<Desc/Clms Page number 1>
Installation pour le transport de l'acétylène.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour emmagasiner, transporter et distribuer l'acétylène sous forme solide ou liquide.
Un procédé couramment utilisé pour emmagasiner'et expé- dier l'acétylène consiste à stabiliser l'acétylène en le dissol- vant dans un solvant tel que de l'acétone. Le solvant ainsi qu'une charge sont nécessaires pour stabiliser l'acétylène puisque le gaz d'acétylène sous pression est soumis à l'amorçage d'une décomposi- tion exothermique. 'Cette installation de transport connue a l'in- convénient de débiter de l'acétylène contaminé par des quantités mineures d'acétone.
<Desc/Clms Page number 2>
La présente invention prévoit un procédé pour emma asiner, transporter et distribuer de l'acétylène, suivant lequel on prévoit dans un récipient un corps solide p oreux comportant des porc::. d'in- terconnexion ayant une section d'environ 0,005 à 50 microns, et une conduite de transfert de la chaleur dans le corps, on introduit de l'acétylène.dans le corps poreux tout en refroidissant les par- ties intérieures de ce corps à une température inférieure à la tem- pérature de condensation de l'acétylène introduit, on transporte le récipient et on en fait sortir l'acétylène en réchauffant les parties intérieures du corps à une température supérieure à la température de vaporisation de l'acétylène à la pression d'emmaga- sinage.
L'invention prévoit également un appareil pour réaliser le procédé précité, comprenant une enveloppe qui peut être fermée, un corps solide poreux empêchant une décomposition progrès-rive dans l'enveloppe, et une conduite de transfert de la chaleur dans le corps poreux, le corps poreux solide comportant des pores d'inter- connexion ayant une section d'environ 0,005 à 50 microns dans lesquels l'acétylène est condensé et stabilisé.
Les pores de la charge solide doivent être suffisamment petits pour que l'acétylène liquide ne s'en échappe pas par gravi- té mais soit plutôt retenu dans la région centrale par action capillaire. De même, les pores doivent être suffisaient petits pour que l'acétylène qu'ils contiennent soit efficacement stabilisé contre une décomposition. Le mécanisme par lequel l'acéty- lène liquide est stabilisé par ur.e solide dépend, en partie au moins, du transfert de la chaleur de l'acétylène chaud et/ou de ses produits de décomposition à la matière solide.
Si une certaine partie de l'acétylène est réchauffée par un dispositif cuelecnque à une température élevée, la chaleur peut être absorbée -,il.- la ma- tière stabilisatrice suffisamment rapidement pour détruire toute onde de décomposition naissante et empêcher ainsi une décomposition
<Desc/Clms Page number 3>
étendue de l'acétylène. On a constata que pour obtenir une débilite satisfaisante dans l'installation. en question, les pores doivent avoir une section maximum comprise entre 0,005 et 50 microns.
Les po- res doivent être interconnectés etau moins certains d'entre eux doivent avoir un diamètre voisin du maximum de cette garnie afin que le chargement et ledéchargement ne soient pas difficiles.
Des exemples de matières qui, lorsqu'elles sont dans l'état de subdivision approprié pour produire des pores ayant une section maximum d'environ 0,005 à 50 microns, sont utiles comme agents stabilisateurs pour de l'acétylène solide ou liquide sont du trihydrate d'aluminium, du carbonate de calcium, de la silice, du carbone et une charge de silicate de calcium monolithique.
La charge de silicate de calcium contient une fibre minérale inerte telle que de l'asbeste afin de former une masse mono- lithique solide qui ne se fissure pas. De l'anhydride carbonique solide et de la glace finement divisée conviennent également rais l'utilisation de ces matières nécessite des soins supplé- mentaires pour maintenir le récipient à acétylène à des tempéra- tures basses à tous moments même lorsqu'il ne contient pas d'acétylène.
Un agent stabilisateur solide qui peut être préparé sous - forme d'une masse monolithique telles que la charge de silicate de calcium précitée est préférable parce qu'un tel agent stabilisateur conserve sa forme et peut être facilement placé dans le récipient.
