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Publication number: BE520578A
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Description


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  FOUR POUR LA COMBUSTION PARTIELLE D'HYDROCARBURES. 



   La présente invention se rapporte à un four pour la préparation continue d'acétylène par combustion incomplète d'hydrocarbures. 



   ON sait qu'en brûlant, avec formation d'une flamme, des hydrocarbures gazeux ou liquides (à l'état de vapeur ou de brouillard), au moyen d'oxygène ou d'un mélange gazeux contenant de l'oxygène libre en quentité insuffisante à la combustion complète du gaz combustible,, et en refrqidissant ensuite brusquement les produits de cette combustion incomplète, on obtient un mélange gazeux qui contient une proportion plus ou moins élevée d'acétylène. 



   De   nombreux   types de fours ont déjà été proposés et/ou utilisés pour réaliser industriellement cette réaction. 



   Composés, en principe, d'un ou plusieurs compartiments où le combustible et le comburant, de préférence préchauffés séparémant, sont intimement mélangés, d'un brûleur, constitué par un distributeur'de gaz et une chambre de combustion et d'un dispositif pour le refroidissement brusque des gaz de combustion par injection d'eau, les différents types connus de fours présentent certains inconvénients qui compliquent leur utilisation à l'échelle   industrie 7.:Le :

       Entr'autres,   ces fours donnent notamment lieu à des arrêts fréquents, à cause des   dépbts   de carbone qui se forment autour des orifices du distributeur de gaz et sur les parois de la chambre de combustion du brùleur, dépòts que, pour assurer un fonctionnement régulier du four et un rendement élevé en acétylène, on est obligé d'enlever périodiquement.

   Dans le cas de fours construits entièrement ou partiellement en matériaux réfractaires argileux, on se heurte, en outre, à des difficultés dues à l'étanchéité imparfaite de la construction après une certaine durée de fonctionnement, difficultés qui, pour ne pas occasionner la destruction progressive des fours ou même des explosions, rendent nécessaires des   arrêts   prolongés pour recon- 

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 struction partielle ou totale des brùleurs. 



   La présente invention a pour objet un four permettant de réaliser, en marche continue, la production d'acétylène par combustion partielle d'hydrocarbures dans des conditions conduisant à des rendements élevés, tout en évitant les inconvénients des fours utilisés jusqu'à présent à cet effet. 



   Ce four est caractérisé par la forme annulaire de ses éléments essentiels, ce qui assure en tous points des conditions de traitement   pus   rigoureusement semblables que dans les fours de forme rectangulaire, circulaire ou autre, utilisés jusqu'à présent. 



   Une autre caractéristique de l'invention consiste en ce que la construction du four est entièrement métallique et composée d'éléments parcourus par des courants   d'eau.   



   En plus de la facilité de construction et d'une meilleure résistance aux dilatations thermiques, ce four présente d'autres avantages économiques et techniques qui seront exposés au cours de la description du four, représenté schématiquement dans le dessin. Il doit être entendu que l'invention n'est pas limitée au four ainsi décrit. 



   Ie four, objet de l'invention, comporte les trois parties essentielles, rappelées ci-dessus, des types de fours habituellement   ùtili-   sés pour la préparation d'acétylène par combustion incomplète d'hydrocarbures gazeux,   à   savoir: les zones de mélange, de combustion et de refroidissement des gaz. 



   Dans la zone de mélange, on introduit, respectivement par les conduites 1 et 2, l'hydrocarbure à l'état gazeux ou vaporisé et l'oxygène dans les deux couronnes concentriques 3 et 4. Les courants gazeux, de vitesses différentes et suffisamment élevées pour assurer un mélange parfait, sont profilés sous forme de lames minces, et se rencontrent sous un angle très obtus pour s'interpénétrer parfaitement. Grâce à l'adoption d'éléments métalliques pour la construction des couronnes concentriques 3 et   4,   l'ajustage des orifices d'injection des courants gazeux, aisément réglable, peut être effectué avec précision. De plus, la stabilité de cet ajustage est assurée par une circulation d'eau qui maintient les éléments métalliques à basse température et   supprime   ainsi les effets de dilatation et de retrait. 



     Ie   courant gazeux passe ensuite dans la chambre de mélange (5) en forme de couronne également, élargie vers la zone de combustion et dans laquelle, par réglage des orifices d'injection des gaz comburant et combustible, la vitesse du courant gazeux est maintenue suffisamment élevée pour éviter un retour de   flamme   de la chambre de combustion à travers les tubes ou canaux du distributeur (6) du brûleur. les réactifs gazeux traversant ensuite une série de tubes parallèles du distributeur (6), construit entièrement en métal et refroidi à l'eau, débouchent dans la chambre de combustion   (7),   de tome annulaire également. Une rampe d'oxygène (8) alimente et entretient des flammes veilleuses servant à assurer l'allumage dans la. chambre de combustion.

