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La présente invention est relative à un procédé et une installa- tion pour la production de gaz précieux, en particulier de ceux renfermant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, par réaction d'hydrocarbures ga- zeux ou liquides avec de l'oxygène, et le cas échéant, avec des agents de gazéification réagissant endothermiquement. La réaction des hydrocarbures avec les agents de gazéification a lieu, dans ce cas, en introduisant sous forme d'un jet, dans une chambre de réaction maintenue à haute température, un mélange préparé au préalable et le plus homogène possible, constitué par des hydrocarbures, de l'oxygène et éventuellement des agents de gazéifica- tion réagissant endothermiquement, tels que de la vapeur d'eau ou du gaz carbonique.
Par suite dur rayonnement thermique, (soit du rayonnement direit ou du rayonnement réfléchi sur les parois de la chambre réactionnelle) pro- venant de la flamme déjà existante, le mélange insufflé s'enflamme de sorte que la réaction des hydrocarbures commence par une réaction exothermique qui, lors du déroulement ultérieur des réactions, est masquée ou remplacée par des réactions endothermiqueso Une caractéristique essentielle de ce pro- cédé connu réside dans le fait que le combustible ainsi que les particules solides, combustibles ou incombustibles, se formant à partir du combustible dors des réactions de gazéification se déplacent essentiellement dans le rême sens que les agents gazeuxo
Comme combustible pour le procédé,
on envisage en premier lieu les composés gazeux ou liquides de la série du méthane ou ceux liquéfiés par @ ainsi que des huiles d'hydrocarbures se formant lors de la dis- tillation du pétrole, lors de la distillation du goudron ou lors deila synthèse d'hydrocarbures ou d'autres réactions chimiques.
Par '?oxygène'? on entendra dans ce qui va suivre aussi bien l'oxygène pur que de l'air présentant une teneur en oxygène relevée par rapport à la fraction normale 'Des agents de gazéification réagissant endothersiuqement: sont,, au sens de l'invention, la vapeur d'eau ou le gaz carbonique, ou bien des mélanges des deuxo
Un but essentiel de linvention est d'améliorer le degré de gazéification du carbonelors de la réaction d'hydrocarbures gazeux ou liquides avec dé l'oxygène, par abaissement de la quantité de carbone solide (suie) se formant lors de la réaction.
En outre, l'invention a pour but d'abaisser la consommation d'oxygène par cm3 de gaz utile produit et d'abaisser la température de sortie du gaz utile de la chambre de réaction.,
Lors de la réaction des hydrocarbures avec de l'oxygène ,et, par exemple, avec de la vapeur d'eau, et lorsqu'on insuffle l'hydrocarbure en mélange avec del'exygène(et le cas échéant, avec de la vapeur d'eau) à l'état relativement froid dans une chambre réactionnelle se -trouvant à une température élevée, l'hydrocarbure parcourt d'abord l'échelle de température se situant entre sa température d'entrée et sa température d'inflammation. La température d'inflammation dépend de la nature chimique du combustible et de la teneur en inerte de l'oxygène comburant.
Dès que la température d'inflammation est dépassée, le combustible brûle avec l'oxygène, tandis qu'à peu de distance de la tuyère d'insufflation il se forme une zone de flammes relativement limitée, dans laquelle règne un température très élevée (plus de 2.000 ), Dans la zone adjacente, dite zone de réduction, a lieu une réaction du dioxyde de carbone formé, ou de la vapeur d'eau, avec le combustible restant non encore gazéifié, ce qui donne lieu à la production d'oxyde de carbone et d'hydrogène, tandis que la température du gaz utile s'abaisse à une valeur qui, suivant la nature du combustible mis en jeu, se situe entre 900 et 1300 ce En traversant la zone de flammes, l'hydrocarbure parvient aussi dans un domaine de température dans lequel il se produit, dans certains
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cas, en particulier pour les hydrocarbures supérieurs,
une notable sépara-tion de carbone élémentaire sous forme de suie. D'un autre côté, il se forme dans ce cas de l'hydrogène libre et des hydrocarbures à molécules plus petites. Avant que ce carbone qui précipite d'abord sous forme moléculaire (si possible avec la structure du graphite) puisse exercer une action réductrice sur le gaz carbonique et la vapeur d'eau dans la zone de réduction se raccordant à la zone des flammes, il se produit une agglomération du carbone en particules plus grandes dont la gazéification n'est plus possible du tout, ou n'est plus possible en totalité dans l'espace dont on dispose pour les opérations de réduction.
Une partie de la teneur en carbone de l'hydrocarbu- re mis en jeu reste donc non-gaz éifiée. Cette fraction peut, suivant la nature de l'hydrocarbure utilisé, aller jusqu'à 12 %, rapportés à l'hydrocar- bure
Cela est imputable au fait que la réaction de l'hydrocarbure, en particulier dans la zone des flammes, se déroule dans une atmosphère souillée par la suie fraîchement formée, de sorte que l'allumage du mélange d'oxygène et d'hydrocarbure insufflé ayant lieu en premier lieu par rayonnement depuis la zone de flammes, se trouve retardé. Cela provoque à son tour un déplacement de la zone des flammes qui s'éloigne de la tuyère d'insufflation, et une diminution correspondante de la zone de réduction.
Le but de l'invention consiste donc, dans un sens plus-étroit, à accólérer l'inflammation du mélange d'hydrocarbure et d'oxygène à faire réagir, de manière que la zone des flammes se forme assez près de la tuyère d'insufflation, pour que la zone des flammes soit plus concentrée et, par suite, soit plus chaude et rayonne d'une façon plus intense, tandis qu'on dispose en même temps, à l'intérieur de la chambre de réaction, d'une plus grande étenduepour la réaction endothermique.
