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PROCEDE ET DISPOSITIF D'EXTINCTION RAPIDE DE FOURS DE
COMBUSTION PARTIELLE D'HYDROCARBURES
La présente invention se rapporte à un procédé et un dispo- sitif d'extinction rapide de fours'de combustion partielle d'hydro- carbures, utilisés pour la préparation d'hydrocarbures moins saturés, tels que acétylène et oléfines, ou de gaz de synthèse constitué prin- cipalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène.
On sait que ces fours de combustion partielle comprennent, comme parties essentielles, une chambre de mélange des réactifs-hydro- carbure gazeux ou vaporisé et oxygène -, une chambre de combustion partielle reliée à la précédente par un distributeur ou grille de répartition du mélange gazeux, et un dispositif de refroidissement brusque des produits de pyrolyse.
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On sait également que, pour réduire la consommation en oxygène, on préchauffe les réactifs à température élevée, inférieure cependant à celle qui produirait une ignition spontanée de l'hydro- carbure dans la chambre de mélange. Pour éviter que la flamme formée dans la chambre de combustion se propage dans la chambre de mélange, on règle la vitesse des réactifs gazeux de telle sorte qu'elle soit supérieure à celle de propagation de la flamme.
Cependant, par suite de causes accidentelles, telles que variations dans le débit ou la composition des réactifs gazeux, il peut se produire un retour de flamme, l'hydrocarbure à pyrolyser s'enflammant dans la chambre de mélange. Il est donc nécessaire de pouvoir éteindre cette flamme le plus rapidement possible, pour éviter des dégradations importantes ou même une destruction totale du distributeur et de la chambre de mélange.
De nombreux procédés et dispositifs ont déjà été proposés ou essayés à cet effet, mais ils ne donnent pas entière satisfaction, par suite du manque de sensibilité du détecteur de combustion dans la chambre de mélange et parce que les mesures prises pour l'extinc tion du four, le plus souvent par Insufflation d'azote dans cette chambre et remplacement des courants des réactifs gazeux par des courants d'azote, ne sont pas suffisamment rapides et efficaces.
D'après la présente invention, on remédie à ces inconvé- nients et on arriva à effectuer l'extinction du four, en cas de préallumage dans la chambre de mélange, en une fraction de secor.de seulement.
Le procédé consiste à détecter instantanément la préigni- tion dans la chambre de mélange à l'aide d'un thermocouple nu introduit au fond de cette chambre; près du distributeur, thermo- couple qui, en cas de préignition déclenche automatiquement et simul- tanément les opérations suivantes:
fermeture des conduites d'arrivée des réactifs gazeux à l'aide de vannes placées sur la partie froide de ces conduites, c'est-à-dire en amont des préchauffeurs de ces réactifs, - introduction de l'azote dans la conduite d'amenée de l'hydrocarbure à pyrolyser,
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- blocage de l'oxygène se trouvant dans le circuit de préchauffage, en introduisant de l'azote dans la conduite d'oxygène, le plus près possible de la chambre de mélange, - fermeture de la conduite de sortie des gaz de pyrolyse, - ouverture du dispositif de mise à l'air des gaz sortant du four de pyrolyse.
Ensuite, après un temps suffisant pour que la purge du circuit d'amenée de l'hydrocarbure soit achevée, on introduit de l'azote dans la conduite d'amenée de l'oxygène, juste en aval de la vanne de fermeture de cette conduite.
Ces six différentes opérations d'ouverture et de fermeture des conduites sont réalisées à l'aide de vannes automatiques comman- dées simultanément dans le cas des cinq premières opérations, ou avec un certain retard, dans le cas de la dernière opération, par le thermocouple qui, en cas de préignition dans la chambre de mélange, transmet une impulsion à un dispositif constitué de plusieurs relais avec contacts électromagnétiques,chaque vanne étant commandée par un relai individuel et chaque relai comportant -un contact électro- magnétique.
Pour assurer le maximum de sécurité au procédé, on utilise des contacts électromagnétiques à "ouverture", c'est-à-dire qu'au cours de la marche normale du four, tous les contacts sont fermés et c'est eeulement en cas de préignition dans la chambre de mélange que l'impulsion transmise par le thermocouple détecteur produit l'ouverture des contacts et le fonctionnement automatique des vannes par commande par les relais.
En utilisant le principe inverse, c'est-à-dire les relais de commande des vannes agissant par fermeture des contacts (ceux-ci étant ouverts en marche normale du four), il est toujours à craindre que, par suite de l'oxydation des contacts par exemple, la fermeture de ces derniers soit défectueuse.
Pour que ce procédé d'extinction soit très rapide et pleinement efficace, il est nécessaire de respecter un cetrsin nombre de conditions qui seront décrites ci-après, avec application
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à un four de combustion partielle d'hydrocarbures en acétylène, tel que représenté schematiquement par une coupe en élévation, ci-annexée
Ce rour comprend une zone annulaire 1 de mise en contact et de mélange intime des réactifs gazeux, prolongée par une chambre de parachevement de mélange 2, également annulaire, allant en s'élar- gissant vers le bas et entourant un noyau central creux, conique 3, dont la pointe est au centre du distributeur 4. Le distributeur 4 relie cette chambre de mélange 2 à la chambre de pyrolyse 5 qui comporte le dispositif 6 de refroidissement brusque des gaz formés, par injection transversale d'eau froide.
