CH403758A

CH403758A - Procédé pour exécuter des réactions chimiques sous l'action d'une lampe à arc

Info

Publication number: CH403758A
Application number: CH7858359A
Authority: CH
Inventors: Erling Anderson John
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1958-09-25
Filing date: 1959-09-22
Publication date: 1965-12-15
Also published as: GB925089A; NL131050C; BE582893A; FR1244468A; ES251917A1; DK103123C; NL243438A; US3051639A

Description

Procédé pour exécuter des réactions chimiques sous l'action d'une lampe à arc
La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil pour exécuter des réactions chimiques par voie thermique, utilisant l'effluent de haute intensité d'un arc stabilisé par effet de paroi comme source de chaleur et, si on le désire, également comme source de matière réactive. L'invention est applicable notemment à la fabrication d'hydrocarbures non saturés, tels que l'acétylène, par pyrolyse d'hydrocarbures fluides, tels que le méthane.

On a utilisé depuis de nombreuses années les arcs électriques comme sources de chaleur pour faciliter les réactions thermiques et chimiques. Les procédés à l'arc électrique antérieurs ont pour inconvénients une instabilité de l'arc, des variations indésirables dans la température de l'arc et la nécessité de prévoir un appareillage complexe ou encombrant. Un autre inconvénient des procédés de pyrolyse d'hydrocarbures antérieurs, utilisant un arc électrique, est la formation de quantités considérables de noir de carbone.

Plus récemment, il a été proposé d'utiliser l'effluent d'un arc stabilisé par effet de paroi pour effectuer des réactions chimiques. Un arc stabilisé par effet de paroi peut être défini comme un courant gazeux d'un arc conformé et/ou étranglé latéralement par un orifice en forme de tuyère qui est suffisamment voisin de l'arc pour assurer les effets désirés. La partie de l'arc qui se trouve située dans l'orifice de conformation constitue une source de chaleur extrêmement intense. Le critérium de la stabilisation par effet de paroi est réalisé lorsque la tuyère entourant l'arc est suffisamment proche de celui-ci pour déterminer un accroissement de gradient de tension le long de la partie de l'arc ainsi enfermée.

Dans ce procédé antérieur connu, l'effluent de l'arc stabilisé par effet de paroi est obtenu au moyen d'un arc formé entre une électrode en forme de baguette disposée dans une tuyère présentant un passage de sortie étranglé et une électrode annulaire disposée en aval de l'orifice de la tuyère. L'espace compris entre la tuyère et l'électrode annulaire est entouré par une paroi et la matière qu'on désire faire entrer en réaction est introduite dans la chambre ainsi formée. Ce procédé présente toutefois l'inconvénient que l'électrode annulaire, qui est déjà soumise à une chaleur intense, est en outre exposée à toute action corrosive de la substance réactive ou de ses produits.

La présente invention vise à éliminer les inconvénients décrits ci-dessus.

Le procédé selon l'invention qui comporte l'introduction de la matière à traiter dans l'effluent d'un arc stabilisé par effet de paroi et concentré, de haute intensité calorifique et la récupération du produit de la réaction, est caractérisé par le fait que ladite matière est introduite dans l'effluent obtenu en faisant passer un arc formé entre des électrodes adjacentes en même temps qu'un courant gazeux dans un passage étranglé, l'effluent qui sort de ce passage et dans lequel ladite matière est introduite étant situé en aval desdites électrodes.

L'invention vise, en outre, un appareil permettant la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus, ledit appareil comportant une électrode en forme de baguette non consommable disposée coaxialement dans une tuyère présentant un passage de sortie étranglé, ladite électrode ayant sa pointe au voisinage de l'entrée dudit passage et ladite tuyère comportant une électrode complémentaire en n amont de l'orifice de décharge dudit passage de manière à provoquer le jaillissement d'un arc entre ladite électrode en forme de baguette et ladite électrode complémentaire, arc qui, en présence d'un courant de gaz à travers ladite tuyère, pénètre dans le passage étranglé précité.

Suivant l'invention, la tuyère de l'appareil débouche dans une enceinte coaxiale communiquant avec un orifice d'admission permettant l'introduction de matière liquide ou gazeuse destinée à subir une réaction thermique sous l'action de l'effluent sortant de ladite tuyère, et avec un orifice de sortie permettant la récupération des produits formés sous l'effet de cette réaction thermique.

