Procédé pour produire, dans un milieu gazeux, une réaction chimique,
et machine pour la mise en oeuvre de ce procédé.
11 a déjà été préconisé de produire, dans un milieu gazeux, une réaction chimique par compression adiabatique suivie d'une expansion adiabatique dans un cylindre d'une machine à mouvement alternatif, la compression étant aussi adiabatique que possible et se pour suivant jusqu'à ce que la. pression et la haute température voulues soient atteintes, et l'ex- pansion subséquente du produit de la réaction. étant aussi adiabatique que possible, de manière à refroidir ainsi le produit immédiatement après ou pendant la réaction, sous l'effet de la détente.
Il est ainsi possible d'obtenir un chauffage et un refroidissement très rapides, qui sont extrêmement avantageux pour permettre à certaines réactions de se produire pendant un court intervalle de temps et d'une manière satisfaisante. Le gaz à comprimer peut être un gaz ou un mélange de. gaz devant réagir, un aérosol si un des agents de la réaction se trouve à l'état liquide ou solide, un gaz inerte ou un des éléments de la réaction dans lequel un liquide destiné à réagir doit être subséquemment injecté. Il peut être avantageux d'ajouter un gaz inerte à un gaz devant réagir et que l'on doit comprimer, de façon à obtenir une plus grande valeur du rapport Cp du mélange à comprimer et, par
Ce conséquent, une température plus élevée pour un rapport de compression donné.
L'énergie nécessaire à la compression est fournie dans une large mesure par la détente du produit de la réaction. En raison de la perte de chaleur et des pertes qui résultent du frottement, il est presque toujours nécessaire, lorsque l'énergie libérée par la réaction est insuffisante, de fournir un apport d'énergie, même si l'énergie de détente est théoriquement égale ou légèrement supérieure à l'énergie de compression, et e'est pourquoi il a été préco- nisé d'utiliser, pour la mise en oeuvre de ce procédé, un moteur à piston avec arbre à manivelle disposé de manière à recevoir un apport d'énergie. Cependant, il en résulte une machine compliquée et coûteuse.
L'invention a pour but de modifier ledit procédé pour produire, dans un milieu gazeux, une réaction chimique par compression adiabatique suivie d'une expansion adiabatique dans un cylindre d'une machine à mouvement alternatif, et de fournir une machine simple pour la mise en oeuvre de ce procédé modifié.
Le procédé faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce que, pour entretenir le mouvement de ladite machine, on utilise l'énergie d'expansion d'un gaz moteur qu'on introduit sous pression dans ledit cylindre, à une pression inférieure à la pression maximum susceptible de s'établir dans ce cylindre au cours d'un cycle de la machine.
La machine à deux temps que comprend également l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend un cylindre dans lequel est monté un piston limitant au moins un espace de travail dans ce cylindre, ce dernier présen- tant des orifices d'admission pour les agents devant subir ladite réaction chimique, d'échappement pour les produits de cette réaction et d'admission pour ledit gaz moteur.
Si on faisait arriver le gaz moteur au eommencement de la détente, sa pression devrait être égale à celle qui règne alors dans le eylindre, c'est-à-dire pratiquement à la pression maximum régnant dans ce cylindre au cours d'un cycle de la machine. Pour éviter qu'il en soit ainsi, on peut faire arriver le gaz moteur pendant la course de détente, lorsque la pression dans le cylindre est devenue inférieure à la pression qu'on désire donner à ce gaz mo- teur. Pendant le reste de la course de détente, le gaz moteur accomplit alors un travail dont la valeur peut être réglée en choisissant sa pression et, par suite, l'instant d'admission peut être choisi en fonction de la quantité d'énergie qui est nécessaire pour faire fone- tionner la machine à la vitesse désirée.
