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Perfectionnements à la production de mélanges gazeux non oxydants.
Cette invention est relative à la production de mélanges gazeux non oxydants employés dans les procédés de traitement thermique des métaux, par une combustion contrôlée de gaz de houille, gaz à l'eau, gaz naturel, butane, ammoniac ayant ou non subi un cracking partiel et gaz analogues, avec de l'air.
Un appareil destiné à cette fin comprend habituel- lement une chambre de combustion et une chambre de catalyse
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où les gaz brûles sont envoyés pour éliminer toute trace d'oxygène. Quand on emploie du gaz ammoniac, on aménage aussi un serpentin de cracking qui reçoit habituellement de la cha- leur de la combustion de l'ammoniac ayant subi le cracking.
Cet appareil est soumis à des températures élevées qui ne sont pas exactement réglées, ce qui nuit à la sûreté et la durée de vie du catalyseur ainsi que du serpentin de cracking, si celui-ci est employé.
Suivant la présente invention, on règle la tempéra- ture ou les températures dans la zone de combustion et/ou dans la zone de catalyse en ramenant à la zone de combustion une quantité réglée de gaz de combustion refroidi, avant de l'employer dans des fours pour le traitement thermique de métaux ou dans une installation analogue. Il est notamment -avantageux de régler la température de cette manière dans les appareils qui utilisent le gaz ammoniac, étant donné que, outre qu'on prolonge la durée de vie du serpentin de cracking, il est possible de le garnir d'un catalyseur de cracking et d'obtenir ainsi un meilleur cracking et/ou une plus grande production.
Les gaz brûlés refroidis peuvent être introduits dans la chambre de combustion en tout point approprié, en un ou plusieurs endroits.Par exemple, quand on emploie du gaz naturel, du gaz de ville ou un gaz analogue, et que la cham- bre de combustion ne contient pas de serpentin de cracking, on peut introduire le gaz refroidi en un point situé immédia- tement en amont du catalyseur de manière qu'il règle la tem- pérature des gaz de combustion venant en contact avec lui. A titre d'alternative, on peut introduire le gaz refroidi ou une partie de celui-ci dans la chambre de combustion près du ou des brûleurs ou à travers ceux-ci; ceci est avantageux
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quand un serpentin de cracking est situé dans la chambre de combustion, de sorte que sa température peut être réglée di- rectement.
L'introduction de gaz refroidi près des brûleurs ou à travers ceux-ci tend à rendre les gaz trop froids pour que le catalyseur élimine efficacement l'oxygène, et une autre caractéristique de la présente invention consiste à introduire une quantité réglée d'air immédiatement en amont du catalyseur de manière à maintenir la température voulue.
Dans la combustion avec de l'air et sous contrôle, d'ammoniac ayant ou non subi un cracking partiel, en vue de la production d'azote ou de mélanges d'azote et d'hydrogène, on a éprouvé jusqu'à présent des difficultés en cherchant à ré- duire à des proportions négligeables l'ammoniac résiduel des produits de combustion. Même la présence de traces d'ammoniac dans les gaz est nuisible dans certains cas, par exemple quand on emploie les gaz pour constituer une atmosphère pro- tectrice pour le recuit clair de certains métaux, tels le cuivre.
On a trouvé que la petite quantité d'ammoniac res- tant aprèsla combustion peut être éliminée en substance en envoyant les gaz de combustion chauds conjointement avec une petite quantité prédéterminée d'oxygène sur un catalyseur de cracking d'ammoniac ou un catalyseur d'oxydation maintenu à une température élevée. La teneur en oxygène requise peut être assurée en faisant en sorte qu'une fraction de l'air des gaz de départ échappe à la combustion, par exemple grâce à une construction appropriée du brûleur, ou en ajoutant un gaz à teneur en oxygène juste avant que les gaz de combustion viennent en contact avec le catalyseur. En règle générale, la totalité de l'oxygène est consommée, mais ceci n'est pas essentiel dans certains cas.