La conduite 7, avec la vanne d'arrêt automatique 8 et le préchauffeur 9, sert à l'amenée de l'oxygène et elle se prolonge dans le noyau central creux 3 La conduite 10 munie aussi d'une vanne d'arrêt automatique 11 et d'un préchauffeur 12, sert à l'intro- duction de l'hydrocarbure à pyrolyser dans le dispositif de mélange des réactifs.
Ces vannes de fermeture 8 et 11 sont placées sur les conduites 7 et 10 avant les préchauffeurs 9 et 12, ce qui garantit une étanchéité parfaite, qui ne serait pas assurée si ces vannes étaient placées sur les parties chaudes de ces conduites.
La conduite 13, pour l'évacuation des gaz de pyrolyse refroidis vers l'installation d'épuration et de concentration de l'acétylène, est munie d'une vanne de fermeture automatique 14 et d'un dispositif 15 de mise à l'air des gaz lors de la fermeture de cette vanne.
Le dispositif de détection d'une ignition spontanée ou d'un retour de flammes dans la chambre de mélange comprend un thermo- couple nu 16, pénétrant de quelques centimètres dans la chambre de mélange 2, près du distributeur 4. Les conduites 17, 18 et 19, munie±. respectivement des vannes automatiques 20, 21 et 22 servent à l'insufflation d'azote sous pression pour éteindre rapidement le four en cas de combustion dans la chambre de mélange 2.
Le Thermooouple nu est relié à une boite à relais, compor- tant 8 contacts électromagnétiques à ouverture qui font partie des relais commandant le fonctionnement des vannes 8, 11, 14, 20, 21 et 22 et des vannes, non représentées, de fermeture des circuits de
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combustible alimentant les préchauffeurs 9 et 12. Par souci de simplification et de clarté du schéma, la boite à relais et les différentes connexions électroniques n'ont pas été représentées.
Au cours du fonctionnement normal du four de combustion partielle, les contacts électromagnétiques sont ouverts, les vannes automatiques 20, 21 et 22 sont fermées et les vannes 8, 11 et 14 sont ouvertes. On introduit l'oxygène comburant, amené par la conduite 7 et porté à une température d'environ 600 c dans le préchauffeur 9, dans la zone annulaire 1, où il se mélange à l'hydro- carbure à pyrolyser, amené par la conduite 10 et préchauffé également à environ 600 c dans le préchauffeur 9.
Les réactifs gazeux achèvent de se mélanger dans la chambre 2 puis pénètrent, par passage dans les canaux parallèles du distributeur 4, dans la chambre de pyrolyse 5 où ils s'enflamment.Les produits gazeux de réaction sont ensuite refroidis par injection transversale d'eau à partir du pulvérisateur 6, puis sont dirigés, par la conduite 13, vers l'installation d'épuration et de concentration de l'acétylène.
En cas de retour de flammes ou d'ignition spontanée dans le chambre de mélange 2, il se produit une élévation brusque de tempé- rature qui est enregistrée de façon pratiquement instantanée par le thermocouple nu 16, ce qui, par ouverture des circuits magnétiques et action des relais de commande des vannes, déclenche automatique- ment les effets simultanés suivants: 1 ) fermeture des vannes d'arrêt 8 et 11 d'amenée des réactif3 gazeux, ces vannes étant automatiques et à fonctionnement rapide, de préférence des vannes à guillotine.
2 ) ouverture de la vanne automatique 22 d'amenée d'azote et purge immédiate de la conduite 10 en aval de la vanne d'arrêt du circuit de l'hydrocarbure.
3 ) ouverture de la vanne automatique 20 d'amenée d'azote et purge de la conduite 7 juste à l'entrée de la chambre de mélange, de façon à bloquer l'oxygène contenu dans le circuit de la conduite 7.
4 ) fermeture de la vanne automatique 14 sur la conduite 13 de sortie des gaz de pyrolyse, immédiatement en aval du four de
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pyrolyse, cette fermeture entrainant automatiquement le fonction- rement de la garde 15 de mise à l'air.
5 ) fermeture des dispositifs de chauffage des préchauffeurs 9 et 12.
Après un temps, défini préalablement, correspondant à celui nécessaire pour purger tout le circuit d'hydrocarbure en aval de la vanne 11, augmenté de 50 % par mesure de sécurité, la vanne automatique 21 d'amenée d'azote s'ouvre, l'azote introduit purgeant ainsi tout le circuit d'oxygène en aval de la vanne 8.
Dans ces conditions, l'extinction de la flamme qui s'est produite dans la chambre de mélange 2 est pratiquement instantanée au point que le thermocouple nu 16, placé comme détecteur dans la chambre de mélange n'est pas endommagé.
A titre de contr8le de l'efficacité du procédé suivant l'invention, on a provoqué une vingtaine d'ignitions prématurées de l'hydrocarbure à pyrolyser dans la chambre de mélange 2 et il a été observé que: 1 ) le thermccouple nu n'était pas fondu et n'avait subi aucune dégradation.
2 ) la détection du préallumage par le thermocouple était nettement plus rapide que celle effectuée par un pressiomètre (branché directement sur la chambre de mélange et détectant une combus- tion par la différence de pression entre la partie inférieure et la partie supérieure de cette chambre), prévu en tant que dispositif de sécurité complémentaire.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.