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La présente invention-est relative'à un dispositif pour la transformation (dissociation ou craking) thermique des hydrocarbures ou de gaz contenant des hydrocarbures, en pré- sence de vapeur d'eau et éventuellement d'oxygène.
Dans 1'industrie, on pratique sur l'échelle la plus grande les dissociations thermiques du genre précité. Dans une forme d'exécution connue d'un tel procédé de dissociation, on se sert d'une installation qui se compose essentiellement de
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trois parties séparées les unes des autres par construction à savoir d'une enceinte de dissociation dans laquelle on fait chauffer, par échange de chaleur avec le garnissage chaud de cette enceinte, le mélange destine à la réaction et compose d'un hydrocarbure et de vapeur d'eau et le cas échéant d'un gaz contenant de l'oxygène libre,
opération au cours de la- quelle les hydrocarbures se dissocient dans la mesure désirée et se transforment en des hydrocarbures à moindre teneur en carbone ou en gaz permanents ; d'autre part d'un régénérateur dans lequel les produits chauds de la réaction provenant de l'enceinte de dissociation abandonnent leur chaleur sensible en partie au garnissage à partir duquel la chaleur accumulée de cette façon est transmise ultérieurement à l'air de combus- tion ; et enfin d'une enceinte de combustion essentiellement dégagée d'éléments montés à l'intérieur et dans laquelle on brûle un combustible avec l'air réchauffé au préalable dans le régénérateur, les gaz dé fumée chauds qui se forment servant au réchauffage du garnissage de l'enceinte de dissociation.
Un dispositif de ce genre est exploité avec circula- tion des gaz dans un sens qui change, les périodes alternatives ayant une durée telle que la température qui règne dans l'en- ceinte de dissociation n'oscille que dans des limites détermi- nées. La transformation du gaz est donc intermittente, de sor- te que, pour un fonctionnement continu, il faut deux installa- tions de ce genre dont chacune comprend les constructions indi. viduelles précitées.
Pour la production industrielle en grand du gaz de synthèse par une dissociation aussi complète que possible des hydrocarbures, ou de gaz de ville par dissociation partielle d'hydrocarbures, les constructions individuelles de l'installa- tion de dissociation ci-dessus décrite prennent des dimensions
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. considérables. C'est ainsi qu'on peut compter que, pour la pro- duction par exemple d'environ 40 000 mètres cubes de gaz trans, formé par jour, il faut des installations de dissociation dont la hauteur de garnissage dépasse 22 m pour un diamètre de 6 m pour l'enceinte de dissociation et le régénérateur.
Le but de la présente invention est de réduire les dimensions de ces constructions et, de plus, de réduire surtou l'importance de l'ensemble des constructions de telle sorte qu'on obtienne un meilleur rendement de ces procédés de trans- formation des gaz.
Il est vrai qu'on a déjà proposé de disposer, dans les installations de transformation des gaz, un réchauffeur préalable pour le gaz à transformer et le régénérateur pour l'air ou la vapeur d'eau dans une enveloppe cylindrique et ver- ticale commune. Mais il faut dans ce cas encore une enceinte spéciale de transformation et, le cas échéant, une chambre de combustion pour la production de gaz chauds de fumée. En outre, l'installation proposée présente le grave inconvénient qu'en raison de la liaison rigide, due à la construction, entre les deux circuits de gaz logés dans l'enveloppe commune, il n'est pas possible de réaliser une étanchéité, non pas tant complète, mais au moins suffisante dans les conduits de gaz l'un par rap- port à l'autre.
La présente invention réalise par rapport à cette proposition connue. un progrès considérable. L'invention consis- te essentiellement en ce que l'enceinte de dissociation, le ré- générateur et l'enceinte de combustion sont réunis en une cons- truction unique de telle sorte que les circuits de gaz qui sont parallèles entre eux, mais séparés l'un de l'autre et qui sont formés par l'enceinte de dissociation et le régénérateur, et qui sont parcourus par le gaz dans des sens qui sont toujours
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contraires, sont en cer¯zu=caticr au :c.. .. .:
l'enveloppe par la chantre de combustion réalisée sous la forme d'une cou- Dole vide et que le régénérateur est exécuté sous la forme
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d'une construction qui s' étend il:d.0pe:'..,--.:.:...;Gt Je la maçonnerie extérieure de l'enveloppe commune et de la maconnerie de l'en- ceinte de dissociation.
