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" PROCEDE POUR LA PRODUCTION D'ACETYLENE PAR
COMBUSTION INCOMPLETE D'HYDROCARBURES "
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Il est connu de préparer de l'acétylène par combustion incomplète d'hydrocarbures gazeux ou à l'état de vapeur avec de l'oxygène, en chauffant les gaz, en lesmélangeant à l'état chaud et en introduisant le mélange dans une chambre de réaction dans laquelle il se forme, par combustion partielle des hydrocarbures, un gaz de craquage renfermant de l'acétylène qui, à sa sortie ¯¯¯,. ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯de la chambre de réaction, est refroidi avec de l'eau à des températures inférieures à 100 C, la chaleur des gaz de réaction chauds étant utilisée pour le chauffage et l'évaporation de l'eau de réfrigération.
Pour ces procédés connus, on utilise comme matières de départ, des hydrocarbures ayant 1 à 10 atomes de carbone et de l'oxygène ou un gaz oxygéné, le rapport pondéral entre hydrocarbure et oxygène étant d'en- viron 1/1. Avant la réaction, les gaz sont préchauffés à
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environ 150-700*C.
On connaît également un procédé pour effectuer des réactions chimiques à des températures élevées, suivant lequel on ajoute des hydrocarbures à des gaz de combustion chauds et complètement brûlés. L'inconvénient de ce procédé est que les gaz de craquage sont dilués par les gaz de combustion complètement brûlés, la séparation de l'acétylène et de l'éthylène de ces gaz étant ainsi rendue très difficile.
Il est également connu, lors de la production d'acétylène et d'oléfines à partir d'hydrocarbures gazeux ou à l'état de vapeur que l'on fait passer par des chambres chauffées à température élevée ou par des arcs électriques, le mélange réactionnel étant ensuite brusquement refroidi par injection de liquides, d'ajouter au mélange gazeux chaud, directement en aval de la zone de température maximale, ou après la zone où se forme l'acétylène, des hydrocarbures
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en une quantité insuffisante pour un refroidissement brusaue.
Selon ce procédé, la quantité de noir de fumée formée lors de la production d'acétylène, n'est que peu changée.
Or, on a trouvé que lors de la production d'acétylène et d'éthylène par combustion incomplète d'hydrocarbures avec de l'oxygène ou des gaz oxygénés et par refroidissement des gaz de combustion chauds avec de l'eau, on peut diminuer la teneur en noir de fumée du gaz de craquage en ajoutant au mélange d'hydrocarbures et d'oxygène ou de gaz oxygénés, sur son trajet à travers la zone de réaction, des quantités supplémentaires d'hydrocarbures liquides ou à l'état de vapeur, cette addition s'effectuant en amont de la zone dans laquelle règnerait, sans cette addition, une température maximale.
Pour la combustion, on utilise des hydrocarbures ayant 1 à 10 atomes de carbone et de l'oxygène ou des gaz oxygénés. Par transformation de ces gaz, sans addition d'autres hydrocarbures, il s'établit dans la chambre de réaction une température maximale comprise entre environ 1300 et 1650 C La durée de réaction varie entre environ 2/1000 et 5/1000 de seconde. Comme hydrocarbures liquides ou à l'état de vapeur à ajouter additionnellement, on utilise des hydrocarbures renfermant 2 à 12 atomes de carbone, à raison d'environ 10 à 80% par rapport au poids des gaz de réaction.
L'addition est effectuée dans la zone comprise entre le début et la fin de la région d'inflammation (zone de température maximale).
Lorsqu'on n'ajoute pas d'hydrocarbures, la zone de température maximale se trouve à l'extrémité de la chambre de réaction, peu en amont de l'endroit où est injecté le liquide, par exemple l'eau, servant au refroidissement des gaz chauds. Grâce à l'addition des hydrocarbures, la température maximale, qui s'établirait sans cette addition, n'est pas atteinte.
On constate, au contraire, dans la zone précitée,
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une chute de température à environ 500-1200 C. Le procédé suivant la présente invention n'a rien à voir avec les pro- cédés connus, car d'après ces derniers, le chauffage des gaz à la température nécessaire pour la production d'acétylène, s'effectue par rapport de chaleur de l'extérieur et les hydrocarbures supplémentaires ne sont ajoutés qu'en aval de la zone de température maximale , ou après la zone où se forme l'acétylène.
