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-fabrication d'acétylène par combustion partielle d'hydrocarbures"
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La présente invention a pour objet la fabrication d'acétylène par combustion partielle d'hydrocarbures gazeux, en particulier le méthane ou @as homologues supérieurs, avec de l'oxygène.
L'appareillage utilisé pour oette fabrication comprend un mélangeur, auquel on amène .du méthane et de l'oxygène pré- chauffés séparément, de marne qu'une chambre réactionnelle, dans laquelle le méthane brûle sous forma d'une flamme ren- versé**, que l'on éteint rapidement avec un jet d'eau.
Pour empâcher la flamme da se propager de la chambre de combustion dans la chambre de mélange, on intercale un distributeur. Celui-ci consista en une plaque d'acier re- froidie d'une manière appropriée et traversée verticalement par de nombreux tubea parallèles, dans lesquels l'écoulement gazeux a une vitesse supérieure à celle de la propagation de la flamme.
Etant donné que les tubes sont parallèles, la vitesse du gaz dans la zone située immédiatement au-dessus de la surface supérieure du distributeur sera nécessairement infé- rieure à celle de la propagation de la flamme. Par exemple, si des causas accidentelles provoquant l'allumage du mélange en amont du distributeur, toute la masse gazeuse contenue dans la chambre de mélange peut également s'enflammer, oe qui entraîne des dégâts irréparables dans l'appareil.
Un objet de la présente. invention est d'éviter ce danger. L'invention consiste essentiellement à prévoir un distributeur de gaz séparant la chambra de mélange de la chambre de combustion, da façon que la vitesse du gaz en amont du distributeur soit supérieure à celle de la propa- gation de la flamme. L'invention est illustrée dans le dessin en annexe.
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Du méthane ou un de Boa homologues supérieurs 44nPt que de l'oxygéna sont préchauffés respectivement dans 09 dispositifs de chauffage 1 et 2, puis sont irçtiRoiuita,
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par le dessus, dans un mélangeur 3 à une vitesse supérieure
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à celle de la propagation de la flamme, de façon.qu'en 04a d'allumage, la flamme ne puisse rester dans lue tube pa.1* soit immédiatement soufflée. Le distributeur 4 aat :Çpm4 do
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deux plaques d'acier, de préférence sphériques, par
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de nombreux tubes d'acier 13. La plaque supérieure 9 9 Pi,9 plus petite surface que la plaque inférieure 10. f1C1t'.Q,Ut le plaques d'acier sont sphériques, les tubes reliant le* 909,X
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plaques sont divergents.
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Le rapport entre le diamètre de la plaque ;llJpi:OI.1 et de la plaque inférieure est caloulé de tell* aort9 que 3a vitesse du gaz près de la plaqua supérieure et dans , 8 tqbaa de raooordement soit supérieure à celle de .la p3?ép|ftiîin de la flamme, tandis que la vitesse du gaz dame 1A çb4m#s de, combustion est du loin inférieure à celle dc 1* p:,paS3.iq4 de la flamme.
Grâce à l'appareil ai-dessue de 19 yjjéaent'" invention, on peut maintenir une flamme cûnnta$t$ fc-fe ;r6 I.t.'"
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restant à la surface inférieure du distributeur, Le rapport existant entre les surfaces supérieure et
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intérieure du distributeur à conduites du fcjjûlsuj? aat le ege vent (oe3 surface étant proportionnelles au Qevé 4ça d:!Jl. 6- troa respectifs d et D) 1
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où d et D représentent r-38paoti-vement le diamètre # 19 l':VII'' face supérieurs et de la surface inférieure, 1;a.. 'g- 9 représente le rapport entre le carré des d1M1lt1t::'.., 1;ou, en étant supérieur à 0, mais inférieur à 1 et rep'len1J:
ln'l1 pne
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- - -""""'.1'" fraction qui est la réciproque de la pression, c'est-à-dire une fonction f 1 ( p ainsi qu'une corrélation expérimentale donnant à f une valeur numérique égale à
0 < f <1 en oe cens qu'avec un accroissement de pression, il y a une réduotion du facteur f.