La charge de silicate de calcium contient des pores et @es fissures' intérieures ayant des diamètres situés dans la gamme allant d'en- viron 0,01 . 1,0 micron et assure une excellente stabilisation de ! l'acétylène qui y est condensé.
Un agent stabilisateur pulvérulent tel que du carbone finement divisée nécessite une construction plus étudiée du récipient d'emmagasinage; par exemple, la matière pulvérulente peut être maintenue en place par une couche de matè- re plastique en mousse qui sert également de couche d'arrêt haute- ment perméable.
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
De même pour des raisons éconosicues, l'agent stabili- sateur doit être choisi de façon que le rapport du poids àe cet agent au poids de l'acétylène condensé contenu dans l'agent stabi-
EMI4.2
lisateur soit aussi faible que possible, tout en r.f..inteY!.&nt la stabilité contre une déconposition progressive- Par e.e-#le, lors- qu'on utilise du silicat0 de calciua monolithique COG1i'e sçent sa- bilisateur, l'acétylène est stable au choc extérieur dû à l'ex- plosion d'une charge de dynamite lorsque le rapport de poids de l'agent stabilisateur et de l'acétylène est d'environ 1 ou plus.
EMI4.3
Dans les dessins anle:.:
és les figs. 1 à 4 sont àex cou- pes horizontales de quatre formes d'exécution de l'appareil de la présente invention convenant pour emmagasiner et transporter les quantités relativement faibles d 'acétylène; et,
EMI4.4
la flig. 5 ?.it une coupe longitudinale d'une ??Or::e 'e:- cution de l'appareil ie la présente Invention convenant pour e:.l :lagriS :ner et transporter de l'acétylène à l'échelle in.]u t:-i-2.l1e.
La présente irvention, dans sa forme la plus sixpl', cosprend un récipient 10 rempli, à l'acception d'un espace lÀ situe près rle sa paroi, d'un agent stabilisateur homogène poreux 12 et une valve 13 travers laquells l'acétylène peut être ir.tr::>:1'Üt ou soutira (fig. 1). Si l'effet stabilisateur d'2 la asse poreuse est si grand que l'acétylène liquide ou solide contenu déx= ses 'pores poreux: ne soit pas soumis à une ¯ '?rCO?1OS'! ='W^¯ : r0 ¯:'; ¯V=?, tous les pores de l'agent stabilisateur poreux peuvent être remplis avec sécurité ' :CE.-tßlèn¯ liquide '¯'JOU¯' l' e3:1é.,::asi- nage ou le trimspôrt. Si l'effet stabilisateur est '!lOi;1;ire, une couche extérieure 14 de l'agent stabilisateur poreux 12 peut être exempte d'une.partie ou de tout son acétylène liquide (fig. 2) .
Dans chaque cas, l'espace Il situé près de la paroi est exempt d'a-
EMI4.5
cétylène liquide ou solide pendant l'eiNnagasinage et le transport par suite de la chaleur qui pénètre à travers la paroi.
Ce récipient peut être chargé d'acétylène généralement deux façons différentes- En premier lieu, on peut introduire
<Desc/Clms Page number 5>
l'acétylène liquide directement dans le récipient. Cela implique le risque de manipuler de l'acétylène liquide dans une forme rela- tivement instable. En second lieu, on peut introduire de l'acétylè- ne gazeux et le condenser sur place; c'est le procédé :le charge- mentpréféré.
Ce dernier procède implique le refroidissement du récipient en dessous de la température de condensation de l'acéty- lène, la température de condensation particulière dépendant de la pression à laquelle l'acétylène gazeux est introduit dans le réci- pient. Le refroidissement peut être obtenu par des dispositifs extérieurs -Du intérieurs, de.3 serpentins ou des plaques de refrci- dissement intérieures étant préférables.
Les formes d'exécution représentées sur les figs. 1 et 1 ont l'inconvénient, lorsqu'on a réalisé un refroidissement préala- ble en dessous de la température de condensation de l'acétylène, que pendant le chargement, l'espace 11 situé près :le la paroi con- tient de l'acétylène liquide qui n'est pas stabilisé; cela introduit un élément dangereux dans l'opération de chargement et gêne égale- ment l'écoulement libre de l'acétylène gazeux dans toute la surface du corps du stabilisateur poreux.
