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PROCEDE DE TRANSFORMATION D'HYDROCARBURES GAZEUX9 ET APPAREIL A CET EFFET-
Cette invention se rapporte à la production d'un gaz propre, après enrichissement, à la distribution dans des canalisations de gaz de ville, à partir de matière hydrocarbonée gazeuse. Elle se rapporte plus particulière- ment à un procédé cyclique comprenant une réaction entre un hydrocarbure ga- zeux et de la vapeur d'eau, connue comme réaction de transformation, pour la fabrication d'un gaz qui est riche en hydrogène libre et en produits d'oxy- dation du carbone, principalement de l'oxyde de carbone (00),et qui, par en- richissement approprié par un gaz hydrocarboné,
peut remplacer l'un quelcon- que des gaz fabriqués industriellement à l'heure actuelle et distribués dans des canalisations de gaz de ville.
On dispose de façon croissante de gaz naturel, l'un des hydrocar- bures gazeux les plus répandus, et, dans des endroits relativement voisins des régions à dégagement de gaz naturel, où le gaz est utilisé dans son état initial, tel qu'on le recueille, les divers appareils de combustion sont con- struits et réglés pour son utilisation et il n'est par conséquent pas néces- saire de traiter ou transformer le gaze Toutefois, dans des localités où on ne disposait pas précédemment de gaz naturel, divers appareils de combustion, tels que les brûleurs sur des réchauds à gaz, des appareils de production de froid et des appareils de chauffage, ont été construits et réglés pour brû- ler un certain type de gaz fabriqué industriellement, par exemple du gaz à l'eau ou du gaz de four à coke.
Si on essayait d'introduire du gaz naturel dans un système muni d'appareils et de brûleurs construits et réglés pour la combustion de gaz naturel, la caractéristique de combustion plus lente de ce gaz naturel aurait pour résultat, si la flamme ne s'éteignait pas complètement, de produire une flamme paresseuse et fumeuse, qui serait dangereuse en raison de la combustion incomplète et du dégagement d'oxyde de carbone toxique.
Le changement de tous les appareils, pour les adapter à brûler du gaz naturel dans son état initial, constitue une opération coûteuse et ne serait pas prati- que lorsque des pointes de froid en hiver! exigent une augmentation de l'ali - mentation par du gaz fabriqué industriellement , possédant une caractéristique
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de combustion plus rapide, parce que la construction de canalisations de dis- tribution de gaz naturel d'un capacité satisfaisante pour le service de poin- te est coûteuse à un degré prohibitif.
Par conséquent, les quantités crois- santes de gaz naturel, dont on dispose comme source d'alimentation des systè- mes de distribution des Compagnies d'utilité publique pour les usages domes- tiques et industriels, ont conduit au problème de la transformation ou con- version de gaz naturel en un produit possédant des caractéristiques propres à permettre son utilisation comme constituant d'un gaz mixte pour la distri- bution avec du gaz fabriqué industriellement dans des canalisations de gaz de ville. L'avantage d'une telle transformation du gaz naturel en vue de l'obtention de caractéristiques de combustion appropriées s'applique égale- ment à d'autres hydrocarbures gazeux, tels que l'éthane, l'éthylène, le pro- pane, le butane et analogues, et à des gaz riches en hydrocarbures, tels que des gaz de raffinerie.
On a jusqu'ici effectué la transformation d'un hydrocarbure ga- zeux, pour la plus grande partie, en le faisant passer à travers un feu de coke,de préférence avec mélange de vapeur d'eau. Il se produit de cette manière un cracking thermal, avec formation d'hydrogène et de carbone. Tou- tefois, une faible partie seulement, ou aucune partie du carbone contenu.
dans l'hydrocarbure gazeux, est convertie directement en oxyde de carbone (CO) dans la phase vapeur, bien qu'une partie du carbone déposé puisse être transformée en oxyde de carbone et en hydrogène par réaction de la vapeur d'eau avec.le lit de coke chaud, Toutefois, en général, le carbone qui est déposé dans le lit est consumé par soufflage sur le fen D'autre part, le carbone qui sort avec le gaz engorge les canalisations de gaz et les appa- reils de condensation et doit être enlevé du gaz par de l'eau pulvérisée ou être précipité électriquement, avec des dépenses additionnelles considé- rables. En outre, ce carbone est évidemment perdu pour le procédé de fabrica- tion de gaz.
Il est connu qu'on peut faire réagir des hydrocarbures gazeux avec de la vapeur d'eau, pour mettre en liberté de l'hydrogène et en même temps former de l'oxyde de carbone par combinaison du carbone du gaz hydro- carboné avec l'oxygène de la vapeur d'eau, et mettre en liberté de l'hydro- gène additionnel à partir de la vapeur d'eau, mais les procédés existants présentent certains inconvénients.
Par exemple, on a employé des catalyseurs pour permettre à la réaction d'avoir lieu à une température inférieure à celle à laquelle se produit le cracking thermale pour éviter la production de carbone comme produit final, L'installation employée jusqu'ici pour la conversion catalytique des hydrocarbures avec de la vapeur d'eau est très coûteuse, Elle consistait principalement en tubes ou. cornues en alliages de qualité, remplis de matière catalytique et chauffés de'l'extérieur dans un four, On fait passer de façon continue les gaz hydrocarbonés et la va- peur d'eau à travers la matière catalytique, avec production d'hydrogène, d'oxyde de carbone et de faibles proportions d'anhydride carbonique. Comme mentionné, le procédé, effectué dans une telle installation, présente cer- tains inconvénients.
Ainsi, la température du catalyseur est maintenue par conduction, à travers les tubes, de la chaleur provenant du four, pour fournir la chaleur de formation du gaz et sa chaleur sensible, La conduc- tibilité de la matière catalytique à l'état de particules distinctes n'est pas élevée, de sorte que les tubes ou cornues métalliques, si le catalyseur est maintenu à une température élevée, par exemple de 870 C à 980 C doivent être portés à une température qui n'est pas très inférieure à la température maximum de sécurité des tubes en alliages les plus résistants, et qui est nécessairement supérieure à la température de réaction du catalyseur, En outre, comme la conduction de particle à particule du catalyseur est mau- vaise,
la température du catalyseur à l'endroit le plus près de la paroi du tube ou cornue est plus élevée que la température au centre, en donnant une température non-uniforme à travers le tube ou cornue. En outre, les tu- bes en alliages de qualité sont non seulement coûteux et exigent- des frais considérables d'entretien, mais le grand nombre de tubes exige un grand nom- bre de raccords à valve et d'instruments de mesure de l'écoulements.qui',de leur côté, augmentent le prix de l'installation.
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En raison de ces difficultés, inhérentes à un procédé continu de transformation de gaz hydrocarboné par chauffage extérieur, il a été pro- posé de temps en.temps divers procédés cycliques. L'un de ces procédés com- prenait l'emploi d'un lit de catalyseur, sur lequel on soufflait alternati- vement des gaz en combustion, pour emmagasiner de la chaleur dans le cata- lyseur, après quoi on faisait passer l'hydrocarbure gazeux et de la vapeur d'eau à travers le lit de catalyseur pour effectuer la transformation.