Le gaz moteur peut aussi être introduit ou injecté à un instant approprié de la course de compression, de façon qu'il soit comprimé avee le gaz à traiter qui a été introduit dans le colin- dre avant la compression, et ne se détende que plus tard, en ayant soin évidemment que le supplément d'énergie de détente du gaz eomprimé soit suffisant pour faire fonctionner la machine à la vitesse désirée. Il faut également tenir compte de l'influence exercée par ce gaz moteur sur la composition du mélange à comprimer ainsi obtenu et sur la pression et la température au cours de la compression. Le gaz moteur peut encore être injecté au cours de la compression et de la détente.
Le gaz moteur choisi est généralement de la vapeur d'eau qui peut être obtenue à la pression voulue d'une manière relativement simple et peu coûteuse. On peut aussi employer des vapeurs de liquides autres que l'eau.
Pour obtenir la température de compression qu'on désire sous une pression de compression qui ne soit pas trop forte, il peut être avantageux de mélanger un gaz ou un mélange de gaz devant réagir avee un gaz auxiliaire, par exemple avec de la vapeur, dont le rapport-* est plus grand que celui
Cv du gaz ou du mélange de gaz devant réagir.
Ce mélange peut être efteetué avant ou pen- dant la compression et ledit gaz auxiliaire peut généralement également servir de gaz moteur.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quatre formes d'exécution de la machine et illustre le procédé objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe axiale sehématique de la première forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en coupe schématique de la deuxième forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue en coupe axiale de) a troisième forme d'exécution.
La fig. 4 est une vue en coupe d'un détail de cette forme d'exécution.
Les fig. 5A, 5B, 5C, 5D sont des vues en coupe axiale schématiques représentant plusieurs positions de fonctionnement de cette troisième forme d'exécution, et
les fig. 6, 7 et 8 sont une vue en coupe axiale, une vue en coupe transversale et une vue en plan schématiques de la quatrième forme d'exécution.
La première forme d'exécution représentée à la fig. 1 comprend deux pistons 1 et 1'qui sont accouplés l'un à l'autre par une tige 2 et qui sont done mobiles comme un piston unique dans 1'espace du cylindre divisé en deux parties 3 et 3'. Le cycle de la machine comporte deux temps. Dans chacun des espaces 3 et 3', le cylindre présente une lumière 4, respectivement 4', commandée par le piston et par laquelle s'échappe le produit de la réaction, et un orifice d'admission commandé par une soupape 5, respeetivement 5', pour du gzaz de vant réagir et qui déplace le produit de la réaction, assurant ainsi un balayage uniforme.
Des orifices commandés par des soupapes 6, respectivement 6', servent à l'admission de gaz moteur sous pression pendant la course de détente. Les soupapes 5 et 5'et, s il y a lieu, les soupapes 6 et 6', sont commandées par le déplacement de l'ensemble des pistons.
Dans la position représentée à la fig. 1, l'espace 3 du cylindre contient du gaz comprimé qui subit ou vient de subir la réaction et a tendance à se détendre. Les produits de la réaction sont ou ont été expulsés de 1'espace 3'du cylindre par du nouveau gaz devant réagir. Le déplacement des pistons est accéléré à partir de la gauche vers la, droite et la lu mière 4'et la soupape 5'sont fermées, puis il se produit une compression dans 1'espace 3', qui freine le déplacement des pistons.
Lorsque l'ensemble des pistons est arrivé dans une position déterminée, par exemple au voisinage du milieu de la course, et que la pression dans 1'espace 3 est devenue inférieure à celle du gaz comprimé dans 1'espace 3', la soupape 6 s'ouvre pendant le temps voulu et du gaz sous pression pénètre dans l'espace 3 du cylindre.
Le gaz sous pression fournit l'énergie nécessaire pour entretenir le mouvement de la machine. La compression dans l'espaee 3'du cylindre et la détente dans 1'espace 3 eontinuent jusqu'à. ce que le déplacement des pistons s'arrête. Entre temps, la lumière d'éehap- pement 4 et la soupape d'admission 5 se sont ouvertes et la machine recommence de fonc- tionner en sens inverse.
