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PRODUCTION D'ACETYLENE A PARTIR D'HYDROCARBURES
A L'AIDE DE L'ARC ELECTRIQUE.
On sait que l'on peut obtenir de l'acétylène à partir d' hydro- carbures plus saturés, gazeux, vaporisés ou atomisés, par exemple à partir de méthane, d'éthilène, etc., en conduisant les hydro- carbures ou des gaz en contenant à travers un arc électrique. On a fait l'observation surprenante que l'on peut tirer profit d'une part très considérable de l'énergie de l'arc électrique pour la production d'acétylène et atteindre en même temps une concentra- tion très considérable de l'acétylène dans les gaz sortant de l'arc électrique lorsque l'on augmente la densité de l'énergie à au moins l'une des électrodes jusqu'au voisinage du point ou des pertes de . matière se produisent à l'électrode.
EMI1.1
' Comme matières premières sont entre autres appro- qj±7iés, les hydrocarbures des séries des paraffine ou oléfine, .tels que le méthane, l'éthane, l'éthylène et leurs homologues, -'[/l'état pur ou en mélanges avec d'autres gaz, tels que par ,/exemple le gaz naturel, le gaz de craquage, le gaz de coke',à,
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fourneau, le gaz d'éclairage ou d'autres gaz résultant de la distillation de matières carbonifères, ou des constituants du gaz de crquage, du gaz de coke à fourneau, du gaz d'éclairage ou d'autres gaz résultant de, la distillation de matières carbo- nifères, en outre les hydrocarbures naturels dérivés du pétrole brut, les hydrocarbures résultant du traitement du pétrole, tels que la benzine, l'huile de gaz, l'huile de combustion, etc.,
ou encore leshydrocarbures aromatiques, tels que le ben- zène, le toluène, le naphtalène, etc.. Il est évident que l'on peut employer des mélanges de ces hydrocarbures. D'autre part- on peut aussi employer des hydrocarbures contenant déjà une cer- taine quantité d'acétylène, tels que par exemple les gaz qui restent aprés séparation de la plus grande partie de l'acéty- lène au cours du procédé décrit ci-dessous. La présence de gaz étrangers, tels que par exemple d'hydrogène, d'azote, de gaz noble, n'est pas embarrassante, aussi longtemps que ces gaz n'atteignent pas une concentration trop élevée.
Dès que de l'a- zote est présent il forme à côté de l'acétylène une certaine quantité d'acide cyanhydrique qui peut être aisément éliminée par absorption en milieu alcalin.
Il a été trouvé convenable de combiner ce procédé à un circuit semblable à celui décrit dans le brevet français No.
547.778 du 23 février 1922 de la demanderesse. Le dessin ci- @ annexé montre un exemple d'un circuit approprié.
K = un système tubulairefermé construit, par exemple, en fer, dans lequel les. gaz ou vapeurs à traiter circulent à tra- vers le ventilateur G dans la direction- de la flèche.
E - l'entrée des gaz frais, par exemple de méthane, d'éthyle- ne, etc., servant à remplacer les gaz décomposés dans l'arc électrique.
A - une électrode isolée de façon appropriée du système K, par laquelle uue partie des gaz en circulation dans K est retirée de l'arc électrique.
L = l'électrode opposée.
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L'exemple suivant illustre la présente invention sans toutefois la limiter.
Exemple
Pour l'appareil décrit ci-dessus on a employé pour l'une.des électrodes une baguette de charbon de 30 mm. de dia- mètre et pour l'autre un tube de charbon de 14 mm. de diamètre intérieur et de 10.5 mm. d'épaisseur des parois. La distance entre les deux électrodes s'élevait à environ 2 mm; elle dépend dans un certain rapport de la vitesse du gaz en circulation dans le circuit. Entre les deux électrodes on a amorcé un aro- à courant continu, dont la tension s'élevait à environ 38 volte et l'intensité de courant à environ 350 ampères. On a rempli le système tubulaire K de gaz de méthane qui a été mis en cir- culation à grande vitesse à l'aide du ventilateur G. Par l'é- lectrode A en charbon on a retiré 17 m3 de gaz par heure, rem- placés au fur et à mesure par une quantité de gaz frais corres- pondante entrant par E.
La composition du mélange de gaz retiré était la suivante :
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<tb> C2H2 <SEP> 9,55% <SEP> en <SEP> volume
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 1,10% <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 49,35% <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> 40,00% <SEP> " <SEP> "
<tb>
Il résulte donc de ce qui précède que la production de l kg d'acétylène exiugeait une dépense d'énergie de 6,8 kilowattheures. La température du gaz en circulation dans le oircuit s'élevait à 100 C., mais peut être notablement plus élevée En général on a reconnu avantageux de maintenir la température du gaz en circulation à une certaine élévation, une augmentation trop forte de celle-ci a été compensée par refroidissement approprié. Le gaz très chaud qui sort du tube A a été de son côté refroidi séparément.