Tou- tefois,par ce procédé,, pour éviter la destruction du lit de catalyseur par des températures de combustion excessives, la quantité de chaleur em- magasinée dans le lit de catalyseur était limitée, ce qui avait pour résul- tat que la vapeur d'eau et le gaz hydrocarboné plus froids entrants, couplés avec les besoins élevés de chaleur de la réaction de transformation elle- même,refroidissaient rapidement le lit de catalyseur jusqu'à des tempéra- tures inférieures à la température de réaction et produisaient des varia- tions étendues et rapides de température,Comme la chaleur, nécessaire pour amener les réactifs à la température de réaction et pour la réaction endo- thermique résultante, était fournie par la chaleur emmagasinée dans le lit de catalyseur,
des quantités excessivement grandes de catalyseur étaient nécessaires, ce qui est très coûteux. En outre, dans beaucoup de ces procé- dés cycliques antérieurs, des quantités relativement grandes de carbone et autres matières combustibles étaient déposées sur le catalyseur, ce qui di- minuait son activité et engorgeait les canaux de passage du gaz à travers le lit de catalyseur.
La présente invention a pour but d'obtenir un procédé pour le traitement de matière hydrocarbonée gazeuse, en particulier de gaz naturel, et de vapeur d'eau de manière à produire un gaz combustible propre à être utilisé comme élément constitutif d'un gaz pour la distribution dans des canalisations de gaz de ville dans lesquelles du gaz fabriqué industrielle- ment a précédemment été distribué, ce procédé ne présentant pas les 8inconvé- nients du procédé de cracking thermique ni des procédés de conversion cata- lytique actuellement connus.
L'invention a également pour but d'obtenir un procédé par lequel du gaz naturel peut être transformé de façon économique et efficace en un gaz propre, riche en hydrogène libre et dans lequel le carbone contenu dans l'hydrocarbure utilisé pour la réaction existe à l'état gazeux, principale- ment sous forme d'oxyde de carbone, et dans lequel il ne se forme pas de proportion notable de carbone libre ou autre matière combustible solide pen- dant le procédé,,
L'invention a encore pour but d'obtenir un procédé pour la pro- duction d'un gaz combustible qui soit exempt de particules de carbone et qui puisse être mélangé avec un autre gaz de manière à ,
donner un produit gazeux qui pourra remplacer du gaz à l'eau ou du gaz de four à coke fabriqué indus- triellement dans les systèmes de distribution de gaz des Compagnies d'utili- té publique.
Un autre but encore de l'invention consiste à obtenir un appareil relativement peu coûteux, d'une capacité élevée, pour la réalisation du pro- cédé décrit ci-dessus, d'une construction à laquelle une installation exis- tante de fabrication de gaz peut être transformée facilement et économique- ment.
Conformément au procédé selon l'invention, on fait réagir cata- lytiquement avec de la vapeur d'eau une matière hydrocarboné qui est norma- lement gazeuse, c'est-à-dire existe à l'état gazeux dans les conditions de température et de pression atmosphériques, En outre, de l'air participe de préférence également à la réaction.Comme résultat de la réaction de trans- formation ou de conversion., on obtient un gaz riche en hydrogène libre et contenant du carbone sous la forme d'oxydes gazeux, principalement de l'oxy- de de carbone (CO-
Le procédé implique l'utilisation d'un cycle comprenant un stade ou période d'emmagasinage de chaleur, dans lequel des gaz chauds de combus -
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tion, formés par la combustion d'un combustible fluide..
sont entraînés à travers une matière d'emmagasinage de chaleur et ensuite à travers un lit de catalyseur pour la réaction de transformation, c'est-à-dire un catalyseur pour la réaction endothermique entre des hydrocarbures gazeux et de la va- peur d'eau, de manière à chauffer la matière d'emmagasinage de chaleur et le catalyseur par contact direct avec les gaz de combustion, - et un stade ou période de transformation, dans lequel les réactifs gazeux, c'est-à-dire le gaz hydrocarboné et la vapeur d'eau, ou le gaz hydrocarboné, la vapeur d'eau et l'air soitchauffés par la chaleur accumulée dans la matière d'emmagasinage de chaleur et réagissent ensuite en présence du catalyseur.
Un tel mode opéra- toire peut être désigné comme un procédé cyclique, .ainsi, dans une partie du cycle, on brûle un combustible fluide dans une chambre de combustion et on fait passer les produits chauds de la combustion à travers une zone remplie de matière d'emmagasinage de chaleur et ensuite à travers une zone contenant le catalyseur, pour y emmagasiner de la chaleur et fournir la chaleur néces- saire pour le procédé.
Dans l'autre partie du cycle, on fait passer le gaz hydrocarboné réactionnel, mélangé à de la vapeur d'eau, et, dans la forme de réalisation préférée, également à de l'air, d'abordà travers la zone conte- nant la matière d'emmagasinage de chaleur, qui sert de zone de chauffage préalable, pour élever la température du mélange jusqu'à la température de réaction, et ensuite à travers la zone contenant le catalyseur, dans laquel- le la réaction a lieu, en produisant un gaz propre, dans lequel 1'hydrogène de l'hydrocarbure réactionnel a été mis en liberté et le carbone de cet by- drocarbure a été combiné avec l'oxygène de la vapeur d'eau (et de l'air, si on utilise celui-ci),de manière à former de l'oxyde de carbone et de l'anhy- dride carbonique.
On verra que, avant que les réactifs soient amenés en con- tact avec le catalyseur, ils sont mélangés et préalablement chauffés de façon uniforme dans une zone de chauffage préalable renfermant la matière d'emma- gasinage de chaleur, qui est chauffée par les gaz de combustion dans la pé- riode du cycle correspondant à l'emmagasinage de chaleur.
Comme il sera discuté plus complètement ci-après, le gaz, produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, sera, avant distribu- tion comme gaz de ville, mélangé à une partie déterminée d'avance d'hydro- carbure normalement gazeux pour donner la valeur calorifique désirée,
Le procédé comprend également certaines dispositions avantageu- ses, par lesquelles les produits chauds de la combustion, utilisés pour 1'em- magasinage de chaleur pendant la période du cycle correspondant à 1'emmaga- sinage de chaleur, sont réglés de manière à maintenir le catalyseur dans un état élevé d'activité, et par lesquelles des produits de la combustion, con- stitués avantageusement par des produits d'une combustion incomplète, for- més pendant la période d'emmagasinage de chaleur,
sont mélangés dans des proportions déterminées avec le gaz transformé, produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, de manière à donner un mélange gazeux possédant des caractéristiques convenant pour la distri- bution dans des régions alimentées en gaz fabriqué industriellement, après enrichissement par un gaz hydrocarboné,
Comme,dans le procédé selon la présente invention, l'apport de chaleur se fait de l'intérieur en ce qui concerne la matière d'emmagasi- nage de chaleur et le lit de catalyseur, des tubes ou cornues, chauffés de l'extérieur et coûteux, ne sont pas nécessaires pour contenir le catalyseur, et un ou deux grands récipients à revêtement réfractaire pour déterminer la chambre de combustion, l'enceinte d'emmagasinage de chaleur, et le lit de catalyseur,
suffiront pour constituer une installation d'une grande capa- cité de production., En outre, comme les gaz de combustion et les gaz réac- tionnels suivent les mêmes trajets dans le même sens pendant les parties respectives du cycle, il ne faut pas de valves coûteuses à manoeuvrer à l'état chaud, qui ont donné lieu à de nombreux problèmes dans certains sys- tèmes antérieurs de production de gaz. Un petit nombre de grandes condui- tes remplaceront les collecteurs avec les raccordements multiples nécessai- res pour une installation comportant de nobreux tubes ou cornues.
