BE530424A - - Google Patents

Description

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   La presente invention se rapporte a un procédé pour la pyrolyse d'hydrocarbures et a des appareils pour l'exécution de ce procédé, en vue de la preparation d'hydrocaroures non saturés, dont en particulier l'acéty- lene. 



   Un sait qu'on peut produire de l'acétylène, en portant pendant un temps très court, a des températures de l'ordre de   1000    a 2000 C,des hydrocarbures gazeux ou des hydrocarbures liquides finement divises par pulvérisation: 
Un sait aussi que, pour porter a la température requise, les hydro- carbures a pyrolyser, on peut les introduire dans les gaz de combustion en- core chauds d'une flamme d'un brûleur, alimenté par un comoustible gazeux ou liquide, et de l'oxygène plus ou moins concentré et que, pour favoriser la concentration ultérieure de l'acetylène forme, il convient d'introduire dans le gaz de pyrolyse, avec les gaz de combustion, le moins possible de gaz inertes.

   A cet effet, on alimente opportunément le brûleur, d'une part, en oxygène contenant un minimum d'autres gaz et notamment d'azote et, d'autre part, en combustible riche en hydrogène. (p. ex. de l'hydrogène plus ou moins pur, ou du méthane ou du gaz de fours a coke, etc. ), la vapeur d'eau formée par la combustion de l'nydrogène étant éliminée des gaz par conden- sation. 



   De telles conditions opératoires, en conduisant par endroits a des températures très élevées, posent cependant certains problèmes au point de vue de la résistance des matériaux de construction des brûleurs, pro- blemes dont la solution est malaisée  
Pour vaincre ces difficultés, on avait déja proposé p. ex. dans un brevet américain (n  1.823.503), de produire un disque de flammes convergeant vers le centre du brûleur, que l'on tient éloignées ainsi des parois de la   cnamore   de combustion et a faire pénétrer, perpendiculairement a ces flammes, les hydrocarbures a pyrolyser. 



   D'après un autre brevet américain (n  2.343.866), on met les hydrocarbures en contact avec la flamme par contre-courant, ce dispositif ayant l'inconvénient de nécessiter des chambres de combustion en matières réfractaires. suivant la présente invention, par contre, on réalise la pyrolyse des hydrocarbures dans les gaz de combustion cnauds d'une flamme fortement oxnydrique, entourée d'une enceinte métallique refroidie a l'eau (formant   "water-jacket"),   en combinant les dispositifs suivants : 
La flamme oxhydrique est dirigée, de haut en bas, dans une chamore de combustion verticale, s'élargissant de préférence vers le bas, et dont la paroi métallique est refroidie extérieurement par de l'eau.

   Les hydrocarbures a pyrolyser sont injectés sous un angle tel que la résultante des vitesses les fasse pénétrer pratiquement perpendiculairement a l'axe de   -La   flamme, a un niveau déterminé, où, la combustion de l'hydrogène étant pratiquement complète, la pyrolyse s'effectue sous l'effet de la haute température apportée par la vapeur d'eau surchauffée, résultant de la combustion Le mélange gazeux constitué par les gaz de pyrolyse et de combustion est ensuite refroidi brusquement par pulvérisation transversale d'eau, a une distance déterminée du niveau d'injection des hydrocarbures a pyrolyser.

     n   opérant de cette façon, il devient possible d'éviter pratiquement toute formation de suie et de dépôt de carbone, parce qu'ainsi qu'il a été constaté, l'effet oxydant de la vapeur d'eau surchauffée se reporte davantage sur le carbone naissant que sur l'acétylène produit. 



   De plus, grâce a la condensation, de l'eau, formant la majeure partie des gaz de combustion, on peut atteinare, moyennant ce dispositif, des concentrations élevées en acétylène dans le gaz après pyrolyse. 