La pression dans le circuit s'élevait à environ 0,15 atm. de plus que la pression d'air extérieure.
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Des que la densité d'énergie a été augmentée au-des- sus de aelle indiquée dans cet exemple, on a constaté immédia- tement. une légère diminution de la matière des électrodes. Le rendement énergétique était cependant tout aussi bon.
Par contre lors de la réduction de la densité d'éner- gie on a constaté une diminution sensible de ce rendement et en même temps une diminution de la concentration de l'acétylène.
Par exemple lors de l'emploi d'un ara électrique d'environ 35 volts et 180 ampères pour- la production de 1 kg d'acétylè- ne la dépense en énergie s'élevait à 15 kilowattheures et lors de l'emploi d'un arc d'environ 30 volts et 100 ampères à 23 kilowattheures.
Il y a lieu de* remarquer ici : lorsque l'on modifie une seule des variantes (pression, température, densité d'éner- gie, vitesse du courant, etc.), on doit chercher le nouveau mode opératoire adéquat en modifiant également les autres va- riantes, ce qui du reste peut se- faire rapidement. Pour obte- nir de bons rendements et une concentration favorable en acé- tylène dans un appareil d'autres dimensions, on peut, par exem- ple procéder empiriquement de la façon. suivante : on détermine la densité d'énergie, à laquelle la diminution de matière de l'électrode commence, la maintient à proximité de ce point et fait circuler le gaz dans le circuit à grande vitesse.
Puis on relie E à l'endroit de l'entrée des gaz (gazomètre) et fait sortir par A du gaz en quantité croissante jusqu'à ce que ce- lui-ci accuse la concentration en acétylène désirée. Puis on augmente la. quantité de gaz sortant jusqu'à ce que la concen- tration désirée commence à baisser fortement. On en reste alors 'au mode opératoire adéquat ainsi déterminé, en variant, encore, le cas échéant, la vitesse des gaz.eux-mêmes dana le circuit K afin d'éviter autant que possible la formation de suie.
Les conditions indiquées dans l'exemple : densité d'énergie (et section des électrodes correspondantes), volume de la prisdes gaz lors d'une concentration de 10% de C2H2 dans les gaz sor- @ .
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tants, indiquent comment on peut aisément et promptement coor- donner les variables de l'essai de façon à travailler ration- nellement.
Dans certaines circonstances il peut être désirable d'utiliser des électrodes contenant des additions, dont les parties s'évaporant se mélangent éventuellement au courant de gaz, ou de mélanger certaines substances au courant de gaz; ici entrent en ligne de compte les substances, qui sont sus- ceptibles d'influencer la conductibilité électrique dans la zo- ne de l'are électrique.
Des que l'on opère avec des hydrocarbures vaporisés ou atomisés le circuit doit être disposé de telle faqon que des quantités suffisantes d'hydrocarbures se trouvent toujours en circulation; on doit par conséquent travailler dans un circuit chaud. Dans ce sens on chauffe l'appareil entier au moyen d'une chemise de vapeur ou par tout autre moyen à une température à laquelle les hydrocarbures introduits accusent une tension de vapeur suffisamment élevée.
Lors de la mise en oeuvre d'hydro- carbures non homogènes il suffit déjà qu'une partie suffisam- ment grande ait atteint la tension de vapeur appropriée, car des alors-qu'une partie des hydrocarbures a atteint son point d'é- bullition, elle entraîne la partie moins volatile sous forme requises suffisamment divisée pour être conforme aux conditions pour la réaction. Souvent il suffit aussi d'isoler simplement le oir- auit contre toute perte de chaleur, pour maintenir une tempé- rature suffisamment élevée.
Il a été trouvé convenable d'obtenir l'arc électrique par un courant oontinu à. haute ou basse tension. Dans l'exemple on a démontré que déjà. à basses tensions on obtient de très bons résultats.
Le nouveau procédé pour la production d'acétylène peut être exécuté à pression plus basse, ou plus élevée que la pression atmosphérique ; est cependant recommandable de tra- vailler à une pression plus élevée à caise de l'amélioration @
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du rendement énergétique en résultant.