Il faut choisir la teneur en
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oxygène de manière que tout l'ammoniac non décompose soit éliminé et que la teneur en oxygène des gaz finals ne dé- passe pas la quantité tolér.able (s'il en existe une) pour Inapplication particulière envisagée.
Des catalyseurs de cracking d'ammoniac appropriés sont en général ceux utilisés avec succès dans la fabrication synthétique d'ammoniaque, notamment ceux possédant un noyau de magnétite. D'autres catalyseurs appropriés sont le nickel, le cuivre et le palladium, de préférence sous forme de tissu métallique. Avec la plupart des catalyseurs il importe de maintenir la température du catalyseur à au moins 500 C. On peut assurer de manière appropriée le réglage de température en recourant au procédé décrit ci-dessus.
Jusqu'à présent, quand on voulait produire de l'azo- te sensiblement pur, on rencontrait des difficultés à choisir correctement les proportions de réactifs et à assurer la réac- tion complète de manière que ni l'hydrogène ni l'oxygène ne soient décelés en quantités mesurables après la réaction, et une caractéristique supplémentaire de la présente invention consiste à prévoir un moyen de tourner ces difficultés. Ce moyen consiste à faire en sorte que les gaz aient alternati- vement de faibles teneurs en hydrogène et en oxygène après avoir passé sur le catalyseur de cracking d'ammoniac ou le catalyseur d'oxydation et en faisant passer les gaz'sur une masse métallique destinée à être réduite et oxydée alternati- vement.
On décrira ci-après plusieurs exemples d'exécution de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : -
Fig. 1 est une coupe schématique d'un appareil pour la production de gaz non oxydants à partir de gaz ammoniac,
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faite en vue d'expliquer le procédé pour régler la température.
Fig. 2 est une coupe schématique d'un appareil analogue.
Fig. 3 est une coupe schématique d'un appareil analogue destiné à la production d'azote sensiblement pur.
Sur la Fig. 1, un récipient cylindrique 1 revêtu intérieurement de réfractaire 2 et de matière calorifuge 3 est fermé aux deux extrémités par des flasques 4 et 5. Le récipient comprend trois zones, une zone de combustion 6, une zone catalytique 7 et une zone de refroidissement 8, la zone de refroidissement étant de préférence séparée de la zone catalytique 7 par un disque réfractaire perforé 9.
Le flasque 4 porte une tuyère de brûleur 10 et les branchements d'entrée et de sortie 11 et 12 d'un serpentin de cracking 13 et il est protégé par une matière réfractaire ou calorifuge appropriée 40. En regard de la tuyère de brûleur 10 et devant les matières catalytiques 14 est disposée une feuille perforée de métal ou alliage 15 résistant à la cha- leur, pour empêcher que la flamme de la tuyère de brûleur 10 frappe directement les matières catalytiques 14. Ces matières catalytiques se présentent de préférence sous la forme d'un certain nombre de couches de tissus métalliques, par exemple de tissus de nickel et de cuivre, suivis dans certains cas d'un tissu de palladium.
Le flasque 5 porte la sortie de gaz 32, les bran- chements d'entrée et de sortie 16 et 17 d'un serpentin de refroidissement 18 et un cylindre métallique 19 fermé à une extrémité et perforé près de l'extrémité de sortie de l'ap- pareil, comme c'est représenté. Le cylindre métallique sert à amener les gaz en meilleur contact avec le serpentin de refroidissement 18, mais il peut être omis si on le désire.
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Le serpentin de refroidissement et/ou la chambre de refroidis- sement peuvent aussi être omis éventuellement ou être placés à l'extérieur du récipient 1.
