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Procédé de préparation de mélanges gazeux, riches en hydrogène, par combustion partielle de méthane avec de l'oxygène. Il est connu de faire réagir du méthane ou des gaz,con- tenant du méthane, avec de l'oxygène pour former des mélanges hydrogène-oxyde de carbone. Il a été proposé à cet effet de chauffer le méthane et l'oxygène par échange de température avec les gaz provenant de la combustion du méthane, de les mélanger et d'insuffler les proauits de la combustion partielle par des tuyères à refroidissement par eau sur un lit de coke incandescent.
Dans leéchauffage du méthane,il peut se séparer, dans l'échangeur de température, de la suie qui empêche le passage des gaz et l'échange de température et provoque ainsi des ennuis de fonctionnement. Un autre inconvénient consiste en ce que, -en particulier dans le traitement de gaz qui, en outre de méthane, contiennent de l'hydrogène, par exemple du gaz de four à coe,- l'oxygène amené brûle d'abord principalement l'hydrogène existant dans le gaz ou formé à partir de méthane, de sorte que c'est seulement par une réaction ultérieure de vapeur d'eau avec du méthane
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que s'effectue la dissociation complète de ce dernier.
Comme aussi bien dans la chambre de combustion que sur le trajet-des gaz préalablement brûlés à travers les tuyères à refroidissement par eau vers la chambre remplie de coke incandescent, il se perd précisément une partie importante de la chaleur que l'on avait produite par la combustion de l'hydrogène à température élevée dans le gaz et dont on a besoin pour la dissociation du méthane, une partie du methane est toujours soustraite à la réaction, tandis que l'eau formée est réduite par du coke et non par du méthane.
La présente invention a pour objet un procédé qui évite ces inconvénients. Conformément à l'invention,on rait passer,à des intervalles de temps réguliers,le gaz contenant-le méthane, en vue de son chauffage préalable, à travers une couche de coke au préalable chauffée par soufflage, couche à l'extrémité chaude de laquelle on rait arriver en même temps, de l'extérieur, l'oxygène nécessaire pour l'oxydation du méthane et à travers laquelle on évacue dans les intervalles de temps le mélange chaud produit d'hydrogène et d'oxyde de carbone dans une direction opposée à celle du gaz frais, c'est-à-dire de l'extrémité chaude vers l'extrémité froide, la couche de coke précédemment refroidie par le gaz frais étant à nouveau chauffée par soufflage.
Le nouveau procédé et un appareil convenant pour sa réalisation sont expliqués ci-après de façon détaillée en référence au dessin ci-joint qui représente un exemple de l'appareil : la fils.1 représente un four propre à la réalisation du procédé,moitié en coupe longitu@inale verticale, moitié en vue en élévation de côté, et la fig.2 est une coupe suivant le plan A-B de la fig.l.
Sur le dessin, 1 et 2 désignent les deux cuves, remplies de coke, qui sont reliées @ar un court carneau transversal 7. Dans l'une des deux cuves, on rait arriver alternativement le gaz, contenant le méthane, par le haut, tandis qu'à travers l'autre cuve, il s'écoule à ce moment, du bas versle haut, le mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone, formé dans la zone à température élevée par la réaction du méthane avec l'oxygène. Pour la direction d'écou-
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lèvent représentée sur le dessin, le gaz contenant du méthane arrive en 3 et est introduit par lbrgane d'inversion 4 dans la cuve 2 et est,dans celle-ci, chauffé par le remplissage de coke, de sorte que ce dernier se refroidit.
Au moyen des organes d'inversion et des tuyères 5 et 6,on fait arriver de l'oxygène dans la partie in- férieure du four,par devant, par derrière ou dans le carneau 7. Le gaz provenant de la réaction monte alors dans la cuve 1, où il se refroidit en réchauffant le remplissage de coke et sort du four par la conduite 8. A des intervalles de temps déterminés,on inverse la direction d'écoulement du courant de gaz à travers les deux cuves.
Le gaz frais, arrivant en 3 et passant par l'organe d'inversion 4, pénètre d'abord dans la cuve 1, dans laquelle il absorbe la chaleur cédée par les produits de la réaction, prend à nouveau part à la réaction dans la partie inférieure du four, cède sa chaleur au remplissage de coke de la cuve 2 et sort du four par la conduite 9.
Il faut maintenir la température, dans la zone à température élevée,à une valeur telle que,d'une part, la dissociation du méthane sur le coke incandescent s'effectue avec une vitesse suffisante et que, d'autre part, la vapeur d'eau ou l'acide carbonique,qui se sont éventuellement formés comme produits intermédiaires de la réaction, sont transformés de façon suffisamment rapide complètement en hydrogène et oxyde de carbone. On emploiera par suite avantageusement des températures de 1300 et au-delà.
La transformation du méthane, amené à la zone à température élevée après avoir subi un réchauffage préalable,en hydrogène et oxyde de carbone fournit, même lorsque l'oxygène est amené à l'état froid,encore un excès important de chaleur. Si cet excès de chaleur dépasse la valeur nécessaire pour couvrir les pertes par refroidissement, on l'abaisse par des réactions endothermiques, par exemple par la dissociation de vapeur d'eau par du carbone, et on ajoute par suite de la vapeur d'eau au méthane, Si, ce qui est en particulier le cas pour des gaz pauvres en méthane, les pertes ue chaleur dans la zone à température élevée sont plus grandes que la quantité de chaleur qui est dégagée par l'oxydation
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du méthane, on brûle du coke additionnel avec de l'oxygène,
jusqu'à ce que la température nécessaire soit maintenue dans la chambre de combustion.
