<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé et appareil permettant d'effectuer des réactions chimi- ques à des températures élevées."
La présente addition a pour objet une modification d'un procédé et d'un appareil permettant d'effectuer des réactions chimiques à des températures élevées.
Dans le brevet principal, on a décrit un procédé de pré- paration d'acétylène et/ou d'éthylène et/ou d'oléfines de 2 à 4 atomes de carbone par mélange à des températures élevées de un ou plusieurs hydrocarbures avec des gaz très chauds résultant de la combustion continue d'un combustible en présence d'un oxy- dant gazeux et par refroidissement brusque des produits formés
<Desc/Clms Page number 2>
après une courte durée de réaction ;
ce procédé, on produit les gaz chauds en introduisant séparément dans la chambre de com- bustion, à une vitesse correspondant à un nombre de Mach d'au moins 0,8 et de préférence à la vitesse du son, le combustible et une quantité de gaz oxydant inférieure à la quantité théori- que, et en les soumettant à une combustion, l'un des deux au moins étant introduit par un ou plusieurs orifices tangentiels situés dans un ou plusieurs plans.
Or, la demanderesse a trouvé qu'il était préférable, dans certains cas, d'effectuer les réactions décrites dans le brevet principal avec une plus faible rotation ou même sans au- cune rotation des composants réactionnels, ce qui offre parfois l'avantage de réduire encore la petite formation de noir de fumée ou de particules de charbon sur les parois de la chambre de réaction, cette formation ayant lieu en particulier avec des huiles à point dbullition élevé. En outre, on peut effectuer la combustion de manière que la paroi de la chambre de/combustion soit largement séparée du gaz de combustion par une couche du combustible ou de l'oxydant.
On peut atteindre ces buts, suivant le brevet principal, en introduisant le combustible et l'oxydant par plusieurs orifi- ces situés dans plusieurs plans dans la partie supérieure du brûleur qui est opposée à l'ouverture de celui-ci et dont la paroi est munie d'orifices situés à des distances diverses du centre de la chambre du brûleur, comme le montre par exemple la figure 1 annexée. Ainsi,le combustible et l'oxydant forment dans le brûleur des atmosphères tournantes tubulaires ayant des diamètres différents.
Dans la description ci-aprèsune couronne d'orifices désigne un groupe d'orifices qui sont situés, par exemple, dans un plan perpendiculairement à l'axe du brûleur. Comme cas limite, upe couronne d'orifice se réduit à un seul orifice' .Tous les ori- fices servent à introduire, dans le brûleur, soit l'oxydant,soit le combustible, ce dernier pouvant être un mélange. Une couronne
<Desc/Clms Page number 3>
peut également comporter des orifices pour divers réactifs.
Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limita- tif, représente des parties supérieures d'un appareil adapté à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, les particu- larités qui ressortent de ce dessin faisait, bien entendu, par- tie de ladite invention. Les chiffres de référence qui figurent sur ce dessin correspondent à ceux du dessin du brevet principal; la partie supérieure du brûleur étant en outre désignée par 10 et un orifice d'amenée par 11.
Il est recommandé d'introduire le combustible par une
2 couronne d'orifices / (voir figure 2) dans une direction de ro- tation,et l'oxydant gazeux par la couronne suivante 3 dans la direction de rotation opposée. Ainsi,le combustible et l'oxy- dant gazeux forment dans le brûleur des atmosphères, qui se pré- sentent par exemple sous forme de cylindres creux concentriques et qui tourbillonnent l'un dans l'autre en sens contraire et se mélangent bien à leurs surfaces de séparation, en raison de leur vitesse relative élevée obtenue.
On peut encore améliorer l'effet désiré en prévoyant un ou plusieurs orifices suppmentaires dans la partie supérieure du brûleur, par exemple selon la direction de l'axe du brûleur, un tel mode d'exécution étant représenté sur la figure 2. L'ori- fice d'amenée 11 est situé au centre de la partie supérieure du brûleur. Il est recommandé d'envoyer du combustible à travers cet orifice si l'oxydant gazeux est introduit par la couronne supérieure d'orifices ou récipropquement.