Etant donné que les deux électrodes sont disposées en amont de l'orifice de la tuyère, toute matière introduite dans l'effluent déchargé par la tuyère reste hors de contact avec les électrodes et par conséquent ne peut avoir aucune influence néfaste sur celles-ci.

Suivant une application du procédé de l'invention, on fait passer un gaz tel que de l'hydrogène ou de l'argon à travers un arc électrique stabilisé par effet de paroi, de grande intensité, et l'on mélange le courant de gaz chaud résultant avec un hydrocarbure.

Par exemple pour Ia fabrication d'acétylène, on peut injecter un hydrocarbure gazeux ou liquide dans le courant de gaz chaud quittant l'arc, ou encore on peut amener le courant de gaz chaud provenant de l'arc directement dans un volume relativement grand d'hydrocarbure liquide.

Le procédé suivant l'invention présente plusieurs avantages particuliers pour favoriser la pyrolyse.

L'un de ces avantages réside en ce que l'effluent de l'arc est chauffé de façon sûre jusqu'à ce qu'il contienne un nombre de calories prédéterminé lorsqu'il est amené à traverser la tuyère stabilisatrice. Le contenu calorifique qui détermine les conditions de réaction optima et un rendement maximum de ces réactions peut, par conséquent, être facilement maintenu pendant de longues périodes de fonctionnement. Le contenu calorifique volumétrique de l'effluent de l'arc
peut être aisément ajusté par un réglage de l'intensité de l'arc ou du débit du courant gazeux.

Un autre avantage utile dans son application pour la fabrication de l'acétylène réside en ce que la vitesse particulière du courant gazeux peut être choisie et maintenue constante de manière à amener l'acétylène produit au cours de la réaction pyrolytique dans une zone d'extinction ou de refroidissement brusque au cours d'une période de temps désirée. Ce temps qui sépare la for
mation de l'acétylène de l'extinction est critique et de préférence court si l'on désire obtenir un rendement élevé en acétylène. Des durées de réaction de l'ordre de 1 à 4 millisecondes ont été utilisées avec succès.

Toutefois, il est à noter que de forts rendements
d'acétylène, mais non nécessairement des rendements
optima, peuvent être obtenus par le procédé, même si la vitesse d'écoulement des gaz de l'arc, l'intensité de
ce dernier et le contenu calorifique du courant gazeux
de l'effluent subissent des variations considérables.

L'invention est décrite ci-après avec référence au
dessin annexé qui représente quelques modes de réa
lisation de l'invention.

Sur ce dessin:
les fig. 1 à 3 sont des vues en coupe longitudinale de trois modes de réalisation de l'invention permettant d'améliorer des réactions chimiques.

En se référant à la fig. 1, on voit en 10 un corps cylindrique en cuivre qui comporte un alésage cylindrique 12. L'alésage cylindrique 12 s'amincit progressivement jusqu'à une tuyère cylindrique 14 ménagée dans la partie d'anode 18 du corps 10. Une cathode 16 est alignée axialement dans l'alésage 12 et elle est espacée des parois de l'élément 10 du corps.

La cathode 16 se présente de préférence sous la forme d'une tige ou d'un crayon et elle est, de préférence, en tungstène thorié. L'anode 18 et l'élément 10 du corps peuvent être en cuivre. Pour empêcher la fusion sous l'effet de la chaleur de l'arc, le corps 10 de la lampe et la partie d'anode 18 sont refroidis à l'eau ou au moyen d'un autre fluide réfrigérant.

Même dans ces conditions, l'anode 18 est sujette à de fortes érosions et corrosions de la part de l'arc. On a constaté que l'érosion de l'anode peut être pratiquement éliminée si on incorpore des pièces rapportées formant électrode préférentielle dans la paroi de la tuyère d'anode. L'électrode préférentielle est représentée sous la forme de pièces rapportées 20 et 21 constituées chacune par une petite tige. Ces pièces rapportées peuvent avoir toute forme désirée à condition qu'elles comportent une surface exposée dans le passage de la tuyère. L'électrode préférentielle peut être en tungstène, en tantale ou en une autre matière résistant à l'érosion que provoque l'arc électrique de haute intensité.