   Dès la sortie de la zone de réaction, les gaz sont refroidis brusquement par injection   deau,   en (9). 



   La chambre de combustion et le distributeur de gaz annulaire assurent une répartition uniforme du mélange gazeux et la formation d'une flamme brûlant sans   surchauffe   locale et permettent aussi d'adapter un dispositif spécial et automatise., de décrassage du four en marche. 



   Ce dispositif est constitué par un tube (10), garni, à sa partie supérieure, d'une fourche (11) composée de tubes épousant la forme d'une coupe diamétrale de la chambre annulaire et parcourus par un courant d'eau. Par un mouvement alternatif de va et vient, combiné à un mouvement de rotation continu, le tube axial entraîne la fourche qui, en raclant les 

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 parois métalliques de la chambre de combustion et les extrémités des tubes distributeurs, nettoie celles-ci très efficacement et les maintient parfai- tement propres. 



   Grâce à ce dispositif de raclage, que la forme annulaire et la construction entièrement métallique des parois de la chambre de   canbus-   tion permettent d'adopter et qui, sans nécessiter l'arrêt du four, et moyen- nant un nettoyage continu et parfait des parties constitutives de la zone de combustion, empèche la formation de dépôts de carbone dans cette zone, on a la possibilité de traiter, avec des rendements élevés en acétylène, même des mélanges gazeux à teneur élevée en hydrocarbures   oléfiniques   ou en' hydrocarbures lourds, tels p.ex.

   certaines fractions de gaz de fours à coke, riches en éthylène, des gaz de cracking de   pétrole.,   des gaz de carbonisa- tion à basse température de combustibles solides ou des   vapeurs   et   brouil-   lards de certains hydrocarbures liquides. 



   La construction, en éléments métalliques, parcourus par des courants   d'eau,   de toutes les parties du four, en contact avec dés gaz chauds, est avantageuse, comparativement à la construction en matériaux réfractai- res, à cause tant des températures élevées, mais très différentes dans les diverses zones du four, que de la grande vitesse de passage des gaz.

   les pertes de charge et pressions différentielles assez importantes qui, dans ces conditions, peuvent se produire dans l'appareil, sont ainsi considérablement atténuées et, de plus, la construction métallique, refroidie par de l'eau, n'est pas sujette au délitement et à la fissuration, comme   cest   le cas pour les fours en réfractaire,dans lesquels l'oxygène et/ou le mé- lange canbustible, en passant éventuellement par les joints des briques, peuvent produire de véritables chalumeaux, désastreux pour la longévité de la construction. Le refroidissement par l'eau, de tous les éléments   mé--   talliques constituant les différentes zones du four, réduit encore les effets préjudiciables dus à la dilatation ou au retrait de ces éléments, effets relativement peu importants déjà, grâce à la forme annulaire de ces zones.

   Par contre, il n'influence pratiquement pas les conditions thermiques des gaz réactionnels, dont, à cause de leur grande vitesse de passage, le -contact avec les éléments métalliques refroidis n'est que de très courte durée, mais permet, d'autre part, d'employer pour la construction des éléments du four des métaux et alliages courants tels la fonte, les aciers (inoxydables ou non), le cuivre, le bronze, etc. 



   Suivant les conditions d'exploitation, particulières à chaque cas, la circulation d'eau de refroidissement, peut être aménagée soit de façon   individuelle   pour les différents éléments du four, soit de façon à faire circuler l'eau d'un élément à l'autre, en passant de la zone la plus chaude vers la zone la plus froide Le refroidissement de la chambre de combustion   peut   opportunément être mis à profit pour la production de vapeur ou d'eau   chaudee   
Les exemples non limitatifs, ci-après, illustrent l'invention dans ses applications à la combustion partielle de gaz riche en hydrocarbure saturé, pour le Ier exemple, et en hydrocarbures non saturés, pour le second exemple. 



  Exemple I: Traitement d'une fraction méthanique extraite de gaz de fours à coke 
Dans le four annulaire décrit ci-dessus, on a traité un gaz dont la   composition   variait dans les limites indiquées au tableau ci-après: 
Dans la zone de mise en contact,on a   introduit   140à 150 m3/h de ce gaz, préchauffé à 370-400 C. et 80 à 85 m3/h d'oxygène à 95%, préchauffé à 165-170 C. Les vitesses d'entrée respectives des gaz comburant et   combustible,, dans   la chambre de mélange, calculées à 0 C et 760 mmHg, étaient 85 m/sec et 130   m/sec,   et la température du mélange des gaz réactionnels a varié de 275 à 300 C.