Par un choix convenable des quantités de combustible ou d'oxydant gazeux introduites dans le brûleur par leurs orifi- ces respectifs de la vitesse d'entrée qui, en opposition avec le brevet principal, n'est pas liée à un nombre de Mach supé- rieur à 0,8 de la direction des orifices et finalement des dia- mètres des couronnes de buses, on peut largement varier la rota- tion entière des gaz de combustible produits ou on peut même sup-
<Desc/Clms Page number 4>
primer totalement cette rotation.
En outre, il n'est pas néces- saire que les orifices aient une direction tangentielle ; est préférable, toutefois, de disposer ces derniers de manière que la projection de l'axe des orifices d'une couronne, de préfé- rence des orifices prévus pour le combustible, forme, dans le sens des aiguilles d'une montre, un angle inférieur à 90 avec la projection de la tangente correspondante à la paroi intérieure du brûleur. Au voisinage de cette couronne d'orifices, il est avantageusement prévu une couronne d'orifices dont la projec- tion de l'axe de chacun d'xxx eux forme, dans le même-sens, un angle supérieur à 90 /avec la projection de la tangente correspon- dante à la paroi intérieure du brûleur. Ces projections sont re- portées dans un plan vertical passant par l'axe du brûleur.
Il y a intérêt cependant à travailler avec des orifices tangentiels.
Si, outre le combustible et l'oxydant gazeux, on intro- duit encore d'autres gaz, par exemple des gaz secondaires,par les orifices 4a et 4b, la quantité et la nature de ces gaz, la situation et la direction de leurs orifices d'amenée peuvent régler d'une manière plus précise la rotation de tous les gaz présents dans le brûleur. Il s'est révélé avantageux de munir le brûleur d'orifices destinés à un gaz secondaire là où les gaz s'écoulant vers la paroi et provenant de la couronne d'ori- fices la plus près de la sortie du brûleur viennent d'être brûlés, parce que la paroi du brûleur se trouve ainsi efficace- ment refroidie, et que la combustion n'est plus gênée par ce gaz secondaire.
En outre, il est recommandé de disposer les orifices dudit gaz secondaire suivant une direction telle que ledit gaz prenne une rotation selon une direction analogue au gaz introduit par la couronne de buses située immédiatement au-des- sus.
En général,les brûleurs du type décrit sont conçus de révolution autour d'un axe vertical, conformément aux figures.
Toutefois, on peut également utiliser d'autres types, par exem-
<Desc/Clms Page number 5>
ple une forme elliptique ou polygonale. Dans ce cas,les configura- tions envisagées dans la description à propos de la symétrie ae rotation, telles que cercle, cylindre, cône, etc, doivent être remplacées judicieusement par des configurations convenables.
Bien qu'il soit possible de disposer des couronnes d'orifices de diamètres différents sur des corps quelconques, par exemple sur des têtes de brûleurs présentant la forme d'une che- mise conique (figure 3) ou d'une coquille hémisphérique (figure lE),il est particulièrement recommandé d'utiliser une tête de brù- leur composée de chemises cylindriques et concentriques pourvues d'orifices qui sont mises en communication avec des disques annu- laires (figures 1 et 2). Cette disposition présente l'avantage supplémentaire de permettre ltuipement dela chambre de combus- tion avec des orifices situés là où les proportions du mélange des deux participants à la combustion est encore au-dessous de la limite d'ignition. Un évite ainsi la combustion et la charge thermique de la paroi proche de ces orifices.
En outre, ce der- nier mode d'exécution satisfait le mieux au deuxième but de l'in- vention, à savoir la séparation de la paroi de la chambre de combustion des gaz chauds de combustion, au moyen de gaz frais.
Une tête de brûleur conformément à la figure 5,composée de chemises coniques d'inclinaisons différentes, dans laquelle une chemise conique fortement inclinée et pourvue d'orifices alterne avec une chemise conique faiblement inclinée et exempte d'orifices, ainsi que d'autres variations intermédiaires peuvent présenter le même avantage. Bien que l'on puisse atteindre le but de l'invention par des combinaisons très variées des caracté- ristiques déjà mentionnées,il est en général recommandé de dispo- ser les axes des orifices d'une couronne dans un même plan.
Toutefois,pour des raisons de fabrication,une inclinaison de ces axes d'orifices peut être également avantageuse (voir figure 5).