On envoie du gaz ammoniac au serpentin de cracking 13 par un tuyau 11 et il sort, partiellement cracké., par le tuyau de sortie 12, puis passe à le. tuyère de brûleur 10. Dans la tuyère il se mélange à une quantité d'air limitée réglée et brille, la combustion fournissant la chaleur pour le crae- king dans le serpentin de cracking 13. Les produits de com- bustion entrent par les perforations de la tôle 15 dans la zone catalytique 7 où tout oxygène restant brûle complète- ment, puis ils traversent les trous du disque 9, lèchent le serpentin de refroidissement 18 et sortent par le tuyau de sortie 32.
Il est préférable de produire dans la tuyère de brûleur une flamme à haute température, et à cet effet il est avantageux de mélanger à fond le gaz ammoniac cracké et l'air avec lequel on veut le brûler dans la chambre de combustion.
La tuyère 10 se compose d'un tube intérieur 21 et de trois tubes concentriques 22, 23 et 24 qui l'entourent et qui délimitent trois passages annulaires concentriques dont le passage médian est parcouru par du gaz ammoniac cracké et dont les passages intérieur et extérieur sont parcourus par l'air qu'on veut brûler complètement ou presque complètement.
Le tube central est fermé à l'extrémité extérieure à l'appa- reil par une fenêtre de verre ou un autre disque amovible, de manière qu'on puisse introduire une tuyère à hydrogène ou autre tuyère appropriée distincte en vue d'amorcer le fonc- tionnement de l'appareil. Les extrémités intérieures des tubes concentriques 22, 23 et 24 sont tournées à l'intérieur pour obliger les courants d'air et de gaz cracké à converger et à se mélanger à fond autour du bouchon perforé 25. On
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obtient ainsi une flamme très courte et chaude, assurant une combustion efficace.
Les gaz quittant l'appareil par le tuyau 32 vont par les tuyaux 33 et 41 au four ou autre appareil auquel sont destinés les gaz non oxydants. Une certaine partie des gaz sor- tant du tuyau 41 peuvent être ramenés à la zone de combustion par un tuyau 34 (représenté en pointillés) qui va au côté aspiration de la soufflerie 30 employée pour débiter de l'air par le tuyau 31 aux espaces annulaires compris entre les tubes 21 et 22 et entre les tubes 23 et 24. Toutefois, de préféren- ce, le gaz en retour passe par la soufflerie 35 et par le tuyau 38 à un espace annulaire compris entre les tubes 36 et 24. De cette façon on abaisse la température des gaz de com- bustion chauds quittant la tuyère du brûleur et, par suite, on règle la température du serpentin de cracking 13.
Au lieu ou en plus de cela, on peut envoyer une partie du gaz dans le récipient juste en regard des tissus catalytiques par les tuyaux 37 et 20, tandis qu'on peut in- troduire de l'air par le tuyau 39. De cette façon on assure au catalyseur un réglage de température précis.
Une soufflerie unique intercalée dans la conduite 33 peut remplacer les souffleries 30 et 35, la pression dans l'appareil de combustion étant alors inférieure à la pression atmosphérique et les extrémités extérieures des anneaux à air de la tuyère de brûleur étant ouvertes à l'air.
Sur la Fig. 2, un récipient cylindrique 1 revêtu intérieurement de réfractaire 2 et de matière calorifuge 3 est fermé aux deux extrémités par des flasques 4 et 5. Le récipient comprend trois zones, une zone de combustion 6, une zone de catalyse 7 et une zone de refroidissement 8. La zone de refroidissement 8 est séparée de la zone de catalyse
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par un disque réfractaire perforé 9.
Le flasque 4 porte une tuyère de brûleur 10 et les branchements d'entrée et de sortie 11 et 12 d'un serpentin de cracking 13, et il est protégé par une matière réfractaire appropriée 40. En regard de la tuyère de brûleur 10 et devant les matières catalytiques 14 est située une tôle perforée 15 faite en métal ou alliage réfractaire, pour empêcher les flammes de la tuyère de frapper directement les matières ca- talytiques 14. Les matières catalytiques sont constituées par un certain nombre de tissus faits en un métal approprié tel que le nickel, le cuivre ou, dans certains cas, le palladium.