Les efforts agissant sur les couvercles du cylindre de la forme d'exécution représentée à la fig. 1 engendrent une force résultante qui a. adt sur le bâti et, étant donné qu'elle est va iable en grandeur et direction, elle peut provoquer des vibrations fâcheuses.
La fig. 2 représente une deuxième forme d'exécution qui comporte deux ensembles tels que celui repré- senté à la fig. 1 montés en parallèle et dont les pistons se déplacent toujours en sens inverses du fait qu'ils sont accouplés l'un à l autre par des crémaillères 7 et 7'et par une roue dentée 8. Quoique les efforts variables susdits n'engendrent plus de force axiale résultane puisqu'ils s'équilibrent, il subsiste cependant un couple variable en grandeur et direction.
Ce couple est également supprimé dans la forme d'exécution représentée aux fig. 3 et 4. Les espaces de travail du cylindre 3 dans lequel le piston 2 est mobile sont fermés aux extrémités de ce cylindre par des pistons de fermeture 9 et 9', qui sont accouplés l'un à l'autre par des supports 10 et 10'et par des tirants 11 et 11'et qui forment donc un ensemble mobile. Les lumières d'échappement 4 et 4'pour le produit de la réaction sont commandées par le piston central 2 et communiquent avec un tuyau d'échappement 12.
Des lumières d'admission 5 et 5'sont ména gées dans la paroi du cylindre et sont commandées par les pistons de fermeture 9 et 9'.
Les lumières d'admission 5 et 5'pour le gaz devant réagir débouchent dans une enveloppe 13 qui entoure la machine et à laquelle un tuyau d'arrivée de gaz de réaction est raccordé par une tubulure 14. Des lumières pour l'admission du gaz moteur sous pression dans le cylindre sont désignées par 6 et 6'et sont fermées par des soupapes de retenue chargées par des ressorts. Cette troisième forme d'exé- cution comporte un mécanisme, représenté à la fig. 4, qui assure que l'introduction de gaz moteur n'ait lieu que pendant la course de dé- tente et non pendant la course de compression.
Un tiroir cylindrique 17 disposé entre un tuyau d'arrivée 20 pour le gaz moteur sous pression et des tuyaux 16 et 16'raccordés aux lumières 6 et 6'est actionné par une tige 18 dont les extrémités peuvent coopérer avec des butées 19 et 19'du tirant 11.
A la fig. 4 qui correspond aux positions des pistons représentées à la fig. 3, le tirant des pistons de fermeture se trouve dans sa position de fin de course gauche, de sorte que la course de détente suivante s'effectuera vers le côté droit de la figure. Le tiroir cylindrique est poussé vers la gauche par la butée 19', faisant ainsi communiquer les tuyaux 20 et 16' et fermant le tuyau 16. Au cours du mouvement suivant des pistons, correspondant à une détente dans 1'espace de travail de droite et à une compression dans 1'espace de travail de gauche, du gaz sous pression n'est admis que dans 1'espace de droite, lorsque la pression dans cet espace est devenue inférieure à celle du gaz moteur sous pression.
Vers la fin de la course, la butée 19 entraîne le tiroir 17 jusque dans son autre position extrême, symétrique par rapport à celle qui est représentée et pour laquelle du gaz moteur sous pression n'est admis que dans 1'espace de gauclie, pendant la détente qui se produit alors dans cet espace.
Les déplacements du piston central et des pistons de fermeture sont coordonnés par un levier 21 et par des bielles d'accouplement 22 et 23 qui relient respectivement les extrémités de ce levier aux pistons de fermeture et au piston central. Le rapport des longueurs des bras du levier est proportionnel au rapport des courses respectives des pistons, qui, de son côté, dépend du rapport des masses de ceux-ci.
Pour faciliter la compréhension du fone- tionnement de cette troisième forme d'exécu- tion, quatre positions successives des pistons et du tiroir de distribution du gaz sous pression ont été représentées aux fig. 5A, 5B, 5C, et 5D.
