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" Perfectionnements à la fabrication des mélanges hydrooar- bonés "
L'invention concerne la fabrication de mélanges gazeux hydrooarbonés à partir de produits gazeux riches ou relative-' ment riches en hydrocarbures de densités plus ou moins élevées, notamment de ceux obtenus comme sous-produits ou comme résidus d'autres fabrications.
Pourciter un exemple, la fabrication du coke donne, après < séparation des sous-produits de valeur, des gaz contenant un pourcentage élevé en hydrocarbures de la série du méthane et analogues.
Ces gaz pourraient en outre avoir également été plus ou moins épuisés en hydrogène avec un enrichissement corres- pondant en hydrocarbures lourds.
Des gaz lourds résiduaires de ce genre sont de remploi restreint. Dans certains cas; on les a fait rentrer en fabri- cation, en les introduisant dans les cellules des fours à coke où ils se décomposent avec enriohissement des gaz de distilla- tion.
Si l'on se propose de les utiliser par exemple à l'éclairage ou au chauffage domestique, on rencontre des difficultés de distribution, notamment en raison.du poids spécifique trop importante les appareillages d'utilisation existant ne pouvant enoutre convenir sans modification.
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,Pour rendre ces gaz économiquement utildsables il est donc nécessaire de les transformer, soit'pour leur emploi au chauffage et à l'éclairage, soit pour en retirer plus complètement l'hydrogène contenu sous forme combinée.
L'invention a pour objet un processus de transformation des mélanges gazeux hydrocarbonés, en particulier des mélan- ges contenant des proportions appréciables d'hydrocarbures relativement lourds, et plus spécialement ceux de la série du méthane, qui consiste à soumettre es mélanges à un traite- ment thermique déterminant le cracking de ces hydrocarbures.
Les réactions de décomposition des hydrocarbures du genre en question, tels ceux de la qérié du méthane, étant endothermiques, il faudrait nécessairement fournir aux mélan- ses de,la chaleur extérieure, et, suivant l'invention, cette chaleur est empruntée à une masse incandescente qui de ce fait se refroidit, mais que l'on réchauffe ensuite, ou simultanément, par une injection oxydante appropriée.
On obtient ainsi un procédé cyclique ou continu qui comprend des phases de décomposition ou de cracking des mélan- ges gazeux et de production de gaz d'air, avec utilisation du carbone isolé par le cracking pour le réchauffage de la masse incandescente.
Les produits gazeux obtenus aux cours des phases de être cracking et des phases d'insufflation d'air peuvent/utilisés séparément ou en mélangea éuivant les buts que l'on se propose de réaliser, Toutes choses égales, le cracking pourra être réalisé partiellement ou totalement.
On pourra se servir. de tout appareillage approprié comme par exemple de celui normalement employé pour la fabrication du gaz à l'eau, toutefois on a constaté qu'un agencement. judicieux de l'appareillage permet de conserver-au processus une quantité appréciable des chaleurs perdues,et l'exécution dur processus sans emprunt appréciable de combustible à la masse incandescente.
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.,Un appareillage de ce genre peut comprendre, comme il est indiqué dans la forme d'exécution de la fige 1 du des- sin annexé, une cuve A munie d'une grille B et d'une trémie 0 de 'chargement du combustible. A cette cuve A sont associés
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des réoupérateurs-échangeurs D, E, Ces récupérateurs- échangeurs sont agencés de telle;
manière que, à supposer le fonctionnement cyclique, d'une part l'air d'insufflation introduit dans le récupérateur E circule à contre courant du gaz d'air formé traversant le récupérateur D, de sorte que la chaleur sensible de ces gaz soit en grande partie cédée à l'air de soufflage, et que d'autre part les gaz de cracking circulent dans le réoupérateur G à contre courant des gaz à décomposer parcourant le récupérateur F en cédant également leur ohaleur.sensible à ces derniers.
Avantageusement, l'appareillage peut être conditionné à la manière indiquée fig.2 dans'laquelle l'échangeur F-G est monté au centre d'une couronne d'échangeurs D-E, ces échangeurs étant établis sous forme de faisceaux de tubes à haute résis- (et tungstène) . tance, tel de l' acier au chrome/,et simplement engagés dans des cellules de conformation voulue, des joints de sable J étant prévus pour recevoir les bords rabattus des plaques tubulaires.
L'air de soufflage pénètre par la canalisation 1, dans l'espace 2 en communication avec les faisceaux D-E ; passe de la partie supérieure de ces faisceaux, par la canalisation dans une chemise 4 communiquant par des ouvertures, 5 avec . l'espaoe inférieur de la cuve A.
