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Four à deux cuves pour la dissociation du. méthane.
On connait un procédé pour la transformation du méthane en un mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène prêt à la synthèse, dans lequel le .gaz contenant le ::;éthane est soumis sur du coke à une combustion partielle avec de l'oxygène. Il a été proposé dtemployer pour la réalisation de ce procédé un four à deux cuves dont le remplissage de coke sert d'accumulateur de chaleur pour le réchauffage et le refroidissement des gaz transformés. Dans ce but le gaz à traiter est introduit par le haut dans une des deux cuves, le mélange
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d'oxyde de carbone et d'hydrogène produit est pris à l'extre- mité supérieure de l'autre cuve et on intervertit périodiquement ce sens d'écoulement.
L'oxygène est amené aux parties inférieures des deux cuves (chambres de combustion), qui sont reliees par un canal transversale
Ce qui est connu jusqu'à présent de la constitution des fours de dissociation du méthane ne répond toutefois pas aux conditions imposées au point de vue de l'exploitation.
Dans le mode de réalisation connu, on emploie comme chambres de combustion les parties inférieures de deux cuves s'élargis- sant en cône, étroitement juxtaposées qui sont reliées à peu près à la hauteur des chambres de combustion par le canal transversal. L'oxygène est amené alors au canal transversal dans le plan de symétrie entre les cuves ou bien on dirigé chaque fois deux tuyères à oxygène dans le voisinage du canal transversal vers le milieu des deux chambres de combustion.
Tandis que l'oxygène introduit dans le plan de symétrie détruit la maçonneriese trouvant entre les deux cuves, il s'est produit également lors du fonctionnement avec des jets de 02 dirigés sur le milieu des chambres de combustion des diffioultés impossibles à prévoir. Avant tout, le remplissage de coke du four opposait au passage du gaz, après une certaine durée de fonctionnement, une résistance d'une élévation inattendue.
La chute de pression du gaz envoyéà travers le four s'élevait entre autres jusqu'à cent fois la valeur normale. Le gaz envoyà à travers le four devait alors être réduit en-dessous du débit nominal. A d'autres moments, il a été observé que le four n'absorbait plus pendant longtemps le déversement du coke au gueulard. La descente du coke était arrêtée par des ac- crochages qu'il fallait dégager au moyen de tiges pour empêcher le four de brûler 2 vide. Ces phénomènes étaient surprenants en ce sens que dans les fours à cuve on considère un chargement consistant uniquement en coke comme trout-à-fait idéal pour ce qui concerne la perméabilité au gaz et l'uni-
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formité de la descente des chargements au gueulard.
On a ob- -serve également contre toute attente que malgré les tempéra- tures très élevées dans les 'zones de combustion, la scorie liquide durcissait contre la pierre de fond de sorte qu'on ,¯avait une peine particulière à empêcher un accroissement de dimension de la sole et un débordement de la scorie liquide dans le canal transversal. test en cela qu'il faut voir éga- lement là raison pour laquelle une construction connue du four, dans laquelle des vis sans fin d'extraction étaient prévues pour la scorie sur la pierre de fond, s'est montrée inutilisa- ble.
L'hypothèse que l'obstruction au passage du gaz et à la descente des'couches de coke était en corrélation avec des irrégularités dans la formation et l'évacuation des sco- ries et qu'au moyen de mesures permettant une meilleure éva- cuation des scories, ces difficultés pourraient également ê- tre éliminées, s'est montrée toutefois erronée. On a observé . au contraire ce fait surprenant que les causes des dérange- ments décrits d'une part'résident dans un comportement anormal du coke dans le four et de l'oxygène devant les tuyères et d'au- sont tre par/en corrélation avec des obstructions éventuelles du canal transversal par du coke's'agglutinant ou par des cendres.
La présente invention élimine ces inconvénients par une nou- velle conformation de la partie inférieure du four à deux cu- ves et par l'amélioration de l'amenée d'oxygène. Les inconvé- nients décrits et les difficultés se présentant dans la cons- truction employée jusqu'à présent ont trouvé l'explication suivante :
Dans le voisinage des zones de combustion par l'oxy- gène, le coke commence, par suite des températures élevées et de son séjour dans le four pendant des jours, à s'agglutiner et forme avec le concours de particules de cendres fondues des piliers et des parois imperméables au gaz.