Les dis- positifs de commande sont de même simplifiés, et le changement cyclique de valves peut être produit par la méthode de commande automatique établie
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depuis de nombreuses années dans la technique du gaz à 1'eau.. En outre, le système cyclique est plus sensible à une commande thermique, parce que les températures peuvent être réglées en quelques minutes, contrairement à ce qui est le cas pour un four à tubes ou cornues chauffé de façon continue, par exemple, qui exige un temps considérable pour effectuer les changements désirés.
Comme les réactifs subissent un chauffage préalable jusqu'aux tem- pératures de réaction avant d'atteindre le lit de catalyseur, des variations étendues et rapides de température dans le lit de catalyseur sont supprimées et il faut des quantités plus petites de catalyseur que ce serait le cas si on comptait sur la chaleur emmagasinée dans la masse de catalyseur, pour chauffer un ou plusieurs des gaz réactionnels aux températures de réaction et aussi pour fournir la chaleur nécessaire dans la réaction endothermique.
Un autre avantage du procédé décrit réside dans la facilité avec laquelle des installations existantes de fabrication de gaz à l'eau carburé peuvent être transformées convenablement et rapidement de façon à pouvoir être utilisées avec le procédé selon l'invention.
Le dessin ci-joint représente schématiquement un appareil dans lequel on peut réaliser le procédé selon la présente invention.
Sur ce dessin, 1 représente une chambre garnie d'un revêtement réfractaire, qui peut être l'appareil de surchauffage d'une installation courante de gaz à l'eau avec des modifications appropriées ressortant du dessin. 2 représente la chambre de combustion, qui peut être simplement une enceinte précédant la zone 3 d'emmagasinage de chaleur. Cette zone 3 d'em- magasinage de chaleur consiste en corps réfractaires d'accumulation de cha- leur, tels que des briques réfractaires disposées en empilages de la manière habituelle, en 14ou en pièces de matière réfractaire 15, disposées au hasard ou, comme représenté sur le dessin, en une combinaison de ces deux moyens.
La matière d'emmagasinage de chaleur peut être supportée par une voûte en briques réfractaires 16 La zone 3 d'emmagasinage de chaleur con- siste avantageusement en couches de pièces réfractaires différentes suppor- tées sur une voûte constituée par un empilage de briques, les pièces situées le plus près de l'empilage étant des pièces relativement grossières et sup- portant une couche plus épaisse de pièces de plus petites dimensions, avan- tageusement en une matière d'une meilleure conductibilité thermique, telle que du carbure de silicium aggloméré.
Le lit de catalyseur est représenté en 4 et peut être supporté par une voûte 17 en briques réfractaires. 5 et 6 re- présentent respectivement les conduites d'amenée d'air et de combustible fluide pour la combustion destinée à chauffer l'appareil, et 7 représente la valve de la cheminée par laquelle les gaz ayant servi au chauffage peu- vent être évacués dans l'atmosphère, ou être amenés à une chaudière chauf- fée par ces gaz (non représentée) avant d'être évacués dans l'atmosphère..
Les conduites d'amenée de l'hydrocarbure gazeux naturel et de la vapeur d'eau, destinés à être introduits dans la zone de chauffage préalable en un endroit voisin de la zone de combustion, de sorte que les réactifs passent à travers le lit de matière de chauffage préalable et le lit de catalyseur dans le même sens que les produits chauds de la combustion, sont représentées en 8 et 9, respectivement, et la conduite d'amenée d'air pour le traitement, si on en utilisée est représentée en 10. Le gaz sort de la chambre de.réac- tion par la conduite 11, passe à travers la caisse de lavage 12 et se rend par la conduite 13 à l'endroit d'emmagasinage, Conformément au mode opéra- toire connu de fabrication de gaz,
le gaz quittant la chambre do réaction pour être emmagasiné peut passer à travers une chaudière chauffée par les gaz de la combustion (non représentée) avant d 1 atteindre la caisse de lava- ge.
L'opération est, comme spécifié, cyclique et le procédé comprend d'abord une période de chauffage ou soufflage, pendant laquelle de l'air et un fluide combustible sont admis par les conduites 5 et 6, respectivement, la combustion ayant lieu dans la chambre de combustion 2. Les gaz de combus- tion chauds passent à travers la zone 3 de chauffage préalable ou d'emmaga- sinage de chaleur, ce qui porte celle-ci à une température supérieure à la
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température nécessaire pour la réaction de transformation, et passent 'ensuite à travers le lit de catalyseur à une température quelque peu réduite, et peuvent ensuite être évacués par la valve 7 de la cheminée.
Après que l'installation est chauffée à la température de fonctionnement, - on ferme la valve 7 de la cheminée et on ferme également les conduites 5 et 6 d'amenée d'air et de combustible fluide. En même- temps,- on ouvre les con- duites 8 et 9 pour admettre respectivement l'hydrocarbure gazeux et la va- peur d'eau destinée à réagir avec l'hydrocarbure. Si on le désire, et con- formément à la forme de réalisation préférée, on peut également admettre de l'air pour le traitement en ouvrant la conduite 8.
L'utilisation de cet air présente l'avantage d'aider à maintenir les températures de fonctionnement, de maintenir la variation de température à un degré minimum et d'augmenter la production de gaz de l'appareil. Ces gaz réactionnels sont soumis à un chauffage préalable, sensiblement jusqu'à la température de réaction - qui, comme il sera discuté plus complètement ci-après, sera une température infé- rieure à celle à laquelle a lieu le cracking thermique - par leur passage à travers la zone de chauffage préalable ou d'emmagasinage de chaleur, en absorbant de la chaleur à partir de celle-ci.
Après avoir quitté la zone de chauffage préalable ou zone d'emmagasinage de chaleur, les gaz réaction nels entrent dans le lit de catalyseur, où ont lieu les réactions typiques suivantes (pendant la transformation de gaz naturel) (1) avec de la vapeur d'eau: CH4 + H20 =3H2 + CO 49,45 calories par mol-gr.
(2) avec de l'air: CH4 + 1/2 O2 + 1,9 N2 2H2 + CO + 1,9N2= 7,33 calo- ries par mol-gr.