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Le mélange d'hydrooarburaa et d'oxygène donne des pré- -allumages plus aisés et de plus grandes vitesses de propagation de la flamme, plus la pression de oraoking est élevée, Partant, plus la pression de oraoking est élevée, plus le rapport d2/D2 doit être faible et, par conséquent, plus élevée la vitesse du gaz pé-
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nétrant au aoramat du distributeur par rapport à celle du gaz air tant au fond, où la flamme apparaît. Ce rapport prend, de préfé- renoe, des valeurs comprises dans les limitas suivantes :
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L'eau est mise en circulation sous pression par la pompe 5 entre les tubes divergents, afin d'assurer le refroidissement de la plaque inférieure.
Après avoir été chauffée, l'eau de refroi-'
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pissement est recyclée, par la conduite 12, au réservoir 14jâ'où on laisse pénétrer de petites quantités de vapeur dans le pré- chauffeur d'oxygène 2.
On peut réaliser d'autres variantes de la distribution,
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pour autant que l'on maintienne le rapport de 0,2 t9* Par exemple, les plaques ne doivent pas être nécessairement aph6riquae, mais elles peuvent également 'gtre planes. Ou bien, on peut adopter, par exemple, les structures suivantes : (a) une
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structure franchemsnt analogue à celle décrite ci-dessus, mais dans laquelle les tubes pour la sortie du mélange gazeux font saillie sur la placue supérieure du distributeur et les espaces entre les tubes sont remplie de matière réfractaire;
(b) une
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antre structure comportant des tubes d'acier 13 encastrés ou noyés sur toute leur longueur dans une matière réfraotaire appro- priée, de sorte que la plaque métallique supérieure et la plaque métallique inférieure na sont plue requises; en ce cas, la con- duite 11 peut être reliée directement au réservoir 14, aucun re- froidissement n'étant plus nécessaire; (o) encore une autre struc- ture, dans laquelle on peut omettre non seulement les plaques supérieure et inférieure, mais aussi les tubes d'acier 13, les conduites pour le mélange gazeux étant prévues dans la matière réfractaire elle-même; en oa cas également, la conduite: 11 va directement au réservoir 14.
En employant, par exemple, de l'eau Boue une pression de 16 atmosphères, ce qui correspond à une température d'ébullition de 2 00 0, par suite de la dilatation thermique, les tensions méca- niques sur les parois métalliques refroidies sont de loin infé- rieures à celles atteintes lorsqu'on emploie de l'eau froide.
Une des difficultés majeures inhérentes à la fabrication d'acétylène par combustion partielle de méthane ou d'autres hydre- carbures avec de l'oxygène, réside dans la formation de noir,de carbone. Suivant la présente invention, on a trouvé que l'on pou- vait efficacement réduire la formation de noir de carbone en ajou- tant une petite quantité de vapeur aux gaz réactionnels. Par exem- ple, l'addition de 10kg de vapeur par 100 Nm3 de méthane suffit pour réduire à 1/3 la formation de noir de carbone, sans aucun au- tre effet sur le rendement en acétylène. La vapeur peut être ajou- tée à l'oxygène et/ou au méthane, avant que ces derniers ne pénè- ou trent A nouveau dans les préchauffeure, 1 et 27'dans le mélangeur 3.
La quantité de vapeur peut varier entre 2 et 20 kg par 100 Nm3 de CH4, bien qu'il soit préférable d'employer environ 10 kg. La pré- senoe de vapeur procure également une plus grande sécurité contre l'auto-allumage du mélange de méthane et d'oxygène, en particulier s'il se trouve sous pression, minimisant ainsi la possibilité d'une combustion prématurée des gaz dans la chambre de mélange.