Bien que par suite de l'accroissement de la quantité de gaz de craquage, la concentration en acétylène dans ce dernier peut être égale ou même plus faible que pour les procédés connus, la quantité absolue d'acétylène contenu dans le gaz de craquage et ainsi la capacité en acétylène d'un brûleur d'acétylène donné, sont augmentées par le procédé suivant la présente invention. En plus d'acétylène, le gaz de craquage renferme également de l'éthylène, la proportion d'éthylène dépendant de la quantité d'hydrocarbure ajouté.
La teneur du gaz de craquage en hydrocarbures en C2 non saturés est donc encore augmentée par la formation d'éthylène.
La consommation en hydrocarbures et en oxygène par kilogramme d'hydrocarbures en C2 non saturés est, dans ce cas, bien plus faible que dans le procédé connu ; la teneur en noir de fumée du gaz de craquage est également sensiblement diminuée, ce qui facilite l'épuration du gaz de craquage. La quantité d'hydrocarbures à ajouter additionnellement sera, de préférence, calculée de manière que les gaz de la réacti on soient refroidis à environ 500-1200 C, les rendements en acétylène et en éthylène atteignant alors le maximum. On a, en outre, constaté que la composition du gaz de craquage dépend non seulement de la proportion d'hydrocarbures ajoutée en supplément, mais aussi du point d'introduction , en amont de la zone de température maximale., dans la chambre de réaction où a lieu la combustion partielle des hydrocarbures.
Lorsque
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les hydrocarbures sont ajoutés au gaz de craquage dans la première moitié de la chambre de réaction parcourue par ce dernier, le rendement en éthylène par rapport à une addition des hydrocarbures dans la deuxième moitié de la chambre de réaction, augmente, tandis que celui en acétylène diminue légèrement. La teneur en noir de fumée du gaz de craquage tombe alors à un sixième de celle d'un gaz de craquage obtenu suivant le procédé connu. Si l'on désire obtenir de forts rendements en acétylène, il est indiqué d'introduire les hydrocarbures dans la deuxième moitié de la chambre de réac- ìon.
A titre indicatif pon limitatif, on décrira dans l'exemple qui suit, en se référant au dessin annexé, la mise en oeuvre du procédé vivant la présente invention. Sur la figure unique du dessin, A est la chambre de réaction où a lieu, de façon connue, la combustion partielle des hydrocar- bures, B indique les tuyères d'injection des hydrocarbures amenés additionnellement, qui sont disposées dans la deuxième moitié de la chambre de réaction. Le gaz de craquage quitant la chambre de réaction, est refroidi brusquement par le liquide de réfrigération, par exemple par de l'eau, arrivant par les tuyères C.
EXEMPLE
Dans deux préchauffeurs séparés, on chauffe par heure, à 30 C, d'une part, 25 kg d'essence légère (point d'ébullition 30 à 100 C) et,d'autre part, 15,6 m3N d'oxygène, on mélange ensuite les deux produits dans un récipient de mélange, puis on amène le mélange à la chambre de réaction où on le fait réagir. Dans le premier essai (I), les gaz de la réaction chauds sont brusquement refroidis avec de l'eau à l'extrémité inférieure de la chambre de réaction.
En ajoutant, par heure, dans des conditions par ailleurs identiques, avant le refroidissement brusque avec de l'eau, 10,7 kg d'essence légère (point d'ébullition 30 à
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100 C) dans la première moitié (essai II) ou dans la deuxième moitié (essai III) de la chambre de réaction, en amont de la zone de température maximale, on obtient les résultats indiqués dans le tableau suivant :
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<tb>
<tb> I <SEP> II <SEP> III
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> acétylène <SEP> du <SEP> gaz <SEP> de
<tb> craquage <SEP> en <SEP> % <SEP> 7,5 <SEP> 6,6 <SEP> 7,3
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> éthylène <SEP> du <SEP> gaz <SEP> de
<tb> craquage <SEP> en <SEP> % <SEP> 0,5 <SEP> 6,1 <SEP> 5,4
<tb> Consommation <SEP> d'hydrocarbures
<tb> par <SEP> kilo <SEP> d'hydrocarbures <SEP> en
<tb> C2 <SEP> non <SEP> saturés <SEP> en <SEP> kg <SEP> 4,35 <SEP> 3,43 <SEP> 3,34
<tb> Consommation <SEP> d'oxygène <SEP> par
<tb> kilo <SEP> d'hydrocarbures <SEP> en
<tb> C2 <SEP> non <SEP> saturés <SEP> en <SEP> kg <SEP> 3,91 <SEP> 2,15 <SEP> 2,09
<tb> Noir <SEP> de <SEP> fumée <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> de
<tb> craquage <SEP> en <SEP> m3N <SEP> g/ <SEP> 18 <SEP> 2,9 <SEP> 6,
7
<tb>
Une comparaison entre les résultats des essais II et III et ceux obtenus suivant le procédé connu (essai I), fait ressortir les avantages qu'offre le procédé suivant la présente invention. La consommation d'hydrocarbures pour la production de 1 kg d'hydrocarbures en C2 non saturés, est inférieure de 20 à 25% et la consommation d'oxygène, infé- rieure à 40 à 50%.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour la production d'acétylène et d'éthylène par combustion incomplète d'hydrocarbures avec de l'oxygène ou des gaz oxygénés et refroidissement avec de l'eau des gaz de combustion chauds, caractérisé en ce qu'on ajoute au mélange hydrocarbures/oxygène ou gaz oxygénés, sur son trajet à travers la zone de réaction, des quantités supplé- mentaires d'hydrocarbures liquides ou à l'état de vapeur, l'addition étant effectuée en amont de la zone dans laquelle, sans cette addition, régnerait la température maximale.