Les fig. 6, 7 et 8 représentent une qua- trième forme d'exécution comprenant un ey- lindre 3 dans lequel un piston 2 se déplace librement. Ce cylindre comporte des couvereles fixes et est mobile axialement dans son ensemble sur une glissière 24 d'un bâti. Les pressions variables qui règnent dans le cylin- dre de part et d'autre du piston provoquent des déplacements en sens inverses du piston et du cylindre qui vont et viennent selon des courses de longueurs inversement proportionnelles aux masses de ces deux éléments.
Des lumières d'admission et d'échappement du cylindre sont commandées par le piston, de- puis l'intérieur du cylindre, et par un tiroir à orifices, depuis l'extérieur du cylindre. Le cylindre comporte un orifice d'admission 25 pour du gaz devant réagir et des orifices d'échappement 26 pour le produit de la réaction ; à l'extérieur, ces orifices communiquent toujours librement avee des orifices 29 respee tivement 30 de la glissière et, par suite, avec un tuyau d'arrivée 32 pour le gaz de réaction et avec un tuyau d'échappement, non repré- senté.
La circulation est donc commandée exclusivement par le piston, de façon à dé- placer le produit de la réaction par l'admission d'une nouvelle charge de gaz introduite dans chaque position de fin de course du piston dans un des espaces de travail séparés par lui. Le piston pourrait comporter un on plu- sieurs déflecteurs faisant suivre le bon chemin au courant de gaz.
Le passage par les lumières 28 et 28'du cylindre qui servent à faire arriver du gaz moteur sous pression ou du gaz auxiliaire, par exemple de la vapeur, à partir d'un tuyau 33 jusque dans les espaces de travail du cylindre est commandé à la tois par la position du piston par rapport an cylindre et par celle du cylindre par rapport au tiroir de la g] is- sière qui comporte les lumières 31 et 31'. Dans la position représentée a la fig. 6. les deux lumières sont fermées ; le cylindre est alors à fin de course vers la droite et le piston à fin de course vers la gauche. Pendant la course suivante, un moment arrive où les lumières 28 et 31 communiquent et où le piston 2 ne ferme plus la lumière 28.
Le gaz sous pression est ainsi admis dans l'espace de travail de gauche du cylindre contenant le produit de la réaction précédente qui se détend. Un instant plus tard, les lumières 28'et 31'viennent en regard l'une de l'autre avant que le piston n'ait fermé la lumière S', et, par suite, du gaz sous pres sion est également admis dans l'espaee de tra- vail de droite dans lequel s'effectue la compression, et ce gaz peut servir de gaz auxiliaire pendant la compression, son rapport Cp/@ étant avantageux et permettant d'obtenir
Cv une température de compression plus élevée pour un rapport de compression donné.
Cette forme d'exécution permet donc d'introduire du gaz auxiliaire pendant la compression et pendant la détente ; si on désire n'introduire du gaz auxiliaire que pendant la détente, on peut prévoir des soupapes séparées telles que celles de la troisième forme d'exécution.
Au moyen d'une ou de plusieurs butées ou de ressorts, on s'arrange pour que les déplacements du cylindre s'effectuent de part et d'autre d'une position centrale qui est à midistance entre deux positions extrêmes symétriques par rapport à la glissière.
Le bâti sur lequel le cylindre est mobile pourrait être construit de diverses manières différentes de celle représentée, par exemple [omporter un trou cylindrique dans lequel serait logé le cylindre mobile. On pourrait réluire le frottement au minimum en rempla- çant autant que possible le frottement de glissement par un frottement de roulement ou m compensant la charge verticale du poids du cylindre au moyen de canaux d'allégement par lesquels le gaz sous pression est introduit on de dispositifs analogues.