Il est essentiel que les pièces rapportées soient montées de manière à être en relation d'échange thermique médiocre avec la matière adjacente de l'anode froide, de façon quel les pièces rappor
tées fonctionnent à une température plus élevée que la matière adjacente de l'anode. La surface des pièces rapportées exposée à l'intérieur du passage de la tuyère fonctionne donc comme une électrode chaude et l'arc tend par conséquent à frapper les pièces rapportées chaudes plutôt que l'anode de cuivre froide adjacente. Cette relation d'échange thermique médiocre peut être aisément obtenue en adaptant la pièce rapportée avec jeu dans la paroi de l'anode et en effectuant la connexion électrique par soudure exclusivement sur la surface extérieure.

L'utilisation de ces pièces rapportées de tungstène est particulièrement efficace pour réduire l'érosion de l'anode lorsqu'un gaz diatomique actif, tel que de l'hydrogène ou de l'azote, est utilisé comme gaz d'atmosphère de l'arc.

L'élément réacteur 22 contient une chambre de réaction cylindrique 24 alignée axialement avec la tuyère 14 et il comporte également une chambre annulaire 26 qui communique avec la chambre de réac
tion 24 par l'intermédiaire d'une série de lumières 28
disposées circonférentiellement.

L'élément d'extinction 30 contient une chambre
d'extinction cylindrique allongée 32 alignée axiale
ment avec la chambre de réaction 24. La chambre
annulaire 34 de l'élément 30 comporte une série de lumières 35 disposées circonférentiellement et communiquant avec la chambre 32.

En fonctionnement, le corps 10 est refroidi à l'eau ou au moyen d'un autre fluide réfrigérant admis à travers une conduite 36, circulant à travers la chambre annulaire 38 et s'échappant à travers la conduite 40. L'élément réacteur 22 est refroidi à l'eau ou au moyen d'un autre fluide réfrigérant qui pénètre à travers la conduite 42, traverse la chambre annulaire 44 et est évacué par la conduite 46.

La cathode 16 et l'anode 18 sont reliées à une source appropriée d'énergie électrique 84 par des conducteurs 92 et 94, respectivement, de manière à établir un arc à haute pression entre lesdites électrodes. Un courant gazeux d'arc par exemple d'hydrogène ou d'argon ou d'un autre gaz ou mélange de gaz convenables est introduit par un orifice d'admission (non représenté) dans l'espace annulaire compris entre l'alésage 12 et la cathode 16. Le gaz circule autour de la cathode 16 et parvient dans la tuyère 14.

L'arc formé entre les électrodes est refoulé dans la tuyère 14 par le flux de ces gaz et le plasma résultant est stabilisé dans cette tuyère par les parois de celle-ci et étranglé latéralement de manière à se conformer aux dimensions de la tuyère. Le plasma contenu dans la tuyère 14 est concentré de manière à se conformer à la section droite de la tuyère et déchargé dans la chambre de réaction 24 sous la forme d'un courant gazeux chaud à grande vitesse.

Dans une application de cet appareil à la pyrolyse d'hydrocarbure, celui-ci pénètre dans la chambre annulaire 26 par une conduite d'admission 48 et est injecté à travers la lumière 28 dans le courant gazeux chaud à grande vitesse pénétrant dans la chambre de réaction 24 en provenance de la tuyère 14. La pyrolyse et le cracking de l'hydrocarbure fluide s'effectuent dans la chambre de réaction 24.

Les gaz chauds qui quittent la chambre de réaction 24 pénètrent dans la chambre d'extinction 32 et sont rapidement refroidis par une pulvérisation d'eau ou autre fluide de refroidissement rapide. Le fluide de refroidissement rapide pénètre dans la chambre annulaire 34 à travers la conduite 50 et est pulvérisé dans la chambre d'extinction 32 à travers les lumières 35. Les gaz de réaction refroidis passent alors dans un collecteur (non représenté). Si on le désire, les gaz de réaction peuvent alors être séparés en divers constituants.

L'appareil de la fig. 1 est de préférence utilisé en position verticale, la circulation des gaz s'effectuant vers le bas de l'alésage 12 jusqu'à la chambre d'extinction 32. Toutefois, on peut également utiliser l'appareil de façon satisfaisante dans une position sensiblement horizontale.

Lorsqu'on utilise cet appareil pour la fabrication de l'acétylène par pyrolyse d'un hydrocarbure fluide, il est nécessaire pour obtenir de forts rendements de disposer la chambre d'extinction 32 de telle façon que l'extinction ait lieu rapidement après l'achèvement de la réaction pyrolytique. Des durées de réaction de 1 à 4 millisecondes se sont avérées satisfaisantes.

