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La présente invention concerne d'une maière générale un appareil pour la formation de gas de syntsèes à oxydation partielle, et elle est particulièrement appli- cable à la formation d'oxyde de carbone et d'hydrogène par la combustion partielle d'un gaz hydrocarbure avec ce l'air enrichi en oxygène ou avec de l'oxygène sensible- ment pur.
Les mélanges de gaz de synthèse consistant essentiellement d'oxyde de carbone et d'hydrogène sont industriellement importants comme source d'hydrogène pour des réactions d'hydrogénation et comme source de gaz d'alimentation pour la synthèse des hydrocarbu@es, des composés organiques contenant de l'oxygène ou de l'ammo- niac.
La combustion partielle d'un combustible hydro- carburé avec de l'air enrichi en oxygène ou avec de l'oxy- gène relativement pur en vue de créer de l'oxyde de car- bone et de l'hydrogène comporte des problèmes spéciaux qu'on ne rencontre normalement pas dans la technique des brûleurs. Il est nécessaire, par exemple, d'effectuer un mélange très rapide et très complet des réactifs, et de prendre des précautions particulières pour empêcher la surchauffe du brûleur ou du mélangeur.
En raison de la réactivité de l'oxygène avec le métal avec lequel on peut fabriquer un brûleur approprié, il est extrêmement important d'empêcher les éléments du brûleur d'atteindre les températures auxquelles se produit leur oxydation rapide. A ce sujet, il est essentiel que la réaction entre l'hydrocarbure et l'oxygène ait lieu entièrement à l'extérieur du brûleur et qu'il ne se pro- duise pas une concentration localisée des mélanges combus-
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tibles à l'endroit des surfaces des éléments du brûleur ou à leur voisinage. Bien que la réaction aitlieu au delà du point de décharge du brûleur, les éléments de celui-ci sont soumis à un échauffement par les radiations qu'il émet.
Un mélange incorrecy détermine de telles concen- trations en oxygène dans des zones localisées qu'une com- bustion relativement complète d'une partie du combustible se produit dans ces zones, ce qui dégage de grande quanti- tés de chaleur. En outre, quelle que soit la structure de brûleur utilisée, des tourbillons de réactifs forment des mélanges combustibles près des surfaces du brûleur. a moins de maintenir ces surfaces à une température infé- rieure à la température d'inflammation des mélanges elles entretiennent la flamme, et la combustion qui en résulte le long des surfaces provoque rapidement la surchauffe et la détérioration complète du brûleur.
Un autre inconvénient particulier à cette réac- tion est la tendance à la formation de carbone libre soit sur le brûleur soit dans la zone de réaction, principale- ment du fait d'un mélange incorrect des gaz, ce qui dété- riore le brûleur, étant donné que la formation de carbone sur la surface du brûleur contrarie le mélange des gaz et provoque des concentrations localisées d'oxygène, ce qui aboutit à la surchauffe des éléments du brûleur après sa combustion.
Avec des brûleurs ordinaires on a constaté qu'il était nécessaire d'utiliser un excès d'oxygène par rapport à la quantité théorique pour empêcher la formation du car- bone. Il en résulte souvent des températures de réaction fâcheusement élevées, et.le problème de refroidissement du brûleur devient plus important. En outre, ce problème est aggravé du fait qu'il est désirable dans la combustion
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partielle des gaz d'envoyer les gaz de réaction dans le brûleur dans un état fortement préchauffé afin de diminees les exigences en oxygène etde donner un ren@ement maximes en produit gazeux désiré.
Du fait d'une ou de plusieurs des raisons ci- dessus, les brûleurs de la technique antérieure sont carac- térisés par la détérioration des éléments du brûleur, par- ticulièrement par l'érosion,du métal aux becs du brûleur, même si ces éléments sont refroidis à l'eau, et lorsque les réactifs sont préalablement mélangés et sont injectés à partir du brûleur à des débits supérieurs à la vitesse de propagation de la flamme, les mélanges fe @ement réac- tifs oxygène-hydrocarbure réagissent le long d'une pellic le de gaz toujours présente sur la surface du conduit ou orifice par lequel ils sont déchargés, ce qui détériore rapidement le brûleur.
