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Il est connu de transformer en gaz de synthèse ou on gaz de chauffer,,eg sans formation de flammes,des hydro-
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Rarburee gazeux ou des mélanges contenant ceux-ci avec des qu;::.n:v1tés, el oygma insuffisantes pour assurer une combustion cômplètoo le cas échéant a.i<ec addition de vapeur d'eau, .en
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présence de catalyseurs. Dans ce procédé les corps partiel-*
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pant à la réaetîonse,turd.3 éventuellement, par de la vapeur . d? eau et préchauffés sparmsn #:.>a.": ;à:unis et mélangés dans ,on dispositif mélangeur app:t'opd.é ant leur mise dn contact
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avec les catalyseurs de scission.
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Divers Rodes de realisatio'A Ue dispositifs mélangeurs
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sont connus lesquels sont constitués le plus souvent par deux 'tubes disposés concentriquement.
Dans un mélangeur usuelles
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tubo* caaxiaux sont rétrécis en forme de 08ne à leur orifice 'd'6,"a-ua.ij,on se trouvant approxima U vemant dans un mm plan - et ebout4-ssent dans un espace de mélange par diffusion subsé-
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quent . Dans le tube intérieur où on introduit normalement
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les composants contenant eZ(- l'oxygène comme agent de propulsion est monté d'une manîùre fixe un corps générateur de tornion puurvu de t61os déflectrices inclinées qui communiquent 1?ag.a,iù de propulsion un mouvement hélicoïdal.
De cette ma" 4j..i;ze.on aMéliore l'effet de mélange lorsque les composants
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quittant le tube intérieur à une vitesse élevée arrivent dans
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le.courant gazeux lequel passe du canal annulaira. entre le t&be. int<ri;@ur.'et le tube extérieur dans le diCOuseur.
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Un autre mode de réalisation connu de r61&n-au-.n qoaxiaux consiste en un tube intérieur qui est muni de por- forations rondes ou de fentes longitudinales par lesquellos les composants de propulsion sont répartis dans plusieurs courants individuels avant d'être mélangés avec le courant gazeux introduit dans le canal annulaire entre le tube into-
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rieur et le tube extérieur.
Par cette répartitioll"on rcdti-& . le trajet de mélange continu nécessaire pour .obtenir un .-z mélange.
Lorsqu'on utilise ces dispositifs mélangeurs de
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n'importe'quelle réalisation dans le craquage ou . seissY.oi: catalytîque '1,,ans flammes d'hydrocarbures ou de meisnges do gaz contenant cë'ux-ci avec de l'hydrogène ou de gaz exi:t;c#ii:ii.la de l'oxygène, le 'cas échéant avec de la vapeur d'saumon àz.à en général très 1;.mité avec un dispositif mélangeur déter-
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miné en ce qui concerne le choix de la matière prênii&re et.
*de la capacité de débit. Pour la production d'une mope e,*,!,.., tité de gaz de scission, on utilise, notamment .orsquoy4 uili..Tj des hydrocarbures liquides ou-'des gaz riches, par etemple .méthane, trois fois plus d'oxygène que lors de la scission
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de gaz pauvres, c'est-à-dire de gaz qui contiennent seulement une fallble quatuté d'hydrocarbures. Lorsque les composante d'oxygène sont introduits dans le tube intérieur, celui-ci doit avoir, lors de la scission de gaz- riches un diamètre plus
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grand que lors de la scission de gaz pauvres pour assurer les proportions de mélange exactes oxygène/combustible.
LJt,1 ':'.":. en voltines s'accentuent fortement lorsqu'on tra'it.3 aas r.u dispositif à la fois ou alternativement des gaz pauvres avec de 1 oxygène ou des gaz riches,par exemple des hydroearbt'rss vaporisables liquides,avec de l'air ou avec de l'ai#T nni=:1<1>.F,
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par de l'oxygène. L'addition de vapeur d'eau aux gaz @ riches et l'élévation de la température de préchauffage peuvent encore accentuer davantage cet écart en volume.
Par conséquent, il n'est pas possible d'utiliser aussi la capacité d'un four de scission dont le dispositif mélangeur est agencé pour la conversion de gaz pauvres avec de l'oxygène, lorsqu'on veut scinder dans le même four par exemple de l'essence vaporisée avec de l'air ou de l'oxygène.
D'autre part, si on scinde un gaz pauvre avec de l'oxygène dans un four de scission dont le mélangeur est adapté pour la transformation de l'essence avec de l'air, de l'oxygène ou de la vapeur d'eau,la vitesse d'écoulement ou de circulation à la sortie du mélangeur diminue à un degré tel que ]?effet de mélange n'est plus suffisant. Il en résulte des réactions prématurées avec début de flammes après le mélangeur qui rendent impossible un fonctionnement continu sûr du four de scission.