Bien que le dessin ne représente qu'un seul appareil, il est bien entendu qu'on peut employer une installation comprenant deux ou trois de ces appareils en suivant les mêmes principes généraux décrits ci-dessus. Par exemple, on peut employer l'appareil de carburation et l'appareil de sur- chauffage d'une installation courante de fabrication de gaz à l'eau carburé, ces appareils étant reliés à leur partie inférieure par une conduite ouver- te, En réalisant le procédé selon l'invention avec cecte installation, on peut admettre le combustible fluide et l'air à la partie supérieure de l'ap- pareil de carburation, où la combustion a lieu, les produits chauds de la combustion descendant à travers l'appareil de carburation,
passant par le conduit raccordant celui-ci à l'appareil de surchauffage et montant à tra- vers les zones de chauffage préalable et de catalyse, comme décrit. De ma- nière similaire,dans une telle installation, l'hydrocarbure gazeux réac- tionnel, la vapeur d'eau, et l'air de traitement si on en utilise, peuvent être admis à la partie supérieure de l'appareil de carburation, descendent à travers l'appareil de carburation, passent par la conduite raccordant ce- lui-ci à la partie inférieure de l'appareil de surchauffage et remontent à travers les zones de chauffage préalable et de catalyse, comme décrit.
Un empilage quelconque contenu dans l'appareil de carburation fonctionnera com- me partie de la zone de chauffage préalable,De manière similaire, dans une installation à trois appareils, employant également le générateur d'une in- stallation courante de fabrication de gaz à l'eau carburé, le générateur peut servir comme chambre de combustion, et les diverses matières peuvent être admises dans le générateur, allant à la partie supérieure de l'appa- reil de carburation par la conduite ouverte raccordant les parties supérieu- res du générateur et de l'appareil de carburation, puis de ce dernier à l'appareil de surchauffage, y comme décrit.
On comprendra en outre que, conformément au mode opératoire cou rant de fabrication de gaz, on peut effectuer, et de préférence on effectue des purges à la vapeur d'eau entre les périodes du cycle correspondant au chauffage et à la production de gaz, ou entre les périodes du cycle corres- pondant à la production de gaz et au chauffage, ou à ces deux moments. Ces purges, comme il est bien connu dans la technique de la fabrication du gaz, servent à débarrasser le système de gaz indésirables, qui peuvent souiller le gaz produit, ou servent à refouler des gaz résiduels utiles vers l'en-
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droit d'emmagasinage.
Les catalyseurs pour la réaction endothermique d'hydrocarbures gazeux avec de la vapeur d'eau, pour produire des mélanges gazeux compre- nant de l'hydrogène libre et de 1'oxyde de carbone, avec des proportions variables d'anhydride carbonique, sont bien connus. Les catalyseurs le plus fréquemment proposés dans ce but sont des métaux du groupe du fer, les ca- talyseurs à base de nickel et.de cobalt étant habituellement préférés, bien qu'on ait également employé d'autres métaux à point de fusion élevé,, tels que vanadium, chrome, platine et analogues. En ce qui concerne le nickel et le cobalt, les catalyseurs à base de nickel ont habituellement été employés, parce que la réaction est plus facile à régler et que les catalyseurs à ba- se de nickel sont moins coûteux.
On emploie fréquemment un support réfractaire approprié, sur la surface duquel la matière catalytique est déposée ou à travers lequel elle est répartie. Des oxydes difficilement réductibles, tels que alumine, sili- ce, magnésie, oxyde de calcium, oxyde de titane, oxyde de chrome, oxydes de métaux de terres rares tels que par exemple l'oxyde de thorium, l'oxyde de cérium et/ou d'autres, peuvent être présents. On peut employer des composés tels que des chromates.
Un procédé de préparation du catalyseur comprend la précipitation du catalyseur sous la forme d'un sel sur une matière de support finement di- visée, la calcination pour produire l'oxyde du métal catalytique, l'agglomé- ration sous forme de pelotes ou boules ou le façonnage à d'autres formes par extrusion à partir d'une pâte de la matière calcinée, et la réduction de l'oxyde à température élevée en catalyseur métallique, soit comme phase dans la préparation du catalyseur, soit après que celui-ci a été mis en place dans l'installation de traitement du gaz.
Dans la préparation d'un autre type de catalyseur, on imprègne des corps réfractaires préalablement façonnés, tels que des boules d'alumdum et analogues, avec un sel du métal catalytique, et on calcine ensuite les corps façonnés ainsi imprégnés pour former l'oxyde du métal, qui est ensuite réduit. Le catalyseur employé peut être produit par tout procédé désiré qui ne fait pas partie de cette invention.
La matière hydrocarbonée gazeuse, transformée pendant la période du cycle correspondant à la production de gaz, peut consister en matière hydrocarbonée normalement gazeuse, telle que par exemple méthane, éthane, propane et/ou butane. Des hydrocarbures non saturés correspondants peuvent être présents en toute concentration désirée, par exemple sous forme d'éthy- lène, propylène, butylène, etc.. Les autres conditions étant les mêmes, il est préférable d'employer une matière hydrocarbonée saturée, de préférence une matière paraffinique Le gaz naturel, qui consiste principalement en méthane, et le gaz d'huile de raffinerie, qui consiste principalement en mé- thane et éthylène, sont parmi les matières hydrocarbonées qu'on peut emplo- yer.
Le gaz naturel est particulièrement préféré comme hydrocarbure réac- tionnel, en raison du fait qu'on peut facilement s'en procurer.
En ce qui concerne le combustible employé pendant la période du cycle correspondant à 1'accumulation de chaleur, il peut consister en un com- bustible fluide quelconque, c'est-à-dire un combustible gazeux ou liquide.
Des hydrocarbures gazeux, tels que ceux mentionnés ci-dessus, et plus spé- cialement le gaz naturel, sont particulièrement satisfaisants, bien qu'on puisse également employer un combustible gazeux qui n'est pas riche en hydrocarbures, tel que du gaz à l'eau, du gaz de gazogène et analogue. On peut également, si on le désire, employer des hydrocarbures liquides, tels que fuel oil, gas oil, essence, kérosène, goudron et analogues. Dans le cas où on emploie un combustible liquide, -on, peut utiliser un dispositif de pulvérisation ou de vaporisation courant pour faciliter la combustion.
Les proportions d' hydrocarbure gazeux réactionnel et de vapeur d'eau,employées pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, varient généralement entre environ 0,8 mol et environ 5 mois, et de préférence entre environ 1,5 et environ 2,5 mols de vapeur d'eau pour 1 mol de carbone dans l'hydrocarbure réactionnel,, Lorsqu'on em-
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ploie de l'air pendant la période du cycle correspondant à la réaction de
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transformation, on peut diminuer la proportion de vapeur d'eau à 1-lhydrocàr- bure et on peut descendre jusqu'à:
environ 0,8 mol de vapeur d'eau pour 1 mol de carbone dans l'hydrocarbure gazeux réactionnel.