   A titre d'exemple non limitatif, les figures Ia et Ib des croquis 

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 schématiques annexés représentent respectivement, la première, une coupe verticale de l'appareil et, la seconde, une section horizontale suivant la ligne x - x de la figure la. 



   Dans le dispositif représenté par la figure Ia, le combustible (hydrogène, métnane ou gaz de fours a coke, etc) amené par le tube 1, et l'oxygène (ou de l'air fortement enrichi en oxygène), amené par le tube 2, sont mélangés en rapport approprié a la combustion complète du gaz combustible et sont introduits, au travers de l'injecteur 3 dans la chambre de combustion 4, où le mélange est enflammé.

   La flamme formée y atteint une certaine longueur, au dela de laquelle les gaz chauds de combustion' sont composés principalement de vapeur d'eau surcnauffée, ainsi qu'accessoirement d'azote, et d'oxydes de carbone- A une certaine distance de l'injecteur 3, au   delà.   de la zone où la flamme cesse d'exister, distance a laquelle le courant des gaz de combustion comprend une zone représentant la   tem-   pérature optimum, de p.ex.

   2000 C, le   conduit .3   des gaz de combustion comporte une couronne 6 ou autre dispositif annulaire, pour l'injection, au travers d'un certain nombre de tuyères 7, conduisant aux orifices 7a de l'hydrocarbure a pyrolyser, gazeux ou liquide (de préference a l'etat très divise) en sens perpendiculaire au courant des gaz de combustion, l'hydrocarbure a pyrolyser étant amené au dispositif distributeur 6 par la conduite 6. Le mélange intime des gaz de combustion et de pyrolyse produits est brusquement refroidi, a une distance déterminée de la zone de pyrolyse, par injection transversale au courant gazeux, d'eau froide par le pulvérisateur y.

   Pour protéger des effets de la chaleur les parois métalliques de la chambre de combustion 4 et du conduit des gaz de combustion 5, ces parties de l'appareillage sont entourées d'une chemise a circulation d'eau   10,   s'étendant jusqu'au delà de la zone de pyrolyse, située en aval du dispositif distributeur 6. La circulation d'eau autour des parois métalliques de la chambre de combustion et du circuit des gaz de combustion et de pyrolyse, non seulement préserve ces parois des effets néfastes de la chaleur dégagée par la combustion, mais supprime aussi ou atténue très fortement un effet catalytique, eventuel du métal des parois sur les gaz en réaction. 



   La figure Ib montre l'aménagement, autour du circuit 3 des gaz de combustion, des tuyères   7,   par lesquelles l'hydrocarbure a pyrolyser, introduit par la conduite   8   dans l'enceinte annulaire 6, est amené de cette dernière aux orifices 7a, débouchant dans la zone de pyrolyse.

   Ces tuyères 7 sont avantageusement orientées de façon a permettre une pénétration parfaite des produits a pyrolyser, perpendiculairement a la direction des gaz de combustion. suivant une variante particulièrement avantageuse pour la réalisation de fours industriels de grande capacité, la zone de réaction, où les hydrocarbures a pyrolyser sont injectés dans les gaz de combustions chauds de la flamme, est constituée, par une espace de section annulaire, dont les deux parois - extérieure et intérieure - comportent chacune, suivant leurs périphéries, une ligne d'orifices de distribution, disposés en sens opposé.

     n   dirigeant ainsi, perpendiculairement aux gaz de combustion, les uns contre les autres, les jets des nydrocarbures a traiter on réalise un   melange   parfait des gaz réagissants, par l'interpénétration des courants gazeux, arrivant a la fois de trois directions différentes. Ce mode d'exécution du distributeur en deux parties est représenté par les figures IIa et IIb, dans lesquelles les repères 1 a 10 ont les mêmes significations que dans les figures Ia et Ib, mais où une partie des hydrocarbures a traiter, amenée par une conduite   8'   a un distributeur central 6' qui comporte des tuyères radiales 7', conduisant aux orifices   7a',   est insufflée dans la zone de pyrolyse en sens opposé aux nydrocarbures y introduits parle distributeur annulaire extérieur.

