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Procédé POUR la Mise en oeuvre de réactions gazeuses endothermiques.
La présente invention se rapporte à la mise en oeuvre de réactions gazeuses endothermiques, par exemple la transformation d'hydrocarbures en forme de gaz ou de vapeur ou de gaz contenant des hydrogènes carburés, par exemple du gaz de cokerie, du gaz naturel ou du gaz de cracking, à l'aide de vapeur d'eau ou d'acide carbonique ou de mélanges de vapeur et d'acide carbonique sous formation d'hydrogène et d'oxyde de carbone par échauffement des gaz à des températures supérieures à environ 1200-1400 C. dans des accumulateurs régénératifs de chaleur (régénérateurs).
On a préconisé d'employer, pour la réaction gazeuse endothermique, des accumulateurs de chaleur en forme de tours du genre des appareils à air chaud connus pour hauts fourneaux, on a cependant constaté que la construction courante des accumulateurs de chaleur pour hauts fourneaux n'est pas assez résistante pour les températures élevées de réaction entrant en ligne de compte
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dans le présent procédé. Dans l'accumulateur de chaleur ou récupérateur pour hauts fourneaux, l'air est généralement préchauffé a des températures ne dépassant pas 900-1000 C., tandis que par exemple dans la transformation du gaz de cokerie à l'aide de vapeur d'eau, en vue d'obtenir un gaz libre d'hydrocarbures et riche en hydrogène, il faut employer des températures supérieures à 1300 .
Pour l'échauffement à des températures aussi élevées la construction de la coupole du récupérateur à gaz en forme de tour présente des difficultés toutes spéciales, étant donné que d'un côté les températures maxima s'y accumulent et que d'un autre côté la dilatation des briques provoquée par l'échauffement de la maçonnerie y atteint son maximum.
Il s'y ajoute que l'épaisseur des parois extérieures des récupérateurs normaux pour hauts fourneaux et l'isolation en résultante contre les pertes de chaleur sont nettement insuffisantes, si les températures intérieures de ces récupérateurs sont augmentées considérablement. on a constaté par exemple que pour des températures d'échauffement de 1200 - 13000 C., il est indispensable de prévoir une épaisseur des parois du revêtement réfractaire supérieure à 500 mm., afin de maintenir la température de l'enveloppe métallique du récupérateur dans des limites ne détériorant pas la solidité du matériel de construction, par exemple à environ 80 C.
La présente invention consiste en ce que, pour la mise en oeuvre des réactions gazeuses endothermiques à des températures supérieures a 1200-1400 C., il est prévu un récupérateur en forme de tour, fermé à son extrémité supérieure par une coupole d'une épaisseur de paroi dépassant 600 mm., reposant librement sur une saillie circulaire, montant en biais vers l'extérieur de l'enveloppe du récupérateur essentiellement cylindrique, de manière que la maçonnerie de la tour puisse se dilater librement jusqu'à l'intérieur de la coupole à des températures de flamme pendant l' échauffement du récupérateur montant jusqu'à 1750 , sans déformer la maçonnerie de revêtement de l'intérieur de la
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coupole.
Le dessin annexé représente en coupe verticale un dispositif servant à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
Pour la mise en oeuvre de la réaction gazeuse dans le dispositif représenté sur le dessin, on a prévu un récupérateur de chaleur en forme de tour, constitué essentiellement par une enveloppe cylindrique 1, revêtue à l'intérieur d'une maçonnerie en briques réfractaires 2. L'espace creux 3, chauffé par la ma- çonnerie 2, est garni d'un dispositif connu servant à l'échange de chaleur.
A son bord supérieur, l'enveloppe 1 se transforme en une saillie circulaire 4, montant en biais vers l'extérieur, sur laquelle repose la coupole 5, de préférence de forme hémisphérique.
L'obliquité de la saillie circulaire 4 par rapport à l'horizontale est d'environ 30 .
Sur la saillie en biais 4, on a prévu à l'intérieur une série de tringles d'appui annulaires 6. Ces tringles d'appui s'engagent dans les briques de base 7 de la maçonnerie de la coupole d'une manière telle qu'elles puissent résister à la pression provoquée par le revêtement 8 en forme de voûte en porte-à-faux, sans glisser de la saillie en biais 4 vers l'intérieur dans le sens radial de la coupole.