La fig. 2 représente une variante de l'appareil qui convient à son application à la pyrolyse d'hydrocarbures liquides. Sur la fig. 2 l'élément 10 du corps, l'alésage 12, la tuyère 14, la cathode 16, l'anode 18, la conduite 36, la chambre annulaire 38 et la conduite 40 ont une construction, un agencement et un fonctionnement analogues à ceux qui ont été décrits ci-dessus à propos de l'appareil de la fig. 1, à l'excep- tion des détails suivants. L'élément 10 du corps contient une conduite d'admission de gaz de protection 52 et une chambre annulaire 54 qui communique avec la partie de tuyère 14 de l'alésage 12 à travers une série de lumières 56 disposées circonférentiellement.

Un gaz de protection peut être injecté dans la partie de tuyère 14 à travers l'orifice 56 en vue de protéger l'anode primaire de toute attaque par des matières actives, telles que l'hydrogène, contenues dans le courant gazeux principal de l'arc. Le gaz de protection doit être inerte par rapport à la matière de l'anode. Des gaz, tels que l'argon, l'hélium et l'azote, peuvent être utilisés comme gaz de protection.

Un disque isolant annulaire 86 isole électriquement l'anode 18 de l'anode primaire 19. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la fig. 2, l'anode 18 constitue une anode secondaire ou pilote qui assure la formation d'un arc pilote entre elle et la cathode. Cet arc pilote tend à stabiliser l'arc principal établi entre la cathode et l'anode primaire et à rétablir ledit arc principal s'il vient à s'éteindre.

L'anode pilote 18 est reliée à la source de courant 88 par l'intermédiaire d'une résistance ballast 90 et par conséquent elle est à un potentiel inférieur à celui de l'anode primaire 19.

L'élément réacteur 58 contient une chambre de réaction allongée 60 alignée axialement avec le passage 25 défini par la tuyère 14 et l'anode 19. L'hydrocarbure liquide pénètre dans la chambre 60 à travers la conduite d'admission 62 et est déchargé à travers la conduite d'évacuation 64, la hauteur de la colonne d'hydrocarbure liquide contenu dans la chambre 60 étant déterminée par la position de la conduite 64.

L'appareil de la fig. 2 applicable à la pyrolyse d'un hydrocarbure liquide est essentiellement conçu pour fonctionner verticalement, la circulation des gaz s'effectuant vers le haut. La vitesse du courant gazeux de l'arc doit être suffisamment grande pour empêcher le liquide de refluer dans le passage 25. Un arc s'établit et le courant gazeux de l'arc est entretenu de la manière décrite ci-dessus à propos de l'appareil de la fig. 1. Le gaz de protection est chauffé et concentré dans le passage de l'arc stabilisé par effet de paroi étant donné que ce gaz s'intègre au courant gazeux total de l'arc. Le courant concentré de gaz chaud animé d'une grande vitesse est déchargé à travers le passage 25 dans la colonne d'hydrocarbure liquide contenu dans la chambre de réaction 60.

La réaction pyrolytique s'effectue dans la partie inférieure de la chambre de réaction 60 où l'hydrocarbure liquide est chauffé et craqué par le courant gazeux chaud. L'hydrocarbure liquide plus froid contenu dans la partie supérieure de la chambre 60 refroidit les produits chauds de la réaction pyrolytique en quelques millisecondes après la réaction. Les produits de réaction gazeux refroidis sont alors recueillis par un collecteur (non représenté). Des moyens peuvent être prévus pour recycler l'hydrocarbure qui n'est pas entré en réaction de la conduite de sortie 64 à la conduite d'admission 62 et pour purifier et refroidir le courant d'hydrocarbure.

La fig. 3 représente une autre variante de l'appareil applicable à la pyrolyse d'hydrocarbures fluides.

Sur la fig. 3, l'élément 10 du corps, l'alésage 12, la tuyère 14, la cathode 16, l'anode pilote 18, l'anode primaire 19, le passage 25, la conduite 36, la chambre annulaire 38, la conduite 40, la conduite d'admission de gaz de protection 52, la chambre annulaire 54, les lumières 56 et le disque isolant annulaire 86 ont une construction, un agencement et un fonctionnement analogues à ceux qui ont été décrits ci-dessus à propos de l'appareil de la fig. 2.