Le procédé conforme à l'invention consiste essentiellement à insuffler dans la chambre de réaction, outre le mélange d'hydrocarbure, d'oxygène et, le cas échéant, d'agents de gazéification réagissant endothermiquement qui est insufflé sous forme de jet dans une chambre réactionnelle se trouvant à température élevée et s'y trouve également enflammé, de préférence par rayonnement thermique, également un mélange homogène de combus- tible solide finement divisé et d'un excès d'oxygène (rapporté à la combus- -;;
ion totale du combustible solide), de manière que le carbone du second mélange brûle partiellement ou totalement en donnant lieu à la formation d'une flamme blanche, tandis que la position de la flamme du second mélange par rapport à la zone réactionnelle du premier mélange est choisie de manière que le rayonnement thermique provenant de la flamme du second mélange accélère l'inflammation du premier mélange.
L'introduction supplémentaire d'un combustible solide finement divisé qui est en suspension dans l'oxygène en excès produit un rayonnerient de chaleur, non seulement depuis la zone des flammes ou les parois de la chambre réactionnelle, mais aussi depuis la flamme très chaude du second mélange, de sorte que la fraction d'hydrocarbure du premier mélange atteint déjà, dans un temps relativement court après son entrée dans la chambre réactionnelle, une température élevée suffisante pour l'inflammation. La zone des flammes du premier mélange se trouve par suite déplacée dans la chambre réactionnelle à l'encontre du courant gazeux, et est fortement concentrée.
L'oxygène en excès insufflé avec le second mélange est alors chauffé à une température élevée et réagit avec l'hydrocarbure du premier mélange de manière telle qu'il se forme, pratiquement, essentiellement de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène. Le carbone élémentaire se formant encore éventuellement en quantité relativement minime dans la zone des flammes du premier mélange réagit, par suite de l'agrandissement de la zone de réduction,
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en. majeure partie avec les agents endothermiques de gazéification,, qu'ils aient été introduits ou se soient formés entre temps, en donnant également lieu à la formation d'oxyde de carbone et d'hydrogène. Par rapport à la même quantité de CO+H2, cela signifie un besoin moindre en oxygè- ne.
En outre, par suite du renforcement de la réaction endothermique, la ' température des gaz à la sortie est abaissée d'une manière avantageuse.
Tout combustible solide finement divisé est approprié en soi comme combustible solide pour le second mélange. Toutefois, les combustibles qui sont déjà partiellement ou largement débarrassés des composants volatils, s'avèrent particulièrement favorables. On peut aussi,le cas échéant, uti0 liser la suie se formant au cours du procédé sous forme finement divisée.
Il est également possible d' tiliser, pour le second mélange, un mélange de plusieurs combustibles solides de nature et de provenance différentes.
On peut aussi améliorer l'intensité de rayonnement de la flamme un second mélange en ajoutant sous forme finement divisée au combustible solide, avant l'insufflation à l'aide d'oxygène, des composés inorganiques T'on volatils ou seulement difficilement volatils, par exemple des cendres pulvérulentes, des oxydes métalliques, en particulier ceux des métaux alca- lino-terreux, des sels métalliques quelconques ou analogues. Ces éléments inorganiques, incombustibles, sont portés au blanc par suite de la chaleur se formant lors de la réaction du combustible solide avec l'oxygène et, ..e leur côté, abandonnent par rayonnement au premier mélange une chaleur intense. On peut, en général, maintenir petite la quantité de combustible solide pour le second mélange, rapporté à l'hydrocarbure du premier mélange.
Suivant la nature de l'hydrocarbure à faire réagir, une quantité de combustible solide allant jusqu'à 5% environ de la quantité de combustible mise en jeu au total suffit pour provoquer l'effet désiré. Il est toutafois pos- sible, le cas échéant, de faire réagir avec l'oxygène, dans le cadre du procédé conforme à l'invention, des quantités plus grandes de combustible solide. C'est ainsi qu'il est possible, par exemple, de faire appel en tant que combustible solide pour le procédé conforme à l'invention, au résidu se formant obligatoirement dans une installation servant à gazéifier avec de l'oxygène un combustible pulvérulent en suspension, constitué de carbone nongazéifié et de fractions incombustibles.
On peut, en ce qui concerne la position mutuelle des tuyères d'insufflation pour les deux mélanges, réaliser de diverses manières une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Une disposition préférée prévoit d'insuffler le mélange d'oxygène et de combus- tible solide par une tuyère centrale dans la chambre de réaction, tandis que le mélange d'oxygène et d'hydrocarbure est insufflé dans la chambre de réaction par un tuyère, de préférence annulaire, entourant la tuyère centrale précitée.
Dans ce cas, il existe donc alors une zone centrale à très haute température et présentant une intensité de rayonnement élevée, qui est entourée par une seconde zone dans laquelle a lieu la réactionproprement dite de l'hydrocarbure avec l'oxygène et les agents de gazéification réagissant endothermiquement. Le cas échéant, les tuyères sont refroidies à l'eau. On peut, en outre, prévoir encore une autre tuyère annulaire entourant les deux autres, par laquelle on insuffle de la vapeur d'eau, préchauffée à une température moyenne, qui vient remplir l'espace compris entre la zone de réaction du premier mélange et les parois de la chambre de réaction et constitue ainsi un genre d'écran protecteur vis-à-vis d'une contrainte thermique indésirable des parois de la chambre réactionnelle.
REVENDICATIONS.
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