La maçonnerie dans le secteur du revêtement 8 de la coupole est exécutée de telle sorte qu'une fente annulaire soit obtenue entre la base de la coupole et le bord supérieur de la maçonnerie de la tour. Cette fente annulaire permet à la maçonnerie de la tour de se dilater librement en hauteur lors de réchauffement, sans pour cela déplacer le revêtement de la coupole de sa position primitive. La fente peut être recouverte de moyens convenables, afin d'empêcher les gaz de chauffage d'entrer directement dans la fente.
L'épaisseur du revêtement de la coupole 8, désignée par sur le dessin, doit utilement être supérieure à 600 mm.; en
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conséquence, la saillie en biais 4 de la coupole doit être dimensionnée proportionnellement.
De la coupole de l'enveloppe du récupérateur 1 part un canal de communication 9, conduisant à une colonne de combustion 10, prévue latéralement du récupérateur pour le gaz. Comme indiqué sur le dessin, la colonne de combustion 10 elle aussi est recouverte d'une coupole 11, exécutée suivant une construction semblable à celle du récupérateur 1.
La colonne 10 sert de chambre de combustion pendant l'échauffement du récupérateur régénératif. Le gaz et l'air sont introduits par la conduite 12, 13, disposée au fond du récupérateur à gaz. La flamme se forme dans la colonne 10 et y est consommée presque complètement, de sorte que seulement des gaz d'échappement chauds et complètement brûlés traversent le canal de combustion 9, pour entrer dans le récupérateur. Ces gaz d'échappement traversent le dispositif 3 du récupérateur, pour s'échapper enfin par la conduite 14 dans le rampant.
Après que le dispositif du récupérateur a été amené à la température voulue, le chauffage dans la colonne de combustion 10 est interrompu et le canal d'échappement 14 est fermé. on ouvre alors la soupape commandant la conduite d'amenée lb du gaz de réaction, de sorte que le gaz, resp. le mélange de gaz à transformer puisse entrer d'en bas dans le récupérateur. Le mélange s'échauffe progressivement en contact avec le dispositif 3 à grandes surfaces de récupération, assurant de cette manière une transformation complète. Ensuite les gaz de réaction traversent la colonne de combustion la, dans laquelle ils sont maintenus à une température très élevée pendant un certain temps, pour pouvoir s'échapper enfin à travers les conduites de tuyauterie 16.
Comme matériel de construction pour le récupérateur 1, on choisit des matières céramiques très réfractaires, par exemple de la sillimanite ou des briques siliceuses de haute qualité.
Le revêtement réfractaire est entouré à l'extérieur par un maté-
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riau de construction mauvais conducteur de la chaleur, résistant à la chaleur, la couche d'isolation à la chaleur étant dimensionnée de sorte que l'enveloppe 1, la saillie circulaire 4 et la coupole 5 soient maintenues à la température indiquée plus haut d'à peu près 80 C. ou inférieure à celle-ci.
Au lieu de placer la coupole sur une saillie ininterrompue 4, il est encore possible le cas échéant de donner à cette saillie une forme échelonnée avec assemblages obliques entre les échelons.
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Process FOR Carrying out endothermic gas reactions.
The present invention relates to the implementation of endothermic gas reactions, for example the transformation of hydrocarbons in the form of gas or vapor or gas containing carburized hydrogen, for example coking gas, natural gas or gas. cracking, using water vapor or carbonic acid or mixtures of vapor and carbonic acid under the formation of hydrogen and carbon monoxide by heating the gases to temperatures above about 1200- 1400 C. in regenerative heat accumulators (regenerators).
It has been recommended to use, for the endothermic gas reaction, heat accumulators in the form of towers of the type of hot air apparatus known for blast furnaces, it has however been found that the current construction of heat accumulators for blast furnaces does not is not strong enough for the high reaction temperatures involved
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in the present method. In the heat accumulator or recuperator for blast furnaces, the air is usually preheated to temperatures not exceeding 900-1000 C., while for example in the transformation of coke oven gas using steam , in order to obtain a gas free of hydrocarbons and rich in hydrogen, it is necessary to use temperatures above 1300.
