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PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA COMBUSTION CATALYTIQUE DE PRODUITS HYDROCARBURES
Il est connu de brûler sans flammes des vapeurs de combustibles facilement volatiles, telles que des vapeurs'd'essence, des vapeurs d'alcool et des vapeurs analogues, dans des matelas catalytiques chauffants. Les ap- pareils de chauffage de ce genre sont munis d'un réservoir de combustible rempli avec de la ouate et des mèches absorbantes, le réservoir étant recou- vert par le catalyseur tout en laissant un espace intermédiaire libre Le catalyseur se compose de filaments d'amiante ouverts, fins et platinés, et il est logé entre des tissus métalliques pour le maintenir dans sa forme.
Ces tissus métalliques possèdent une haute conductivité thermique et diminu- ente dans une mesure considérable, par la chaleur qu9ils détournent, la cha- leur développée
Il a déjà été proposé,pour éviter cet inconvénient, de supprimer les tamis métalliques A cet effet, le catalyseur est constitué en une matiè- re cohérente et-soutenu par un matelas, composé de filaments d'amiante ou de laine de verre et supporté par un tamis Ce matelas ne sert pas seulement de support au'catalyseurmais est en outre destiné à empêcher un écoule- ment trop rapide vers le haut des gaz d'essence vers la surface du catalyseur.
Par suite de cette diminution de vites:se, survient toutefois le danger d'une surchauffe de l'intérieur du réservoir, qui a pour effet un cracking de l'es- sence-liquide surchauffée sur les faces externes de la masse de ouate et des mèches. Une forte croûte est ainsi formée et des produits gazeux de dé- composition de l'essence liquide peuvent se dégager qui, même avec l'essence légère de la meilleure qualité, répandent une odeur insupportable.
Le cata- lyseur devient en outre rapidement inutilisable par suite de l'empoisonne- ment des masses de contacte
La présente., invention a pour but de supprimer de la manière la plus simple les inconvénients sues indiqués Elle consiste essentiellement en.un procédée caractérise en particulier par le fait qu'une partie de la quantité de chaleur produite par combustion sans flammes est emmagasinée en
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amont de la masse du catalyseur dans la masse d'un accumulateur de chaleur, ladite quantité de chaleur étant nécessaire à l'entretien du processus cata- lytique, L'accumulateur de chaleur est formé par un corps uniformément po- reux, uniformément perméable aux gaz dans toute son étendue.
Un mode d'exécution de la présente invention est décrit ci-des- sous, à titre d'exemple, en se référant au dessin annexé dans lequel :
La fig o 1 représente en coupe longitudinale une forme de réalisa- tion connue d'un appareil de chauffage.
Les figures 2 et 3 représentent respectivement en coupe longitu- dinale et en plan l'appareil de chauffage suivant l'invention.
Pour résoudre le problème posé, la présente invention part de la constatation qu'on obtient une combustion catalytique ininterrompue de tous les produits hydrocarbures si les gaz sont maintenus constamment, pendant leur passage à travers la couche agissant catalytiquement, a leur propre température de combustion, sans que surviennent des influences nuisibles à la combustion. Un accumulateur de chaleur est intercalé dans ce but, suivant l'invention, en amont de la masse du catalyseur, et cela de telle manière que l'accumulateur est porté à la température minima exigée par la chaleur pro- duite par la combustion catalytique.
Les appareils connus pour la combustion sans flammes, par voie catalytique, de combustibles facilement volatiles comprennent habituellement, comme le montre la figure 1, un réservoir de combustible 3 rempli de maté- riaux absorbants sous forme de ouate 1 et de mèches 2, le réservoir étant recouvert par le catalyseur e"' et le matelas de soutien 5 en amiante ou en laine de verre. Un raccord fileté 6 sert pour verser dans le réservoir le combustible liquide à faible poids spécifique, tel, que l'essence, qui est absorbé par la ouate 1 et la mèche 2
Pour la mise en fonctionnement, on réchauffe le catalyseur e' par exemple en l'arrosant avec de l'alcool qu'on allume. La chaleur de la flamme de l'alcool se transmet par conduction et par rayonnement à l'essence liquide contenue dans la ouate qui commence ainsi à se vaporiser.
Ces va- peurs s'élèvent lentement et pénètrent dans le catalyseur. ûns partie de la chaleur produite va à l'intérieur du réservoir pour vaporiser une certaine quantité de combustible liquide qui est fonction de la capacité du cataly- seur
Dans les appareils connus, il est d'une importance fondamentale qu'une quantité de chaleur trop grande n'arrive pas dans le réservoir de combustible, sinon l'essence liquide surchauffée subirait un cracking sur les faces extérieures de la ouate et de la mèche avec formation d'une croû- te épaisse et dégagement de produits gazeux de décomposition de l'essence liquide qui, marne avec la meilleure essence légère répandent une odeur insup- portable. Le catalyseur deviendrait, en outre, rapidement inutilisable par empoisonnement des masses de contact.