Dans le dispositif selon l'invention, il n'y a donc qu'une construction unique qui contient aussi bien l'enceinte de dissociation que le régénérateur et l'enceinte de combus- tion Les avantages spéciaux du dispositif exécuté selon 1'in- vention seront exposés en détail d'après l'exemple comparatif décrit à la fin de la présente description.
Comme la coupole qui met en communication l'encein- te de dissociation et le régénérateur sert désormais de cham- bre de combustion et non pas seulement de chambre de réaction, comme dans les appareils connus de chauffage du vent des hauts- fourneaux, il est prévu, dans cette coupole des buses qui se terminent au voisinage de l'extrémité supérieure du garnissage du régénérateur, et à travers lesquelles on introduit un com- bustible gazeux ou liquide dans l'enceinte ou chambre de com- bustion où il brûle avec l'air réchauffé dans le régénérateur, avec formation de gaz chauds de combustion qui réchauffent en- suite le garnissage de l'enceinte de dissociation.
L'invention est représentée schématiquement sur les dessins annexés par un exemple d'exécution qui fait également apparaître d'autres caractéristiques de l'invention.
Sur ces dessins .
La fig 1 est une vue en couppe verticale du dispositif confor- me à la présente invention.
La fig 2 est une vue en coupe suivant A-A de la fig 1 La fig 3 est une vue en coupe suivant B-B de la fig. 1.
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La fig. 4 est une vue en coupe de la buse pour l'enceinte de combustion selon la fig. 1.
Le dispositif selon l'invention se compose d'une en- veloppe cylindrique 1 en une matière réfractaire ou calorifuge qui est entourée du côté extérieur d'une enveloppe en tôle qui n'est pas représentée dans ce cas. Au-dessus de l'enceinte cy- lindrique se trouve une coupole 2 qui est également en une ma- tière réfractaire et calorifuge, la matière réfractaire de la paroi, étant choisie de façon à pouvoir résister aux températu- res utilisées. L'espace libre à l'intérieur de la partie cylin- drique de la cuve du dispositif de transformation est divisé par une cloison transversale 3 en deux espaces séparés l'un de l'autre pour les gaz, dont l'un, qui est désigné par 4 a en coupe une forme de faucille et l'autre, qui est désigné par une forme de lentille.
Ce genre ou cette forme de subdivi- sion n'est, il est vrai, pas une caractéristique essentielle du dispositif exécuté selon l'invention, et n'a été choisi, dans le cas présent, que parce que, lorsqu'on procède à une telle subdivision pour la cuve, on peut faire usage d'une exé- cution particulièrement avantageuse des pierres de garnissage, comme cela va encore être décrit plus loin. La cloison inter- médiaire .3 peut, en soi, avoir aussi n'importe quelle autre forme entièrement droite.
Ce qui est essentiel toutefois pour la présente invention, c'est que cette cloison de séparation n'est pas en liaison rigide avec toute la maçonnerie 1 et qu'elle ne l'est que par une partie 3a et cela de telle sor- te que la maçonnerie 3 et 3a qui entoure l'enceinte 2 à garnis- sage puisse être indépendante de la maçonnerie extérieure 1 et de l'enceinte de garnissage 4 Par ce moyen, on obtient qu'on évite d'une façon pratiquement complète les fissures qui se produisent en service dans la cloison 3 et qui réduisent
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l'étanchéité à l'égard qes gaz.
A une certaine hauteur au-des- sus des fondations de 1?installation se trouvent des grilles de support 6 et 2 sur lesquelles repose une maçonnerie ajou- rée faite de pierres de garnissage, qui remplit l'espace 4 qui est destiné à la dissociation du mélange de la réaction, et l'espace 2 qui sert .de régénérateur, jusqu'au bord inférieur de la coupole.