Le flasque 5 porte la sortie de gaz 32, les branches d'entrée et de sortie 16 et 17 d'un serpentin de refroidisse- ment à eau 18 et un cylindre métallique fermé à une extrémité et perforé près de l'extrémité de sortie de l'appareil, comme c'est représenté. Le cylindre métallique sert à amener les gaz en meilleur contact avec le serpentin de refroidisse- ment, mais il peut être omis si on le désire.
On envoie du gaz ammoniac au serpentin de cracking 13 par le tuyau 11 et il sort, partiellement cracké, par le tuyau 12. Il passe ensuite à la tuyère de brûleur 10 où il se mélange à une quantité d'air limitée réglée et brûle, la cha- leur développée servant à cracker de nouvelles quantités d'am- moniac parcourant le serpentin 13. Les produits de combustion entrent par les perforations de la tôle 15 dans la zone cata- lytique 7. Une quantité prédéterminée d'air est ajoutée aux gaz par le tuyau 20 juste avant qu'ils viennent en contact avec les matières catalytiques. L'oxygène de cet air, dont la présence est nécessaire pour éliminer l'ammoniac résiduel, est lui-même éliminé par combinaison avec l'hydrogène durant le passage à travers les tissus catalytiques.
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Il est avantageux de produire dans la tuyère de brûleur une flamme à haute température, et à cet effet le brûleur est construit de manière à assurer que l'air et l'am- moniac cracké se mélangent à fond. La tuyère de brûleur re- présentée sur la Fig. 2 est constituée par un tube intérieur 21 entouré de trois tubes concentriques 22, 23 et 24 délimi- tant trois passages annulaires concentriques dont le passage médian est parcouru par le gaz ammoniac cracké et dont les passages intérieur et extérieur sont parcourus par l'air qu'on veut brûler complètement ou presque complètement. L'air peut être débité sous pression ou il peut être aspiré en diminuant convenablement la pression dans l'appareil au moyen d'un ven- tilateur aspirant ou dispositif analogue intercalé dans la conduite de sortie de gaz.
Le tube central 21 est fermé à l'extrémité extérieure à l'appareil par un couvercle amovible, par exemple une fenêtre de verre ou de mica, de manière qu'on puisse introduire un dispositif de chauffage et d'allumage, par exemple à flamme d'hydrogène, en vue d'amorcer le fonc- tionnement de l'appareil. Les extrémités intérieures des tu- bes 22, 23 et 24 sont tournées à l'intérieur pour obliger les courants d'air et de gaz cracké à converger et à se mélanger à fond autour du bouchon perforé 25. Cette tuyère de brûleur produit une flamme très courte et chaude et assure ainsi une combustion efficace.
Sur la Fig. 3, l'appareil est analogue à celui re- présenté sur la Fig. 2 excepté qu'une quatrième zone est pré- vue dans l'appareil à brûleur. Les chiffres de référence 1 à 25 ont la même signification que sur la Fig. 2. Entre la zone de refroidissement 8 et la zone de catalyse 7 est située une zone 26 dans laquelle sont placés des tissus ou copeaux de cuivre ou matières analogues. Une petite quantité de gaz est
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envoyée par un tuyau 27 et le branchement 28 à un appareil (non représenté) servant à indiquer la concentration d'hydro- gène et par un branchement 29'à un appareil (non représenté) indiquant la concentration d'oxygène, ce gaz étant retiré d'entre les tissus catalytiques et la masse de cuivre de la zone 26.
Cette masse est destinée à subir une oxydation et une réduction alternantes, et on envoie de l'air par le tuyau 20a pour oxyder de la manière voulue la masse de cuivre.