Pour empêcher la surchauffe de l'in- térieur du réservoir, aucune résistance, c'est-à-dire aucun étranglement notable, ne doit se trouver sur le trajet ascendant de la vapeur du combusti- ble depuis l'endroit où se forme la vapeur dans la ouate et dans les mèches jusqu'à la sortie des gaz de combustion hors du catalyseur, de telle sorte que de la vapeur se dégage déjà avec une petite arrivée de chaleur dans le , réservoir et peut traverser le catalyseur.
Le matelas de soutien 5 ne doit donc pas augmenter d'une manière appréciable la .résistance à l'écoulement de la vapeur, sinon une arrirée de,chaleur plus élevée au réservoir serait nécessaire qui, en provoquant une élévation de température et de pression, donnerait lieu aux phénomènes de décomposition si redoutés dans les appa- reils de chauffage catalytiques Le matelas de soutien 5, constitué en lai- ne fibreuse d'amiante et de verre a donc essentiellement pour but de diminuer la transmission de chaleur vers l'intérieur du réservoir 1, 2, sans augmenter sensiblement la résistance sur le trajet de la vapeur.
L'appareil suivant la présente invention diffère essentiellement de ces formes d'exécution connues en ce que la vitesse n'est pas diminuée
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en amont du catalyseur e"', mais qu'une partie de la chaleur produite dans la masse catalytique est emmagasinée. Cette accumulation est faite dans la masse, puisqu'elle est nécessaire à l'entretien du processus catalytiqueo
On utilise en effet un corps en forme de plaque, e, uniformément poreux et, par conséquent, uniformément perméable aux gaz sur toute son étendue, et qui est logé dans une chambre d'amenée des gaz qui est privée d'air. La face extérieure est uniformément recouverte d'une couche fibreuse perméable aux gaz, servant, d'une manière connue, de support à la matière catalytiquement active.
Le volume de la plaque à pores fins a des dimensions telles que le gaz de combustion s'écoulant à travers une ouverture étranglée,calibrée avec précision, vient heurter uniformément avec une faible surpression la face inférieure de l'accumulateur de chaleur sur toute son étendueo Le gaz traverse alors de part en part, en surmontant la résistance à l'écoulement des pores de l'accumulateur de chaleur, pour être forcément intercepté à la sortie par la couche supérieure fibreuse perméable aux gaz et pour être brûlé sans flammes d'une manière connue, par réaction catalytique de la dite couche.
Il en résulte donc, sur toute l'étendue de l'accumulateur de cha- leur, une utilisation parfaitement régulière des gaz oxydés catalytiquement par la couche fibreuse Il y a lieu éventuellement, suivant l'invention, de réchauffer l'accumulateur de chaleur par un apport extérieur de chaleur par exemple par une source de chaleur électrique
Le fin réseau des pores de l'accumulateur de chaleur empêche, avec la faible surpression régnant sur ledit accumulateur de chaleur, une diffusion à travers l'accumulateur de la vapeur d'eau résultant de la com- bustion, ainsi qu'un rayonnement nuisible de la chaleur du matelas vers la chambre à gaz et donc un refroidissement de la face intérieure catalytique-
La chaleur de la couche active est au contraire concentrée sur la face su- périeure de l'accumulateur qui est réfléchissante et qui empêche le passage de la chaleur.
Un abaissement de température nuisible, qui pourrait condui- re à des phénomènes de condensation d'eau dans la masse de contact, est ainsi exclu par principe. pendant le fonctionnement, l'accumulateur de chaleur emmagasine de la chaleur en fonction de la chaleur spécifique des matériaux qui le con- stituent Après arrêt de l'arrivée du gaz, de la chaleur est de nouveau cédée à la masse de contacte Les dernières traces d'humidité disparaissent ainsi de la masse de contact et la chaleur refluant hors de la présence de gaz brûlés régénère la couche active en éliminant les poisons de contacts.
En outre, dans le cas d'une disposition oblique ou verticale., l'accumulateur de chaleur permet d'obtenir, à un degré élevé, un effet de compensation de différences du parcours du gaz qui se forment à travers les couches plus élevées et plus profondes de la masse de contact, car le fin réseau des pores de l'accumulateur se trouve sur toute la périphérie sous la même surpression du gaz et les différences de poids du gaz entre le haut et le bas ne jouent plus aucun rôle.