La présente invention a pour objet : à un nouveau brûleur pour la fabrication de gaz de synthèse qui pallie les inconvénients des structures @ de la technique antérieure, qui est de construction simple et de fonctionnement économique ; - une structure perfectionnée de brûleur qui peut être adaptée à une utilisation avec divers réactifs; - une structure perfectionnée de brûleur qui convient particulièrement pour remplacer les éléments des brûleurs sans sacrifier les normes des rendements: à une structure perfectionnée de brûleur qui convient à un choix variable d'orifices de brûleurs.
Conformément à l'invention, on a réalisé une structure de brûleur comportant des conduits intérieur et extérieur pour amener des réactifs à des températures éle- vées, structure dans laquelle ledit conduit intérieur est remplaçable, et l'on a prévu des dispositifs comportant un joint de dilatation à soufflet pour compenser les diff@@-
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ces de dilatation entre ces conduits ainsi qu'un $disposi- tif pour fixer les extrémités respectives du joint aux conduits intérieur et extérieur.
Afin de faire comprendre l'invention, on va maintenant la décrire en se référant au dessin annexe, sur lequel : - la figure 1 est une vue générale alun ensem- ble de brûleur en place; - la figure 2 est une coupe longitudinale sché mtique du bec du brûleur; - la figure 3 est une coupe longitudinale par- tiellement schématique faite par 3-3 de la figure 6 du joint de dilatation de l'ensemble de brûleur de la figu- re 1; - la figure 4 est une coupe par 4-4 de la figu- re 2 du bec du brûleur, la chemise de refroidissement ayant été enlevée, et elle illustre le conduit intérieur remplaçable dans sa position de fonctionnement ;
- la figure 5 est une vue similaire à la figure 4, la chemise de refroidissement ayant été enlevée, et elle illustre la position du conduit intérieur pendant l'assemblage du brûleur et avant son blocage en position de fonctionnement; - la figure b est une vue en bout de la figure 1, prise dans la direction du joint de dilatation et re- présentant l'orientation du conduit intérieur lorsqu'il est en position de fonctionnement; - la figure 7 est une vue en bout, similaire. à la figure 6; représentant l'assemblage en cours.
L'appareil conforme à la présente invention vise à résoudre le problème des longs arêts de fonction- nement des générateurs de gaz, pendant qu'on remplace les brûleurs du fait de la détérioration des becs des brû- leur., par suit-- de perte de métal ou d'une autre détério-
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ration du brûleur. suf les figures du dessin on peut voir sur la figure 1 l'ensemble de brûleur indiqué d'une Manière géné- rale par A, le bec B du brûleur, l'ensemble C du joint de dilatation, la bride de montage D, le conduit. d'admise sion E du combustible hydrocarbure, par exemple du gaz naturel, et le conduit d'admission F de l'oxygène.
Surla figure 2, qui représente 1'ensemble B du brûleur en coupe, le conduit intérieur amenant l'oxygène ou un mélange enrichi en oxygène est indiqué en 10, son orifice de sortie est indiqué en 11 et l'on a prévu des pattes de blocage 12,12 diamétralement espacées (voir également les figures 4 et 5). Un conduit extérieur 13 terminé par un orifice 14 est bloqué à quelque distance du conduit intérieur 10 de manière délimiter un passage annulaire 15 qui aboutit à. l'orifice 14.
Ce dernier est ebtouré par une chemise de refroidissement 16 et les flè- ches indiquent le sens de circulation de l'agent de re- froidissement par l'orifice. conduit extérieur 13 comporte des pattes de blocage complémentaires 17, 17 et 18, 18 qui coopèrent avec les pattes de blocage 12, 12 pour empêcher le conduit intérieur de se déplacer longi- tudinalement de manière excessive. Toutes les pattes de blocage peuvent faire partie intégrante de leurs con- duits respectifs ou y être soudées.
Le conduit extérieur 13 comporte également un certain nombre de goujons d'espacement 19 (les figures 4 et 5 représentent quatre de ces derniers) qui servent à disposer le conduit intérieur à quelque distance par rap- port au conduit extérieur. Ces goujons d'espacement peu- vent également faire partie intégrante du conduit exté- rieur ou y être fixés d'une autre manière appropriée.