Les machines décrites ei-dessus peuvent être mises en marche en se servant du gaz sous pression et en amenant leurs divers éléments dans des positions respectives dans lesquelles re gaz peut pénétrer dans un espace de tra -ail
On va maintenant décrire, également à titre d'exemple, une forme d'exécution du pro cédé susceptible d'être mis en oeuvre au moyen de des machines décrites. Dans cette forme d'exécution, la réaction chimique produite est le fractionnement ou craquage de. paraffine solide. On évapore préalablement la paraffine et on utilise de la vapeur comme gaz auxiliaire, le rapport vapeurlparaffine étant égal à 5. 6 en poids.
Dans ces conditions, ! a machine effectue 1400 courses par minute, la température d'admission est de 4000 C et ! a température, maximum calculée est de !) 20" C. Le pourcentage de conversion est de 7 : 3, el /o en poids ; 48, 5 /o en poids des produits du fractionnement, par rapport à l'admission, uppartiennent a. ux roupes C1 a C (methane i butane). Avee de plus faibles rapports va peurlparaffine, on obtient de plus faibles températures maxima et de plus faibles pour rentages de conversion. Une très grande partie des oléfines ainsi obtenues sont des oie- fines a.
On a effectué d'autres essais avec de l'azote eomme gaz auxiliaire, au lieu de vapeur, et pour le fractionnement ou eraquage de ; as-oil et de propane. Lors du fractionnement de propane, on a pu obtenir des rende tnents relativement élevés en acétylène.
Outre les fractionnements ou craquages, on il ( proposé d'effectuer diverses réactions selon ! e procédé spécifié, par exemple des ehlorurations, des oxydations et des nitrurations de composés organiques présentant une double liaison. On a effectué des expériences relatives à des oxydations partielles et à des hydrogénations.
REVENDICATIONS :
I. Procédé pour produire, dans un milieu gazeux, une réaction chimique par compression adiabatique suivie d'une expansion adiabatique dans un cylindre d'une machine à mouvement alternatif, caractérisé en ce que, pour entretenir le mouvement de ladite machine, on utilise l'énergie d'expansion d'un gaz moteur qu'on introduit sous pression dans ledit cylindre, à une pression inférieure à la pression maximum susceptible de s'établir dans ce cylindre au cours d'un cycle de la machine.
Process for producing a chemical reaction in a gaseous medium,
and machine for implementing this method.
It has already been recommended to produce, in a gaseous medium, a chemical reaction by adiabatic compression followed by an adiabatic expansion in a cylinder of a reciprocating machine, the compression being as adiabatic as possible and continuing up to what the. the desired pressure and high temperature are reached, and the subsequent expansion of the reaction product. being as adiabatic as possible, so as to cool the product immediately after or during the reaction, under the effect of the expansion.
It is thus possible to obtain very rapid heating and cooling, which is extremely advantageous in allowing certain reactions to take place for a short period of time and in a satisfactory manner. The gas to be compressed can be a gas or a mixture of. gas to react, an aerosol if one of the reaction agents is in the liquid or solid state, an inert gas or one of the reaction elements in which a liquid intended to react must be subsequently injected. It may be advantageous to add an inert gas to a gas to react and which must be compressed, so as to obtain a greater value of the Cp ratio of the mixture to be compressed and, by
Therefore, a higher temperature for a given compression ratio.
The energy for compression is provided to a large extent by the expansion of the reaction product. Due to the heat loss and the losses which result from friction, it is almost always necessary, when the energy released by the reaction is insufficient, to provide an energy input, even if the expansion energy is theoretically equal or slightly greater than the compression energy, and that is why it has been recommended to use, for the implementation of this method, a piston engine with crank shaft arranged so as to receive a supply of 'energy. However, this results in a complicated and expensive machine.
The object of the invention is to modify said process to produce, in a gaseous medium, a chemical reaction by adiabatic compression followed by adiabatic expansion in a cylinder of a reciprocating machine, and to provide a simple machine for the setting. implementation of this modified method.