A l'intérieur de la coupole 2, et plus spécialement dans la région de l'extrémité supérieure de 1'enceinte 2 du régénérateur sont prévues des buses 8 qui seront décrites de façon plus détaillée ci-après. La transformation du gaz s'ef- fectue alors de la manière suivante : on introduit un mélange du gaz à transformer et de vapeur d'eau par la conduite 2 et à travers la grille 6 dans l'enceinte 4 de dissociation portée à une température élevée au cours d'une période précédente. Les produits de la réaction qui sortent de l'enceinte de dissocia- tion s'échappent à travers la coupole 2 vers.le régénérateur
5 où ils abandonnent leur chaleur sensible en grande partie au garnissage, ces gaz sortant du dispositif par la conduite
10 pour le gaz utile.
Dès que la température qui règne à 1'in- térieur de l'enceinte de dissociation 4 s'est abaissée, par suite des réactions endothermiques qui s'y déroulent, dans une mesure telle qu'il ne se produise plus de transformation du gaz initial dans la.mesure désirée, on procède à l'inversion.
On ferme alors tout d'abord les vannes 9a et 10a et on ouvre les vannes lla dans la conduite 11, et 12a dans la conduite
12. Ensuite, on introduit dans le régénérateur 1 par la con- duite 12 de l'air qui s'y réchauffe et: qui vient au contact, à l'extrémité du garnissage du régénérateur, avec un combustibl gazeux ou liquide introduit par la buse 8, ce qui donne nais- sance à une réaction exothermique qui e déroule essentielle-
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ment dans l'enceinte 2 .le la coupole.
Les gaz d' fumée chaude
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qui se produisent ainsi ::: 1 Jcc'..ll,..:nt à 1.ra-vo.s l'nuceinte due dissociation 4 en direction du bas, ilsportent nouveau le garnissage à une température élevée et abandonnent le disposi- tif par la conduite
Pour le garnissage de 1'enceinte de dissociation - et du régénérateur 5 on -peut utiliser, en soi, une pierre de garnissage quelconque utilisable pour 1'applicartion envisa- gée. Les avantages de la présente invention ressortent toute- fois d'une manière particulièrement marquée si on donne, com- me les dessins le représentent d'ailleurs, une forme de fau- cille à l'enceinte de dissociation 4, et une forme de lentil- le au régénérateur. 5 La fig 3 représente cette forme des en- ceintes à une échelle plus grande que celle de la fig. 2.
Dans ce cas, on utilise des pierres de garnissage qui, en coupe horizontale, ont la forme d'un rectangle allongé, un peu in- curvé sur ses grands côtés, et présentant deux saillies s'é- tendant du même côté et disposées symétriquement et qui s'ap- pliquent contre le côté uni de la pierre voisine, en formant ainsi des conduits étroits et allongés pour les gaz. Avec ce genre de pierres de garnissage, on peut réaliser par unité de volume du garnissage, gane surface de chauffe multipliée par 1,8 L'exécution précitée de la pierre de garnissage fait l'objet de la demande de brevet déposée ce jour par la Demanderesse et ayant pour titre : "Garnissage ajouré pour échangeurs de chaleur à une seule enceinte".
Dans la fig. 3, on a fait res- sortir spécialement, par des hachures une de ces pierres de garnissages.
La buse 8 représentée d'une manière simplement schématique dans la fig. 1 est exécutée dans le détail comme le montre la fig. 4. La buse se compose tout d'abord d'un tu-
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be métallique central 14 par lequel on introduit dans la cou- pole, à travers la paroi de l'enceinte 2 de cette dernière, le combustible gazeux ou liquide. Le tube est entouré d'une chemise d'eau 15 qui est munie d'un conduit d'arrivée 15a et d'un conduit de départ 15b pour l'eau de refroidissement. La chemise de refroidissement même est disposée dans un enrobage
16 en une matière réfractaire.