For heating to such high temperatures the construction of the dome of the gas recuperator in the form of a tower presents very special difficulties, given that on the one hand the maximum temperatures accumulate there and that on the other hand the expansion of the bricks caused by the heating of the masonry reaches its maximum.
In addition, the thickness of the outer walls of normal blast furnace recuperators and the resulting insulation against heat loss are clearly insufficient, if the internal temperatures of these recuperators are increased considerably. it has been observed, for example, that for heating temperatures of 1200 - 13000 C., it is essential to provide a thickness of the walls of the refractory lining greater than 500 mm., in order to maintain the temperature of the metal casing of the recuperator in limits which do not adversely affect the solidity of the construction material, for example at about 80 C.
The present invention consists in that, for the implementation of endothermic gas reactions at temperatures above 1200-1400 C., a tower-shaped recuperator is provided, closed at its upper end by a dome with a thickness. of wall exceeding 600 mm., resting freely on a circular projection, rising at an angle towards the outside of the casing of the essentially cylindrical recuperator, so that the masonry of the tower can expand freely into the interior of the cupola at flame temperatures during the heating of the recuperator amounting to 1750, without deforming the masonry covering the interior of the
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cupola.
The appended drawing shows in vertical section a device used for carrying out the method according to the invention.
For carrying out the gaseous reaction in the device shown in the drawing, a tower-shaped heat recuperator is provided, consisting essentially of a cylindrical casing 1, coated on the inside with a refractory brickwork 2. The hollow space 3, heated by the masonry 2, is lined with a known device serving for heat exchange.
At its upper edge, the casing 1 is transformed into a circular projection 4, rising at an angle towards the outside, on which the dome 5 rests, preferably of hemispherical shape.
The obliquity of the circular projection 4 with respect to the horizontal is about 30.
On the angled projection 4, there is provided inside a series of annular support rods 6. These support rods engage in the base bricks 7 of the masonry of the dome in such a way that 'they can withstand the pressure caused by the covering 8 in the form of a cantilevered arch, without sliding from the slanting projection 4 inwards in the radial direction of the dome.
The masonry in the sector of the cladding 8 of the dome is executed in such a way that an annular slot is obtained between the base of the dome and the upper edge of the masonry of the tower. This annular slot allows the masonry of the tower to expand freely in height during heating, without moving the covering of the dome from its original position. The slit may be covered with suitable means, in order to prevent the heating gases from entering directly into the slit.
The thickness of the coating of the dome 8, designated by in the drawing, should usefully be greater than 600 mm .; in
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Consequently, the diagonal projection 4 of the dome must be dimensioned proportionally.
From the cupola of the casing of the recuperator 1 leaves a communication channel 9, leading to a combustion column 10, provided laterally of the recuperator for the gas. As shown in the drawing, the combustion column 10 is also covered with a dome 11, made according to a construction similar to that of the recuperator 1.
Column 10 serves as a combustion chamber during the heating of the regenerative recuperator. Gas and air are introduced through line 12, 13, arranged at the bottom of the gas recuperator. The flame forms in column 10 and is consumed there almost completely, so that only hot and completely burnt exhaust gases pass through combustion channel 9, to enter the recuperator. These exhaust gases pass through the device 3 of the recuperator, to finally escape through line 14 into the ramp.
After the recuperator device has been brought to the desired temperature, the heating in the combustion column 10 is discontinued and the exhaust channel 14 is closed. the valve controlling the feed line lb of the reaction gas is then opened, so that the gas, resp. the gas mixture to be transformed can enter the recuperator from below. The mixture heats up progressively in contact with the device 3 with large recovery surfaces, thereby ensuring complete transformation. Then the reaction gases pass through the combustion column 1a, in which they are kept at a very high temperature for a certain time, in order to finally be able to escape through the pipe lines 16.
As construction material for the recuperator 1, highly refractory ceramic materials are chosen, for example sillimanite or high-quality siliceous bricks.
The refractory lining is surrounded on the outside by a material.
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A poor heat conductor, heat resistant construction riau, the heat insulating layer being dimensioned so that the casing 1, the circular projection 4 and the dome 5 are maintained at the temperature indicated above of about 80 C. or less than this.
Instead of placing the dome on an uninterrupted projection 4, it is still possible, if necessary, to give this projection a stepped shape with oblique connections between the rungs.