EP0060768A1 - Combustible cryogénique ternaire stable à densité à l'état gazeux inférieure à l'air - Google Patents
Combustible cryogénique ternaire stable à densité à l'état gazeux inférieure à l'air Download PDFInfo
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- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
- C10L3/02—Compositions containing acetylene
Definitions
- the present invention relates to a stable ternary fuel with a density in the gaseous state lower than the density of air.
- the constituent more volatile than acetylene is ethylene.
- the third constituent chosen so as to cause the stabilization of the liquid phase is a hydrocarbon whose molecule contains three carbon atoms, the said hydrocarbon being part of the group consisting of propane, oyolopropane and propylene and the choice preferably being carried on the unsaturated hydrocarbon.
- the cryogenic ternary fuel consisting of a mixture of acetylene, ethylene and a C 3 hydrocarbon in the following proportions: 25 to 30% by volume of acetylene, 61 to 72% by volume of ethylene and 3 to 9% by volume of the C 3 hydrocarbon is used in the gaseous state after vaporization of the stored mixture in the liquid state.
- This combustible mixture is particularly suitable for welding and assembly operations.
- the density in the gaseous state is always lower than that of air, even when an alternate sampling of the gaseous phase of the storage tank or of vaporization of the liquid is carried out, this under normal operating conditions, it is that is to say, when, at the maximum, the ratio of the quantity withdrawn in the gas phase to that withdrawn by the liquid phase, remains less than 1.
- the stability of the fuel mixture is suitable for industrial use in large quantities.
- the low enrichment in acetylene, during a slow evaporation, allows the distribution of said mixtures in bulk or in small conventional cryogenic evaporators, free of copper or copper alloys.
- Transport and decanting are more advantageously carried out, the product being in the liquid state.
- the fuel mixtures of the invention when the O 3 hydrocarbon is propylene, are represented in the ternary diagram annexed to FIG. 1.
- the contents of acetylene, ethylene and propylene are given in percentages by volume.
- the properties of density lower than air in the gas phase and of low acetylene enrichment are perfectly preserved in the quadrilateral A 'B' C 'D' located below the straight line FG representing the mixtures of density equal to air.
- the preferred field of use corresponds to a cryogenic mixture containing approximately 26% of acetylene, approximately 69% of ethylene and approximately 5% of propylene.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un combustible ternaire stable à densité à l'état gazeux inférieure à la densité de l'air.
- Il est d'usage, depuis plus d'un demi-siècle, d'utiliser l'acétylène dans ce domaine technique. Cependant, la nature de l'acétylène fait qu'il est très dangereux de le conserver comprimé à l'état naturel, et couramment on le stocke après l'avoir comprimé et dissous dans un solvant, tel l'acétone, dans un matériau poreux. Dans ces conditions, par rapport au poids du récipient et de son contenu la quantité d'acétylène stockée ou transportée est faible.
- On a envisagé le transport et l'entreposage de l'acétylène à l'état liquide, néanmoins en raison du risque d'explosion et de la difficulté de manipulation, l'acétylène pur liquéfié n'est pas utilisé.
- On a proposé l'emploi de mélanges d'acétylène, évitant les risques d'explosion et permettant d'obtenir une température de combustion suffisamment élevée pour réaliser des opérations de soudage et d'oxycoupage. D'autre part, on sait que l'addition d'acétylène, dans un gaz combustible peut conférer à ce dernier des performances de soudage tendant vers celles de l'acétylène. Or, s'il est aisé de réaliser des mélanges gazeux à composition constante, il n'en est pas de même lorsque le mélange provient d'un stockage à l'état liquide où la phase gazeuse est différente, en composition, de la phase liquide. Dans le cas du mélange éthylène-acétylène il se produit un enrichissement en acétylène, alors que dans celui du mélange propylène-acétylène il y a appauvrissement en acétylène, ce qui conduit, au bout d'un certain temps, à un mélange inapte à la soudure.
- On pourrait éviter cette difficulté par le prélèvement de la phase liquide du mélange qui reste constante, dans la mesure où le liquide ne se réchauffe pas de trop.
- Dans l'industrie, en général, le réchauffage du liquide ne peut pas être évité et l'on est obligé d'évacuer l'excédent de pression ce qui crée une modification du mélange. Ce phénomène est très important lorsque l'isolation du récipient est mauvaise ou que le récipient cryogénique est resté trop longtemps stocké.
- On a recherché depuis plusieurs années des mélanges combustibles à teneur sensiblement constante en acétylène ne nécessitant pas d'équipements spéciaux pour sa distribution en liquide comme ceci est le cas pour les mélanges éthylène-acétylène.