The method forming the subject of the invention is characterized in that, in order to maintain the movement of said machine, the expansion energy of a driving gas which is introduced under pressure into said cylinder, at a pressure lower than the maximum pressure likely to be established in this cylinder during a machine cycle.
The two-stroke machine which the invention also comprises is characterized in that it comprises a cylinder in which is mounted a piston limiting at least one working space in this cylinder, the latter having intake orifices for the cylinders. agents to undergo said chemical reaction, exhaust for the products of this reaction and intake for said engine gas.
If the driving gas was made to arrive at the start of the expansion, its pressure should be equal to that then prevailing in the eylinder, that is to say practically at the maximum pressure prevailing in this cylinder during a cycle of the machine. To prevent this from happening, the driving gas can be made to arrive during the expansion stroke, when the pressure in the cylinder has fallen below the pressure that it is desired to give to this driving gas. During the remainder of the expansion stroke, the driving gas then performs a work, the value of which can be regulated by choosing its pressure and, consequently, the moment of admission can be chosen according to the quantity of energy which is necessary to operate the machine at the desired speed.
The driving gas can also be introduced or injected at an appropriate time of the compression stroke, so that it is compressed with the gas to be treated which has been introduced into the cylinder before the compression, and only expands further. late, obviously taking care that the additional expansion energy of the compressed gas is sufficient to operate the machine at the desired speed. Account must also be taken of the influence exerted by this driving gas on the composition of the mixture to be compressed thus obtained and on the pressure and temperature during compression. Driving gas can still be injected during compression and expansion.
The chosen driving gas is generally water vapor which can be obtained at the desired pressure in a relatively simple and inexpensive manner. Vapors of liquids other than water can also be used.
To obtain the desired compression temperature under a compression pressure which is not too high, it may be advantageous to mix a gas or a mixture of gases to react with an auxiliary gas, for example with steam, of which the ratio- * is greater than that
Cv of the gas or gas mixture to react.
This mixture can be carried out before or during the compression and said auxiliary gas can generally also serve as driving gas.
The appended drawing represents, by way of example, four embodiments of the machine and illustrates the method which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a sehematic axial sectional view of the first embodiment.
Fig. 2 is a schematic sectional view of the second embodiment.
Fig. 3 is an axial sectional view of) a third embodiment.
Fig. 4 is a sectional view of a detail of this embodiment.
Figs. 5A, 5B, 5C, 5D are schematic axial sectional views showing several operating positions of this third embodiment, and
figs. 6, 7 and 8 are an axial sectional view, a cross sectional view and a schematic plan view of the fourth embodiment.
The first embodiment shown in FIG. 1 comprises two pistons 1 and 1 which are coupled to each other by a rod 2 and which are therefore movable as a single piston in the space of the cylinder divided into two parts 3 and 3 '. The machine cycle has two stages. In each of the spaces 3 and 3 ', the cylinder has an opening 4, respectively 4', controlled by the piston and through which the reaction product escapes, and an inlet port controlled by a valve 5, respectively 5 ', for gas before reacting and which displaces the reaction product, thus ensuring a uniform sweep.
Orifices controlled by valves 6, respectively 6 ', serve for the admission of pressurized engine gas during the expansion stroke. Valves 5 and 5 'and, if applicable, valves 6 and 6', are controlled by the movement of all the pistons.
In the position shown in FIG. 1, the space 3 of the cylinder contains compressed gas which undergoes or has just undergone the reaction and has a tendency to relax. The products of the reaction are or have been expelled from the cylinder space by new gas to be reacted. The movement of the pistons is accelerated from the left to the right and the light 4 'and the valve 5' are closed, then compression occurs in the space 3 ', which slows down the movement of the pistons.
When the set of pistons has reached a determined position, for example near the middle of the stroke, and the pressure in space 3 has fallen below that of the gas compressed in space 3 ', valve 6 opens for the desired time and pressurized gas enters space 3 of the cylinder.