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Comme mentionné., contormément à la forme de réalisation préférée du procédé., on emploie un peu d'air pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation.. La proportion d'air ainsi employée sera in-
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férieure à environ 2 mols de celui-#Í. polir 1 mol de carbone dans l'hydrocar- bure gazeux réactionnel., et, dans la plupart des cas., sera inférieure à en-
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viron 1 mol d'air pour 1 mol de carbone dans l'hydrocarbure réactionnel.- De préférence,, la proportion d'air, employée pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, est comprise entre environ 0,1 et environ 0,6 mol d'air pour 1 mol de carbone dans l'hydrocarbure réaction- nel.
En ce qui concerne les conditions de température employées pen- dant le cycle, les réactifs, comme mentionné, doivent être chauffés sensible- ment aux températures de réaction par leur pass-age à travers la zone d'accu- mulation de chaleur et avant leur passage à travers la zone de catalyse. Les considérations principales sont par conséquent que l'hydrocarbure gazeux réactionnel, tout en étant chauffé à un degré suffisant pour obtenir une ré- action sensiblement complète de celui-ci dans la zone de catalyse, ne soit
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pas chauffé à uh degré où il se produit 1J cracld....""1g thermique notable de celui-ci, avec formation d'une -quantîté- quelconque dé carbone dans la zone de chauffage préalable.
Les conditions exactes de température déter- minant ces considérations dépendront en partie de l'hydrocarbure gazeux ré- actionnel particulier employé, Il a été constaté, par exemple, que, lors- que on transforme du gaz naturel, la température moyenne de la matière d'ac- cumulation de chaleur dans la zone de chauffage préalable ne doit pas dé- passer 1095 C environ, ni ne doit descendre au-dessous de 760 C environ.
En d'autres mots,la matière d'emmagasinage de chaleur aura., au début de la
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période du cycle correspondant â 1a réaction de transformation, une tempéra- ture qui ne doit pas être supérieure à 1095 C environ, e'è;, à la fin de la période du cycle correspondant à cette réaction de tq :.zsfor..at.on9 une tem- pérature qui ne doit pas être inférieure à 760 C environ. Pour assurer une période de trw.sformation de longueur raisonnable, lorsqu' il s'agit de la transformation de gaz naturel,. la température moyenne de la matière d'accu- mulation de chaleur,, au début de la période du cycle correspondant à la ré- action de transformation, ne sera pas inférieure à 815 C environ.
En raison du fait que les gaz chauds de combustion, pendant la période du cycle corres- pondant à 1'accumulation de chaleur., passent d'abord à travers la matière d'accumulation de chaleur, puis à travers la zone du catalyseur, la tempéra- ture du catalyseur., à un moment quelconque, sera normalement un peu infé- rieure à la température moyenne de la zone de chauffage préalable, et en général les températures dans le lit de catalyseur, au début de la période de transformation,, dans le cas de la transformation de gaz naturel et en se référant aux limites de température mentionnées ci-dessus,ne dépasseront pas environ 980 C et peuvent,-descendre jusqu'à 705 C environ.
Dans le cas de la transformation d'hydrocarbures gazeux plus lourds que le méthane, il
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peut gtrè avantageux d-lemplôyer des températures quelque peu plus basses dans la zone de chauffage préalable pour éviter un cracking thermique, étant donné que la transformation d' hydrocarbures plus lourds que le méthane peut ne pas exiger des températures aussi élevées que lorsqu'il s'agit de la transformation de méthane. Ainsi, pour la transformation d'hydrocarbures plus lourds que le méthane, on peut employer, dans la zone de chauffage préa- lable, des températures aussi basses que 537 C environ.
En référence plus particulièrement à la période du cycle corres- pondant à l'accumulation de chaleur, on conduit le présent procédé, comme mentionné., en brûlant un combustible fluide et en faisant passer les pro- duits chauds de la combustion en série à travers la zone d'accumulation de chaleur et la zone de catalyse, On peut conduire la période du cycle cor- respondant à l'accumulation de chaleur en brûlant le combustible avec un ex-
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ces d'air, ou avec -j.1le quantité d'air kinsuffisnat pour assurer une combus- tion complète, ou avec juste la quantité d'air théoriquement nécessaire pour une combustion complète, aussi longtemps que la matière d'accumulation de chaleur et le catalyseur sont portés aux températures nécessaires.
Toutefois, selon une forme de réalisation préférée du procédé, on effectue au moins la dernière partie de la période du cycle correspondant au chauffage en brûlant le combustible avec une quantité d'air insuffisante pour assurer une combus- tion complète, en engendrant ainsi des produits de combustion sensiblement exempts d'oxygène libre et ayant une teneur importante en hydrogène et oxyde de carbone en outre de leur teneur en anhydride carbonique, vapeur d'eau et azote. Ceci assure le maintien du catalyseur à un état hautement actif.
La proportion d'air, employée pendant une opération d'accumulation de chaleur de ce type, sera habituellement inférieure à 95 % de celle théoriquement né- cessaire pour la combustion complète du combustible particulier employé, et elle peut descendre jusqu'à 70 % environ de celle nécessaire pour la combustion complète, Les produits résultant de la combustion fournissent de la chaleur à la matière d'accumulation de chaleur et au catalyseur par con- tact direct avec ceux-ci, sans danger d'oxydation du catalyseur métallique.
De préférence, la combustion, pendant une opération d'accumulation de cha- leur de ce type, est suffisamment incomplète pour engendrer des produits de combustion qui sont réducteurs par rapport à l'oxyde du catalyseur métalli- que, dans le but de favoriser la présence, au début de la partie du cycle correspondant à la réaction de transformation, de surfaces de contact de catalyseur métallique élémentaire hautement actif, au lieu de l'oxyde de ce catalyseur métallique, tout en obtenant en même temps un bon rendement pra- tique dans l'emploi du combustibl e. Ainsi,
la quantité d'air employée pen- dant une opération d'accumulation de ce typeest de préférence comprise entre 85 % environ et 93 % environ de celle théoriquement nécessaire pour la combustion complète du combustible particulier employé.
Comme indiqué ci-dessus, selon une forme de réalisation préférée du présent procédé, on conduit au moins la dernière partie de la période du cycle, correspondant à l'accumulation de chaleur, en brûlant le combustible avec une proportion d'air insuffisante pour la combustion complète, Bien qu'on puisse conduire de cette manière la période entière du cycle corres- pondant à l'accumulation de chaleur, il est particulièrement préférable de conduire la première partie de la période du cycle correspondant à l'accumu- lation de chaleur en brûlant le combustible avec de l'air en excès, de .sorte que les gaz de combustion contiennent de l'oxygène libre, et de conduire la dernière, partie de cette période d'accumulation de chaleur en brûlant le coin-- bustible avec une proportion d'air insuffisante pour assurer la combustion complète,
comme décrit. Dans ce cas, la proportion d'air, employée pendant la première partie de la période d'accumulation de chaleur, sera habituelle- ment d'au moins 2 % en excès de celle nécessaire pour la combustion complète du combustible, et peut dans certains cas aller jusqu'à 50 % environ en excès de celle nécessaire pour la combustion complète. Dans la plupart des cas, un excès d'air, dans une proportion comprise entre environ 5 % et environ 15% de celle théoriquement nécessaire pour la combustion complète du combustible, donne des résultats satisfaisants.