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La technique généralement appliquée dans le procédé habi- tuai de fabrication d'acétylène en vue de stabiliser la flamme consiste à introduire de petites quantités d'oxygène (secondaire) par les parois refroidies do la chambre de combustion, près de la zone d'amorçage de la réaction.. Toutefois, on sait que cette technique a pour effet de réduire considérablement le rendement en acétylène. Cependant, suivant la présente invention, on a
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trouvé que l'on pouvait éviter cette forte réduction en at.bi,3, sant la combustion par une série de petites flammes oxhydriques (secondaires), obtenues en brûlant de l'hydrogène avec de l'oxy- gène par les tuyères 7, placées près de la plaque inférieure du distributeur..
Le mélange gazeux s'écoulant de la chambre de ré- action est refroidi subitement avec l'eau injectée par le pul- vérisateur 8, suivant les techniques connues.
Le tableau suivant illustra les conditions de cracking en présence de : a) méthane + oxygène primaire et secondaire b) méthane + oxygène primaire et secondaire + vapeur c) méthane + oxygène primaire et hydrogène + oxygène secondaire.
Ces conditions sont représentées par les proportions suivantes entre les vitesses d'écoulement des réactifs utilisés et les résultats respectifs obtenus, Nm3 désignant des mètres cubes calculés dans des conditions normales : TABLEAU
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<tb> Cas <SEP> (a) <SEP> (b) <SEP> (c)
<tb>
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Vitesse dtécoulument de CR4 NmJh 250 250 360 (température de préchauffage de SH¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯'0 550 550 550 Vitasse d'écoulement d'O
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<tb> primaire <SEP> Nm3/h <SEP> 140 <SEP> 145 <SEP> 210
<tb>
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Tempe ï-ature de préchauffage d'O, primaire "0 550 550 550
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TABLEAU (suite)
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<tb> vitesse <SEP> d'écoulement <SEP> d'O2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> secondaire <SEP> Nm3/h <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> -
<tb>
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Température d'4 soeondaïre "0 $0 0 Yiteaaa d'écoulament de vapeur kg/h - 0
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<tb> Température <SEP> de <SEP> préchauffage <SEP> de
<tb>
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là vapeur c<3 # 5$9 ####.-#######################################..........,,M,,w*Mh' Vitesse d'écoulement de H2 NM3/h ' Température de H2 0 " 5Ç Vitesse d'écoulement d'Og avec Ha Nm3/h " Température dO 2 avec E 2 0 30 Pres3îon de cracking atcaba. 4.4
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<tb> Teneur <SEP> en <SEP> noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> dans
<tb>
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eau de refroidissement brusque g/1 0,4'? 0 W 0 kg da OHj Rendement en acétylène ##- 16 eç 170Q 7.
-
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<tb> 100 <SEP> Nm3 <SEP> CH4
<tb>
REVERDIRIONS
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I.- Procédé de fabrication d'acétylère pM PorAbIJO.i4Qn partielle dihydrooarbureeavao de 1' ox ,yë , qui a'iM faire passer an mélange gazeux dhydroq4rbeeq et pQw&nH, par don canaux, dans un 3isti.tuteux, ua,é c oe que la surface du côté de Ileiitrée du dia-fcribytoàr 9" plus Dem tite que la surface de la sortie, et à br3lar 09 m élans
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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-Manufacture of acetylene by partial combustion of hydrocarbons "
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The present invention relates to the manufacture of acetylene by partial combustion of gaseous hydrocarbons, in particular methane or higher homologs, with oxygen.
The apparatus used for this production comprises a mixer, to which separately preheated methane and oxygen are fed from the marl and a reaction chamber, in which the methane burns in the form of an inverted flame * *, which is quickly extinguished with a jet of water.
To prevent the flame from spreading from the combustion chamber into the mixing chamber, a distributor is inserted. This consisted of a suitably cooled steel plate traversed vertically by numerous parallel tubes, in which the gas flow has a speed greater than that of the flame propagation.