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"PROCESS FOR THE PRODUCTION OF ACETYLENE BY
INCOMPLETE COMBUSTION OF HYDROCARBONS "
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It is known to prepare acetylene by incomplete combustion of gaseous or vapor hydrocarbons with oxygen, heating the gases, mixing them in the hot state and introducing the mixture into a chamber. reaction in which, by partial combustion of the hydrocarbons, a cracking gas is formed, containing acetylene which, at its outlet ¯¯¯ ,. ¯¯¯¯¯¯¯¯ ¯¯¯¯ of the reaction chamber, is cooled with water to temperatures below 100 C, the heat of the hot reaction gases being used for heating and evaporation of refrigeration water.
For these known processes, hydrocarbons having 1 to 10 carbon atoms and oxygen or an oxygen-containing gas are used as starting materials, the weight ratio of hydrocarbon to oxygen being about 1/1. Before the reaction, the gases are preheated to
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about 150-700 * C.
Also known is a process for carrying out chemical reactions at high temperatures, whereby hydrocarbons are added to hot and completely burnt combustion gases. The disadvantage of this process is that the cracking gases are diluted by the completely burnt combustion gases, the separation of acetylene and ethylene from these gases thus being made very difficult.
It is also known, during the production of acetylene and olefins from gaseous hydrocarbons or in the vapor state which is passed through chambers heated at high temperature or by electric arcs, the mixture reaction being then suddenly cooled by injection of liquids, adding to the hot gas mixture, directly downstream of the maximum temperature zone, or after the zone where acetylene is formed, hydrocarbons
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in an insufficient amount for rapid cooling.
According to this process, the amount of carbon black formed during the production of acetylene is only slightly changed.
However, it has been found that during the production of acetylene and ethylene by incomplete combustion of hydrocarbons with oxygen or oxygenated gases and by cooling the hot combustion gases with water, it is possible to reduce the carbon black content of the cracked gas by adding to the mixture of hydrocarbons and oxygen or oxygenated gases, on its path through the reaction zone, additional quantities of liquid or vapor hydrocarbons, this addition being carried out upstream of the zone in which, without this addition, a maximum temperature would prevail.
For combustion, hydrocarbons having 1 to 10 carbon atoms and oxygen or oxygenated gases are used. By conversion of these gases, without the addition of other hydrocarbons, a maximum temperature of between approximately 1300 and 1650 ° C. is established in the reaction chamber. The reaction time varies between approximately 2/1000 and 5/1000 of a second. As liquid or vapor hydrocarbons to be added additionally, hydrocarbons containing 2 to 12 carbon atoms are used, in an amount of about 10 to 80% based on the weight of the reaction gases.
The addition is carried out in the zone between the start and the end of the region of inflammation (zone of maximum temperature).
When no hydrocarbons are added, the maximum temperature zone is at the end of the reaction chamber, a little upstream from where the liquid, for example water, used for cooling is injected. hot gases. Thanks to the addition of the hydrocarbons, the maximum temperature, which would be established without this addition, is not reached.
On the contrary, we see in the aforementioned area,
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a temperature drop to about 500-1200 C. The process according to the present invention has nothing to do with the known processes, since according to the latter, heating the gases to the temperature necessary for the production of gas. acetylene, takes place relative to heat from the outside and additional hydrocarbons are added only downstream of the maximum temperature zone, or after the zone where acetylene is formed.
Although as a result of the increase in the amount of cracking gas, the concentration of acetylene in the latter may be the same or even lower than for known processes, the absolute amount of acetylene contained in the cracking gas and so the acetylene capacity of a given acetylene burner are increased by the process according to the present invention. In addition to acetylene, the cracking gas also contains ethylene, the proportion of ethylene depending on the amount of hydrocarbon added.