On a trouvé à présent que l'on peut éviter ces in- convénients lorsqu'on utilise un dispositif pour le mélange -de gaz et/ou de'vapeurs contenant des hydrocarbures avec une proportion variable d'hydrocarbures avec de l'oxygène ou de mélanges contenant de l'oxygène,par exemple de l'air, pour la transformation autothermique sans flammes, qui contient un tube extérieur (1) et un tube intérieur (2) dans lequel se 'trouve un piston creux (6) mobile qui est relié à un mécanisme de réglage (5) par .une tige de piston (4), qui permet le déplacement axial du piston creux (6) dans le tube intérieur .(2)
et recouvre ainsi autant d'ouvertures d'évacuation pour- vues d'éléments générateur de torsion (3) dans la paroi du tube intérieur que la surface totaledes ouvertures d'évacuation restant ouvertes soit en rapport direct avec 10 flux '
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introduit dans le tube intérieur.
Pour éviter que des quantités parasite,-, q1.l:i:()t;Cl; les alésages recouverts introduites par les co;<:;;ossn.1s d'j réaction dans le tube intérieur, on rend étanche le p:1..E::",.,;t: creux au moyen de segments de piston (7) qui .'sont. dicr'- < ¯ aux extrémités du piston creux contre la paroi du tube ilxxée= rieur..
Le. piston creux peut aussi ôte déplaça ars.#?.*:;.,:.> en forme d'hélice ..dais le tube intérieur à 1+ ,"5.di du i:1': de vis dans la paroi extérieure du piston et donc ,1:: r" ;..=> ' intérieure du tube intérieur, , Par le dispositif.selon l'invention, le flux lnGr6 duit dans le tube intérieur est divisé â la sortie en un grand nombre de filaments individuels et les petits 61:'i.:':",1'::,,:' générateur de torsion hd2.co : auc dans lea 16D r;es du é..l:¯ intérieur communiquent aux composants de ps otu :.;:<.=a ; ;#<;r,.3 :;1. un mouvement en spirale qui réduit sensibl.ell1mt J.<;; t;:ej =>; mélange nécessaire pour- obtenir un bon mélange et rend :1.xi -=..,l=.:: l'emploi d'un diffuseur après le mélangeur. De plus, 1 bzz d'évacuation du tube intérieur du mélangeur traversée t,':.' : '>, i-.
' ment par les composants d'oxygène est chaque fO.8 [;ckîfG '.' <;:; ir><.
. au piston creux mobile, aux diverses grandes quantités de composante d'oxygène selon le combustible utilisé et on réglo ainsi les proportions de mélange optimales. De ce fait, 1 'ce libre se trouvant entre le dispositif mélangeur et le Eit 'du catalyseur est sensiblement réduit par rapport à l'omplol de mélangeurs avec diffuseurs et permet, par conséquent, on particulier lors de la scission d'hydrocarbures vaporicables , liquides sous pression un fonctionnement sans perturbation.
Un autre avantage du dispositif selon l'invention consiste en ce qu'on peut transformer aisément un four de scission industriel pour la transformation catalyiique
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autothermique sans flammes d'hydrocarbures qui est équipé d'un dispositif, de ce genre, en ce qui concerne le choix des ma- tières premières et sans interruption de là production, par exemple de gaz pauvres à des hydrocarbures de l'essence. Ceci est obtenu selon l'invention grâce au déplacement axial du piston creux qui libère toutes les ouvertures d'évacuation dans la position supérieure, tandis qu'il libère dans la position inférieure seulement un nombre déterminé d'ouvertures pour la faible quantité d'oxygène nécessaire lors du traitement de gaz pauvres.
Avantageusement, on choisit le nombre et le diamètre des alésages dans le tube intérieur de manière à ce que ' les'composés d'oxygène qui s'échappent atteignent une vitesse de 50 à 200 m/sec à chaque mode de fonctionnement,
Le déplacement axial du piston creux dans le tube intérieur du molangeur peut être effectué par la tige de pis- ton (4) reliée à un mécanisme de réglage à la main ou au moyen d'un dispositif de régulation commandé automatiquement, par exemple un régulateur fonctionnant électriquement ou pneumatique- ment.
