation. 



   Grâce à la réduction de la température de combustion, obtenue par l'utilisation du brûleur de fond selon l'invention, la charge en   NOx   est également réduite. 



   Le brûleur de fond ne demande pas beaucoup d'entretien. Grâce à la multitude de gicleurs, un arrêt des quelques gicleurs ne provoque pas de perturbation de fonctionnement notable. 



   Le brûleur de fond est caractérisé par une stabilité élevée à la flamme et permet le réglage d'un rapport gaz de chauffage-air dans la plage d'environ 1 à 20. 



   Exemples
Dans une installation d'essai selon la figure 4/4, comportant un brûleur de fond selon l'invention, on effectue le procédé BMA pour la production d'acide cyanhydrique à partir de méthane et d'ammoniac à une température cible dans la plage de 1320 à 1340    C,   une charge molaire en NH3 de 32 moles par tube de réaction et heure et un rapport molaire   NH3/CH4   dans la plage de 1,1 et 1,4. On constate que le rendement en acide cyanhydrique par rapport à l'ammoniac est supérieur de 3 à 4 % au rendement obtenu dans des moufles analogues, avec toutefois des brûleurs à flamme plate disposés latéralement à la même température de réaction.

   Grâce au brûleur selon l'invention, il est en outre possible de réduire le rapport molaire   NHj   par rapport au CH4 sans que l'écart des pour-cent en volume entre l'ammoniac et le méthane dans le gaz de réaction ne diminue jusqu'à la valeur provoquant l'encrassement. En outre, la déviation standard de la teneur (% en volume) en ammoniac et en méthane dans le gaz de réaction est inférieure à celle dans le cas de fours avec des brûleurs à flamme plate disposés latéralement. Le tableau ci-dessous explicite cette différence. Malgré le rapport molaire de mise en oeuvre déjà réduit entre l'ammoniac et le méthane, l'écart entre la teneur en ammoniac dans le gaz de réaction et le méthane est encore supérieur à celui de l'exemple comparatif.

   Sans devoir craindre des problèmes d'encrassement, on peut par 

 <Desc/Clms Page number 11> 

 
 EMI11.1 
 conséquent réduire le rapport molaire de mise en oeuvre NH3CH4 lorsqu'on met en oeuvre un brûleur de fond selon l'invention. 



  Tableau 
 EMI11.2 
 
<tb> 
<tb> Exemple <SEP> Exemple <SEP> comparatif
<tb> Brûleur <SEP> plat <SEP> disposition
<tb> Brûleur <SEP> de <SEP> fond
<tb> latérale
<tb> Température <SEP> ( C) <SEP> 1320 <SEP> 1320
<tb> NH3/CH4 <SEP> (rapport <SEP> molaire) <SEP> 1, <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 17
<tb> Ecart <SEP> NH3/CH4 <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz
<tb> de <SEP> réaction <SEP> (% <SEP> en <SEP> volume) <SEP> 1,02 <SEP> 0,50
<tb> Chambre <SEP> totale
<tb> Valeur <SEP> moyenne <SEP> de
<tb> l'analyse <SEP> des <SEP> différents <SEP> 0,98 <SEP> 0,54
<tb> tubes
<tb> Déviation <SEP> standard <SEP> (%) <SEP> 19 <SEP> 33
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 12> 

 Liste des références
Le premier chiffre de la référence dans les figures correspond au numéro de la figure.

   
 EMI12.1 
 00 Brûleur de fond 
01 Chambre de combustion
02 Fond de la chambre de combustion
03 Paroi de la chambre de combustion
04 Support du four (supérieur)
05 Support du four (inférieur)
06 Bloc de brûleur
07 Bloc d'isolation
08 Chambre à air
09 Chambre à gaz combustibles 10 Tapis d'isolation (élément d'étanchéité)
11 Trou pour le tube de réaction
12 Tube de réaction
13 Trou pour le gicleur de gaz combustibles
14 Gicleur de gaz combustibles
15 Lance de gaz combustibles
16 Corps à tourbillon de gicleur
17 Manchon de support
18 Ouverture pour la lance de gaz
19 Fente annulaire
20 Flamme
21 Dessus de la chambre à air
22 Paroi latérale de la chambre à air   .