On Et constaté ce phénomène inattendu que la profondeur à laquelle l'oxygène
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creuse le lit de combustible dans la direction horizontale est sensiblement indépendante du débit des tuyères à oxygène et ne peut pas être portée au-delà de 1/2 m par l'envoi le plus fort d'oxygène dans les tuyères. En cas d'augmentation supplémentaire de la quantité d'oxygène, les chambres de combustion ne croissent plus horizontalement mais bien vers le haut. Ceci est une autre cause de la naissance de piliers so- lides et de parois imperméables aux gaz dans le lit de coke.
On a constaté également enfin une obstruction du canal et en particulier de son début par du coke et des cendres.
Une construction de four dans laquelle les tuyères à oxygène sont disposées uniquement devant les entrées du ca- nal transversal présente d'autre part des inconvénients considérables; il faut dans ce,cas amener toute la quantité d'oxygène à quelques tuyères fortement chargées. Les zones de combustion s'étendent alors jusque très haut dans la cuve et les gaz s'écoulent de préférence par des canaux formés qui traversent le remplissage de coke. Les cuves ne peuvent donc plus remplir leur fonction d'accumulateurs de chaleur. Le coke descend, si même il le fait, essentiellement le long des parois de la cuve et des dérangements fréquents par accrochage, joints au mauvais échange de chaleur et à la résistance élevée d'écoulement, gênent l'exploitation.
Les conditions principales pour un bon fonctionnement, savoir un passage non entravé du gaz traité à travers le four et en particulier à. travers les zones de combustion, ainsi qu'une descente uniforme du coke, même pour la minime charge de coke caractéristique de la dissociation du méthane, sont atteintes de la manière suivante:
Suivant la présente invention, les tuyères à oxygène sont disposées de telle manière que la totalité de leurs zônes de combustion embrasse la pleine section transversale de la chambre de combustion, qui reçoit avantageusement une forme approximativement elliptique en vue de dessus.
En ou-
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tre les zones de combustion de tuyères voisines et se faisant vis-à-vis doivent se toucher l'une l'autre ou mieux encore se couper. L'entrée des chambres de combustion vers le canal transversal disposé à la même hauteur doit également être at.teinte par les zônes de combustion des tuyères disposées à l'entrée du canal, de telle manière que tout le méthane est forcé de s'écouler à travers les zônes de combustion et ne peut s'échapper à côté des zônes de combustion ou entre celles-ci.
Le plus grand diamètre des chambres de combustion peut se trouver aussi bien dans la direction de l'axe du canal transversal que perpendiculairement à celui-ci.
Au-delà de ce point, le canal transversal reçoit une forme coudée pour qu'on puisse le ringarder de l'extérieur au moyen de tiges pendant le fonctionnement, en vue d'éliminer les résistances éventuellement accumulées.
Les mesures concernant la disposition des tuyères sont également d'une importance essentielle pour la possibilité de réalisation en pratique du procédé de dissociation du méthane. Tandis que les tuyères à oxygène voisines du canal transversal assurent que même la partie du gaz qui, en évitant les zônes de flammes, tend à pénétrer sans être dissociée dans le canal transversal est obligée de traverser une région de réaction, on obtient au moyen des autres zônes de combustion par l'oxygène réparties sur la section elliptique des chambres de combustion, la descente uniforme du coke et une utilisation uniforme des cuves du four au moyen du gaz.
Par la forme particulière du canal transversal par laquelle ce dernier est rendu accessible jusque dans les zônes de feu à un contrôle et à un traitement de l'extérieur pendant le fonctionnement, ces mesures sont complétées de façon très efficace. La nouvelle constitution du four supprime de la même manière les conséquences nuisibles du comportement anormal indiqué du coke dans le four et dans le canal transversal ainsi que la formation de trajets de passage pour le méthane. Par le fait que les
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chambres de combustion de tuyères voisines se coupent suivant la présente invention, il ne peut se former entre elles des parois imperméables aux gaz.
La réunion des différentes zones de combustion procure une cavité commune de grande dimension dans laquelle le coke s'éboule à mesure de la combustion vu qu'il ne trouve aucun pilier sur lequel il puisse s'appuyer.