Le gaz'à l'eau repasse par les ouvertures 6 et. le conduit 7 vers l'espace surmontant les faisceaux D-E pour sortir par le conduit $. ,
Les gaz à décomposer pénètrent par le conduit 9 et remon- tent le faisceau'. F-G pour passer par le conduit 10 à la partie inférieure de la cuve A, tandis que les produits de cracking ,quittent la cuve par les ouvertures 6, passent par le conduit 7 pour redescendre les tubes du faisceau F-G et sortir par le conduit 11.
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Des vannes 12, 13, 14 et 15 permettent de régler les courants gazeux.
En supposant, à titre d'exemple,qu'il s'agisse de trai- ter un gaz résiduaire de la fabrication du coke ayant comme composition approximative
H2 7. 45%
CH4 (
C2H4) 72.78%
Co 8. 11%
Co2 2. 92%
N2 8. 8%
02 0,18%
100. -%
On pourra réaliser le cracking,avantageusement entre les. températures de 1200 et 800 C
La. cuve A est remplie de coke qui est porté par insuf- flation d'air à la température de 1200 C.
Après un temps de marche, les échangeurs-récupérateurs sont ainsi portés à une température de 900 = 1000 C.
Si l'on injecte alors dans l'espace de 10 minutes, 100m3 environ du gaz ci=dessus, sortant de l'échangeur-récupérateur à 650 C environ, on obtient 180m3 environ de produits de décom- position dont la composition est :
H2 85. 20%
N2 8. 60%
Oo 14.27%
OH4 et 40 kgs environ de carbone déposé.
La température de la masse incandescente s'est abaissée en même temps-1 800-850 C. .l'énergie consommée étant de 86000 calories environ en supposant un échange de l'ordre de 36000. calories entre les produits de décomposition et les gaz à trai= ter. pour refournir ces 86000 calories, en supposant une tem- pérature d'entrée d'air de 0 et une température de sortie du récupérateur-échangeur de 750 environ, en même temps que des températures d'entrée et de sortie du gaz d'air au récupérateur-
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échangeur, de 1000 et40000-resp.6otivemont,, le calcul montre qu'il suffira de brûler les 40 Kgs de carbone déposés plus une quantité de ooke de l'ordre de 1 à 2 Kgs environ, ce qui est industriellement à négliger.
Dans les conditions indiquées,
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. le volume de gaz d'air produit est envtrom de 225J13 à 54-Z5 % de Co. 352537
Les produits de l'opération gaz de cracking et gaz d'air, peuvent être évidemment mélangés en toutes proportions, ou bien être utilisés séparément.
pour reflormer de la manière susdite un gaz propre à l'é- olalrage et au chauffage, on pourrait mélanger les gaz dans les prbportions de gaz initial riche non craqué 35- 40 % gaz de cracking 60 - 65 %
Dans l'exemple précédent on a supposé que le cracking était effectué pratiquement d'une manière complète, mais il va de soi que l'on pourra agir de toute manière voulue sur les tempéra- tures et les conditions d'injection pour obtenir un mélange final de composition et de conditions physiques données.
Au lieu d'injeoter de l'air pendant la phase de soufflage, on pourrait aussi injecter des mélanges plus ou moins riches en oxygène, ou de l'oxygène pur, ou simultanément de l'oxygène et de la vapeur d'eau, le principe n'étant pas modifié.
Au lieu du procédé cyclique envisagé précédemment, on pourrait également exécuter le processus d'une manière continue.
En ce cas, dans le mélange gazeux contenant les gaz à transformer on introduit une quantité d'air, ou de mélanges d'oxygène et d'azote de composition différente de oelle de l'air atmosphérique et par exemple plus riches en oxygène, ou même encore de l'oxygène pur, avec en plus de la vapeur d'eau, tous ces gaz étant exactement dosés d'après les quantités nécessaires de chaleur pour obtenir le cracking désiré-- total ou'fractionné -- et de chaleur sensible pour amener les gaz résultants à la température de sortie et dans les conditions physiques déter= minées comme étant les plus favorables..
Le mélange gazeux et ses additions sont injectés dans la masse combustible incandescente d'un appareil approprié, et par exemple d'un gazogène Siemens.Le carbone isolé par le cracking
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s'unit à¯leoxygène, et maintient la température de la,mas'd8 combustible, la transformation s'obtenant ainsi de façon oonti- nue.
Oomme on le comprendra aisément, s'il n'est pas néces- saire de conserver aux gaz obtenus les températures qu'ils possèdent après transformation, leur chaleur peut être utilisée pour accroitre la température d'entrée de l'un ou l'autre ou des réactifs, les gaz obtenus étant en ce cas envoyés dans un échangeur parcouru d'autre part par ce ou ces réactifs comme précédemment.