The pressurized gas provides the energy needed to keep the machine moving. The compression in space 3 of the cylinder and the expansion in space 3 continue to. that the movement of the pistons stops. In the meantime, the exhaust port 4 and the intake valve 5 have opened and the machine resumes operating in reverse order.
The forces acting on the covers of the cylinder of the embodiment shown in FIG. 1 generate a resultant force which a. adt on the frame and, since it is variable in size and direction, it can cause annoying vibrations.
Fig. 2 shows a second embodiment which comprises two assemblies such as that shown in FIG. 1 mounted in parallel and the pistons of which always move in opposite directions owing to the fact that they are coupled to each other by racks 7 and 7 'and by a toothed wheel 8. Although the aforesaid variable forces no longer generate axial force results since they balance each other, however, there remains a variable torque in magnitude and direction.
This couple is also eliminated in the embodiment shown in FIGS. 3 and 4. The working spaces of cylinder 3 in which piston 2 is movable are closed at the ends of this cylinder by closing pistons 9 and 9 ', which are coupled to each other by supports 10 and 10 'and by tie rods 11 and 11' and which therefore form a mobile assembly. The exhaust ports 4 and 4 ′ for the reaction product are controlled by the central piston 2 and communicate with an exhaust pipe 12.
Intake openings 5 and 5 'are formed in the cylinder wall and are controlled by the closing pistons 9 and 9'.
The inlet ports 5 and 5 ′ for the gas to be reacted open into a casing 13 which surrounds the machine and to which a reaction gas inlet pipe is connected by a pipe 14. Louvers for the gas admission Pressurized engine in the cylinder are denoted by 6 and 6 'and are closed by check valves loaded by springs. This third embodiment comprises a mechanism, shown in FIG. 4, which ensures that the introduction of driving gas takes place only during the expansion stroke and not during the compression stroke.
A cylindrical slide 17 disposed between an inlet pipe 20 for pressurized engine gas and pipes 16 and 16 ′ connected to slots 6 and 6 ′ actuated by a rod 18 the ends of which can cooperate with stops 19 and 19 ′ of the tie rod 11.
In fig. 4 which corresponds to the positions of the pistons shown in FIG. 3, the tie rod of the closing pistons is in its left end position, so that the next detent stroke will be made to the right side of the figure. The cylindrical spool is pushed to the left by the stop 19 ', thus communicating the pipes 20 and 16' and closing the pipe 16. During the next movement of the pistons, corresponding to a relaxation in the working space on the right and at compression in the left working space, pressurized gas is only admitted into the right space, when the pressure in this space has become lower than that of the pressurized driving gas.
Towards the end of the stroke, the stop 19 drives the spool 17 into its other extreme position, symmetrical with respect to that which is shown and for which pressurized driving gas is only admitted in the crimping space, during the relaxation which then occurs in this space.
The movements of the central piston and of the closing pistons are coordinated by a lever 21 and by coupling rods 22 and 23 which respectively connect the ends of this lever to the closing pistons and to the central piston. The ratio of the lengths of the arms of the lever is proportional to the ratio of the respective strokes of the pistons, which, for its part, depends on the ratio of the masses of the latter.
To facilitate understanding of the operation of this third embodiment, four successive positions of the pistons and of the pressurized gas distribution spool have been shown in FIGS. 5A, 5B, 5C, and 5D.
Figs. 6, 7 and 8 show a fourth embodiment comprising an eyeliner 3 in which a piston 2 moves freely. This cylinder has fixed covers and is axially movable as a whole on a slide 24 of a frame. The variable pressures which prevail in the cylinder on either side of the piston cause movements in opposite directions of the piston and the cylinder which come and go according to strokes of lengths inversely proportional to the masses of these two elements.