   Après mélange intime, le courant gazeux a débouché, avec une vitesse linéaire de 90   m/sec,   (rapportée à 0 C et 760 mmHg) 

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 dans la chambre de réaction en y formant une   flamme.   les gaz de combustion, à une température de 1400 C environ, ont été refroidis brusquement, jusqu'à 70 C 
 EMI4.1 
 Composition moyenne du mélange gazeux (en volume). 
 EMI4.2 
 
<tb> 
<tb> avant <SEP> après
<tb> combustion
<tb> 
 
 EMI4.3 
 Gà 78 à 82%. 4,5 à 6% 
 EMI4.4 
 
<tb> 
<tb> C2H6 <SEP> traces <SEP> C2H4 <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 2% <SEP> C3H6 <SEP> néantC2H2 <SEP> néant <SEP> 5,5 <SEP> à <SEP> 6%
<tb> 
 
 EMI4.5 
 CO 7 à 10 % 33 . 33 A2 3à5 51 a 48%. 



  N 115 al% 3 a 5% C0 - 3 a 5 % 
 EMI4.6 
 Exem:ole 2: Traitement d'une fraction éGhyléniaue extraite de gaz de fours à   coke .   
 EMI4.7 
 pn - a traité, oanme dans l'exemple 1, dans les conditions moyennes de fonctionnement suivantes, une fraction éthylénique de gaz de fours à coke: Gaz éthylénique ( débit : 140 à   160   m3/h ( température de préchauffage: 370-400 C oxygène (à 95%) (débit: 75 à 85 m3/h ( (température de préchauffage:   165   à 170 C les vitesses d'entrée dans la chambre demélange,,calculées 
 EMI4.8 
 à 00C et 760 g, étaient respectivement de 130 m/sec et 85 m%sec pour le   gaz-éthylénique et l'oxygène. La température de la chambre de mélange s'est maintenue entre 250 et 275 C.   



   Après réaction, les produits gazeux, à   130000.,   ont été re- froidis brusquement, par pulvérisation d'eau, jusque   7000..   



   La composition du gaz avant et après combustion était la suivante : 
 EMI4.9 
 Oanposition moyenne du mélange gazeux (en volume). 
 EMI4.10 
 
<tb> 
<tb> avant <SEP> après
<tb> combustion
<tb> C2H4 <SEP> 36 <SEP> à <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 
<tb> C2H6 <SEP> 5 <SEP> à <SEP> 7%
<tb> 
 
 EMI4.11 
 C3H6 0,8 à 1,2 tÇ, c2f- 0,8 à 1,2% 8,5 à 9,5 

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 EMI5.1 
 Canposition moyenne du mélange azeux (en volume) (suite) 
 EMI5.2 
 
<tb> 
<tb> avant <SEP> après
<tb> combustion
<tb> CH4 <SEP> 40 <SEP> à <SEP> 42%. <SEP> 6 <SEP> à <SEP> 8 <SEP> %
<tb> 
 
 EMI5.3 
 00 3 à 5 $ 32 à 30 $ H2 3 a 5% 47 à 455% C0 Néant 3 à z N 11,4 à 0,6%. 3o5 à 51% 0 - 0 a 0,4 % 
Le traitement de gaz éthyléniques, dans ce four, a pu être poursuivi en marche continue pendant des mois, sans nécessiter des arrêts pour nettoyage ou démontage. 



   Cela représente une utilisation industrielle de l'appareil voisine de 100%,, de loin supérieure à celle qu'on obtient avec les anciens types de fours, qu'on doit arrêter fréquemment pour nettoyage et même re- construire partiellement.

Claims

R E S U M E.

L'invention a pour objet un four pour la préparation continue d'acétylène par combustion partielle d'hydrocarbures au moyen d'oxygène avec formation d'une flamme dans la chambre de combustion et refroidissement brus- que des gaz de pyrolyse, constitué essentiellement de dispositifs de mise en contact, d'une chambre de mélange et d'une chambre de combustion, ce four étant remarquable notamment par les points suivants, considérés séparément ou en canbinaison :

a) les dispositifs de mise en contact des réactifs gazeux préchauffés ont une forme annulaire et sont concentriques, b) la chambre de mélange des réactifs gazeux a une forme an- nulaire, élargie vers l'extrémité de sortie du mélange gazeux, c) des orifices réglables, pour l'injection des réactifs ga- zeux, sont disposés à l'entrée de la chambre de mélange, d) la chambre de combustion du mélange gazeux a une forme an- nulaire , .

e) un tube, garni à son extrémité, d'une fourche construite en tubes épousant la forme d'une coupe diamétrale de la chambre annulaire de combustion, et animé d'un mouvement combiné et continu de va-et-vient et de rotation, fonctionne comme dispositif automatisé de décrassage du four en marche, f) tous les éléments du four sont construits en métal ou al- liage métallique, g) l'envers de toutes les surfaces du four et de ses accessoires, en contact avec les gaz chauds, est refroidi par une circulation d'eau. <Desc/Clms Page number 6>

N.R. datée du 6/7/1953.

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