Si on suppose que la masse de cuivre contenue dans la zone 26 s'est oxydée au cours du fonctionnement du brûleur, on manoeuvre la vanne de réglage commandant le débit de gaz ammoniac au serpentin de cracking, ou la. vanne commandant le débit d'air à la tuyère de brûleur ou de préférence au tuyau 20a,de manière à créer une faible concentration d'hydrogène dans le gaz quittant la branche 28. La masse de cuivre conte- nue dans la zone 26, maintenue à une température de l'ordre de 500à 600 ,commence alors à subir une réduction et la faible teneur en hydrogène du gaz passant sur elle est élimi- née.
Aprèsun'laps de temps approprié, on manoeuvre la ou les vannes de manière à créer une faible concentration d'oxy- gène dans le gaz sortant par la. branche 29, à la suite de quoi la masse de cuivre partiellement réduit commence à. s'oxyder et la faible concentration d'oxygène passant sur elle est éliminée.
Il est préférable de disposer le serpentin de crac- king, le catalyseur et la masse métallique dans un seul ré- cipient afin de réduire au minimum les pertes, mais si on le désire, on peut les loger dans des récipients distincts.
On a proposé antérieurement un procédé pour le re- cuit de métaux dans une atmosphère neutre ou réductrice, se- lon lequel on retire continuellement du four le gaz protecteur
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contaminé par l'oxygène et on le fait passer conjointement avec une petite quantité de gaz protecteur, obtenu par com- bustion d'ammoniac cracké ou partiellement cracké avec de l'oxygène, sur un catalyseur servant à éliminer l'oxygène résiduel. Il est clair que la demanderesse ne revendique pas dans la présente demande l'emploi d'une notable proportion de gaz protecteur utilisé contaminé par l'oxygène, visant à éliminer l'ammoniac résiduel des gaz de brûleur.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé pour produire des mélanges gazeux non oxy- dants par une combustion avec de l'air, sous contrôle, de gaz de houille, gaz à l'eau, gaz naturel, butane, ammoniac ayant ou non subi un cracking partiel et gaz analogues, les gaz de combustion passant sur un catalyseur en vue d'éliminer l'oxygène, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on ramène à un ou plusieurs points de la chambre de combustion, en vue de régler la température, une quantité réglée de gaz brûlés refroidis, avant de les employer dans des fours pour le trai- tement de métaux ou installations analogues.
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Improvements in the production of non-oxidizing gas mixtures.
This invention relates to the production of non-oxidizing gas mixtures used in the thermal treatment processes of metals, by a controlled combustion of coal gas, water gas, natural gas, butane, ammonia having or not undergone partial cracking. and the like, with air.
An apparatus for this purpose usually comprises a combustion chamber and a catalysis chamber.
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where the burnt gases are sent to remove all traces of oxygen. When ammonia gas is used, a cracking coil is also provided which usually receives heat from the combustion of the cracked ammonia.
This apparatus is subjected to high temperatures which are not exactly regulated, which adversely affects the safety and the life of the catalyst as well as of the cracking coil, if this is used.
According to the present invention, the temperature or temperatures in the combustion zone and / or in the catalysis zone are controlled by returning to the combustion zone a controlled quantity of cooled combustion gas, before it is used in refrigerants. furnaces for the heat treatment of metals or in a similar installation. It is particularly advantageous to regulate the temperature in this way in devices which use ammonia gas, since, in addition to extending the life of the cracking coil, it is possible to fill it with a catalyst of cracking and thus obtain better cracking and / or greater production.
The cooled flue gases can be introduced into the combustion chamber at any suitable point, in one or more places, for example, when natural gas, town gas or the like are used, and the combustion chamber does not contain a cracking coil, the cooled gas can be introduced at a point immediately upstream of the catalyst so that it regulates the temperature of the combustion gases coming into contact with it. Alternatively, the cooled gas or a portion thereof may be introduced into the combustion chamber near or through the burner (s); this is advantageous
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when a cracking coil is located in the combustion chamber, so that its temperature can be adjusted directly.