Dans la forme d'exécution de l'invention représentée sur la fig. 3, on évacue de la chaleur du récipient pendant le chargement en faisant passer un fluide de re- froidissement à travers un dispositif conducteur de la chaleur 15 noyé dans le stabilisateur poreux. Un serpentin hélicoïdal est re- présenté, Hais une plaque contenant des passade:: intérieurs donne également satisfaction. Pendant le déchargement, on ajoute de la chaleur en faisant passer un fluide de chauffage à travers les mê- mes passages . Le chargement et le déchargement sont facilités en utilisant des passages qui se présentent sous forme d'une hélice plane disposée de façon que les spires soient plus ou moins con- centriques par rapport à la paroi du récipient.
Dans une forme d'exécution de l'invention l'extrémité intérieure du tube en héli- ce est amenée radialement à l'extérieur corne surla figure. Dans une
<Desc/Clms Page number 6>
autre forme 0.1 exécution de l'invention, plusieurs lices planes disposées dans 1'ensemble parallèlement les unes aux autres peuvent être raccordées à des tubes d'entrée et de òrtie, ces tubes étant disposés essentiellement perpendiculairement au plan des hélices planes- Un tube, situé près de la surf ace extérieure de la masse stabilisatrice poreuse est raccordé à l'extré- site extérieure (degrand rayon)
des passager en hélice et un autre tube situé près du centre de la masse stabilisatrice poreuse, est raccordé à l'extrémité intérieure (petit rayon) despassages en hélice. Cette dernière forme d'exécution est avantageuse dans les récipients de dimensions industrielles dans lesquels plusieurs tubes ou plaques de transfert de la chaleur peuvent devoir être noyés dans le stabilisateur poreux afin que les vitesse.- de char- gement et de déchargement soient adéquates.
Pendant le chargement, le fluide de refroidissement peut être amené au centre du réci- pient à travers l'extrémité radiale du tube ou à travers le col- lecteur central et être amené à l'extérieur:travers l'extrémité de l'hélice, produisant ainsi un gradient de température partir du centre plus froid vers la surface plus chaude de la @sse solide empêchant la décomposition- De cette façon, la zone conte- nant de l'acétylène liquide augmente à partir du centr- vers l'ex- térieur à mesure que le remplissage avance. Cela aboutit à un remplissage méthodique complet.
Lorsque la partie centrale du récipient est remplie de liquide, une couche de stabilisateur poreux remplie de gaz entoure le stabilisateur poreux rempli dt liquide, cette condition pouvant être souhaitablepour la sécurité.
Lorsque l'acétylène doit être ,chargé, on peut introduir@ du fluide de réchauffage à travers le collecteur extérieur ou !-le::- trémité en hélice du tube et on peut le ramener à l'extérieur à travers l'extrémité radiale ou à travers le collecteur central, produisant ainsi un gradient de températureà partir de la partie extérieure plus chaude du récipient vers la partie intérieure plus
<Desc/Clms Page number 7>
froide du stabilisateur rempli d'acétylène liquide ou solide.
L'acétylène contenu dans la partie extérieure du récipient est ainsi vaporisé en premier lieu et peut s'échapper librement vers l'espace situé près de la paroi et ainsi vers l'ouverture de la valve. Ce procédé de chargement et de déchargement préféré empêche une manipulation directe de l'acétylène liquide.
Une variante du récipient est représentée sur la fig. 4. Sur cette figure, un agent hautement perméable 16 com- portant des pores d'interconnexion entoure un noyau central en ma- tière stabilisatrice poreuse 12 portant, comme précédemment, un tu- be ou une plaque de transfert de la chaleur 15. L'agent hautement perméable assure un écoulement libre de l'acétylène gazeux pénétrant dans le stabilisateur poreux et sortant de ce dernier pendant le chargement et le déchargement, et sert également2 arrêter la chaleur et les chocs pendant l'emmagasinage et le transport.