Cette récupération de chaleur s'indique particulièrement dans le mode continu d'exécution du processus en raison de la constance de la température de sortie et par suite du régime d'échange.
Comme il va de soi, et comme du reste on l'a déjà laissé entendre, il est bien entendu que l'invention n'est nullement-, limitée aux indications données quant à la nature des hydrocar- bures à transformer, ni à son application à la fabrication du gaz d'éclairage, mais qu'elle englobe également les équivalents.
REVENDICATIONS.
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1) Processus de transformation des mélanges gazeux hy= drocarbonés, en particulier des mélanges contenant des propor= tions appréciables d'hydrocarbures relativement lourds, lequel processus consiste à les soumettre à un traitement thermique déterminant le cracking de ces hydrocarbures.
2) Un processus tel qu'il est défini à la revendioation 1, caractérisé par le fait que le carbone isolé par l'opération de cracking est transformé en gaz ou en mélange de gaz combustibles.'
3) Un processus tel que défini dans les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, à supposer les réactions de cracking endothermiques, la chaleur de réaction du carbone dans sa transformation en gaz ou mélange de gaz combustibles est' utilisée pour assister l'opération de cracking.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Improvements in the manufacture of hydro-carbonate mixtures"
The invention relates to the manufacture of hydro-carbonated gas mixtures from gaseous products rich or relatively rich in hydrocarbons of more or less high densities, in particular those obtained as by-products or as residues from other manufactures.
To cite one example, the manufacture of coke gives, after separation of valuable by-products, gases containing a high percentage of methane series hydrocarbons and the like.
These gases could also have also been more or less depleted in hydrogen with a corresponding enrichment in heavy hydrocarbons.
Heavy waste gases of this kind are of limited use. In some cases; they have been made to go into production by introducing them into the cells of coke ovens where they decompose with the enrichment of the distillation gases.
If it is proposed to use them for example for lighting or domestic heating, distribution difficulties are encountered, in particular due to excessively high specific weight, the existing use equipment not being able enoutre to be suitable without modification.
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To make these gases economically useful it is therefore necessary to transform them, either for their use in heating and lighting, or to more completely remove the hydrogen contained therein in combined form.
The subject of the invention is a process for converting hydrocarbon gas mixtures, in particular mixtures containing appreciable proportions of relatively heavy hydrocarbons, and more especially those of the methane series, which consists in subjecting the mixtures to a treatment. - thermal element determining the cracking of these hydrocarbons.
The decomposition reactions of hydrocarbons of the type in question, such as those of the gasoline of methane, being endothermic, it is necessary to supply the mixtures of, external heat, and, according to the invention, this heat is borrowed from a mass. incandescent which thereby cools, but which is then reheated, or simultaneously, by a suitable oxidizing injection.
A cyclic or continuous process is thus obtained which comprises phases of decomposition or cracking of the gaseous mixtures and of production of air gas, with use of the carbon isolated by the cracking for heating the incandescent mass.
The gaseous products obtained during the phases of being cracking and of the phases of air blowing can / used separately or by mixing depending on the aims which it is proposed to achieve, All things being equal, the cracking can be carried out partially or totally.
We can help ourselves. of any suitable apparatus such as for example that normally employed for the manufacture of water gas, however it has been found that an arrangement. The judicious use of the apparatus allows an appreciable quantity of waste heat to be retained in the process, and the process to be carried out hard without appreciable borrowing of fuel from the incandescent mass.
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., An apparatus of this kind may comprise, as indicated in the embodiment of fig 1 of the accompanying drawing, a vessel A provided with a grid B and a hopper 0 for loading the fuel. . With this tank A are associated
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reoperation-exchangers D, E, These recuperators-exchangers are arranged as such;
so that, assuming cyclical operation, on the one hand the insufflation air introduced into the recuperator E circulates against the current of the air gas formed passing through the recuperator D, so that the sensible heat of these gases is in large part yielded to the blowing air, and that on the other hand the cracking gases circulate in the reouperator G against the current of the gases to be decomposed passing through the recuperator F while also yielding their ohaleur.sensible to the latter.
Advantageously, the apparatus can be packaged in the manner indicated in fig. 2 in which the FG exchanger is mounted in the center of a ring of DE exchangers, these exchangers being established in the form of bundles of high resistance tubes ( and tungsten). tance, such as chrome steel /, and simply engaged in cells of desired conformation, J sand joints being provided to receive the turned down edges of the tube sheets.
The blowing air enters through line 1, into space 2 in communication with beams D-E; passes from the upper part of these beams, through the pipe in a jacket 4 communicating through openings, 5 with. the lower space of the tank A.