The introduction of cooled gas near or through the burners tends to make the gases too cold for the catalyst to effectively remove oxygen, and another feature of the present invention is to introduce a controlled amount of air immediately. upstream of the catalyst so as to maintain the desired temperature.
In the combustion with air and under control, ammonia having or not partially cracked, for the production of nitrogen or mixtures of nitrogen and hydrogen, we have so far experienced difficulties in seeking to reduce residual ammonia from combustion products to negligible proportions. Even the presence of traces of ammonia in the gases is detrimental in some cases, for example when the gases are used to provide a protective atmosphere for the clear annealing of certain metals, such as copper.
It has been found that the small amount of ammonia remaining after combustion can be substantially removed by passing the hot combustion gases together with a predetermined small amount of oxygen over an ammonia cracking catalyst or an oxidation catalyst. maintained at a high temperature. The required oxygen content can be ensured by causing a fraction of the air in the starting gases to escape combustion, for example by a suitable construction of the burner, or by adding an oxygen containing gas just before that the combustion gases come into contact with the catalyst. Typically, all oxygen is consumed, but this is not essential in some cases.
You have to choose the
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oxygen so that all undecomposed ammonia is removed and the oxygen content of the final gases does not exceed the tolerable amount (if any) for the particular application envisaged.
Suitable ammonia cracking catalysts are generally those successfully used in the synthetic manufacture of ammonia, especially those having a magnetite core. Other suitable catalysts are nickel, copper and palladium, preferably in the form of wire cloth. With most catalysts it is important to maintain the temperature of the catalyst at at least 500 ° C. The temperature control can be suitably provided by employing the method described above.
Until now, when it was desired to produce substantially pure nitrogen, it had been difficult to correctly choose the proportions of reactants and to ensure the complete reaction so that neither hydrogen nor oxygen was present. detected in measurable amounts after the reaction, and a further feature of the present invention is to provide a means of overcoming these difficulties. This means consists in ensuring that the gases have alternately low hydrogen and oxygen contents after having passed over the ammonia cracking catalyst or the oxidation catalyst and by passing the gases over a metallic mass. intended to be reduced and oxidized alternately.
Several exemplary embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 is a schematic sectional view of an apparatus for the production of non-oxidizing gases from ammonia gas,
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made in order to explain the process for adjusting the temperature.
Fig. 2 is a schematic section of a similar apparatus.
Fig. 3 is a schematic sectional view of a similar apparatus intended for the production of substantially pure nitrogen.
In Fig. 1, a cylindrical container 1 internally lined with refractory 2 and heat-insulating material 3 is closed at both ends by flanges 4 and 5. The container comprises three zones, a combustion zone 6, a catalytic zone 7 and a cooling zone 8 , the cooling zone preferably being separated from the catalytic zone 7 by a perforated refractory disc 9.
The flange 4 carries a burner nozzle 10 and the inlet and outlet connections 11 and 12 of a cracking coil 13 and it is protected by a suitable refractory or heat-insulating material 40. Opposite the burner nozzle 10 and in front of the catalytic materials 14 is disposed a perforated sheet of heat-resistant metal or alloy 15 to prevent the flame of the burner nozzle 10 directly striking the catalytic materials 14. These catalytic materials are preferably in the form a number of layers of metallic fabric, for example nickel and copper fabrics, followed in some cases by palladium fabric.
The flange 5 carries the gas outlet 32, the inlet and outlet connections 16 and 17 of a cooling coil 18 and a metal cylinder 19 closed at one end and perforated near the outlet end of the flange. 'apparatus, as shown. The metal cylinder serves to bring the gases into better contact with the cooling coil 18, but it can be omitted if desired.
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The cooling coil and / or the cooling chamber can also optionally be omitted or be placed outside the vessel 1.