En pratique, seul le stabilisateur poreux lui-même contient de l'acétylène liquide; cela étant, l'agent hautement perméable ne doit pas être un stabilisateur pour l'acétylène condensé aussi efficace que le stabilisateur poreux (puis qu'il ne doit stabiliser que l'acétylène gazeux), et il peut être choisi surtcut pour sa perméablité et son isolation à la chaleur et aux chocs.
On peut utiliser n'importe quelle matière isolante poreu- se telle que de la laine de verre, de la laine minérale, des matiè- res plastiques en mous se, du bois de balsa, du liège, du kapok, des fibres d'écales de noix de coco pourvu que le récipient soit convenablement construit pour traiter la matière. Les exigences principales sont une quantité -d'isolation élevée pour réduire les pertes de chaleur, et une structure poreuse pour former une couche arrêtant les chocs pour le noyau de la masse de remplissage et pour procurer un agent perméable de manière que l'acétylène gazeux puisse accéder à toutes les surfaces extérieures du noyau.
Dans les récipients de; figs. 2 et 3 la partie extérieure remplie du gaz de l'agent stabilisateur lui-.même sert d'agent perméable
<Desc/Clms Page number 8>
entourant le noyau stabilisateur contenant de l'acétylène condensé.
Dans de grands récipients, il peut être souhaitable de prévoir des passages de gaz spéciaux qui s'enfoncent dans le récipient . On peut réaliser cela en divisant la masse stabilisa- trice poreuse en disques et en plaçant un disque d'agent hautement perméable entre chaque paire de disques de matière stabilisatrice poreuse, l'ensemble étant entouré par une couche d'agent hautement perméable . Chaque disque de matière stabilisatrice poreuse con- tient un tube ou une plaque de transfert de la chaleur qui y est noyé et qui ne se présente pas nécessairement pour forme d'une hé- lice comme décrit plus haut.
Cette forme de récipient, représentée sur la fig. 5, a l'avantage supplémentaire de permettre une réparti- tion de l'acétylène sur une surface relativement grande de l'agent stabilisateur, ce qui augmente la vitesse et l'uniformité du processus de condensation.
La pression de l'acétylène gazeux dans le récipient pen- dant le transport est de préférence comprise entre la pression at- mosphérique et 100 livres par pouce carré (7 kg/cm2). A des pres- sions inférieures à la pression atmosphérique, l'air tend à pénétrer. dans le récipient si des fuites, existent, et la sécurité de l'ins- tallation est ainsi diminuée.A des pressions supérieures à environ 100 livres par pouce carré (7 kg/cm2), le coût et le poids du ré- cipient deviennent élevés et la sécurité diminue.
La pression du gaz dans le récipient est déterminée par la température de liquide ou du solide avec lequel le gaz est en contact, La pression de vapeur de l'acétylène à certaines températures est la suivante:
EMI8.1
<tb> Température <SEP> Etat <SEP> de <SEP> phase <SEP> condensée <SEP> Pression <SEP> de <SEP> vapeur
<tb>
<tb> - <SEP> 84 C <SEP> Solide <SEP> 0 <SEP> livre <SEP> 'car <SEP> pouce <SEP> carre
<tb> (0 <SEP> kg/cm2)
<tb>
<tb> - <SEP> 82 C <SEP> Solide <SEP> + <SEP> Liouide <SEP> 3 <SEP> livres <SEP> par <SEP> uouce <SEP> carré
<tb> (0,2 <SEP> kg/mc2)
<tb>
<tb> - <SEP> 78 C <SEP> Liquide <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré
<tb> (0,49kg/cm2)
<tb>
<tb> - <SEP> 39 C <SEP> Liquide <SEP> 100 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré
<tb> (7 <SEP> kg/cm2)
<tb>
<Desc/Clms Page number 9>
L'acétylène solide étant stabilisé par la charge poreuse, on peut utiliser un fluide de refroidissement dont la température est inférieure à -84 C pour charger l'acétylène dans le récipient pourvu que la pression de l'acétylène gazeux à la valve d'entrée soit toujours supérieure à la pression atmosphé- rique. Puisque la pression du gaz dans le récipient est la pression d'équilibre de la vapeur, l'acétylène condensé en contact avec la vapeur d'acétylène contenue dans la partie extérieure du récipient ne doit pas être à une température inférieure à -84 C afin de maintenir la pression de gaz dans le récipient à la pression atmos- phérique ou au-dessus de cette pression.
