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PERFECTIONNEMENTS APPORTES A LA DECOMPOSITION SOUS L'ACTION'
DE LA. CHALEUR D'UN MELANGE DE METHANE ET DE VAPEUR D'EAU,
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L'invention a pour objet un procède servant à produire de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone en décomposant sous l'action de la chaleur un mélange de vapeur d'eau, de mé- thane et d'hydrocarbures gazeux ou volatiles, tels que ceux contenus dans les gaz naturels ou dans les gaz provenant de la carbonisation ou de la gazéification des combustibles.
Pour le méthane, qui par rapport aux autres hydrocarbures du gaz de houille est l'élément prépondérant, la réaction s'effectue suivant le formule suivante :
C H4 + H2 0 = C 0 + 3 H2 - 51 oalories.
Il sera donc nécessaire de fournir au mélange de gaz et de vapeur d'eau en circulation une certaine quantité de cha- leur. Car, d'une part, ce ne sera qu'à une température élevée que la réaction sera suffisamment complète' et d'autre part, cette réaotion est endothermique. Cet apport de chaleur peut se faire en brûlant par l'air uns certaine partie du
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gaz à traiter. Pour obtenir par ce chauffage l'effet utile le plus élevé, il conviendrait de brûler partiellement le gaz à traiter en y ajoutant le proportion voulue d'air.
Mais, dans ces conditions, on introduirait dans le mélange une propotion exagérée d'azote.
L'apport de chaleur en question devra donc 6tre fait plutôt d'une façon indirecte, c'est-à-dire en séparant le circuit du gaz à traiter de celui des gaz en combustion.
Un premier moyen consiste à prévoir un échangeur de tempéra- ture en produits réfractaires et comprenant deux circuits, dont l'un sert à la circulation et à la conversion du gaz à
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truitor ut dout l'nubro oit parcouru iiiir 1;ipari'ie du f7,C\7, qui est brûlée.
Un second moyen consiste à réaliser la réaction dans un ré- générateur de chaleur qui, pendant une première période emma- gasine une partie de la chaleur dégagée par la combustion du gaz servant au chauffage et qui, pendant une seconde période, cède cette ohaleur au gaz à traiter, et produit ainsi la conversion voulue.
La chaleur emportée pur les fumées 001' liant dos échangours de température ou des régénérateurs de chaleur pourra être récupérée économiquement, soit pour le réchauffage de l'air de combustion, soit pour le réchauffage préalable du gaz à traiter, soit pour le réchauffage du gaz de chauffage, soit pour la production ou pour le surchauffage de la vapour d'eau requise.
D'autre part, il a été trouvé utile de prévoir des appareils servant à récupérer d'une façon rationnelle la chaleur empor- tée par le gaz ayant subi la conversion.
Dans certains cas il n'est pas indispensable d'obtenir un gaz ayant une teneur en méthane aussi réduite que possible.
Il convlondra alors de so servir pour la récupération en (lues- tion soit d'un échangeur de température, soit d'un régéné- rat eur de chaleur,.
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Dans d'autres cas il faut limiter autant que possible la teneur en méthane dans le gaz converti. La réaction en ques- tion étant réversible, aux températures voisines de celle à laquelle elle est pour ainsi dire complète, il importe de prévoir, pour le refroidissement du gaz traité, des mesures en vue d'éviter, autant que possihle, toute rétrogression de la réaction. Or, à la température de 300 à 400 et en l'absence de catalyseurs, il ne se produit plus aucune transformation du mélange. Il faudra donc se servir d'un agent pouvant diminuer rapidement vers 400 à 3000 C la tem- pérature des gaz traités.
L'eau étant un agent convenant spécialement pour cet usage, il a été trouvé utile de mettra le gaz, aussitôt à la sortie de l'appareil de conversion,
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en ooritucb sal,L uvac lu;, hauuir3 d'un iippnrail UOllbollltl1U wiu masse donnée d'eau (par exemple une chaudière), soit directe- ment avec de l'eau liquide.
Les dessins ci-joints montrent quelques dispositions sché- matiques indiquant, à titre d'exemple, divers modes de réali- sation de l'objet de l'invention.
Les figures, 2, 3, 4, 5 et 6 se rapportent au cas où un échange de température se fait à travers une cloison en produits réfractaires séparant le circuit des gaz en combus- tion de celui du gaz à traiter.
Les figures 7, 8, 9 et 10 se rapportent au cas où pendant une première période la chaleur produite par les gaz en com- bustion est emmagasinée dans l'empilage d'un régénérateur
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cil, I)" 1 l1qnt!r1 iiii-i q 1400nnr)q prjr'i or)8, cotto ohl1] ()lJT ent c<Jfi4? au gaz à traiter.