L'emploi d'un excès d'air, dans la pre- mière partie de la période d'accumulation ,de chaleur, a en vue d'obtenir une efficacité maximum de combustion, de raccourcir la flamme et d'obtenir ainsi un dégagement plus grand de chaleur, dans la zone ,de combustion, et aussi d'as- surer l'élimination de toute trace de matière combustible qui peut s'être accidentellement déposée sur la matière réfractaire et le catalyseur,, Toute- fois, par le procédé selon l'invention, comme déjà mentionné, il se dépose très peu de matière combustible, ou pas du tout. De façon générale, dans cet- te période d'accumulation de chaleur en deux stades, le stade d'accumulation de chaleur, pendant lequel on emploie de 1-'air en excès pour la combustion,
peut s'étendre sur une partie comprise entre 15 % environ et.50 % environ de la période totale du cycle correspondant à l'accumulation de chaleur. Le res- te de cette période du cycle correspondant à l'accumulation de chaleur sera, dans ce mode opératoire, le stade pendant lequel on emploie, comme décrit, une proportion d'air insuffisante pour assurer la combustion complète.
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En ce qui concerne le gaz produit pendant la période du cycle correspondant à la transformation du gaz, ce gaz comprend principalement de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, avec des proportions petites mais va- riables d'hydrocarbures gazeux et d'anhydride carbonique et avec des propor- tions variables d'azotesuivant la proportion d'air employée pendant cette période du cycle correspondant à la transformation. Bien que ce gaz soit com- bustible, il ne possède pas les caractéristiques qui permettraient de l'uti- liser par lui-même comme gaz de ville. Par exemple, sa valeur calorifique sera inférieure à celle nécessaire pour l'utilisation dans des systèmes de distribution de gaz de ville.
Par suite, avant que le gaz, produit pendant la période du cycle correspondant à la transformation, soit distribué comme gaz de ville, il doit être enrichi avec du gaz possédant une valeur calori- fique supérieure à celle désirée dans le gaz mixte. Une tel gaz d'enrichis- sement peut être constitué par l'un quelconque des hydrocarbures gazeux mentionnés ci-dessus et en particulier par du gaz naturel.
Toutefois, dans beaucoup de cas, le simple enrichissement du gaz, produit pendant la période du cycle correspondant à la transformation, avec un gaz d'une valeur calorifique plus élevée, ne donne pas un gaz mixte possé- dant toutes les caractéristiques exigées dans une région particulière. Par exemple, bien qu'on puisse obtenir -un gaz mixte, possédant la valeur calorifi- que désirée, en mélangeant, par exemple, du gaz naturel avec du gaz produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, le poids spécifique du gaz mixte peut encore être inférieur, et/ou le rapport de l'hydrogène aux constituants inertes peut encore être supérieur aux condi- tions exigées dans une région particulière.
Ou bien, il peut être avantageux d'utiliser,comme constituant du gaz mixte distribué, du gaz de four à coke, en raison du fait qu'on peut facilement se procurer ce dernier dans une ré- gion particulière donnée. Comme le gaz de four à coke est relativement riche en hydrogène, son mélange avec le gaz, qui est produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation et qui est également riche en hydrogène, donnerait comme résultat un rapport entre 1'hydrogème et les constituants inertes bien supérieur à celui nécessaire.
Pour ces raisons, il est fréquemment désirable de mélanger égale- ment au gaz, produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, une quentité déterminée d'un gaz possédant un poids spéci- fique élevé et un faible rapport entre l'hydrogène et les constituants iner- tes. Un tel gaz peut être produit par la combustion' d'un hydrocarbure, de préférence en présence d'une proportion d'air insuffisante pour assurer une combustion complète. Un gaz particulièrement avantageux à ce point de vue est le produit de la combustion incomplète obtenu pendant le stade de la période décrite ci-dessus d'accumulation- de chaleur pendant lequel un combustible hydrocarboné fluide est brûlé en présence d'une proportion d'air insuffisante pour assurer une combustion complète.
Par suite, conformément à une autre forme de réalisation de la présente invention, on mélange au moins une partie des gaz de chauffage, résultant de la combustion du combustible hydrocarboné fluide en présence d'une proportion d'air insuffisante pour assurer une com- bustion complète pendant la période du cycle correspondant à l'accumulation de chaleur, avec le gaz produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, de manière à obtenir un gaz mixte qui, lors- qu'il est enrichi, comme décrit ci-dessus, et qu'il est mélangé à du gaz de four à coke, si on le désire, satisfera aux conditions exigées dans la région où l'on utilise du gaz de ville fabriqué industriellement, et qui peut par conséquent remplacer le gaz de ville fabriqué industriellement.
Selon cette forme de réalisation de l'invention, bien que les produits de la combustion incomplète, formés pendant la période d'accumulation de chaleur du cycle, puissent être évacués et amenés à un récipient d'emmagasinage, distinct de celui auquel est conduit le gaz produit pendant la période du cycle correspon- dant à la réaction de transformation, il est préférable de conduire la quan- tité désirée de ces produits de la combustion incomplète directement à un ré- cipient commun d'emmagasinage, de la même manière qu'on le fait pour le gaz produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transfor-
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mation, c'est-à-dire par la conduite 13 en passant par la conduite 11 et la caisse de lavage 12.
Les proportions exactes de gaz d'enrichissement, et de produits de la combustion si on en emploie., et de gaz de four à coke, si on en em- ploie, en mélange avec le gaz produit pendant la période du cycle correspon- dant à la réaction de transformation, pour obtenir un gaz final propre à la distribution comme gaz de ville., sont sujettes à variation, non seulement se- lon les conditions à satisfaire mais aussi selon les caractéristiques exac- tes du gaz d'enrichissement, et du gaz produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, et aussi des produits de com- bustion et du gaz de four à coke, si on en utilise.
De façon générale, les gaz de ville fabriqués industriellement ont une valeur calorifique comprise entre environ 4.625 et 5.070 calories par m3, un poids spécifique compris entre environ 0,45 et environ 0,75 et un rapport entre l'hydrogène et les constituants inertes compris entre 1;1 environ et 6:1 environ.
D'autre part, le gaz, produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation, aura, une valeur calorifique inférieure à celle mentionnée ci-dessus, par exemple environ 2.670 calories par m3, un poids spécifique compris dans ou quelque peu au-dessous de la gamme mentionnée ci-dessus (par exemple 0,35 et un rapport entre l'hydrogène et les constituants inertes compris dans ou quelque peu au-dessus de la gamme spécifiée ci-dessus (par exemple, 10:
1). Le gaz d'enrichissement aura une valeur calorifique bien au- dessus de celle exigée, le gaz naturel ayant une valeur calorifique d'envi- ron 9.340 calories par m3, un poids spécifique d'environ 0,61 - 0,63, et un rapport entre l'hydrogène et les constituants inertes égal à zéro, car il est habituellement exempt d'hydrogène.