L'élément d'injection annulaire 65 définit un passage cylindrique 66 aligné axialement avec le passage 25 et communiquant directement avec lui. L'élément injecteur 65 comporte une conduite d'admission d'hydrocarbure 68, une chambre annulaire 70 et une série de lumières 72 disposées circonférentiellement.

Un disque d'étranglement annulaire 74 sépare l'élément injecteur 65 de l'élément extincteur 76 et oblige le gaz de l'arc et l'hydrocarbure fluide à traverser un passage étranglé 78 pour parvenir dans le liquide de refroidissement. Ceci contribue au mélange des gaz de l'arc et de l'hydrocarbure, de même qu'au mélange du courant gazeux effluent et du liquide de refroidissement. Le disque d'étranglement 74 et le passage 78 aident aussi à donner au courant de gaz effluent une vitesse suffisamment élevée pour empêcher le liquide de refroidissement de refluer dans les passages 66 et 25. Le passage central 78 ménagé dans le disque d'étranglement 74 prolonge le canal formé par le passage 25 et le passage 66. Ce canal communique directement avec la chambre d'extinction cylindrique allongée 77 prévue dans l'élément d'extinction 76.

Le passage 78 peut avoir une aire de section droite constante et réduite ou, de préférence, s'amincir graduellement pour former une aire de section droite plus petite au point de jonction du passage 78 et de la chambre d'extinction 77. L'eau ou autre fluide de refroidissement pénètre dans la chambre 77 à travers la conduite 80 et s'en échappe à travers la conduite 82.

L'établissement de l'arc et l'entretien des courants du gaz de l'arc et du gaz de protection sont assurés de la manière décrite précédemment à propos de l'appareil de la fig. 2. L'hydrocarbure fluide à pyrolyser est introduit dans la chambre 70 à travers la conduite 68 et injecté à travers les lumières 72 dans le courant à grande vitesse constitué par les gaz de l'arc chaud et par le gaz de protection. On refroidit brusquement les gaz chauds de réaction en dirigeant le courant gazeux vers le haut pour l'amener dans le fluide de refroidissement contenu dans la chambre 77. Les produits de la réaction gazeuse ainsi brusquement refroidis sont alors recueillis par un collecteur (non représenté).

Dans les variantes de l'appareil décrites ci-dessus, l'élément 10 du corps, l'anode 18 et l'anode 19 peuvent être en cuivre ou en une autre matière bonne conductrice de l'électricité et la cathode 16 peut être en une matière électriquement émissive telle que le tungstène thorié. L'élément réacteur 22, l'élément injecteur 65 et le disque d'étranglement 74 peuvent être en cuivre ou en une autre matière incapable de fondre ou de réagir dans les conditions de traitement prévues. De e préférence, la paroi intérieure de l'élé- ment réacteur 22 qui forme la chambre de réaction 24 est munie d'une couche isolante thermique constituée par une matière telle que, par exemple, le carbone, le tungstène ou le zircone. Cette couche doit avoir un point de fusion élevé et une conductivité thermique relativement faible.

On améliore le rendement en produits transformés notamment dans le cas de son application à la production d'acétylène. Sans qu'il y ait lieu de se limiter à une théorie particulière quelconque pour expliquer le fonctionnement, on pense que cet accroissement de la transformation est dû à la réduction des pertes calorifiques à partir de la chambre de réaction à travers les parois de l'élément réacteur. L'élément d'extinction 30, l'élément réacteur 58 et l'élément d'extinction 76 peuvent être, par exemple, en verre calorifuge ou en céramique.

La configuration enveloppante de la lampe à arc utilisée oblige une partie appréciable du gaz de l'arc et du gaz de protection à traverser l'arc stabilisé par effet de paroi. Le contenu calorifique des gaz peut être ajusté par un contrôle de la puissance de l'arc et/ou de la vitesse des gaz. On peut utiliser des vitesses de gaz atteignant la vitesse du son ou même supersoniques, sans donner lieu à un soufflage de l'arc, comme on pourrait s'y attendre en se basant sur les procédés de la technique antérieure utilisant l'arc électrique.

I1 est évident qu'on peut utiliser un appareillage relativement réduit pour la mise en oeuvre du procédé, du fait que les vitesses élevées des gaz permettent un débit d'écoulement total des gaz plus élevé que les procédés de la technique antérieure utilisant l'arc électrique.