Dans le cas prévu à la figure., il se fait eh outre un échange de température entre l'air de combustion arrivant par 2 dans l'échangeur A, et les fumées sortant par 1 de ce même échangeur. La conversion se produit dans l'échangeur C qui reçoit en 5 le gaz de chauffage et qui cède la chaleur
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dégagée au courant de gaz à traiter arrivant par la branche 3 de l'échangeur B et sortant par la branche 4. Il y a échange de température entre ces deux branches et récupéra- tion partielle de la chaleur produite.
La figure 2 se rapporte au cas où il y a échange de tem- pérature entre les produits de la combustion sortant en 1 et le gaz à traiter entrant par 3..Le gaz converti sort à tempé- rature élevée par le conduit 4 et il est dirigé dans une chaudière D, où il céde rapidement sa chaleur. L'élément C de l'appareil est muni à sa partie supérieure d'une admission 5 pour le gaz de chauffage et d'une admission 2 pour l'air de combustion.
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Ln fir;l1ro 3 indiqua win rrocltfi.an,i;9.on do la î;tyzr n S3 drma laquelle la chaudière D est remplacée par un laveur à injec- tion d'eau E.
Dans la fig. 4 ce laveurEest prolongé par un saturateur d'humidité F, dans lequel le gaz à traiter se charge de la quan- tité voulue de vapeur d'eau.
Dans les exemples indiqués ci-dessus la récupération par-
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tielle das chaleurs so fnirmit dans don () 011 nn (";0 111'S do tompu- ratute.
L'exemple indiqué à la figure 5 se rapporte au cas où cette récupération se fait dans des régénérateurs de chaleur. Les régénérateurs A et B sont parcourus alternativement par les fumées et par l'air de combustion, tandis que les régénérateurs D et E sont parcourus alternativement par le gaz converti et
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pur le gaz à traiter. L"cllUll0Ul' da L01JlpCl'uLUl.'(j 0 jcrt à porter le gaz à traiter à la température voulue. La vanne d'inversion F sert à la distribution alternative du gaz à traiter et du gaz converti. La vanne d'inversion G sert à la distribution alternative de l'air de combustion et des fumées.
Rien n'empêche de remplacer les régénérateurs D et E par les appareils à circulation d'eau indiqués aux figures 2, 3 et 4.
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La figure 6 donne un développement du schéma de la fleure 5 montrant une disposition spéciale de l'échangea de tempéra- ture qui est raccordé de part et d'autre aux régénérateurs en question et qui présente la surface de chauffe requise pour obtenir la conversion voulue.
L'échangeur de température consiste en une chambre allongée 1, dont les parois verticales et parallèles se trouvent à faible distanoe l'une de l'autre. Ces parois séparent la chambre 1 de deux chambres 2 et. 2 , qui communiquent entre elles à leur partie supérieure par des briques perforées 3, constituant un faisceau tubulaire normal aux parois de la chambre 1.
Dans ce faisceau la disposition des briques perforées est en quinconce. La partie inférieure de chacune des chambres 2 et 2a est remplie par des empilages 4 et 4a. La partie infé- rieure de la chambre 1 est divisée en son milieu par une cloi- son transversale et verticale séparant deux empilages 5 et 5a.
Le circuit de chauffage est constitué par les régénérateurs 4 et 4a, la partie supérieure des chambres 2 et 2a et les bri- ques perforées 3. L'air de combustion est admis par la vanne d'inversion 6 à la base de l'un ou de l'autre empilée 4 ou 4a et il y monte pour arriver dans la chanbre 2 ou 2a, où. il brûle le gaz admis par le robinet 7 à trois voies. Les produits de cette combustion traversent les briques perforées 3 pour des- cendre dans la chambre 2a ou 2 et dans l'empilage 4a ou 4 et pour s'échapper à la cheminée par la vanne d'inversion 6.
Dans le circuit du gaz à traiter le gaz est admis en 9 par lu vanne d'inversion 8 à la base de l'un ou de l'autre des empilages 5 ou 5a,et il y monte pour arriver dans le faisceau tubulaire de la chambre 1 et pour s'échauffer au contact des parois de cette chambre, ainsi que de celles des briques per- forées 3. En descendant dans le régénérateur 5a ou 5, il y
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cède une partie de sa chaleur et il sort en 10 par la vanne d'inversion 8.
Dans le cas prévu à la figure 7, le régénérateur en ques- tion est indiqué par la lettre C. Pendcnt l'une des périodes le gaz de chauffage y est admis directement. L'air pour sa combustion arrive par l'échangeur de température A qui contient aussi le conduit d'échappement des fumées. Pen- dant l'autre période, le gaz de chauffage est fermé ainsi que l'arrivée d'air et l'échappement à la cheminée. Le gaz à traiter est admis dans l'échangeur de température B ot il vient en contact avec 1'empilage C, où il ont oon- verti pour céder ensuite une partie de sa chaleur lors de sa sortie par l'échangeur de température B.