   De même que toutes les autres parties 

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 de l'appareil exposées aux températures elevées de la flamme et/où des gaz de combustion, le distributeur central 6' et ses accessoires sont pourvus d'un systeme de réfrigeration par circulation d'eau. 



   Quant a la distance entre, d'une part, l'injecteur j et le distributeur de l'hydrocarbure a pyrolyser 6 et, d'autre part, ce distributeur 6 et le pulvérisateur 9, elles dépendent évidemment de nombreux facteurs, dont, entr'autres, les dimensions de l'appareillage, la nature des gaz combustibles et comburants et des   nydrocarbures   a pyrolyser, du débit, de la pression et de la température d'injection de ces divers gaz, de la di- 
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 rection d'injection de l'riyàrocarbure a pyrolyser etc. 



   Il est possible de déterminer empiriquement ces distances pour chaque cas particulier et de construire ou d'aménager l'appareil en consequence. Pour facilement adapter un même appareil aux conditions opératoires variables, on peut notamment disposer ces différents éléments de fagon a ce qu'ils comportent p. ex. un dispositif distributeur fixe 6 d'hydrocarbure a pyrolyser et un injecteur j et un pulvérisateur 9 mobiles, dont les positions sont réglables dans le sens de l'axe de l'appareil. 



   Les exemples non limitatifs ci-après illustrent l'application du procédé, moyennant le dispositif décrit, a la pyrolyse de divers   hydrocar-   bures gazeux ou liquides. 



  Ier exemple : pyrolyse d'une fraction méthanique. 



   Un a produit la flamme en alimentant l'injecteur j par un mé- 
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 lange de 57 m3'n de gaz de fours a coke et 5y m3/h d'oxygène. On a envoyé dans le distributeur 11U m3/h d'un gaz riche en méthane et on a obtenu 213 m3/n de gaz mixte de pyrolyse et de combustion. Les gaz avant et après combustion avaient la composition (   en %   volume) indiquée dans le tableau ci-apres. 



   Tableau I 
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 cn- c4d4 cf{+' 0 CO C04 H2 NT 110 #0/n de gaz brut 76, r3 - 2,4 ,6 8,4 - 5,4 6,2 lj nU/li de gaz pyrolysé 24,0 3,4 U, z3 0,2 3, . , U 36, 6 6,6 2ème exemple : Pyrolyse d'une fraction éthylénique
La flamme a été produite par 58 m3/h de gaz de fours à coke et 64 m3/h d'oxygène, 113 m3/h d'une fraction de gaz éthylénique ont donné 251 m3/h de gaz mixte de pyrolyse et de combustion.

   La composition des gaz   (en  %   volume), avant et après pyrolyse, est indiquée dans le tableau II, ci-dessous : 
Tableau II 
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 cé (lil li2 Clî4 U CO GO rl N2 113 m,3.t de gaz brut 43, i,,-,6 1,6 37, 0, t 0, 6 6,4 1,2 ,3, L's 5i m3/h de gaz pyrolyse 14,4 1,0 s,4 6,0 0,4 21,4 3,4 s7, 0 5,6   ième   exemple: En alimentant la flamme par du gaz qe fours à coke, dans les mêmes conditions de débit que dans les exemples précédents et en injectant par pulvérisation ou 1/h de gas-oil, on a obtenu 180 m3/h de gaz de pyrolyse ayant la composition ( en % volume) ci-après : 
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 C.tl4 l/'116 Crl lf'rl'+ ù CU CO H à leu nu/t de gaz pyrolysé 4,4 U, 6 7,4 Je,-' 0, d j., 0 .., . tu,3, 6 j,6

Claims (1)

1. R E S U M E L'invention a pour objet un procédé pour la pyrolyse d'hydrocarbures et des appareils pour l'exécution de ce procédé, en vue de la préparation d'hydrocarbures non saturés, dont en particulier l'acétylène, ce <Desc/Clms Page number 4> procédé et ces appareils étant remarquables par les caractéristiques ci-après, considérées séparément ou en différentes combinaisons : 1) 'hydrocarbure ou le mélange d'hydrocarbures a pyrolyser est introduit dans les gaz de combustion chauds d'une flamme fortement oxhydrique, entourée d'une enceinte métallique extérieurement refroidie par circulation d'eau froide.