   23   Fond de la chambre à air
24 Dessus de la chambre à gaz combustibles
25 Fond de la chambre à gaz combustibles
26 Paroi latérale de la chambre à gaz combustible
27 Vis
28 Ecrou
29 Tubulure d'alimentation d'air
30 Tubulure d'alimentation de gaz combustibles 

 <Desc/Clms Page number 13> 

 
 EMI13.1 
 
31 Elément d'étanchéité
32 Tête de refroidissement
33 Chambre à gaz de réaction
34 Alimentation des gaz de réaction .

   35 Evacuation des gaz de réaction
36 Alimentation d'air
37 Alimentation de gaz combustibles
38 Récupérateur
39 Tuyau échangeur de chaleur
40 Sortie des gaz de fumée
41 Passage pour tube de réaction du côté du fond (chambre à air)
42 Passage pour tube de réaction du côté du dessus (chambre à air)
43 Passage pour lance de gaz combustibles du côté du fond
44 Passage pour lance de gaz combustibles du côté du dessus
45 Passage pour tube de réaction du côté du fond (chambre à gaz)
46 Passage pour tube de réaction du côté du dessus (chambre à gaz)

Claims (7)

  1. Revendications 1. Brûleur de fond pour un four à moufle présentant au moins un tube de réaction, en particulier un faisceau de tubes de réaction traversant le fond, comprenant un bloc de brûleur (106) formant le fond du moufle, un bloc d'isolation (107) disposé au-dessous de celui-ci, des trous verticaux (111 et 113) pour les tubes de réaction (112) et au moins un gicleur de gaz combustibles (114), en particulier un nombre de gicleurs supérieur au nombre de tubes de réaction, traversant les blocs d'isolation et du brûleur, des gicleurs de gaz combustibles, qui présentent un corps de gicleur (116) et une lance de gaz combustibles (115) et un espace annulaire (119) étant réservé entre les lances de gaz combustibles et le bloc qui les entoure, une chambre à air (108) disposée sous le bloc d'isolation, équipée d'un dispositif pour l'alimentation de l'air,
    à travers laquelle passent les tubes de réaction et les lances de gaz combustibles et dont la partie supérieure est reliée aux espaces annulaires, une chambre à gaz combustibles (109) disposée sous la chambre à air, équipée d'un dispositif pour l'alimentation des gaz de combustion, dans laquelle passent les tubes de réaction et qui est reliée aux lances de gaz combustibles et un élément d'étanchéité (110) pour fermer les passages des tubes de réaction traversant le fond de la chambre à air et le haut de la chambre à gaz.
  2. 2. Brûleur de fond selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'étanchéité est exécuté sous forme d'un tapis isolant disposé entre la chambre à air et la chambre à gaz.
  3. 3. Brûleur de fond selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps du gicleur comprend un corps à tourbillon et débouche à l'intérieur du trou dans le bloc de brûleur.
  4. 4. Brûleur de fond selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les trous pour les tubes de réaction sont répartis de manière essentiellement régulière sur la surface du bloc de brûleur et en ce que chacun de ces trous est entouré par au moins trois trous pour des gicleurs de gaz combustibles.
  5. 5. Four à moufle présentant des tubes de réaction comprenant une chambre de combustion (401) avec des tubes de réaction (412) traversant le fond et le dessus de ladite chambre et à dilatation libre, un brûleur (400) comprenant plusieurs gicleurs de gaz combustibles et des dispositifs pour l'alimentation d'un gaz combustible et d'air, un dispositif (433) pour l'alimentation dans les tubes de réaction du ou des gaz à <Desc/Clms Page number 15> transformer, une tête de refroidissement (432) pour le refroidissement et l'évacuation des gaz de réaction et un dispositif pour évacuer les gaz de combustion (438), caractérisé en ce que le brûleur est exécuté sous forme d'un brûleur de fond selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.
  6. 6. Four à moufle selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes de réaction sont en matériau céramique, en ce que leur intérieur est revêtu d'un revêtement catalytiquement actif et en ce que chaque tube de réaction est entouré essentiellement par trois, en particulier par quatre à six gicleurs de gaz combustibles.
  7. 7. Utilisation du four à moufle selon la revendication 5 ou 6 pour réaliser des réactions endothermiques en phase gazeuse, en particulier pour la production d'acide cyanhydrique selon le procédé appelé BMA.
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