The unsaturated C2 hydrocarbon content of the cracked gas is therefore further increased by the formation of ethylene.
The consumption of hydrocarbons and oxygen per kilogram of unsaturated C2 hydrocarbons is, in this case, much lower than in the known process; the carbon black content of the cracked gas is also significantly reduced, which facilitates the purification of the cracked gas. The amount of hydrocarbons to be added additionally will preferably be calculated such that the reaction gases are cooled to about 500-1200 ° C, the yields of acetylene and ethylene then reaching maximum. It has, moreover, been observed that the composition of the cracking gas depends not only on the proportion of hydrocarbons added in addition, but also on the point of introduction, upstream of the zone of maximum temperature, into the reaction chamber. where the partial combustion of hydrocarbons takes place.
When
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the hydrocarbons are added to the cracking gas in the first half of the reaction chamber through which the latter passes, the ethylene yield compared to an addition of the hydrocarbons in the second half of the reaction chamber increases, while that of acetylene decreases slightly. The carbon black content of the cracked gas then falls to one sixth of that of a cracked gas obtained according to the known process. If high yields of acetylene are desired, it is advisable to introduce the hydrocarbons into the second half of the reaction chamber.
As a limiting indication, the following example will describe, with reference to the appended drawing, the implementation of the process according to the present invention. In the single figure of the drawing, A is the reaction chamber where, in a known manner, the partial combustion of the hydrocarbons takes place, B indicates the injection nozzles of the additionally supplied hydrocarbons, which are arranged in the second half of the tank. reaction chamber. The cracking gas leaving the reaction chamber is suddenly cooled by the refrigeration liquid, for example by water, arriving through the nozzles C.
EXAMPLE
In two separate preheaters, one heats per hour, at 30 C, on the one hand, 25 kg of light gasoline (boiling point 30 to 100 C) and, on the other hand, 15.6 m3N of oxygen, the two products are then mixed in a mixing vessel, then the mixture is fed to the reaction chamber where it is reacted. In the first run (I), the hot reaction gases are suddenly cooled with water at the lower end of the reaction chamber.
By adding, per hour, under otherwise identical conditions, before the sudden cooling with water, 10.7 kg of light gasoline (boiling point 30 to
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100 C) in the first half (test II) or in the second half (test III) of the reaction chamber, upstream of the maximum temperature zone, the results shown in the following table are obtained:
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<tb>
<tb> I <SEP> II <SEP> III
<tb> Content <SEP> in <SEP> acetylene <SEP> of the <SEP> gas <SEP> of
<tb> cracking <SEP> in <SEP>% <SEP> 7.5 <SEP> 6.6 <SEP> 7.3
<tb> Content <SEP> in <SEP> ethylene <SEP> of the <SEP> gas <SEP> of
<tb> cracking <SEP> in <SEP>% <SEP> 0.5 <SEP> 6.1 <SEP> 5.4
<tb> Consumption <SEP> of hydrocarbons
<tb> per <SEP> kilo <SEP> of hydrocarbons <SEP> in
<tb> C2 <SEP> not <SEP> saturated <SEP> in <SEP> kg <SEP> 4.35 <SEP> 3.43 <SEP> 3.34
<tb> Oxygen <SEP> consumption <SEP> by
<tb> kilo <SEP> of hydrocarbons <SEP> in
<tb> C2 <SEP> not <SEP> saturated <SEP> in <SEP> kg <SEP> 3.91 <SEP> 2.15 <SEP> 2.09
<tb> Black <SEP> of <SEP> smoke <SEP> in <SEP> the <SEP> gas <SEP> of
<tb> cracking <SEP> in <SEP> m3N <SEP> g / <SEP> 18 <SEP> 2,9 <SEP> 6,
7
<tb>
A comparison between the results of tests II and III and those obtained according to the known process (test I) shows the advantages offered by the process according to the present invention. The consumption of hydrocarbons for the production of 1 kg of unsaturated C2 hydrocarbons is 20 to 25% lower and the oxygen consumption is less than 40 to 50%.
CLAIMS
1.- Process for the production of acetylene and ethylene by incomplete combustion of hydrocarbons with oxygen or oxygenated gases and cooling with water of hot combustion gases, characterized in that one adds to the mixture of hydrocarbons / oxygen or oxygenated gases, on its path through the reaction zone, additional quantities of liquid or vapor hydrocarbons, the addition being carried out upstream of the zone in which, without this addition, the maximum temperature would prevail.