Les gaz sortant de l'accumulateur après avoir traversé les pores de celui-ci sont obligatoirement interceptés direc- tement en tous points de la couche de contact adjacente, car la masse de contact elle-même leur interdit de prendre un autre chemin que celui de la résistance la plus courte, qui est bien le chemin vers l'extérieur, à tra- vers la couche active qui,, étant donné son faible volume, ne présente aucune résistance appréciable. En conséquence, la couche active est en tous points à une température pratiquement uniforme, aussi bien en haut qu'en bas, et les gaz brûlés sont tout à fait inodores.
Enfin, l'accumulateur de chaleur empêche avec certitude, pendant le fonctionnement, l'extinction de la couche catalytique par des courants d'air,tels que ceux qui sont provoqués par des ventilateurs ou qui résul- tent d'influence atmosphériques. Les courants d'air sur la couche de contact provoquent uniquement un déplacement de la zone de combustion principale, de- puis les parties extérieures de la couche vers l'intérieur, au voisinage immédiat de la surface de l'accumulateuro Cette surface absorbe ainsi une certaine quantité de chaleur supplémentaire qui concoure à nouveau à aug- menter par réflexion la température de la masse de contact.,
de sorte que la
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réaction catalytique continue librement dans la profondeur de la masse de contacte Dans des courants d'air ayant une vitesse jusqu'à 20 ,/sec., la zone de combustion catalytique principale déplacée vers l'intérieur se maintient, pour revenir de nouveau quelques secondes après la disparition du courant d'air, dans sa position normale au voisinage de la couche exté- rieure active. Il y a lieu d'indiquer, à titre de comparaison, qu'avec le matelas chauffant habituel à essence, sans plaque poreuse, la réaction cata- lytique s'éteint déjà dans un courant d'air arrivant perpendiculairement à la couche à une vitesse de 2 m/sec au plus. La température de l'air ne joue qu'un rôle secondaire lorsqu'elle est comprise dans la gamme des températures habituelles.
Une chambre a comprenant un fond et des parois latérales dans laquelle le gaz arrive par un tuyau b et une buse d'étranglement c, entou- re un accumulateur de chaleur poreux e, rendu étandue sur ses faces laté- rales Cet accumulateur de chaleur poreux est constitué de préférence avec des matériaux résistants à la chaleur, tels que du grès, des matières céramiques, des métaux,des alliages métalliques, ou des produits analogues.
Il y a lieu, suivant l'invention, de disposer entre l'accumulateur de cha- leur e et la chambre à gaz a, une chambre! qui assure une répartition uni- forme sous toute la face inférieure e' de l'accumulateur e du gaz sortant de la buse c.
La face extérieure en de l'accumulateur de chaleur e est gar- nie sur toute son étendue d'une couche uniformément répartie d'une masse de contact catayltique g recouverte, d'une manière connue, d'un tissu métal- lique à fines mailles. On utilise, pour cette couche, un support facile- ment perméable aux gaz, avec une grande superficie extérieure, tel que des filaments d'amiante, de la laine de roche ou des produits analogues, à la- quelle est liée la matière catalytique active telle que du platine, du palladium., du rhodium, du fer, du nickel, du colbalt, ainsi que des allia- ges de ceux-ci ou des produits analogues.
L'ouverture étranglée dans l'admission du gaz détermine, avec la résistance au passage dans les pores, la faible surpression du gaz exigée dans la chambre 1. La résistance au passage à travers la couche catalyti- que g est si faible qu'elle peut être négligée dans la détermination de la quantité exacte du débit du gaz.
Il est avantageux de munir la chambre a d'une isolation calori- fuge, pour que la quantité de chaleur emmagasinée par l'accumulateur e pendant le fonctionnement puisse après arrêt de l'arrivée du gaz, être cé- dée, autant que possible sans perte à la couche de contact pour le séchage et la régénération de la matière en contact La circulation de chaleur se fait alors essentiellement à travers la masse de contact.
La conduction calorifique des appareils catalytiques à essence connus n'est pas réglable, parce qu'un état d'équilibre invariable, constant existe entre la quantité de vapeur du combustible dans le réservoir de l'ap- pareil et la quantité de chaleur cédée par le matelas chauffant. Par con- tre, la combustion dans le catalyseur de l'appareil conforme à l'invention est liée au débit en gaz d'alimentation.
En conséquence la présente inven- tion englobe la disposition qui consiste à intercaler en avant de l'accumu- lateur de chaleur, un dispositif de contrôle du débit de gaz, tel qu'un ro- binet ou un dispositif analogue, pour pouvoir réduire la quantité de gaz - correspondante jusqu'à la limite la plus basse de la température de réaction et, de cette manière,obtenir le rendement calorifique exigé dans chaque cas.
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