Bien qu'on ait représenté en 16 une chemise de
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refroidissement, on peut utiliser à la place des serpen- tins de refroidissement.
En examinant particulièrement les figures 4 et
5, on voit qu'elles illustrent respectivement les posi- tions du conduit intérieur lorsqu'il est bloqué et assem- blé et au cours du processus de blocage et de déblocage par rapport au conduit ,extérieur, deux des goujons d'espa- cement étant illustrés en alignement avec les centres des pattes de blocage. Pour des raisons de clarté on n'a pas représenté la chemise de refroidissement sur ces figu- res.
L'app peil décrit ici est soumis à des condi- tions de température*, de fonctionnement sévères, non seu- lement du fait quil est placé au voisinage de la zone de réaction où la formation du gaz de synthèse se produit de manière désirable au-dessus de 1093 C, et fréquemment jusqu'à 1649 C, mais également du fait qu'il amène des réactifs qui sont préchauffés à des températures relative- ment élevées, par exemple 482 C, avant de les décharger dans la zone de réaction. En conséquence, on doit prévoir une structure qui tienne compte des différences élevées de dilatation et de contraction des divers éléments du brûleur qui se produisent du fait que celui-ci est exposé a la radiation provenant de la zone de réaction à tempé- rature élevée ainsi que du passage des gaz préchauffés.
On a établi que la gamme étendue des température: auxquelles les brûleurs du type décrit,sont exposés con- tribue beaucoup a leur détérioratoon rapide, non seule- ment en ce qui concerne l'érosion du métal, mais aussi en raison des contraintes créées par suite de la dilatation et de la contraction répétées qui aboutissent à des ruptu- res aux points de jonction des éléments du brûleur. La structure conforme à l'invention est exempte, comme on
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l'a constaté, des effets nuisibles de la dilatation et de la contraction relatives des divers éléments du fait de l'utilisation d'un joint de dilatation.
La figure 3 est une vue agrandie en coupe par- tielle faite par @ès de la figure 6, représentant l'ensem- ble C du joint de dilatation. Cet ensemble comporte des brides de blocage 20 et 21 fixées respectivement au con- duit extérieur 13 et au conduit intérieur 10. Le joint de dilatation comporte un soufflet 22 supporté'par un boîtier 23 auquel sont fixées des brides de blocage 24 et 25. Le joint de dilatation, c'est-à-dire le soufflet et le bottier, entoure le conduit intérim- 10, et il est réuni aux conduits intérieur et extérieur par des moyens de fixation, par exemple des boulons et écrous 26 qui servent à fixer les unes aux autres les brides de blocagr jointives.
On a représenté en 27 un dispositif d'étanè chéité, par exemple une bague annulaire, pour étanchéisex le boîtier par rapport aux conduits.
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Outre les boulons et écrous de blocage 26, les brides de blocage comportent chacune une bague d'aligne- ment 20a, 21a, 24.a et 2a, recevant une tige d'alignement 28 utilisée à des fins qu'on décrira ci-après.
Les brides de blocage 24, 25 que comporte le boîtier 23 comprennent également un certain nombre de pattes à raison de trois pattes par bride indiquées res- pectivement en 24b et 25b, qui reçoivent des boulons et écrous d'espacement 29 et qu'on monte sur le joint de dilatation du moyen de la cale illustrée en traits mixtes.
Au cours du montage de ce joint, on amène les brûleurs à leur température de fonctionnement et l'on place les boulons d'espacement 29 dans les ouvertures .des pattes, les cales étant,mises entre ces dernières et les écrous. Lordque le brûleur est à sa température de
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fonctionnement, on serre à la main les écrous contre la . cale, on les bloque en place après quoi on enlève les ca- les. Le brûleur doit fonctionner avec l'espacement réa- lisé entre les écrous et les pattes, les boulons assem- blés servant de dispositif de sécurité au cas où le soufflet 22 céderait.
Outre les goujons d'espacement 19 qui sont por- tés par le conduit extérieur de manière à maintenir à quelque distance le conduit intérieur concentrique à ce- lui-ci, au conduit intérieur est fixée au voisinage du joint de dilatation une bague d'espacement 30, qui doit être placée en amont du conduit d'admission du combusti- ble, pour assurer une étanchéité partielle vis-à-vis des fuites par le joint.