Un régulateur fonctionnant automatiquement présente l'avan- tage en ce qu'on peut déplacer, de manière continue, le piston creux, lors de$ écarts alternatifs rapides*de fonctionnement, sur la valeur optimale pour obtenir l'effet de mélange. Un disposi- tif fonctionne d'une manière particulièrement avantageuse lorsque la différence de pression nécessaire pour obtenir une bonne qualité de molange entre le flux dans le tube intérieur et le courant gazeux dans l'espace entre le tube intérieur et le tube extérieur agit sur un régulateur de pression différentielle qui influence le mécanisme de régulation pour le piston creux dans le tube intérieur du mélangeur de' telle manière que le piston creux libère ou recouvre autant d'ouvertures d'évacua- tion dans
la paroi du tube intérieur que la différence de
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pression atteint une valeur théorique. Lorsqu'on utilise une telle régulation automatique,il existe dans le fonctionnement d'un four de soission le libre choix en ce qui concerne la matière première,des gaz pauvres. jusqu'aux essences,et le débit peut aussi être réglé par rapport aux matières premières de différentes natures lors d'un mode de fonctionnement sous pression élevée par exemple à .30 atm. sans danger d'une inflam- mation prématurée dans de larges limites.
Lorsqu'on travaille dans les mêmes conditions avec un mélangeur connu non transformable de faible rendement, le nom- bré de matières premières à traiter est très limité avec tm certain mode de fonctionnement et même les débits peuvent seulement être modifiés entre des limites étroites sans trans- formation du mélangeur. Le dispositif mélangeur selon l'in- vention assure, en particulier lors du traitement de divers hydrocarbures vaporisables liquides, un fonctionnement continu sûr.
La figure représente schématiquement, à titre d'exem- ple, une forme de réalisation possible du mélangeur où le piston creux occupe la position retirée, c'est-à-dire que tous les alésages d'évacuation sont ouverts. Cette disposition convient pour la scission de gaz concentrés ou d'hydrocarbures vapori- sables liquides qui exigent une grande quantité d'oxygène par unité de volume.
Dans une mise au point où le piston creux est déplacé contre l'extrémité d'évacuation du tube intérieur (non représenté),la plupart des ouvertures d'évacuation sont recouvertes et la surface libre de toutes les ouvertures restantes est encore si grande que, lors de la scission do gaz pauvres avec un faible apport en oxygène par unité de volume, la quantité d'oxygène qui s'échappe des ouvertures restantes entre dans le courant gazeux avec un bon effet de
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mélange.
L'oxygène ou l'air éventuellement saturé par de' la vapeur d'eau passe dans le tube intérieur (2) du mélan- geur à travers le cylindre creux (6) vers les alésages pour- vus d'éléments générateurs de torsion (3) et traverse ceux-ci en un mouvement hélicoïdal et à une vitesse de 50 à 200m/sec, de préférence de 80 à 150m/sec dans le courant d'hydrocarbures introduit entre le tube intérieur et le tube extérieur ce qui permet d'obtenir un bon brassage par la grande répartition des composants d'oxygène et par la grande vitesse relative -entre les deux milieux déjà jusqu'à l'accès de l'orifice du mélan- . geur (8).
Le mélange quittant l'orifice du mélangeur se dirige . sur la surface du lit de catalyseur sans interposition d'un diffuseur.
La différence de pression existant entre le tube intérieur (2) et le tube extérieur (1) fournit une impulsion par laquelle le piston creux (6) est réglé par l'intermédiaire du régulateur de pression différentielle (9) et du mécanisme de réglage (5) commandé automatiquement de telle manière que les proportions exactes de mélange des deux composants sont 'obtenues.
Les fours de scission qui sont équipés du dispositif mélangeur selon l'invention peuvent traiter,sans interruption de la production,des gaz et des.vapeurs contenant des hydro- carbures dans lesquels la teneur en hydrocarbure varie entre, de larges'limites selon la nature et le degré, par exemple des gaz pauvres ayant un pouvoir calorifique de 2.000 à 4.000 kcal/m3
N tels que les gaz de détente ou des gaz riches avec un pou- voir calorifique de 9.000 à 20.000 kcal/mN tels que le méthane, l'éthane et le propane. En outre,,on peut traiter Etes gaz natu- rels les gaz de raffinerie ainsi que les gaz liquides, les essences et autres produits de distillation du pétrole vaporisables.
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It is known to transform into synthesis gas or a heating gas, eg without formation of flames, hydro-
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Rarburee gaseous or mixtures containing the latter with insufficient v1tés, el oygma to ensure a complete combustion if necessary with the addition of water vapor, .en
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presence of catalysts. In this process the partial bodies- *
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pant to the reaction, turd.3 possibly, by steam. d? water and preheated sparmsn # :.> a. ":; to: united and mixed in, one mixing device app: you opd.é ant their putting in contact
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with scission catalysts.