Since the tubes are parallel, the velocity of the gas in the area immediately above the top surface of the distributor will necessarily be less than that of the flame spread. For example, if accidental causes cause the mixture to ignite upstream from the distributor, all the gas mass contained in the mixing chamber can also ignite, causing irreparable damage to the device.
An object of this. invention is to avoid this danger. The invention essentially consists in providing a gas distributor separating the mixing chamber from the combustion chamber, so that the speed of the gas upstream of the distributor is greater than that of the propagation of the flame. The invention is illustrated in the accompanying drawing.
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Methane or a Boa homologous higher 44nPt than oxygen are preheated in 09 heaters 1 and 2, respectively, then are irçtiRoiuita,
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from above, in a mixer 3 at a higher speed
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to that of the propagation of the flame, so that on 04a of ignition, the flame cannot remain in the tube pa.1 * is immediately blown out. Distributor 4 aat: Çpm4 do
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two steel plates, preferably spherical, by
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many steel tubes 13. The upper plate 9 9 Pi, 9 smaller in area than the lower plate 10. f1C1t'.Q, Ut the steel plates are spherical, the tubes connecting the * 909, X
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plates are divergent.
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The ratio between the diameter of the plate; llJpi: OI.1 and of the lower plate is calculated from such * aort9 that 3a gas velocity near the upper plate and in .8 tqbaa of raooordement is greater than that of .la p3 ? ép | ftiîin of the flame, while the speed of the gas lady 1A çb4m # s of, combustion is far less than that of dc 1 * p:, paS3.iq4 of the flame.
Thanks to the above-mentioned apparatus of 19 yjjéaent '"invention, one can maintain a flame cûnnta $ t $ fc-fe; r6 I.t.'"
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remaining on the lower surface of the distributor, The ratio between the upper surfaces and
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interior of the fcjjûlsuj pipe distributor? aat le ege vent (oe3 surface being proportional to Qevé 4ça d:! Jl. 6- respective troa d and D) 1
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where d and D represent r-38paoti-vement the diameter # 19 l ': VII' 'upper face and the lower surface, 1; a ..' g- 9 represents the ratio between the square of d1M1lt1t :: '.. , 1; or, being greater than 0, but less than 1 and rep'len1J:
ln'l1 bolt
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- - - "" "" '. 1' "fraction which is the reciprocal of the pressure, that is to say a function f 1 (p as well as an experimental correlation giving to f a numerical value equal to
0 <f <1 in the sense that with an increase in pressure, there is a reduction of the factor f.
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The mixture of hydrooarburaa and oxygen gives easier pre-ignitions and greater flame propagation speeds, the higher the oraoking pressure, Hence, the higher the oraoking pressure, the higher the d2 ratio / D2 must be low and, therefore, the higher the gas velocity.
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nétrant at the aoramat of the distributor compared to that of the gas air so much at the bottom, where the flame appears. This ratio takes, preferably, values included in the following limits:
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The water is circulated under pressure by the pump 5 between the diverging tubes, in order to ensure the cooling of the lower plate.
After being heated, the cooling water
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The piss is recycled, via line 12, to reservoir 14jâ 'where small quantities of steam are allowed to penetrate into the oxygen preheater 2.
We can realize other variants of the distribution,
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as long as the ratio of 0.2 t is maintained * For example, the plates need not necessarily be apherical, but they can also be flat. Or, we can adopt, for example, the following structures: (a) a
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structure frankly similar to that described above, but in which the tubes for the outlet of the gas mixture protrude on the upper plate of the distributor and the spaces between the tubes are filled with refractory material;
(b) a
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another structure comprising steel tubes 13 embedded or embedded over their entire length in a suitable refractory material, so that the upper metal plate and the lower metal plate na are more required; in this case, the pipe 11 can be connected directly to the reservoir 14, no cooling being necessary; (o) yet another structure, in which it is possible to omit not only the upper and lower plates, but also the steel tubes 13, the conduits for the gas mixture being provided in the refractory material itself; in this case also, the pipe: 11 goes directly to the tank 14.