Le produit de la combustion incomplète aura une valeur calorifi- que bien au-dessous de la gamme mentionnée ci-dessus et qui peut même être inférieure à 890 calories par m3; son poids spécifique sera bien au-dessus de la gamme spécifiée, fréquemment voisin de 1 ; etson rapport entre l'hydro- gène et les constituants inertes sera bien au-dessous de la gamme mentionnée.
On verra que, bien que les proportions des divers gaz à mélanger entre eux paissent varier dans une grande mesure., la, détermination des propor- tions exactes nécessaires dans un cas particulier quelconque n'offrira pas de difficulté au technicien de la fabrication du gaz et qu'on peut y arriver par un calcul simple. En faisant varier les proportions des réactifs, notam- ment de l'hydrocarbure gazeux et de la vapeur d'eau, ou de l'hydrocarbure gazeux, de la vapeur d'eau et de l'air, utilisés pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation., on peut déterminer comme on le désire les diverses caractéristiques du gaz résultant.
En outre de ces va- riables, en faisant varier la proportion de produits de combustion, tels que les produits de la combustion incomplète formés pendant la période du cycle correspondant à l'accumulation de chaleurqu'on peut mélanger au gaz produit pendant la période du cycle correspondant à la réaction de transformation., on peut agir additionnellement sur les caractéristiques du gaz mixte résul- tant. En tout cas, on verra que la présente invention fournit un procédé d'une grande souplesse pour produire un gaz qui peut remplacer un gaz de ville fabriqué industriellement quelconque., ou qui est propre à être mélan- gé à d'autres gaz pour satisfaire à des conditions variables rencontrées dans l'industrie du gaz de ville.
L'invention dans son aspect plus général, ainsi que les formes de réalisation préférées décrites ci-dessus, seront mieux comprises par la des- cription des exemples particuliers, suivants,qui sont donnés uniquement à titre explicatif et qui ne sont en aucune manière destinés à limiter l'éten- due et le cadre de l'invention.
EXEMPLE 1
L'appareil de réaction employé est l'appareil de surchauffage d'une installation courante de fabrication de gaz à l'eau carburé, le générateur et l'appareil de carburation étant supprimés; le combustible, l'air, la va-
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peur d'eau et l'hydrocarbure réactionnel sont admis à la partie inférieure de l'appareil de surchauffage, comme représenté sur le dessin. L'appareil de réaction contient 4,075 m3 de morceaux de carbure de silicium disposés au hasard, sur une profondeur de 0,685 m, supportés, sur une voûte en briques réfractaires, et 8,65m3 de corps réfractaires, imprégnés de nickel, sup- portés sur une voûte en briques réfractaires,,comme représenté sur le dessin.
On a utilisé un cycle de 1,5 minute, dont 44 % correspondaient à la période d'accumulation de chaleur;,51% correspondaientà la période de transformation de gaz, et 5 % correspondaient à une purge à la vapeur d'eau.
Pendant la période d'accumulation de chaleur, de l'air et du gaz naturel étaient admis dans la chambre de combustion à la cadence de 237,5 m3 par minute et 28,3 m3 par minute, respectivement. A cette cadence, la quantité d'air était insuffisante pour assurer une combustion complète. Les produits chauds de la combustion passaient successivement à travers la zone d'accumu- lation de chaleur et la zone de catalyse et s'échappaient par la cheminée dans l'atmosphère.
Pendant la période de transformation, du gaz naturel, de la vapeur d'eau et de l'air étaient mélangés et admis dans l'enceinte au-dessous de la zone de chauffage préalable, aux cadences suivantes: gaz naturel, 61,4 m3 par minute; vapeur d'eau, 64,8 Kg par minute, air 118,8 m3 par minute. Ces gaz passaient à travers la zone d'accumulation de chaleur, ou ils étaient chauf- fés jusqu'aux températures de réaction,et ensuite à travers la zone de ca- talyse, où avait lieu la réaction de transformation. Les gaz transformés étaient conduits, en passant par la caisse de lavage, à l'endroit d'emmaga- sinage.
Pendant la purge, de la vapeur d'eau était admise dans la chambre de combustion à la cadence de 120,5 kg par minute, et cette vapeur d'eau re- foulait jusqu' à l'endroit d'emmagasinage les gaz transformés résiduels.
Les cycles ont continué pendant 24 heures; les températures moyen- nes pendant cette opération, dans les diverses parties de 1'appareil de ré- action, étaient les suivantes-, partie inférieure de la zone d'accumulation de chaleur ...... 805 C partie supérieure de la zone d'accumulation de chaleur e a s e v 955 C partie inférieure de la zone de catalyse @ 971 c partie supérieure de la zone de catalyse @ 840 C
Le gaz, produit pendant la période correspondant à la réaction de transformation, avait la composition et les caractéristiques suivantes:
éléments éclairants 0 %
CO 14 %
H2 41,6 %
CO2 4,4%
CH4 5%
C2H 2,7 %
02 0,5 %
N2 31,8% calories par m3 2483 poids spécifique 0,602 rapport: hydrogène/constituants inertes 1,6
A ce gaz on a mélangé du gaz naturel, possédant une valeur calo- rifique de 9245 calories par , en une proportion suffisante pour donner un gaz mixte possédant une valeur calorifique de 4.715 calories par m3 Le mé- lange consistait en 67 % du gaz ci-dessus et en 33 % de gaz naturel et pos-
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sédeit, outre une valeur calorifique de 4,715 calories par m3un poids spé- cifique de 0,607 et un rapport de 1,11 entre l'hydrogène et les constituants inertes.
EXEMPLE 11
Dans cet exemple, on a employé le même appareil que pour 1'exem- ple I. Toutefois, le cycle avait une durée de 3 minutes, dont 34 % correspon- daient à une période d'accumulation de chaleur, pendant laquelle les produits de la combustion étaient évacués par la cheminée dans l'atmosphère, - dont 16 % correspondaient à une période d'emmagasinage de chaleur, pendant laquelle du gaz naturel était brûlé avec une proportion d'air insuffisante pour assurer une combustion complète et les produits résultant de cette combustion incom- plète étaient conduits à un endroit d'emmagasinage en passant par la caisse de lavage, - dont 45 % correspondaientà une période de transformation, - et dont 5% correspondaient à une purge à la vapeur d'eau.
Pendant la période d'accumulation de chaleur pendant laquelle les produits de la combustion étaient évacués par la cheminée dans l'atmosphère, de l'air et du gaz naturel étaient admis dans la chambre de combustion à la cadence de 304,8 m3 et 28,3 m3 par minute,respectivement, et étaient brûlés.