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Various Rodes of realization of mixing devices
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are known which consist most often of two 'tubes arranged concentrically.
In a usual mixer
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tubo * caaxials are narrowed in the form of 08ne at their orifice 'of 6, "a-ua.ij, one lying approximately in a plane mm - and ebout4-ssent in a mixing space by subsequent diffusion.
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quent. In the inner tube where we normally introduce
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the components containing eZ (- oxygen as the propellant is mounted in a fixed manner a tornion generator body with inclined deflector t61os which communicate the propellant ag.a, iù a helical motion.
From this ma "4j..i; ze.on improves the mixing effect when the components
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leaving the inner tube at a high speed arrive in
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the gas current which passes from the annular channel. between t & b. int <ri; @ ur. 'and the outer tube in the diffuser.
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Another known embodiment of axial r61 & n-au-.n consists of an inner tube which is provided with round holes or longitudinal slits through which the propulsion components are distributed in several individual streams before being mixed with the fuel. gas stream introduced into the annular channel between the into-
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laughter and the outer tube.
By this distribution, the continuous mixing path necessary to obtain a mixture is established.
When using these mixing devices of
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any achievement in cracking or. seissY.oi: catalytic '1,, in flames of hydrocarbons or gas mixtures containing these with hydrogen or exi: t; c # ii: ii.la of oxygen, the 'where appropriate with steam of salmon at a level in general very 1;. mixed with a deter-
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mined with regard to the choice of raw material and.
* throughput capacity. For the production of a mope e, *,!, .., tity of scission gas, is used, in particular. When 4 uili..Tj liquid hydrocarbons or-'rich gases, for example .methane, three times more oxygen than during the split
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lean gases, that is to say gases which contain only a fallble quatute of hydrocarbons. When the oxygen components are introduced into the inner tube, the latter must have, during the splitting of rich gases, a diameter more
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great than when splitting lean gases to ensure the exact oxygen / fuel mixture proportions.
LJt, 1 ':'. ":. in voltines are strongly accentuated when treating 3 aas ru device at the same time or alternately poor gases with 1 oxygen or rich gases, for example hydroearbt'rss vaporizable liquids, with air or with ai # T nni =: 1 <1> .F,
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by oxygen. The addition of water vapor to the rich gases and the increase in the preheating temperature can further accentuate this volume difference.
Consequently, it is not possible to also use the capacity of a splitting furnace whose mixing device is arranged for the conversion of lean gases with oxygen, when it is desired to split in the same furnace for example. gasoline vaporized with air or oxygen.
On the other hand, if a lean gas is split with oxygen in a splitting furnace whose mixer is suitable for transforming gasoline with air, oxygen or water vapor , the flow or circulation speed at the outlet of the mixer decreases to such an extent that the mixing effect is no longer sufficient. This results in premature reactions with onset of flames after the mixer which make safe continuous operation of the splitting furnace impossible.
It has now been found that these disadvantages can be avoided when using a device for mixing gas and / or vapors containing hydrocarbons with a varying proportion of hydrocarbons with oxygen or mixtures containing oxygen, for example air, for autothermal conversion without flames, which contains an outer tube (1) and an inner tube (2) in which there is a movable hollow piston (6) which is connected to an adjustment mechanism (5) by a piston rod (4), which allows the axial displacement of the hollow piston (6) in the inner tube. (2)
and thus covers as many discharge openings provided with torsion-generating elements (3) in the wall of the inner tube as the total surface of the discharge openings remaining open is directly related to the flow.
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introduced into the inner tube.
To prevent parasitic quantities, -, q1.l: i :() t; Cl; the covered bores introduced by the reaction co; <: ;; ossn.1s in the inner tube, the p: 1..E :: ",.,; t: hollow is sealed by means of piston rings (7) which. Are. Dicr'- <¯ at the ends of the hollow piston against the wall of the tube ilxxée = laughing ..
The. hollow piston can also remove displaced ars. #?. *:;.,:.> helix shaped ..dais the inner tube at 1+, "5.di du i: 1 ': screw in the outer wall of the piston and therefore, 1 :: r "; .. => 'inside the inner tube,, By the device.according to the invention, the lnGr6 flow produced in the inner tube is divided at the outlet into a large number of filaments individual and small 61: 'i.:': ", 1 ':: ,,:' torsion generator hd2.co: auc in the 16D r; es of the inside é..l: ¯ communicate to the components of ps otu :.;: <. = a;; # <; r, .3:; 1. a spiral movement which reduces sensibl.ell1mt J. <;; t;: ej =>; mixing necessary to obtain a good mixture and makes: 1.xi - = .., l =. :: the use of a diffuser after the mixer. In addition, 1 discharge bzz from the inner tube of the mixer through t, ':.' : '>, i-.