La figure 8 est une modification de la figure 7, dans laquelle les échangeurs de température sont remplacés par des régénérateurs de chaleur. Le régénérateur de oonversion est toujours indiqué par la lettre C.
Il y a lieu de distinguer 4 périodes de marche.
Dans la première période, le gaz de chauffage admis en C y est brûlé par l'air admis par le régénérateur A, et les fumées s'échappent par le régénérateur B.
Dans la seconde période, l'admission du gaz de chauf- fage est fermée, ainsi que le circuit par les régénéra- teurs A et B. Le gaz à traiter est admis dans le régé-
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nérateur D nt il () ni; converti df\J1fJ le r a,înctrto r C pour céder ensuite une partie de sa chaleur dans le régé- nérateur E.
Dans la troisème période, l'admission du gaz à trai- ter est fermée, ainsi que le circuit des régénérateurs
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Le gaz de chauffage est admis dans le régénérateur 0, où il est brûlé par l'air arrivant par le régénérateur- B. Les fumées s'échappent par le régénérateur A.
Dans la quatrième période, l'admission du gaz de chauffage est fermée, ainsi que le circuit des régénérateurs A et B. Le gaz à traiter est admis dans le régénérateur E et il est con- verti dans le régénérateur 0, pour céder ensuite une partie de sa chaleur dans le régénérateur D.
La figure 9 indique un exemple où la disposition ne comprend que deux régénérateurs A et B, qui sont raccordés à leur par- tie supérieure par un conduit C.
Pendant la période de chauffage, le gaz de chauffage est admis dans le conduit C ot l'air est admis à ICI partis infé- rieure du régénérateur B. L'air réchauffé au contact de l' empilage du régénérateur B brûle dans le régénérateur A le gaz admis dans le conduit C, et les fumées s'échappent par le conduit E. Lorsque l'empilage de A est porté à la température voulue, le conduit E est fermé, ainsi que l'arri- vée d'air D. Le gaz à traiter est admis dans la partie infé- rieure du régénérateur A, où il est converti en y montant, et il est dirigé par le conduit C dans le régénérateur B, où il cède une partie de sa chaleur, avant sa sortie par la partie inférieure. La période de réaction est à houveau suivie d'une période de chauffage.
Dans l'exemple indiqué à la figure 10, le régénérateur B de l'exemple précédent est supprimé et remplacé par une chaudière.
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j;'tjl1o.l:1uL J.a l).L'.lul1o (la ulit;1.ui'S'U!:5O, 10 nddW .aour A nrib nii- menté par du gaz et de l'air froid. Pendant la période de oonversion, la chaudière récupère la chaleur qu'emporte le gaz traité.
Dans tous les exemples, indiqués ci-dessus, la température, tant des gaz traités que des fumées, pourra être abaissée au
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dégré voulu par leur paoduge par des ol1/;iut11êl'I;H:I qui rournirout
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la quantité requise de vapeur.
Pour le cas du gaz de fours à coke qui contient 50% d'hy- drogène et 26% de méthane, la quantité de vapeur requise sera de 220 grammes par M3 de gaz converti, et la quantité de gaz de combustion correspondante sera de 1/2 m3. La récupération
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(Ion divornoa ohnln111'rJ J11rJ'lIt' h ln l;<:JIj!ll,é J'(\ [:111'0 do :5000() donnoru
280 grammes de vapeur par m3 de gaz.
Quant au gaz converti, dans ces conditions, son volume sera de 1,75 m3 par 1 m3 de gaz à traiter et il contiendra 70% d'hydrogène et des traces de méthane. Aux 500 litres d'hydr- gène par 1 m3 de gaz à traiter correspondront 1250 litres, après conversion. La différence, soit 750 litres, sera pro- duite par la combustion de 1/2 m3 du Gaz à traiter.
REVENDICATIONS
1.- Procédé servant à produire de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, en décomposant sous l'action de la chaleur un mé- lange de vapeur d'eau, de méthane et d'hydrocarbures gazeux ou volatiles, tel que ceux contenus dans les gaz naturels ou
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nana Ion ànz provonoub do lu u ()(.r1Joai;!:\ [don ou do lu C::l\(.Íl. r 1- cation des combustibles, la chaleur requise étant fournie par la combustion au moyen d'air d'une certaine partie du gaz à traiter, procédé caractérisé en ce que le criouit du gaz à traiter et celui des gaz en combustion sont séparés pendant le traitement.
2.- Procédé tel que revendiqué sous 1, caractérisé en ce
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que le gaz 6. trtiiLar L les iStt% eu UOIlllJUdLlùl1 j,lttl'UüUl'tmt un échangeur de température en produits réfract'aires et compre- nant deux circuits, dont l'un sert à la circulation et à la conversion du gaz à traiter et dont l'autre est parcouru par la partie du gaz qui est brûlée.
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3.- Procédé tel iluu l'OVollC1i(lUÚ :Joua 1, Of.U'(W 1;61'10Ó on uo
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