On a illustré sur les figures 6 et 7 deux posi- tions de l'ensemble lorsque le conduit intérieur est dans des positions de olocage et de déblocage; ces figures représentent de quelle manière on doit utiliser la tige d'alignement, la flèche de la figure 6 (ainsi que celle de la figure 4) indiquent le sens désolation pour le déblocage. On enlève le conduit intérieur 10 de ltensem- ble en enlevant le dispositif de fixation 26 qui maintient en position les brides 21 et 25 et en faisant tourner le conduit jusqu'à la position illustrée sur la figure 7.
Pour assembler le brûleur de manière à obtenir la posi- tion bloquée de la figure 6, on oriente les bagues d'ali- gnement de manière à leur faire recevoir la tige d'aligne- ment 28 qui sert de moyen préliminaire de blocage avant l'assemblage final avec les boulons et écrous 26. Dans une variante, on peut enlever le conduit intérieur 10 en même temps que l'ensemble du joint de dilatation C en en- levant le dispositif de fixation 26 maintenant les brides 20 et 24 en position assemblée.
Comme illustré sur les figures 4 et 5, les pattef @
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do blocage s=Lt.xxci:3rrt éJpproxi!J1,'tive{dnt sur lin secteur de 45" qui peut varier jusqu'à un r,^.;x:ru;a t3ü 0 . Toute- fois, le secteur pl u;; petit est d68irble 0 n.::.tz è-re à empêcher un effet d'écran sur le courant au réactif dans le conduit annulaire extérieur, par suite de l'étrangle- ment apporté par les pattes.
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Ain3i, même s'il se pro;;uit une détérioration du bec du brûleupar suite des températures et de l'ac- tion des corrosions dans des conditions normales de fonc- tionnement du brûleur, la détérioration la plus rapide du métal du bec du brûleur peut être limitée à l'ouver- ture du conduit intérieur par un envoi d'oxygène ou d'air enrichi en oxygène dans ce conduit, de sorte que des aju- tages facilement remplaçables qui protègent l'autres sur- faces du bec de l'action de l'oxygène et de la flamme primaire constituent une solution du problème.
La vie utile du bec extérieur du brûleur a tellement été augmen- tée par l'envoi du combustible par le passage annulaire et le refroidissement du bec extérieur que la vie utile du bec intérieur est maintenant le facteur déterminant dans le fonctionnement du brûleur. C'est pourquoi, lors- que les conditions de fonctionnement exigent un change- ment du brûleur, on peut remplacer le conduit intérieur et monter un nouveau bec de brûleur sans l'inconvénient et landépense du remplacement d'un ensemble nouveau com- plet tel qu'indiqué en A.
En outre, du fait des différences des vitesses indispensables pour l'envoi satisfaisant des divers com- bustibles, les dimensions du conduit intérieur et du pas- sage annulaire qu'il délimite avec le conduit extérieur varient. En choisissant de manière appropriée une dimen- sion convenable pour le conduit extérieur et en utilisant un conduit intérieur remplaçable muni d'un bec ayant le
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profil le plus approprié au combustible à utiliser, on peut conserver le même ensemble de brûleur et de conduit extérieur pour des combustibles liquiaes et des combus- tibles gazeux.
La bride de blocage D sert à mettre en place le brûleur en vue de son fonctionnement dans la structure dans laquelle il doit fonctionner, mais du fait qu'elle ne fait pas partie de la présente invention on ne la décrira pas davantage.
Il est entendu qu'on peut apporter diverses mo- difications au mode de réalisation décrit et représenté sur le dessin sans sortir pour cela du cadre .-- l'invep- tion.
REVENDICATIONS
1. Structure de brûleur comportant un conduit in- térieur et un conduit extérieur pour le passage de réac- tifs à températures élevées, le conduit intérieur étant remplaçable, caractérisé en ce qu'on prévoit un disposi- tif comportant un joint de dilatation muni d'un soufflet pour compenser les différences de dilatation entre les conduits susvisés et des dispositifs servant à fixer les extrémités respectives du joint aux conduits intérieur et extérieur.