Pour réaliser des conditions optima découlement, il est particu- lièrement recommandé de diriger les axes de la majeure partie ou de la totalité des orifices d'unecouronne. de manière que leurs projections sur un plan méridien du brûleur ne coupe pas la,
<Desc/Clms Page number 6>
projection de la couronne d'orifices située immédiatement au- dessus.
Les exemples suivants illustrent la présente invention, sans toutefois la limiter.
EXEMPLE 1
Le tableau suivant montre un exemple d'exécution que l'on peut comprendre à l'aide des figures 1 et 2. Les valeurs indiquées sont des valeurs relatives et les rotations obenues dans le brûleur sonthoisies de manière à se compenser exacte- ment. Le rayon effectif Ri inscrit dans la colonne E,représente le rayon du cercle centré sur l'axe du brûleur et auquel les prolongements des axes des orifices correspondants sont tangents.
Ri est en rapport avec le rayon R de la couronne d'ori- ficeset avec l'angle formé de la projection de l'axe de chaque orifice avec la projection de la tangente correspondante à la couronne de buses Ri = R. cos 4.
TABLEAU
EMI6.1
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D <SEP> E <SEP> F <SEP> G
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ori- <SEP> Milieu <SEP> Direction <SEP> Ecoule- <SEP> Demi-dia- <SEP> Vitesse <SEP> Production <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fice <SEP> de <SEP> ment <SEP> mètre <SEP> ef- <SEP> d'en- <SEP> rotation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rotation <SEP> fectif <SEP> Ri <SEP> trée <SEP> G <SEP> = <SEP> D <SEP> E <SEP> F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m.t-l <SEP> 1 <SEP> l.t-1 <SEP> m.12.t-2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> O2 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> 0 <SEP> 300 <SEP> 0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3a <SEP> combus- <SEP> gauche <SEP> 2 <SEP> 15 <SEP> 250 <SEP> - <SEP> 7500 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> tible
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2a <SEP> 02 <SEP> droite <SEP> 7 <SEP> 30 <SEP> 300 <SEP> + <SEP> 6300
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2b <SEP> 02 <SEP> droite <SEP> 7 <SEP> 30 <SEP> 300 <SEP> + <SEP> 63000
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3b <SEP> combus- <SEP> gauche <SEP> 2 <SEP> 45 <SEP> 250- <SEP> 22500
<tb>
<tb>
<tb> tible
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3c <SEP> combus- <SEP> gauche <SEP> 2 <SEP> 45 <SEP> 250- <SEP> 22500
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> tible
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4a <SEP> gaz <SEP> se- <SEP> gauche <SEP> 5 <SEP> 45 <SEP> 163- <SEP> 36750
<tb>
<tb>
<tb> cond.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
4b <SEP> gaz <SEP> se- <SEP> gauche <SEP> 5 <SEP> 45 <SEP> 163 <SEP> - <SEP> 36750
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> cond.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
* <SEP> m <SEP> = <SEP> masse, <SEP> 1= <SEP> longueur, <SEP> t <SEP> = <SEP> temps <SEP> @ <SEP> ¯o
<tb>
<Desc/Clms Page number 7>
EXEMPLE 2
Dans une chambre de combustion,où l'on introduit le combustible et l'oxydant animés de mouvements tourbillonnaires opposés de sorte que des atmosphères tubulaires coaxiales de diamètres différents se forment dans le brûleur ,on fait brûler par heure 6 kg d'essence de pétrole légère, 2 m3 d'hydrogène et 15,8 m3 d'oxygène, les mètres cubes étant rapportés aux condi- tions normales, et on additionne les gaz de combustion de 13 kg par heure d'un gaz secondaire (vapeur d'eau). Dans le mélange gazeux ainsi obtenu, on introduit par heure 24,4 kg d'essence de pétrole légère.
Après avoir refroidi brusquement et condensé les composants liquides/a la température ambiante avec de l'eau, on obtient 40,6 m3 par heure (rapportés aux conditions normales) d'un mélange gazeux composé en %, en volume, de :
EMI7.1
<tb> N2 <SEP> + <SEP> O2 <SEP> 1,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO2 <SEP> 14,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 14,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> 25,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 11,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H2 <SEP> 8,0
<tb>
EMI7.2
c2H 1. r".,-. 1$ .l
EMI7.3
<tb> C2H6 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
et divers hydrocarbures supérieurs dans le résidu.