Tout gaz qui ne se décompose pas en résidus solides à la chaleur de l'arc et qui n'attaque pas de façon appréciable les électrodes peut être utilisé comme gaz de l'arc ou comme gaz de protection. Dans l'application à la fabrication d'acétylène à partir d'hydrocarbures, on a constaté qu'il était désirable d'ajouter des gaz dissociables, tels que l'oxygène ou l'hydrogène, au gaz de l'arc, étant donné que les produits de dissociation, tels que l'oxygène atomique ou l'hydrogène atomique, qui se forment dans l'arc à grande intensité, facilitent l'accroissement du rendement en acétylène.

Les exemples I à IV donnent plusieurs applications pour la fabrication d'acétylène à partir d'hydrocarbures. La vitesse linéaire approximative des gaz effluents dans les exemples décrits ci-dessus est comprise cntre 274 et 884 m/sec. La température effective de l'effluence de l'arc dans les exemples en question est de l'ordre de 5000" Kelvin.

Exemple I
On utilise l'appareil représenté sur la fig. 1. Le diamètre de la cathode constituée par une baguette de tungstène thorié, l'alésage de l'anode en forme de tuyère de la lampe et le diamètre des pièces en tungstène rapportées dans la paroi de l'anode sont tous de 3, 2mu. La zone de réaction a un diamètre de 7,9 mm et une longueur de 25 mm. La zone d'extinction a un diamètre de 9,5 mm. La lampe est alimentée sous 93 volts (courant continu, pôle négatif sur l'électrode en forme de baguette) et 149 ampères et l'on fait passer du gaz hydrogène à travers la lampe à raison de 24,9 1/mn (température et pression normales; cette indication sera abrégée ci-après comme suit:
TPN).

On introduit dans la zone de réaction du gaz méthane à raison de 29,2 1/mn (TPN) et il entre en contact avec le gaz hydrogène chaud. Les gaz produits sont refroidis par une circulation d'eau de 147 llh. Les gaz produits ont la composition suivante (analyse effectuée par la méthode chromatographique):

Constituants Pourcentage volumétrique
C2H2 13,3
C2H 0,4
CH4 4,2
Hs + vapeur d'eau +
acétylènes plus élevés
(par différence) 82,1
100,0
On a calculé que 79 O/o du carbone contenu dans la matière de départ ont été transformés en acétylène carbonique et que 90 O/o du méthane effectivement soumis au cracking ont été transformés en acétylène.

Exemple Il
On a utilisé une lampe à arc comportant une cathode de tungstène de 3,2 mm de diamètre, une anode pilote à tuyère en cuivre d'un diamètre de 3,2 mm refroidie à l'eau et une anode primaire refroidie à l'eau comportant un orifice central s'amincissant progressivement de tri,4 à 3,2 mm de diamètre comme source de chaleur dans un appareil expérimental du type de la fig. 2. Du gaz argon est envoyé à travers la lampe à raison d'environ 8 à 10 1/mon et l'arc est entres tenu sous 30 volts (courant continu, pôle négatif sur l'électrode en forme de baguette) et 80 ampères. Le gaz argon chauffé par l'arc est transmis dans le kérosène contenu dans la chambre de réaction ou - une partie du kérosène est pratiquement soumise à un cracking puis refroidie brusquement pour former de l'acétylène.

Le gaz produit est séparé du kérosène et analysé; il contient environ 10 /o en volume d'acétylène.

Exemple III
On utilise dans cet exemple un appareil à lampe à arc du type représenté sur la fig. 3. La cathode de tungstène de la lampe a un diamètre de 3,2 mm; l'anode pilote à tuyère de la lampe a un diamètre de 3,2 mu et la tuyère de l'anode primaire s'amincit progressivement de 6,4 à 3,2 mm de diamètre. Le disque d'alimentation en hydrocarbure a un diamètre intérieur de 6,4 mm et comporte douze lumières de 0,33 mm, espacées uniformément autour d'une circonférence et envoyant du gaz propane dans la zone de cracking.

La lampe est alimentée sous 49,3 volts (courant continu, pôle négatif sur l'électrode en forme de baguette) et 104 ampères et l'on fait passer à travers la lampe du gaz argon à raison de 3,9 1/mon et du gaz hydrogène à raison de 3,7 1/mn. On introduit de l'argon additionnel à raison de 7,9 1/mn à travers les passages de gaz de protection pour protéger l'anode primaire. Le tube de refroidissement contient de l'eau qui circule à raison de 0,9 1/mon. Le gaz produit, après analyse, s'avère contenir 9,1 O/o en volume d'acétylène.