Les dérangements par accrochage sont donc élimines de même que les entraves au passage du gaz. L'obstruction du canal transversal est evitée. Pour l'échange de chaleur des gaz dans les cuves, on obtient également les conditions preala- bles les plus avantageuses, par le fait que les gaz agissent sur le remplissage de coke des cuves déjà dans leur partie inférieure sur la pleine section transversale. Le remplissage de coke des cuves, qui doit servir essentiellement d'accumula- teur de chaleur pour l'échange de chaleur entre le gaz entrant et le gaz sortant, est de cette manière pleinement, utilisé, Le méthane lui-même est obligé de baigner complètement la zône de combustion.
Un exemple de réalisation d'un four à deux cuves établi suivant la présente invention est représenté au dessin annexé en élévation et en coupe horizontale.
I et 2 sont les cuves du four dont le remplissage de coke sert d'une manière connue, en exploitation alternante avec inversion, comme accumulateur de chaleur pour le gaz con- tenant du méthane amené alternativement par le haut à l'une des deux cuves. 3 est le canal transversal pour la liaison des deux cuves. 4 et 5 sont les ouvertures de coulée par les- quelles la cendre du coke est soutirée sous la forme de sco- ries liquides. La partie inférieure des cuves présente la conformation suivant la présente invention. Les cuves, de pré- férence cylindriques ou s'élargissant quelque peu en cône vers le haut, se rétrécit dans la partie inférieure pour prendre approximativement une section elliptique qui est dis- posée excentriquement à l'axe de la cuve voisin des embouchu-
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res dans le canal transversal.
Le plus grand diamètre de la section elliptique peut se trouver aussi bien dans la direction de l'axe que perpendiculairement à celui-ci. Sur la figure, la cuve 1 présente la première forme de réalisation tandis que la cuve 2 est établie de la seconde ma-nière. Le plus petit diamètre de l'ellipse a une dimension telle que les zones de combustion de tuyères opposées se touchent l'une l'autre ou mieux encore se coupent quelque peu et est par conséquent avantageusement un peu plus petit que le double du diamètre d'une zone de combustion. La charge d'oxygène est en outre choisie de telle façon que la zône de combustion ne s'étend pas plus loin vers le haut que jusqu'à l'extrémité inférieure de la cuve.
6 et 7 sont les tuyères à oxygène. Elles se trouvent principalement à hauteur du plan médian du canal transversal. Aux embouchures du canal transversal, elles sont disposéès de alle manière que le gaz en écoulement contenant du méthane doit traverser leurs zônes de combustion. La disposition des autres tuyères a pour but d'assurer une descente aussi uniforme que possible du coke des cuves dans les chambres de combustion. Le développement des différentes zônes de combustion est indiqué au dessin par des lignes en traits interrompus.
Les tuyères à oxygène disposées à proximité de l'entrée du canal transversal ont l'avantage que le canal transversal est maintenu libre en fonctionnement normal pour le passage du gaz. Eventuellement - surtout en cas 'de mau- vaises espèces de coke du coke et des cendres légères sont entraînés par l'écoulement du gaz dans le canal transversal et il se forme en cet endroit de temps en temps, à l'enveloppe extérieure des zônes de combustion, des parois imperméables au gaz qui dérangent le fonctionnement. Si de semblables dérangements se produisent, les masses de coke agglutinées peuvent être éliminées mécaniquement par exemple par le fait
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qu'on introduit des ringards par les ouvertures de nettoyage 8 et9 du canal transversal en forme de coude.
Le canal transversal coudé est représenté au dessin en disposition horizontale. Pour rendre plus difficile l'obstruction de ce dernier par le coke et les cendres légères du coke, on peut également donner une disposition allant en s'élevant aux deux branches du canal transversal en forme de coude.
La conformation du four et en particulier de la partie inférieure de la cuve suivant la présenté invention et la répartition employée dans celle-ci de l'oxygène permettent même dans le cas de conditions de fonctionnement difficiles du procédé de dissociation du méthane, une exploitation sans dérangement pendant de longues périodes, comme c'ést indispensable pour l'emploi du procédé dans la grande industrie et pour qu'il soit économique.
Revendications.
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I/ Four à deux cuves pour la dissociation du méthane, dont les chambres de combustion dans lesquelles l'oxygène est injecté sont reliées entre elles par un canal transversal disposé à hauteur des chambres de combustion, caractérisé en ce que les zones de combustion partant des différentes tuyères à oxygène se touchent l'une l'autre ou se coupent quelque peu dans les chambres de combustion de forme avantageusement ellip' tique et remplissent toute la section transversale de la chambre de combustion en exploitation à un moment donné, approximativement perpendiculairement à l'écoulement du méthane.