Le nouveau procédé perme-t la production d'acétylène à l'aide de l'arc électrique avec une dépense d'énergie étonnam- ment minime simultanément; avec une concentration remarquable- ment élevé en acétylène dans les gaz. La destruction par forma- tion simultanée d'hydrogène et de suie est insignifiante en con- sidération du prix modéré des matières premières. Ainsi d'après l'exemple décrit pour 1 kg d'acétylène on obtient seulement
200 gr de suie.
Les conditions de l'exécution du procédé décrites ci- dessus restent les marnes quand on emploie au lieu d'électrodes en charbon des électrodes en métal, tel que par exemple en tungstène, molybdène, etc., ou en carbide qui, au cours de. l'o- pération, se courent de carbides et de: carbone, se transfor- mant ainsi relativement vite en électrodes à charbon.
Si l'on choisit par exemple cornue additions aux élec- trodes de la chaux, dont le carbide ou les composantes de car- bide se volatilisent, on ne munit de: préférence qu'une seule électrode d'une grande teneur en carbide ou bien on n'utilise qu'une seule électrode en carbide, tandis que l'autre reste en- tièrement en charbon, dont la perte de matière décriteplus haut sert à mesurer l'énergie électrique à employer.
A la place d'un seul arc électrique on peut naturel- lement aussi en employer plusieurs, qui peuvent 'être disposés parallèlement ou en séries. On peut également utiliser plus; d'une électrode creuse, qui peuvent servir pour l'entrée et la sortie des gaz du système.
Revendicationa.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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PRODUCTION OF ACETYLENE FROM HYDROCARBONS
USING THE ELECTRIC ARC.
It is known that acetylene can be obtained from more saturated, gaseous, vaporized or atomized hydrocarbons, for example from methane, ethilene, etc., by driving the hydrocarbons or gas containing it through an electric arc. The surprising observation has been made that it is possible to take advantage of a very considerable part of the energy of the electric arc for the production of acetylene and at the same time achieve a very considerable concentration of acetylene. in the gases leaving the electric arc when increasing the energy density at at least one of the electrodes up to the vicinity of the point or losses of. matter occur at the electrode.
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As raw materials are among others approximate, hydrocarbons of the paraffin or olefin series, such as methane, ethane, ethylene and their homologues, - '[/ the pure state or in mixtures with other gases, such as, for example natural gas, cracking gas, coke gas', at,
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furnace, lighting gas or other gases resulting from the distillation of carboniferous materials, or constituents of cracking gas, furnace coke gas, lighting gas or other gases resulting from, distillation carbonaceous substances, in addition to natural hydrocarbons derived from crude petroleum, hydrocarbons resulting from petroleum processing, such as benzine, gas oil, combustion oil, etc.,
or alternatively aromatic hydrocarbons, such as benzene, toluene, naphthalene, etc. It is obvious that mixtures of these hydrocarbons can be used. On the other hand, it is also possible to use hydrocarbons already containing a certain quantity of acetylene, such as for example the gases which remain after separation of the greater part of the acetylene during the process described above. below. The presence of foreign gases, such as for example hydrogen, nitrogen, noble gas, is not embarrassing, as long as these gases do not reach too high a concentration.
As soon as nitrogen is present, it forms alongside acetylene a certain quantity of hydrocyanic acid which can be easily removed by absorption in an alkaline medium.
It has been found suitable to combine this process with a circuit similar to that described in French patent No.
547,778 of February 23, 1922 from the plaintiff. The accompanying drawing shows an example of a suitable circuit.
K = a closed tubular system constructed, for example, of iron, in which the. gases or vapors to be treated flow through the fan G in the direction of the arrow.
E - entry of fresh gases, for example methane, ethylene, etc., serving to replace the gases decomposed in the electric arc.
A - an electrode suitably insulated from the system K, by which a part of the gases circulating in K is withdrawn from the electric arc.
L = the opposite electrode.
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The following example illustrates the present invention without however limiting it.
Example
For the apparatus described above, a 30 mm carbon rod was used for one of the electrodes. of diameter and for the other a carbon tube of 14 mm. internal diameter and 10.5 mm. wall thickness. The distance between the two electrodes was about 2 mm; it depends in a certain relation on the speed of the gas circulating in the circuit. Between the two electrodes a direct current aro was started, the voltage of which was about 38 volts and the current intensity about 350 amps. The tubular system K was filled with methane gas which was put into circulation at high speed with the aid of the fan G. Through the carbon electrode A 17 m3 of gas per hour were removed, rem - gradually placed by a corresponding quantity of fresh gas entering through E.