'ment by the oxygen components is each fO.8 [; ckîfG'. ' <;:; ir> <.
. with the movable hollow piston, to the various large quantities of oxygen component depending on the fuel used, and the optimum mixing proportions are thus regulated. As a result, this free lying between the mixing device and the Eit 'of the catalyst is appreciably reduced compared to the accomplol of mixers with diffusers and therefore makes it possible, in particular, when splitting vaporizable hydrocarbons, liquids under pressure for trouble-free operation.
Another advantage of the device according to the invention consists in that it is possible to easily transform an industrial splitting furnace for the catalyiic transformation.
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flameless autothermal unit of hydrocarbons which is equipped with such a device with regard to the choice of raw materials and without interrupting the production, for example from lean gases to petroleum hydrocarbons. This is achieved according to the invention thanks to the axial displacement of the hollow piston which releases all the discharge openings in the upper position, while it releases in the lower position only a determined number of openings for the small amount of oxygen. necessary when treating lean gases.
Advantageously, one chooses the number and the diameter of the bores in the inner tube so that the 'oxygen compounds which escape reach a speed of 50 to 200 m / sec in each mode of operation,
The axial displacement of the hollow piston in the inner tube of the mixer can be effected by the piston rod (4) connected to an adjustment mechanism by hand or by means of an automatically controlled regulating device, for example a regulator. electrically or pneumatically operated.
An automatically operating regulator has the advantage that the hollow piston can be moved continuously, during fast reciprocating variations * of operation, to the optimum value to achieve the mixing effect. A device operates in a particularly advantageous manner when the pressure difference necessary to obtain a good quality of mixture between the flow in the inner tube and the gas flow in the space between the inner tube and the outer tube acts on a differential pressure regulator which influences the regulating mechanism for the hollow piston in the inner tube of the mixer in such a way that the hollow piston frees or covers as many exhaust openings in
the inner tube wall than the difference in
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pressure reaches a theoretical value. When such automatic regulation is used, there is in the operation of a soission furnace the free choice as regards the raw material, lean gases. up to gasoline, and the flow rate can also be adjusted with respect to raw materials of different kinds during an operating mode under high pressure, for example at .30 atm. without danger of premature ignition within wide limits.
When working under the same conditions with a known non-transformable mixer of low efficiency, the number of raw materials to be processed is very limited with a certain mode of operation and even the flow rates can only be changed within narrow limits without trans - mixer training. The mixing device according to the invention ensures, in particular when processing various liquid vaporizable hydrocarbons, safe continuous operation.
The figure shows schematically, by way of example, a possible embodiment of the mixer where the hollow piston occupies the withdrawn position, ie all the discharge bores are open. This arrangement is suitable for the splitting of concentrated gases or liquid vaporizable hydrocarbons which require a large quantity of oxygen per unit volume.
In a setup where the hollow piston is moved against the discharge end of the inner tube (not shown), most of the discharge openings are covered and the free area of any remaining openings is still so large that, when splitting lean gases with low oxygen supply per unit volume, the amount of oxygen which escapes from the remaining openings enters the gas stream with a good
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mixed.
Oxygen or air possibly saturated with water vapor passes through the inner tube (2) of the mixer through the hollow cylinder (6) to the bores provided with torsion-generating elements ( 3) and passes through these in a helical motion and at a speed of 50 to 200m / sec, preferably 80 to 150m / sec in the stream of hydrocarbons introduced between the inner tube and the outer tube which allows to obtain a good mixing by the large distribution of the oxygen components and by the high relative speed - between the two media already until the access of the orifice of the mixture. geur (8).
The mixture leaving the orifice of the mixer is directed. on the surface of the catalyst bed without the interposition of a diffuser.
The pressure difference existing between the inner tube (2) and the outer tube (1) provides an impulse by which the hollow piston (6) is regulated via the differential pressure regulator (9) and the adjusting mechanism ( 5) automatically controlled in such a way that the exact mixing proportions of the two components are obtained.
The scission furnaces which are equipped with the mixing device according to the invention can treat, without interrupting production, gases and vapors containing hydrocarbons in which the hydrocarbon content varies between wide limits depending on the nature and the degree, for example of lean gases having a calorific value of 2,000 to 4,000 kcal / m3
N such as expansion gases or rich gases with a calorific value of 9,000 to 20,000 kcal / mN such as methane, ethane and propane. In addition, refinery gases as well as liquid gases, gasolines and other vaporizable petroleum distillates can be treated as natural gases.