Pendant la période d'accumulation de chaleur pendant laquelle des produits d'une combustion incomplète étaient conduits à l'endroit d'emmagasinage, de l'air et du gaz naturel étaient admis dans la chambre de combustion à la ca- dence de 242,3 m3 et 27,7 m3 par minute, respectivement, et étaient brûlés
Pendant la période de transformation, du gaz naturel, de la vapeur d'eau et de l'air étaient admis dans l'enceinte située en avant de la zone d'accumulation de chaleur, aux cadences suivantes: gaz naturel, 70,7 m3 par minuter vapeur d'eau, 99,7 kg par minute; air, 44,6 m3 par minute.
Pendant la purge, 104,6 kg de vapeur d'eau par minute étaient admis dans la chambre de combustion et refoulaient vers l'endroit d'emmagasinage le gaz transformé résultant.
Les cycles ont continué pendant 24 heures;les températures moyen- nes pendant cette opération dans les diverses parties de l'appareil de réac- tion étaient les suivantes-. partie inférieure de la zone d'accumulation de chaleur ...... 981 C partie supérieure de la zone d'accumulation de chaleur ...... 1015 C partie inférieure de la zone de catalyse ............. 957 G partie supérieure de la zone de catalyse ............. 803 C
Le gaz mixte, produit comme résultat de la période de transforma- tion et de la partie de la période d'accumulation de chaleur pendant laquelle des produits de combustion incomplète étaient conduits à l'endroit d'emmaga- sinage,
présentait la composition et les caractéristiques suivantes
Eléments éclairants @ 0%
CO 12,0 %
H2 40,7 %
CO2 5,4 %
CH4 7,3 %
C2H6 1,0 %
O2 0,3 %
N2 32,4% calories par il? 2456 poids spécifique 0,604 rapport: hydrogène/constituants inertes 1,08
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A ce gaz on a mélangé du gaz naturel, possédant une valeur calori- fique de 9.200 calories par m3 dans une proportion suffisante pour obtenir un gaz mixte possédant une valeur calorifique de 4.715 calories par m3. A cet effet, il fallait un mélange consistant en 33,5 % de gaz naturel et 66,5 % du gaz décrit ci-dessus.
Ce mélange possédait, outre une valeur calorifique de 4.715 calories par m3 un poids spécifique de 0,61 et un rapport de 1,02 entre l'hydrogène et les constituants inertes.
EXEMPLE III.-
En utilisant le même appareil que celui employé dans les exemples 1 et II, on a appliqué un cycle de 3 minutes, dont 59 % correspondaient à une période d'accumulation de chaleur (pendant laquelle le combustible était brû- lé en présence d'une proportion d'air insuffisante pour assurer une combustion complète et les produits résultant de la combustion étaient conduits à l'en- droit d'emmagasinage en passant par la caisse de lavage), - dont 36 % corres- pondaient à la période de transformation, - et dont 5 % correspondaient à une purge à la vapeur d'eau.
Pendant la période d'accumulation de chaleur, de l'air et du gaz naturel étaient admis dans la chambre de combustion aux cadences de 166 m3 et 18m7 m3 par minute, respectivement, et étaient brûlés. Pendant la période de transformation, du gaz naturel, de la vapeur d'eau et de l'air étaient admis dans l'enceinte située en avant de la zone d'accumulation de chaleur, aux cadences suivantes: gaz naturel, 68 m3 par minute; vapeur d'eau, 81,5 kg par minute: air, 29,7 m3 par minute. Pendant la purge, 90,6 kg de vapeur d'eau par minute étaient admis dans la chambre de combustion, et refoulaient vers l'endroit d'emmagasinage le gaz transformé résiduel et en écartaient tout danger dû à la présence d'un mélange explosif au début de la période suivante d'accumulation de chaleur.
Les cycles ont continué pendant 24 heures; les températures moyen- nes pendant cette opération dans les diverses parties de l'appareil étaient les suivantes: partie inférieure de la zone d'accumulation de chaleur @ 961 C partie supérieure de la zone d'accumulation de chaleur @ 994 C partie inférieure de la zone de catalyse ............. 925 C partie supérieure de la zone de catalyse ... 788 C
Le gaz mixte, produit comme résultat de la période de transforma- tion et de la période d'accumulation de chaleur, était conduit à l'endroit d'emmagasinage, et il est à remarquer qu'à aucun moment il n'est évacué de gaz dans l'atmosphère.
Le gaz mixte résultant avait la composition et les caractéristiques suivantes:
Eléments éclairants ................. 0%
CO 9,1%
H2 27,5 %
CO2 6,4 % cH4 9,5 %
C2H6 0,0 %
02 0,4 %
N2 46,6 %
Calories par m3 1993 poids spécifique 0,72 rapport:
hydrogène/constituants inertes 0,52
Pour accroître la valeur calorifique de ce gaz jusqu'à celle néces- saire dans l'exemple particulier considéré, on a mélangé à ce gaz du gaz natu-
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rel, possédant une valeur calorifique de 9.200 calories par m3 de telle ma- nière que la. proportion de gaz naturel s'élevait à 378 % du mélange gazeux résultant. de mélange gazeux enrichi possédait outre une valeur calorifique de 4,715 calories par m3 un poids spécifique de, :
:3 68 et le rapport entre 1'hydrogème et les constituants inertes, restait à 0,52 de gaz enrichi a ensuite été mélangé à du gaz de four à coke, - possédant une valeur calorifique de 4,715 calories par ni , 3 un poids spécifi- que de 0,48 et un rapport de 3,72 entre l'hydrogène et les constituants in- ertes dans une proportion suffisante pour accroître jusqu'à 1,1 le rapport du mélange entre l'hydrogène et les constituants inertes. Ceci a exigé 22 parties en volume de gaz de four à coke pour 100 parties en volume du gaz en- richi.
Le mélange gazeux final possédait alors une valeur calorifiquede 4.715 calories par m3 un poids spécifique de 0,662 et était propre à être distribué comme gaz.de ville.
Il est bien entendu qu'on peut,sans s'écarter du cadre de l'in- vention, apporter de'nombreuses modifications dans le choix de l'hydrocar- bure gazeux réactionnel, du gaz combustible et des gaz de mélange, ainsi que dans les proportions des gaz réactionnels et des gaz de mélange.
REVENDICATIONS.
1. Procédé cyclique pour la fabrication d'un constituant d'un gaz combustible propre à être distribué dans des systèmes de distribution de gaz de ville, - ce procédé consistant, dans une période du cycle, à brûler un combustible fluide et à faire passer les produits chauds de la combustion successivement à travers un lit de matière d'accumulation de chaleur pour y accumuler de la chaleur., puis à travers un lit de catalyseurp our la réac- tion endothermique entre des hydrocarbures gazeux et de la vapeur d'eau, en vue d'y accumuler de la chaleur, - et, dans une.autre période du cycle., à faire passer un hydrocarbure normalement gazeux et de la vapeur d'eau (et éventuellement de l'air) à travers ce lit de matière d'accumulation de cha- leur,
pour chauffer ces gaz à faire passer les gaz chauds à travers ce lit de catalyseur, pour effectuer la transformation de ces gaz en un gaz riche en hydrogène et en produits d'oxydation du carbone, - et à recueillir ce gaz riche en hydrogène et en produits d'oxydation du carbone.