The composition of the gas mixture removed was as follows:
EMI3.1
<tb> C2H2 <SEP> 9.55% <SEP> in <SEP> volume
<tb>
<tb>
<tb> C2H4 <SEP> 1.10% <SEP> "<SEP>"
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 49.35% <SEP> "<SEP>"
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> 40.00% <SEP> "<SEP>"
<tb>
It therefore follows from the foregoing that the production of 1 kg of acetylene required an energy expenditure of 6.8 kilowatt-hours. The temperature of the gas circulating in the oircuit was 100 C., but can be significantly higher In general it has been recognized to be advantageous to keep the temperature of the gas circulating at a certain elevation, an excessively large increase in it. has been compensated by appropriate cooling. The very hot gas which comes out of tube A has for its part been cooled separately.
The pressure in the circuit was about 0.15 atm. more than the outside air pressure.
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As soon as the energy density was increased above that shown in this example, it was immediately seen. a slight decrease in the material of the electrodes. The fuel efficiency was however just as good.
On the other hand, when the energy density was reduced, there was a noticeable reduction in this yield and at the same time a reduction in the concentration of acetylene.
For example when using an electric ara of about 35 volts and 180 amps for the production of 1 kg of acetylene the energy expenditure was 15 kilowatt hours and when using an arc of about 30 volts and 100 amps at 23 kilowatt hours.
It should be * noted here: when one modifies only one of the variants (pressure, temperature, energy density, current speed, etc.), one must look for the appropriate new operating mode by also modifying the other variants, which moreover can be done quickly. In order to obtain good yields and a favorable concentration of acetylene in an apparatus of other dimensions, one can, for example, proceed empirically in the manner. next: the energy density is determined, at which the decrease in material of the electrode begins, maintains it near this point and causes the gas to circulate in the circuit at high speed.
Then E is connected to the place of the gas inlet (gasometer) and gas is released through A in increasing quantity until the latter attains the desired acetylene concentration. Then we increase it. quantity of gas coming out until the desired concentration begins to drop sharply. We then remain with the appropriate operating mode thus determined, varying, again, if necessary, the speed of the gases themselves in the circuit K in order to avoid as much as possible the formation of soot.
The conditions indicated in the example: energy density (and section of the corresponding electrodes), volume of the gas intake during a concentration of 10% of C2H2 in the exhaust gases.
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They indicate how easily and quickly the variables of the test can be coordinated so as to work rationally.
Under certain circumstances it may be desirable to use electrodes containing additions, the evaporating parts of which eventually mix with the gas stream, or to mix certain substances with the gas stream; Substances which may influence the electrical conductivity in the electrical area are taken into account here.
As soon as one operates with vaporized or atomized hydrocarbons the circuit must be arranged in such a way that sufficient quantities of hydrocarbons are always in circulation; we must therefore work in a hot circuit. In this sense, the entire apparatus is heated by means of a vapor jacket or by any other means to a temperature at which the hydrocarbons introduced exhibit a sufficiently high vapor pressure.
When using non-homogeneous hydrocarbons it is already sufficient that a sufficiently large part has reached the appropriate vapor pressure, since then a part of the hydrocarbons has reached its point of evaporation. boiling, it entrains the less volatile part in the required form sufficiently divided to comply with the conditions for the reaction. Often it is also sufficient to simply insulate the duct against heat loss, in order to maintain a sufficiently high temperature.
It has been found suitable to obtain the electric arc by a continuous current at. high or low voltage. In the example we have shown that already. at low voltages very good results are obtained.
The new process for the production of acetylene can be carried out at lower pressure, or higher than atmospheric pressure; however, it is advisable to work at a higher pressure without improving @
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of the resulting energy efficiency.
The new process allows the production of acetylene using the electric arc with surprisingly minimal energy expenditure simultaneously; with a remarkably high concentration of acetylene in the gases. The destruction by simultaneous formation of hydrogen and soot is insignificant considering the moderate cost of raw materials. Thus according to the example described for 1 kg of acetylene one obtains only
200 gr of soot.
The conditions for carrying out the process described above remain marl when one uses instead of carbon electrodes metal electrodes, such as for example tungsten, molybdenum, etc., or carbide which, during . the operation, run out of carbides and carbon, thus turning relatively quickly into carbon electrodes.
If one chooses, for example, lime additions to the electrodes, in which the carbide or the carbon components volatilize, one provides: preferably only one electrode with a high carbide content or else only one carbide electrode is used, while the other remains entirely of carbon, the loss of material of which described above serves to measure the electrical energy to be employed.
Instead of a single electric arc it is of course also possible to employ several, which can be arranged in parallel or in series. You can also use more; a hollow electrode, which can be used for the entry and exit of gases from the system.
Claima.
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