   2) La flamme oxnydrique est alimentée par de l'hydrogène plus ou moins pur ou par un combustible a haut pouvoir calorifique et riche en hydrogène, par de l'oxygène plus ou,moins concentré' 3) La flamme oxhydrique est produite, en sens descendant, au sommet d'une chambre de combustion verticale, a paroi métallique extérieurement refroidie par de l'eau.

   Les hydrocarbures a pyrolyser sont injectés en direction sensiblement transversale dans le courant des gaz de combustion chauds, a un niveau ou la combustion de l'nydrogène est pratiquement complète et où, sous l'effet de la température élevée de la vapeur d'eau surchauffée, résultant de la combustion, ils sont partiellement transformés en hydrocarbures non saturés.

   5) Les hydrocarbures a pyrolyser sont injectés dans le courant de combustion cnauds au travers d'orifices de distrihution, disposés en un ou plusieurs cercles autour de la zone de pyrolyse et communiquant avec une conduite annulaire d'adduction de fluide, entourant concentriquement la zone de réaction.

   6) es hydrocarbures à pyrolyser sont injectés dans le courant des gaz de combustion chauds dans une zone de réaction, constituée par un espace de section annulaire, dont les deux parois - extérieure et intérieure comportent chacune, suivant leurs périphéries, une ou plusieurs lignes d'orifices de distribution, disposées en sens opposé.

   7) Le mélange des gaz de combustion et de pyrolyse produits est brusquement refroidi par injection transversale au courant gazeux, d'eau froide, dans une zone oû la composition du mélange gazeux, atteinte dans la zone de pyrolyse, est pratiquement encore inchangée' 8) 'appareil pour la mise en oeuvre du procédé comporte essentiellement une chambre de combustion verticale, se prolongeant a sa partie inférieure en un conduit d'évacuation des gaz de combustion, ces deux espa- ces étant pourvus de parois métalliques et entoures d'une cnemise a circulation d'eau, la chambre de combustion étant, en entre, pourvue a son sommmet d'un injecteur pour un mélange inflammable formé d'un combustible et d'un comburant et le conduit d'évacuation des gaz de combustion étant pourvu, dans une zone au delà de celle, occupée par la flamme, mais où.

   la température est encore favorable a la formation d'hydrocarbures non saturés et en particulier d'acétylène, d'un système de distribution de l'hydrocarbure ou du mélange d'hydrocarbures a pyrolyser comportant une ou plusiers lignes circulaires d'orifices d'injection centripète, transversale a la direction des gaz des combustion, ainsi que, dans une zone, au dela de la zone de pyrolyse, oû la composition du mélange ..gazeux, atteinte dans la zone de pyrolyse est pratiquement encore inchangée, d'un système d'injection transversale d'eau froide ) une variante d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé, où le système de distribution de l'hydrocarbure ou du mélange d'hydrocarbures à pyrolyser comporte deux distributeurs concentriques,

   situés respectivement dans les parties péripnérique et centrale de la zone de pyrolyse et dont les lignes circulaires d'orifices d'injection transversale a la direction des gaz de combustion, sont disposées en sens opposé.

   P.PON.: LA SOCIETE BELGE DE L'AZOTE ET DES PRODUITS CHIMIQUES DU MARLY, SOCIETE ANONYME en annexe : 1 dessin Mandataire : E. FISCHER