Cylinder intake and exhaust ports are controlled by the piston, from inside the cylinder, and by a port spool, from outside the cylinder. The cylinder has an inlet 25 for the gas to be reacted and exhaust ports 26 for the product of the reaction; on the outside, these orifices always communicate freely with orifices 29 respectively 30 of the slide and, consequently, with an inlet pipe 32 for the reaction gas and with an exhaust pipe, not shown.
The circulation is therefore controlled exclusively by the piston, so as to move the product of the reaction by admitting a new charge of gas introduced into each end-of-stroke position of the piston in one of the working spaces separated by him. The piston could have one or more baffles directing the gas stream to the correct path.
The passage through the ports 28 and 28 'of the cylinder which serve to bring in pressurized engine gas or auxiliary gas, for example steam, from a pipe 33 into the working spaces of the cylinder is controlled by the height by the position of the piston with respect to the cylinder and by that of the cylinder with respect to the drawer of the g] is- siere which comprises the slots 31 and 31 '. In the position shown in FIG. 6. both lights are closed; the cylinder is then at the end of the stroke to the right and the piston at the end of the stroke to the left. During the following race, a moment arrives when the lights 28 and 31 communicate and when the piston 2 no longer closes the light 28.
The pressurized gas is thus admitted into the left working space of the cylinder containing the product of the previous reaction which expands. An instant later, the ports 28 'and 31' come opposite each other before the piston has closed the port S ', and, consequently, gas under pressure is also admitted into the 'right-hand working space in which the compression takes place, and this gas can serve as an auxiliary gas during the compression, its Cp / @ ratio being advantageous and making it possible to obtain
Cv a higher compression temperature for a given compression ratio.
This embodiment therefore makes it possible to introduce auxiliary gas during compression and during expansion; if it is desired to introduce auxiliary gas only during the expansion, it is possible to provide separate valves such as those of the third embodiment.
By means of one or more stops or springs, it is arranged so that the movements of the cylinder take place on either side of a central position which is midway between two extreme positions symmetrical with respect to the slide.
The frame on which the cylinder is movable could be constructed in various ways different from that shown, for example [include a cylindrical hole in which the movable cylinder would be housed. The friction could be reduced to a minimum by replacing as much as possible the sliding friction by a rolling friction or by compensating the vertical load of the weight of the cylinder by means of relief channels through which the pressurized gas is introduced or analogous devices.
The machines described above can be started by using the pressurized gas and bringing their various elements into respective positions in which the gas can enter a working space.
A description will now be given, also by way of example, of an embodiment of the process capable of being implemented by means of the machines described. In this embodiment, the chemical reaction produced is the fractionation or cracking of. solid paraffin. The paraffin is evaporated off beforehand and steam is used as an auxiliary gas, the vapor / paraffin ratio being equal to 5.6 by weight.
In these conditions, ! the machine performs 1400 strokes per minute, the inlet temperature is 4000 C and! at temperature, maximum calculated is!) 20 "C. The percentage of conversion is 7: 3, el / o by weight; 48, 5 / o by weight of the products of the fractionation, relative to the inlet, belong to .1 to C roups (methane to butane). With lower ratios of paraffin, lower maximum temperatures and lower conversion rates are obtained. A very large part of the olefins thus obtained are goosefines. .
Further tests were carried out with nitrogen as an auxiliary gas, instead of steam, and for the fractionation or stripping of; as-oil and propane. In the fractionation of propane, relatively high yields of acetylene have been obtained.
In addition to fractionation or cracking, it has been proposed to carry out various reactions according to the specified method, for example chlorinations, oxidations and nitrurations of organic compounds having a double bond. Experiments relating to partial and partial oxidations have been carried out. to hydrogenations.
CLAIMS:
I. Process for producing, in a gaseous medium, a chemical reaction by adiabatic compression followed by adiabatic expansion in a cylinder of a reciprocating machine, characterized in that, to maintain the movement of said machine, use is made of l expansion energy of a driving gas which is introduced under pressure into said cylinder, at a pressure below the maximum pressure likely to be established in this cylinder during a machine cycle.