Exemple IV
On utilise un appareil du type représenté sur la fig. 2. La lampe est alimentée sous 50 volts (courant continu, pôle négatif sur l'électrode en forme de baguette) et 80 ampères et l'on fait passer un mélange gazeux de 1,0 1/mon d'oxygène et 8,6 1/mn d'argon à travers la tuyère dans du kérosène contenu dans la chambre de réaction. Le gaz produit, après analyse, s'avère contenir 13,0 O/o en volume d'acétylène.

D'autres hydrocarbures non saturés, tels que l'éthylène, peuvent également être fabriqués parcepro- cédé. On peut contrôler le produit final obtenu en faisant varier le contenu calorifique du gaz effluent de la lampe, l'hydrocarbure injecté et le taux d'extinction ou refroidissement.

Bien que la description ci-dessus vise essentiellement l'application à la fabrication d'hydrocarbures non saturés, tels que l'acétylène, ce processus peut également être utilisée pour améliorer d'autres réactions chimiques. Les phases principales du processus à effectuer sont les suivantes: Faire passer un gaz à travers un arc stabilisé par effet de paroi, mettre en contact l'effluent résultant des gaz chauds avec une matière réactive, puis refroidir brusquement les produits. L'atmosphère de la lampe pourrait être inerte et servir alors uniquement de source de chaleur ou être active et entrer alors dans la réaction chimique.

Les exemples V à VII mettent en évidence la fabrication d'eau oxygénée et d'acide cyanhydrique par ce processus.

Deux modes d'application préférés sont mis en évidence dans les exemples V et VI. Les conditions générales, la transformation du réactif en produit et les conditions de consommation, par exemple, peu vent être améliorées par la variante préférée qui consiste à chauffer au préalable le réactif. Il en est particulièrement ainsi dans le cracking du méthane en vue de la fabrication d'acétylène par ce procédé. L'effet du chauffage préalable est décrit dans l'exemple suivant.

Exemple V
On utilise un appareillage analogue à celui de l'exemple I ci-dessus. La lampe est alimentée avec une puissance totale de 8,2 kw et l'on fait passer du gaz hydrogène à raison de 33,8 1/mon à travers l'arc et on le met ensuite en contact avec un courant de méthane de 38,8 1/mn préalablement réchauffé à environ 450C C. Les gaz chauds produits sont ensuite brusquement refroidis par une pulvérisation d'eau et analysés: On constate qu'ils contiennent environ 11,0 /o en volume d'acétylène. On a calculé qu'environ 70 O/o du carbone contenu dans le méthane sont transformés en carbone d'acétylène et qu'environ 82 O/o du méthane effectivement soumis au cracking sont transformés en acétylène.

Les conditions de consommation sont également calculées: Elles sont de 1 kw/h/kg d'acétylène produit.

Une opération analogue en partant de méthane à la température ambiante dans des conditions de traitement comparables donne des résultats plus faibles, à savoir 9,2 O/o en volume d'acétylène dans le gaz pr ne, cette opération étant suivie d'un refroidissement brusque total à l'eau. Des calculs, basés sur l'analyse du gaz produit, indiquent que 90 O/o du méthane sont transformés en acétylène. Dans un exemple analogue où l'on n'utilise pas le refroidissement brusque partiel à l'hydrogène, on n'obtient qu'une transformation d'environ 83 o/o du méthane ayant subi la réaction en acétylène.

REVENDICATIONS
I. Procédé pour l'exécution de réactions chimiques par voie thermiques, comportant l'introduction de la matière à soumettre auxdites réactions dans l'effluent d'un arc concentré et stabilisé par effet de paroi de haute intensité calorifique et la récupération du produit de la réaction, caractérisé en ce que la matière à traiter est introduite dans l'effluent d'un arc obtenu en faisant passer un arc formé entre des électrodes adjacentes en même temps qu'un courant de gaz dans un passage étranglé, l'effluent qui émerge de ce passage et dans lequel ladite matière est introduite étant disposé en aval des électrodes.

Claims

II. Application du procédé selon la revendication I à la pyrolyse d'hydrocarbures, caractérisée en ce qu'on introduit un hydrocarbure liquide ou gazeux dans l'effluent du passage étranglé et l'on refroidit rapidement le produit pyrolysé.

III. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication I, comportant une électrode en forme de baguette non consommable, disposée coaxial lement dans une tuyère comportant un passage de sortie étranglé, ladite électrode ayant sa pointe à proximité de l'orifice d'admission dudit passage et ladite tuyère comportant une électrode complémentaire en amont de l'orifice de décharge dudit passage pour produire un arc avec ladite électrode en forme de baguette, arc qui, en présence de gaz circulant à travers ladite tuyère, pénètre dans ledit passage étranglé, caractérisé en ce que la tuyère débouche dans une enceinte communiquant avec l'orifice d'admission en vue de l'introduction de la matière liquide ou gazeuse destinée à subir des réactions thermiques de la part de l'effluent émergeant de la tuyère,

des moyens d'évacuation permettant de recueillir le produit formé par suite de la réaction thermique.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Application selon la revendication II, caractérisée en ce qu'on fait passer l'arc dans le passage étranglé avec un courant d'hydrogène.

2. Application selon la revendication II, caractérisée en ce qu'on fait passer l'arc dans le passage étranglé avec un courant d'argon.

3. Application selon la revendication II, caractérisée en ce qu'on fait passer l'arc dans le passage étranglé avec un mélange d'hydrogène et d'argon.

4. Application selon la revendication II, caractérisée en ce qu'on fait passer l'arc dans le passage étranglé avec un mélange d'oxygène et d'argon.

5. Application selon la revendication II, caractérisée en ce que l'hydrocarbure introduit dans l'effluent est un hydrocarbure aliphatique.

6. Application selon la revendication II, caractérisée en ce que l'hydrocarbure introduit dans l'ef- fluent est le méthane.

7. Application selon la revendication II, caractérisée en ce que l'hydrocarbure introduit dans l'effluent est le propane.

8. Application selon la revendication II, caractérisée en ce que l'hydrocarbure introduit dans l'ef.- fluent est le kérosène.

9. Application selon la revendication II, caractérisée en ce qu'on introduit l'hydrocarbure dans l'effluent en déchargeant ce dernier dans une quantité emmagasinée de l'hydrocarbure liquide.

10. Appareil selon la revendication III, caractérisé en ce que l'enceinte comporte un élément réacteur adjacent à la tuyère et présentant un passage central et une chambre annulaire munie d'un orifice d'admission pour la matière à traiter, et une série d'orifices d'évacuation radiaux pour ladite matière débouchant autour de la paroi intérieure dudit passage central.

11. Appareil selon la revendication III et la sousrevendication 10, caractérisé en ce que l'orifice d'évacuation du passage central de l'élément réacteur débouche dans une chambre coaxiale ménagée dans un élément d'extinction ou refroidissement brusque, ledit élément comportant une chambre annulaire munie d'un orifice d'admission pour le fluide d'extinc- tion et une série de passages radiaux pour ledit fluide débouchant autour de la paroi intérieure de ladite chambre.

12. Appareil selon la revendication III caractérisé en ce que la paroi intérieure de l'élément réacteur comporte une couche isolante thermique en carbone, en tungstène ou en zircone.

13. Appareil selon la revendication III, caractérisé en ce que la tuyère est électriquement conductrice et l'électrode complémentaire est constituée par une série de pièces métalliques réfractaires rapportées dans la paroi de la tuyère de manière à se trouver en relation d'échange thermique médiocre avec cette paroi, tout en étant en contact électrique avec la tuyère.

14. Appareil selon la revendication III, caractérisé en ce que la tuyère est dirigée vers le haut et est surmontée par un élément réacteur comportant une chambre présentant un orifice d'admission d'effluent aligné avec l'orifice de la tuyère, un orifice d'admission et un orifice de sortie pour la matière liquide à traiter, ledit orifice de sortie étant à un niveau supérieur à celui dudit orifice d'admission, et un orifice d'évacuation du produit obtenu, disposé à un niveau supérieur à celui de l'orifice d'évacuation du liquide.

15. Appareil selon la revendication III et la sous revendication 14, caractérisé en ce que la tuyère est dirigée vers le haut et l'élément réacteur est surmonté par un élément d'extinction comportant une chambre avec un orifice d'admission d'effluent aligné avec le passage central dudit élément réacteur, un orifice d'admission et un orifice de sortie pour un liquide d'extinction, l'orifice de sortie étant disposé à un niveau supérieur à celui de l'orifice d'admission et un orifice d'évacuation du produit disposé à un niveau supérieur à celui de l'orifice d'évacuation du liquide d'extinction.