En équilibrant les ren- trées de chaleur dans le récipient avec un degré de refroidisse- ment à une température inférieure à -84 C, on peut utiliser un fluide de refroidissement aussi froid que l'azote liquide pour au moins une partie du chargement. En pratique, on peut condenser l'acétylène en utilisant un fluide de refroidissement quelconque ayant une température inférieure à la température de condensation de l'acétylène à la pression d'introduction, et inversement, l'utilisation de n'importe quel fluide de chauffage ayant une température supérieure à la température de vaporisation de l'acé- tylène à la pression d'emmagasinage produit de la vapeur d'acétylè- ne ayant une pression supérieure à la pression atmosphérique.
On peut régler la pression de vapeur de l'acétylène et ainsi la pression de décharge du cylindre en modifiant la température du fluide de réchauffage . On peut utiliser un fluide de refroi- dissement dont la température est d'environ -60 à -80 C, tel que de l'acétone ou de l'éthanol, et un fluide de réchauffage ayant une température comprise entre -45 et +0 C tel que de l'a- cétone ou de l'éthanol. On préfère utiliser de l'acétone comme fluide de refroidissement et de chauffage par suite de sa faible viscosité à des températures peu élevées- Les gammes de températures précitées sont les conditions préférées pour le refroidissement et le réchauffage.
<Desc/Clms Page number 10>
Pour transporter de l'acétylène avec une perte par évapo- ration aussi faible que possible, il faut maintenir les rentrées de chaleur dans le récipient au minimum. Avec l'un quelconque des récipients représentés, on peut utiliser une couche de matière isolante à l'extérieur du récipient. Dans les récipients des figs.
2 et 3, la couche de stabilisateur poreux remplie de gaz agit com- meisolation parce que les agents stabilisateurs poreux suscepti- bles d'être utilisés avec de l'acétylène ont une conductivité thermique beaucoup inférieure, lorsque les pores sont remplis d'acétylène gazeux, que lorsqu'ils sont remplis d'acétylène liquide. Lorsque la chaleur continue à rentrer dans le récipient à travers la paroi de ce récipient en provenance de l'air ambiant, la couche d'agent stabilisateur poreux remplie de gaz s'épaissit puisqu'une plus grande quantité d'acétylène s'évapore et les ren- trées de chaleur diminuent.
Dans le récipient de la fig. 4, l'agent hautement perméable situé près de la paroi du récipient peut être choisi sur la base de sa valeur d'isolation thermique ainsi que de sa valeur d'isolation aux chocs et on peut ainsi s'attendre à des rentrées de chaleur moindres qu'avec les récipients des figs. 1, 2 et 3.
Il est avantageux eu'il n'y ait pas de sorties d'acéty- lène du récipient pendant l'emmagasinage et le transport et, à cet effet, il est souhaitable de disposer d'un espace de gazde vo- lume appréciable dans le récipient pour faire de la place 2. l'a- cétylène vaporisé- Cet espace de gaz est formé par les canaux ménagés dans l'agent hautement perméable et par les pores de l'a- gent stabilisateur solide qui ne sont pas remplis d'acétylène liquide ou solide. Une valve de détente peut être installée pour lâcher l'acétylène gazeux à l'atmosphère lorsque la pression atteint une limite supérieure prédéterminée . Une limite supé- rieure d'environ 100 livres par pouce carré (7 kg/cm2) a été avantageusement utilisée.