The water gas passes again through openings 6 and. the conduit 7 towards the space surmounting the beams D-E to exit via the conduit $. ,
The gases to be decomposed enter through line 9 and go up the bundle '. F-G to pass through line 10 to the lower part of tank A, while the cracking products leave the tank through openings 6, pass through line 7 to descend the tubes of bundle F-G and exit through line 11.
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Valves 12, 13, 14 and 15 make it possible to regulate the gas streams.
Assuming, by way of example, that it is a question of treating a waste gas from the manufacture of coke having as an approximate composition
H2 7.45%
CH4 (
C2H4) 72.78%
Co 8. 11%
Co2 2.92%
N2 8. 8%
02 0.18%
100. -%
We can achieve cracking, advantageously between. temperatures of 1200 and 800 C
Vessel A is filled with coke which is brought by blowing air to the temperature of 1200 C.
After running for a while, the heat exchangers are brought to a temperature of 900 = 1000 C.
If one then injects in the space of 10 minutes, approximately 100m3 of the above gas, leaving the exchanger-recuperator at approximately 650 ° C., approximately 180m3 of decomposition products are obtained, the composition of which is:
H2 85. 20%
N2 8. 60%
Oo 14.27%
OH4 and about 40 kgs of deposited carbon.
The temperature of the incandescent mass dropped at the same time -1 800-850 C.. The energy consumed being about 86000 calories assuming an exchange of the order of 36000. calories between the decomposition products and the gases. to treat. to replenish these 86000 calories, assuming an air inlet temperature of 0 and an outlet temperature of the recuperator-exchanger of approximately 750, together with the air gas inlet and outlet temperatures to the collector
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exchanger, of 1000 et40000-resp.6otivemont ,, the calculation shows that it will be enough to burn the 40 kg of carbon deposited plus a quantity of ooke of the order of 1 to 2 kg approximately, which is industrially to be neglected.
Under the conditions indicated,
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. the volume of air gas produced is approximately 225J13 at 54-Z5% of Co. 352537
The products of the cracking gas and air gas operation can obviously be mixed in all proportions, or else be used separately.
to reflorm in the above manner a gas suitable for scaling and heating, the gases could be mixed in the portions of the initial rich non-cracked gas 35- 40% cracking gas 60 - 65%
In the previous example it was assumed that the cracking was carried out practically in a complete manner, but it goes without saying that one can act in any desired manner on the temperatures and the injection conditions in order to obtain a mixture. final composition and given physical conditions.
Instead of injecting air during the blowing phase, we could also inject mixtures more or less rich in oxygen, or pure oxygen, or simultaneously oxygen and water vapor, the principle not being modified.
Instead of the cyclic process envisaged above, the process could also be carried out in a continuous manner.
In this case, in the gas mixture containing the gases to be converted, a quantity of air is introduced, or of mixtures of oxygen and nitrogen of composition different from that of atmospheric air and for example richer in oxygen, or even still pure oxygen, with the addition of water vapor, all these gases being exactly proportioned according to the quantities of heat necessary to obtain the desired cracking - total or fractional - and sensible heat for bring the resulting gases to the outlet temperature and under the physical conditions determined as being the most favorable.
The gas mixture and its additions are injected into the incandescent fuel mass of a suitable device, for example a Siemens gasifier. The carbon isolated by cracking
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unites with oxygen, and maintains the temperature of the fuel, the transformation thus taking place continuously.
As will easily be understood, if it is not necessary to keep the temperatures obtained for the gases obtained after transformation, their heat can be used to increase the inlet temperature of one or the other. or reagents, the gases obtained being in this case sent to an exchanger through which on the other hand this or these reagents as above.
This heat recovery is particularly indicated in the continuous mode of execution of the process due to the constancy of the outlet temperature and as a result of the exchange regime.
As goes without saying, and as moreover has already been hinted at, it is understood that the invention is in no way limited to the indications given as to the nature of the hydrocarbons to be transformed, nor to its application to the manufacture of lighting gas, but that it also includes the equivalents.
CLAIMS.
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'***************
1) Process of transformation of hydrocarbon gas mixtures, in particular mixtures containing appreciable proportions of relatively heavy hydrocarbons, which process consists in subjecting them to a heat treatment determining the cracking of these hydrocarbons.
2) A process as defined in Claim 1, characterized by the fact that the carbon isolated by the cracking operation is transformed into gas or a mixture of combustible gases. '
3) A process as defined in claims 1 and 2, characterized in that, assuming the endothermic cracking reactions, the heat of reaction of carbon in its transformation into gas or mixture of combustible gases is used to assist the cracking operation.
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