A partir de la conduite 14 à combustible sont dérivés vers le haut, dans la région de la coupole, des conduits de dérivation 17 à travers lesquels le combustible pénètre dans l'enceinte de la coupole où il peut se mélanger ensuite à l'air de combustion préalablement réchauf fé qui monte en venant du bas. La buse est guidée à l'intérieur de la maçonnerie 2 et peut facilement être retirée de l'appa- reil, si cela est nécessaire pour le nettoyage ou une répara- tion.
La combinaison, dans l'espace, de l'enceinte de ré- action et du régénérateur dans une même enveloppe ne demande aucune mesure spéciale en ce qui concerne l'étanchéité de la cloison 3 de séparation, étant donné que, par l'indépendance de l'enceinte 5 de régénération, on obtient d'une façon certai- ne une bonne étanchéité de la paroi,même en cas de service pro longé. Aux endroits où le gaz de dissociation contient éven- tuellement des quantités encore notables d'hydrocarbures et en particulier de méthane, comme c'est le cas par exemple dans la préparation de gaz de ville à partir d'hydrocarbures distil- lant à température plus élevée, un faible défaut d'étanchéité ne serait pas en lui-même par trop gênant.
Toutefois, si le dispositif selon l'invention doit être utilisé pour produire à partir de gaz de départ contenant des hydrocarbures un gaz de dissociation pratiquement exempt d'hydrocarbures résiduels. en particulier de méthane, par exemple un gaz à l'eau conve-
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' nant à une synthèse, l'exécution du dispositif de dissociation conformément à la présente invention est particulièrement avan- tageuse.
Les avantages de la présente invention et le progrès technique obtenu par ce moyen vont être décrits d'après l'exem- ple comparatif suivant.
On supposera qu'il s'agit d'une installation de trans formation des gaz qui permet la production de 360.000 à 400.000 mètres cubes normaux de gaz transformé par jour.
A. Dispositif selon le système en usage jusqu'à pré- sent, donc composé de trois enceintes séparées, c'est-à-dire l'enceinte de dissociation, le régénérateur pour le réchauffa- ge préalable de l'air et l'enceinte de combustion.
Enceinte de Enceinte du dissociation régénérateur Diamètre extérieur 6,0 m 6,0 m Hauteur du garnissage 22,6 m 9,0 m
Section 15,9 m2 15,9 m2 ,Surface de chauffe 9519 m2 3990 m2 Comme pierres de garnissage, on a utilisé des pierres hexago- nales à 7 trous.
B. Dispositif selon la présente invention, composé donc d'une enveloppe cylin rique entourant l'enceinte de dis- sociation, le régénérateur et l'enceinte de combustion.'
Comme pierres de garnissage, on a utilisé des pierres hexagonales à 7 trous.
Enceinte de Enceinte du dissociation régénérateur Diamètre extérieur 7,1 m pour l'enveloppe commune Hauteur du garnissage 22,6 m 22,6 m Secntion 15,9 m2 6,34m2 Surface de chauffe 9519 m2 3990 m2
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C. Dispositif selon la présente invention, mais avec des pierres de garnissage courbes, selon la demande de brevet précitée.
Enceinte de Enceinte du dissociation régénérateur Diamètre extérieur 7,1 m pour l'enveloppe commune Hauteur du garnissage 16,0 m 16,0 m Section 15,54 m2 6,44 m Surface de chauffe 9519 m2 3990 m2
On voit, par une comparaison des dispositifs A et B, que, dans l'exécution du dispositif de transformation du gaz selon l'invention, c'est-à-dire avec l'exécution,B, il suffit d'une construction dont le diamètre n'est que de peu supérieur à celui de l'installation de dissociation avec régénérateur selon l'exécution A. Il ne faut plus désormais qu'une seule coupole et il n'y a plus de chambre de combustion, sous la forme d'une troisième construction supplémentaire et séparée.
Si on compare en outre l'exemple A avec l'exemple C, et l'exemple B avec l'exemple C, on trouve 'un autre progrès supplémentaire dans le sens d'une réduction des dimensions de l'installation de transformation du gaz qui ne se compose plus que d'une seule construction.
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