Ammonia gas is sent to the cracking coil 13 through a pipe 11 and it leaves, partially cracked., Through the outlet pipe 12, then passes to the. burner nozzle 10. In the nozzle it mixes with a regulated limited amount of air and glows, the combustion supplying heat for the cracking in the cracking coil 13. The combustion products enter through the perforations of the burner nozzle. the sheet 15 in the catalytic zone 7 where any remaining oxygen burns completely, then they pass through the holes of the disc 9, lick the cooling coil 18 and exit through the outlet pipe 32.
It is preferable to produce a high temperature flame in the burner nozzle, and for this purpose it is advantageous to thoroughly mix the cracked ammonia gas and the air with which it is to be burnt in the combustion chamber.
The nozzle 10 consists of an inner tube 21 and three concentric tubes 22, 23 and 24 which surround it and which define three concentric annular passages, the middle passage of which is traversed by cracked ammonia gas and of which the inner and outer passages are traversed by the air that we want to burn completely or almost completely.
The central tube is closed at the end external to the apparatus by a glass window or other removable disc, so that a separate hydrogen nozzle or other suitable nozzle can be introduced for the purpose of starting the operation. - device operation. The inner ends of the concentric tubes 22, 23 and 24 are turned inwardly to force the air streams and cracked gas to converge and mix thoroughly around the perforated plug 25. One
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thus obtains a very short and hot flame, ensuring efficient combustion.
The gases leaving the apparatus through pipe 32 go through pipes 33 and 41 to the furnace or other apparatus for which the non-oxidizing gases are intended. Some of the gases exiting from pipe 41 can be returned to the combustion zone through pipe 34 (shown in dotted lines) which goes to the suction side of blower 30 employed to deliver air through pipe 31 to the spaces. annular between the tubes 21 and 22 and between the tubes 23 and 24. However, preferably, the return gas passes through the blower 35 and through the pipe 38 to an annular space between the tubes 36 and 24. From in this way the temperature of the hot combustion gases leaving the burner nozzle is lowered and, consequently, the temperature of the cracking coil 13 is regulated.
Instead or in addition to this, part of the gas can be sent into the receptacle just opposite the catalytic fabrics through pipes 37 and 20, while air can be introduced through pipe 39. Hence In this way, the catalyst is provided with precise temperature control.
A single blower inserted in line 33 can replace blowers 30 and 35, the pressure in the combustion apparatus then being less than atmospheric pressure and the outer ends of the air rings of the burner nozzle being open to air. .
In Fig. 2, a cylindrical container 1 lined internally with refractory 2 and heat-insulating material 3 is closed at both ends by flanges 4 and 5. The container comprises three zones, a combustion zone 6, a catalysis zone 7 and a cooling zone 8. The cooling zone 8 is separated from the catalysis zone.
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by a perforated refractory disc 9.
The flange 4 carries a burner nozzle 10 and the inlet and outlet connections 11 and 12 of a cracking coil 13, and it is protected by a suitable refractory material 40. Opposite the burner nozzle 10 and in front The catalytic materials 14 there is provided a perforated sheet 15 made of a refractory metal or alloy, to prevent the flames of the nozzle from directly hitting the catalyst materials 14. The catalytic materials consist of a number of fabrics made of a suitable metal. such as nickel, copper or, in some cases, palladium.
The flange 5 carries the gas outlet 32, the inlet and outlet branches 16 and 17 of a water cooling coil 18 and a metal cylinder closed at one end and perforated near the outlet end of the flange. the device, as shown. The metal cylinder serves to bring the gases into better contact with the cooling coil, but it can be omitted if desired.
Ammonia gas is sent to the cracking coil 13 through pipe 11 and it leaves, partially cracked, through pipe 12. It then passes to the burner nozzle 10 where it mixes with a regulated limited quantity of air and burns, the heat developed serving to crack new quantities of ammonia passing through the coil 13. The products of combustion enter through the perforations of the sheet 15 into the catalytic zone 7. A predetermined quantity of air is added to the air. gas through pipe 20 just before they come into contact with the catalytic materials. The oxygen in this air, the presence of which is necessary to remove residual ammonia, is itself removed by combination with hydrogen during passage through the catalytic fabrics.