Lorsqu'on a en vue de réaliser déjà dans le four une formation aussi poussée que possible d'hydrogène,on mélange de la valeur d'eau au mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone qui se dégage et on veille à la présence,dans les cuves,de substances exer- çant une action catalytique, telles que de l'oxyde de calcium,du minerai de fer ou du coke de haut-fourneau alcalinisé,et en outre des cokes de distillation lente et des demi-cokes de houille ou de braunkohle.On insuffle la vapeur d'eau, surchauffée à des températures allant jusqu'à 503 C,en un endroit de la cuve où elle ne réagit plus avec du combustible solide.Par ces mesures,
une partie de l'oxyde de carbone est déjà transformée dans la cuve en acide car- bonique et l'installation subséquente de transformation est ainsi déchargée.
Par rapport aux formes de réalisation conçues de l'oxydation de méthane par de l'oxygène, le procédé suivant l'invention possède des avantages importants. Ceux-ci sont atteints par la réunion directe de l'échangeur de température, de la chambre de combustion et du lit de coke et par l'emploi de coke comme masse de remplissage. Comme la chambre, dans laquelle le méthane et l'oxygène viennent en contact, est remplie de coke incandescent, les retours que font les réactions de l'oxygène et de la dissociation au méthane n'ont pas d'importance. Les conditions,dans lesquelles des produits intermédiaires quelconques, tels que C02, H2O, C2H2, C6H6, so changent immédiatement et sans pertes de chaleur de grande valeur en produits finaux CO et H2, sont toujours assurées.
Le mode opératoire ratantit ainsi le rendement le plus élevé en hydrogène à partir du méthane employé. Le remplissage de coke accélère catalytiquement la dissociation du méthane en C et H2. Il peut constamment être renouvelé, en ce que, par réaction avec de l'oxygène ou de la vapeur d'eau, une partie du remplissage de coke est brûlée dans la zone à température élevée,
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de sorte que du carbone, qui s'est éventuellement formé par dissociation dans des zones plus froides, disparait ou passe dans la zone de combustion.
Si l'on veut évacuer à 'état liquide les cendres de coke, on charge,avec le coke,avantageusement des additions telles que de la chaux ou du laitier basique de haut-fourneau. Le coke et le soui're sont ainsi absorbés pour la plus grande partie par la scorie.
Lorsque, par exemple,les gaz à traiter contiennent des hydrocarbures lourds, la séparation de suie lors du chauffage des gaz dans les cuves peut devenir si forte que l'on doit, pour maintenir le remplissage des cuves dans un état perméable aux gaz, brûler des quantités relativement grandes de coke, ce qui n'est pas toujours admissible au point de vue de l'utilisation de ces gaz.
Pour éviter cette difficulté,on évacue,conformément à l'invention, la scorie non pas à l'état liquide,mais en même temps que le coke, de façon continue ou intermittente, à l'extrémité inférieure du four. Le coke évacué est remplacé par du coke frais à l'extrémité supérieure froide des cuves, et le remplissage de coke des cuves est ainsi rehouvelé pendant la marche.
A cet effet, il se trouve,à l'extrémité inférieure des deux cuves 1 et 2, allant en diminuant de largeur vers le bas,des dispositifs d'évacuation pour le coke chaud,qui sont représentés ici à titre d'exemple sous forme de vis' transporteuses 10 et 11.
Le coke, évacué par la vis transporteuse 10 avec des cendres et de la suie, parvient dans la trémie intermédiaire 12, où il est,par l'abaissement du cône obturateur 13,amené dans le sas d'évacuation 14 et de celui-ci à l'air libre. Un gaz de refroidissement, par exemple de la vapeur d'eau, est amené à la trémie 12 par la conduite 15. Ce gaz s'écoule, en passant sur la vis transporteuse 10, en sens inverse du coke à évacuer, dans la partie inférieure de la cuve, se dissocie sur ce coke et le refroidit. De préférence, la chambre d'évacuation 14 est également balayée par de la vapeur d'eau sous une légère surpression, pour empêcher une entrée d'air
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dans cette chambre et par suite dans les cuves du four.
Comme gaz de refroidissement, il convient d'employer, en outre de la vapeur d'eau,principalement d3s gaz qui peuvent, comme tels ou après qu'ils ont été dissocias sur du coke incandescent,pénétrer dans le gaz final prouuit, c'est-à,dire, par exemple, de la vapeur d'eau, de l'anhydride carbonique, de l'hydrogène ou du méthane.
Au lieu de la vis transporteuse représentée sur le des- sin,on-peut,pour l'évacuation du remplissage du four,employer d'autres dispositifs qui, comme des plateaux tournants ou des rouleaux tournant en sens inverse,permettent d'évacuer le coke sans pertes de gaz et sans que de l'air puisse pénétrer dans le four.
Pour le coke évacué et brûlé, on charge en 16 et 17 du coke frais dans les cuves.
Le nouveau mode opératoire convient, en dehors de la dis- soaiation de méthane, également pour la transformation d'autres hydrocarbures et de leurs mélanges en oxyde de carbone et hydrogène.
REVENDICATIONS.
I - Procédé de préparation de mélanges gazeux riches en hyarogène par combustion partielle de méthane avec de l'oxygène, caractérisé par deux couches de coke, communiquant entre elles à leurs extrémités chaudes et dans lesquelles le gaz contenant du méthane est introduit périodiquement et en alternant, par l'extrémité froide de l'une des couches, est chauffé dans celle-ci,réagit dans la zone de température la plus élevée des couches de coke avec addition d'oxygène, pendant que le mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone ainsi formé est évacué à travers l'autre couche de coke en cédant la chaleur qu'il contient.