- Il a été trouvé des mélanges distribuables sous forme liquide avec les équipements classiques des liquides cryogéniques et dont la phase gazeuse et la phase liquide ont une teneur sensiblement constante en acétylène. Ces mélanges gazeux combustibles obtenus par évaporation naturelle de la phase liquide, sans prélèvement de celle-ci, représentent pour l'utilisateur une économie d'investissement du fait d'une simplification de l'équipement par rapport aux mélanges binaires éthylène-acétylène.
- Avec les mélanges connus éthylène-acétylène on assiste à l'évaporation préférentielle du composé éthylénique et en conséquence à l'enrichissement de la phase liquide en acétylène. Les mélanges ternaires proposés qui ne présentent qu'un faible enrichissement en acétylène , répondent mieux aux critères de sécurité.
- On a obtenu des mélanges de deux hydrocarbures et d'acétylène qui, par évaporation naturelle, restituent un gaz dont la teneur en acétylène varie peu, et à fortiori si on utilise un évaporateur froid classique permettant le prélèvement simultané de la phase liquide et gazeuse, en réalisant des mélanges à trois constituants dans lequel un constituant est plus volatil que l'acétylène, tandis que le troisième l'est moins. Ce dernier constituant contribue par effet physique à la stabilisation de la phase liquide en fin de vidange, alors que le plus volatil stabilise la phase gazeuse, en particulier en début de vidange.
- Le constituant plus volatil que l'acétylène est l'éthylène.
- Le troisième constituant choisi de manière à provoquer la stabilisation de la phase liquide est un hydrocarbure dont la molécule contient trois atomes de carbone, le dit hydrocarbure faisant partie du groupe constitué par le propane, le oyolopropane et le propylène et le choix se portant de préférence sur l'hydrocarbure insaturé.
- De plus, afin de répondre aux critères particuliers de sécurité requis pour tous les travaux effectués dans des locaux et ateliers à atmosphère confinée, situés en dessous du niveau du sol, exigus, parfois difficiles à ventiler, on a recherché des mélanges combustibles pour applications soudage et assemblage, dont la densité à l'état gazeux reste inférieure à celle de l'air.
- Selon l'invention, le combustible ternaire cryogénique constitué par un mélange d'acétylène, d'éthylène et un hydrocarbure en C3 dans les proportions suivantes : 25 à 30 % en volume d'acétylène, 61 à 72 % en volume d'éthylène et 3 à 9 % en volume de l'hydrocarbure en C3 est utilisé à l'état gazeux après vaporiàation du mélange stocké à l'état liquide.
- Ce mélange combustible est particulièrement adapté aux opérations de soudage et d'assemblage.
- La densité à l'état gazeux est toujours inférieure à celle de l'air, même quand on effectue un prélèvement alterné de la phase gazeuse du réservoir de stockage ou de vaporisation du liquide, cela dans des conditions d'exploitation normales, c'est-à-dire, lorsque, au grand maximum, le rapport de la quantité prélevée en phase gazeuse à celle prélevée par la phase liquide, reste inférieur à 1.
- La stabilité du mélange combustible est adaptée à l'emploi industriel en grande quantité.
- Le faible enrichissement en acétylène, lors d'une évaporation lente, autorise la distribution des dits mélanges en vrac ou dans des petits évaporateurs cryogéniques classiques, exempts de cuivre ou d'alliages cuivreux.
- Le transport et le transvasement sont plus avantageusement réalisés, le produit étant à l'état liquide. On peut envisager le conditionnement de la phase gazeuse à l'état comprimé, sous pression pouvant atteindre 100 bars, dans des récipients remplis de matière poreuse.
- Les mélanges combustibles de l'invention, quand l'hydrocarbure en 03 est le propylène, sont représentés dans le diagramme ternaire joint en annexe sur la figure 1. Les teneurs en acétylène, éthylène et propylène sont portées en pourcentages en volume. Les propriétés de densité inférieure à l'air en phase gazeuse et de faible enrichissement en acétylène sont parfaitement conservées dans le quadrilataire A' B' C' D' situé en dessous de la droite FG représentant les mélanges de densité égale à l'air.
- Le domaine d'utilisation préféré correspond à un mélange cryogénique contenant environ 26 % d'acétylène, environ 69 % d'éthylène et environ 5 % de propylène.
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- Dans tous les cas, on constate sur la figure 2 que l'ensemble des points figurant les compositions liquide et gazeuse, sont en dessous de la droite G/F sur le dessin annexé. La ligne pointillée EE"' figure l'évolution de la phase liquide tandis que la ligne poin- tilléeE'E" correspond à celle de la phase gazeuse. Le mélange cryogénique d'origine est représenté par le point E, le point conjugé E' représentant la composition de la phase gazeuse en équilibre avec E ; les points E" et E"' représentant respectivement les compositions de la phase gazeuse et de la phase liquide à 80 % de vidage.
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