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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
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<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 **.