Using, for example, mud water at a pressure of 16 atmospheres, which corresponds to a boiling point of 200 0, as a result of thermal expansion, the mechanical stresses on the cooled metal walls are far lower than those achieved when using cold water.
One of the major difficulties inherent in the manufacture of acetylene by partial combustion of methane or other hydrocarbons with oxygen, lies in the formation of carbon black. In accordance with the present invention, it has been found that the formation of carbon black can be effectively reduced by adding a small amount of vapor to the reaction gases. For example, the addition of 10 kg of steam per 100 Nm3 of methane is sufficient to reduce the formation of carbon black to 1/3, without any other effect on the acetylene yield. Steam can be added to oxygen and / or methane, before the latter re-enter preheater, 1 and 27 'in mixer 3.
The amount of steam can vary between 2 and 20 kg per 100 Nm3 of CH4, although it is preferable to use about 10 kg. The presence of vapor also provides greater security against the self-ignition of the mixture of methane and oxygen, particularly if it is under pressure, thus minimizing the possibility of premature combustion of the gases in the gas chamber. mixing chamber.
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The technique generally applied in the usual acetylene manufacturing process to stabilize the flame is to introduce small amounts of (secondary) oxygen through the cooled walls of the combustion chamber near the ignition zone. of the reaction. However, it is known that this technique has the effect of considerably reducing the yield of acetylene. However, according to the present invention, we have
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found that this strong reduction in at.bi, 3, could be avoided by combustion by a series of small oxyhydrogen (secondary) flames, obtained by burning hydrogen with oxygen by nozzles 7, placed near the bottom plate of the distributor.
The gas mixture flowing from the reaction chamber is suddenly cooled with the water injected by the sprayer 8, according to known techniques.
The following table illustrates the cracking conditions in the presence of: a) methane + primary and secondary oxygen b) methane + primary and secondary oxygen + vapor c) methane + primary oxygen and hydrogen + secondary oxygen.
These conditions are represented by the following proportions between the flow velocities of the reagents used and the respective results obtained, Nm3 denoting cubic meters calculated under normal conditions: TABLE
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<tb> Case <SEP> (a) <SEP> (b) <SEP> (c)
<tb>
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Speed of CR4 NmJh 250 250 360 (preheating temperature of SH¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯0 550 550 550 O flow rate
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<tb> primary <SEP> Nm3 / h <SEP> 140 <SEP> 145 <SEP> 210
<tb>
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O preheating temperature, primary "0 550 550 550
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TABLE (continued)
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<tb> O2 flow <SEP> speed <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> secondary <SEP> Nm3 / h <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> -
<tb>
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Temperature of 4 soondaïre "0 $ 0 0 Yiteaaa of steam flow kg / h - 0
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<tb> Temperature <SEP> of <SEP> preheating <SEP> of
<tb>
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steam c <3 # 5 $ 9 #### .- ################################### ### .......... ,, M ,, w * Mh 'H2 flow rate NM3 / h' H2 temperature 0 "5Ç Og flow rate with Ha Nm3 / h "Temperature dO 2 with E 2 0 30 Pres3îon cracking atcaba. 4.4
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<tb> Content <SEP> in <SEP> black <SEP> of <SEP> carbon <SEP> in
<tb>
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sudden cooling water g / 1 0.4 '? 0 W 0 kg da OHj Acetylene yield ## - 16 eç 170Q 7.
-
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<tb> 100 <SEP> Nm3 <SEP> CH4
<tb>
REVERDIRIONS
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I.- Process for the manufacture of acetyler pM PorAbIJO.i4Qn partial dihydrooarbureeavao de 1 'ox, yë, which a'iM pass a gas mixture of hydroq4rbeeq and pQw & nH, through don channels, in a 3isti.tuteux, ua, é c oe that the surface of the island side of the dia-fcribytoàr 9 "more Dem tite than the surface of the exit, and at burn 09 m elks
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.