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It is advantageous to produce a high temperature flame in the burner nozzle, and for this purpose the burner is constructed in such a way as to ensure that the air and the cracked ammonia mix thoroughly. The burner nozzle shown in Fig. 2 consists of an inner tube 21 surrounded by three concentric tubes 22, 23 and 24 delimiting three concentric annular passages, the middle passage of which is traversed by cracked ammonia gas and the internal and external passages of which are traversed by air which 'we want to burn completely or almost completely. The air may be supplied under pressure or it may be drawn in by suitably reducing the pressure in the apparatus by means of a suction fan or the like inserted in the gas outlet pipe.
The central tube 21 is closed at the outer end of the apparatus by a removable cover, for example a window of glass or mica, so that a heating and ignition device, for example flame can be introduced. of hydrogen, in order to initiate operation of the apparatus. The inner ends of the tubes 22, 23 and 24 are turned inwards to force the air streams and crack gas to converge and mix thoroughly around the perforated plug 25. This burner nozzle produces a flame. very short and hot and thus ensures efficient combustion.
In Fig. 3, the apparatus is similar to that shown in FIG. 2 except that a fourth zone is provided in the burner appliance. Reference numerals 1 to 25 have the same meaning as in Fig. 2. Between the cooling zone 8 and the catalysis zone 7 is located a zone 26 in which are placed fabrics or chips of copper or similar materials. A small amount of gas is
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sent through a pipe 27 and connection 28 to an apparatus (not shown) serving to indicate the hydrogen concentration and through a connection 29 'to an apparatus (not shown) indicating the oxygen concentration, this gas being withdrawn between the catalytic fabrics and the copper mass of zone 26.
This mass is intended to undergo alternating oxidation and reduction, and air is sent through pipe 20a to oxidize the mass of copper as desired.
If it is assumed that the mass of copper contained in zone 26 has oxidized during operation of the burner, the adjusting valve controlling the flow of ammonia gas to the cracking coil, or 1a, is operated. valve controlling the air flow to the burner nozzle or preferably to the pipe 20a, so as to create a low concentration of hydrogen in the gas leaving the branch 28. The mass of copper contained in the zone 26, maintained at a temperature of the order of 500 to 600, then begins to undergo reduction and the low hydrogen content of the gas passing over it is eliminated.
After an appropriate period of time, the valve (s) are operated so as to create a low concentration of oxygen in the gas exiting through the. branch 29, as a result of which the partially reduced copper mass begins to. oxidize and the low concentration of oxygen passing over it is eliminated.
It is preferable to arrange the sputtering coil, catalyst, and metal mass in a single container to minimize losses, but if desired, they can be housed in separate containers.
A process has previously been proposed for the annealing of metals in a neutral or reducing atmosphere, according to which the protective gas is continuously withdrawn from the furnace.
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contaminated with oxygen and passed together with a small amount of protective gas, obtained by combustion of cracked or partially cracked ammonia with oxygen, over a catalyst to remove residual oxygen. It is clear that the applicant is not claiming in the present application the use of a significant proportion of protective gas used contaminated with oxygen, aimed at eliminating the residual ammonia from the burner gases.
CLAIMS ---------------------------
1.- Process for producing non-oxidizing gas mixtures by combustion with air, under control, of coal gas, water gas, natural gas, butane, ammonia which has or has not undergone partial cracking and analogous gases, the combustion gases passing over a catalyst with a view to removing oxygen, this process being characterized in that a quantity is reduced to one or more points of the combustion chamber, with a view to regulating the temperature, set of cooled flue gases before they are used in furnaces for treating metals or similar installations.