<Desc/Clms Page number 11>
Pour qu'un récipient à acétylène liquide ou solide offre toute sécurité pendant le transport, il faut que tout accident auquel on peut raisonnablement s'attendre ne puisse pas provo- que une décomposition générale de l'acétylène. Ce degré de sé- curité peut être assuré de deux façons. En premier lieu, on peut construire le récipient de façon que l'ensemble de la masse sta- bilisatrice poreuse et de l'acétylène liquide soit absolument stable ; c'est-à-dire que si une partie quelconque de l'ensemble masse poreuse et acétylène est amenée, par n'importe quel moyen , à une température comparable à celle développée par la décomposition de l'acétylène, cette région de température élevée ne peut pas se propager dans tout le restant de l'installation.
Dans la seconde façon, l'acétylène liquide est stabilisé fortement sinon complètement, par l'agent stabilisateur poreux dont il remplit les pores. Par suite de cette stabilité accrue, la masse stabilisatrice poreuse remplie d'acétylène peut être isolée des influences de décomposition extérieures en étant entourée d'une barrière isolante de protection.
EXEMPLE I . -
ESSAIS DE STABILITE AUX COUPS DE FUSIL.
On remplit un récipient d'essai presque sphérique en alliage d'acier doux ayant un diamètre intérieur de 11,75 pouce (29,85 cm) et une paroi de 0,078 pouce (1,98 mm) et comportant une plaque d'acier inoxydable de 1/4 pouce d'épaisseur (6,35 mm) servant de plaque d'impact ou de cible, d'une charge de silicate de calcium monolithique de porosité titrée à 82,4% On évacue le récipient de la plus grande partie de l'air qu'il contient et on le raccorde ensuite, par l'intermédiaire d'un serpentin de refroidissement, à une arrivée d'acétylène gazeux. On immerge le récipient et le serpentin dans un bain d'anhydride carbonique solide et d'acétone et on condense environ 19,75 livres d'acéty- lène sur place (8,95 kg).
On élimine le bain de refroidissement
<Desc/Clms Page number 12>
d'autour du récipient et on ventile l'acétylène vaporise par la cha- leur provenant de l'air ambiant à traversun compteur. Au bout de
5 minutes, lorsque, suivant les calculs préalables, le volume des pores est rempli à 96,8% d'acétylène liquide, on tire une balle de plomb garnie de cuivre pesant 510 grains (33 g) dans le réci- pient à l'aide d'un fusil de 0,458 pouce (11,6 mm) de calibre dont la bouche est à 3 pieds (90 cm) du récipient. On pointe le fusil de façon que la balle vienne frapper la plaque formant cible.
Aucune explosion de l'acétylène ne se produit . Dans des essais identiques, excepté qu'on n'avait pas prévu de masse de remplis- sage, la charge d'acétylène a explosa dans trois essais consécutifs.
EXEMPLE II . - ESSAIS DE STABILITE A LA DYNAMITE
On remplit un récipient d'essai semblable à celui de l'exemple I, sauf qu'il est dépourvu de plaque formant cible, d'acétylène liquide de la façon décrite dans l'exemple I. On retire le récipient du bain de refroidis sèment et on lui permet de se ré- chauffer dans l'air pendant 1,9 heure, des calculs préalables mon- trant qu'à ce moment il reste environ 14,5 livres (6,6 kg) à'acé- tylène liquide dans le récipient- On calcule que cette quantité remplit 84,7 du volume des pores de l'agent stabilisateur poreux et que le rapport du poids de l'agent stabilisateur et de l'acétylène est d'environ 1.
On fait alors sauter une charge de 71 grammes de dynamite contenant 40% de nitroglycérine posée cor tre la surface extérieure du récipient. On ne peut détecter aucune décomposition de l' acétylène.
Dans d'autres expériences réalisées sous des conditions identiques, un remplissage du volume des pores de 85,3% ou plus aboutit parfois à une explosion, tandis qu'un remplissage de 84,7% ou moins n'a jamais explosé.
L'acétylène liquide contenu dans des récipients de trans- port d'acétylène de la présente invention est absolument stable
<Desc/Clms Page number 13>
lorsque l'agent stabilisateur formé par du silicate de calcium monolithique a une porosité inférieure à environ 70%. C'est-à-dire que les pores de cet agent stabilisateur peuvent être complètement remplis d'acétylène liquide sans risque de voir une décomposition progressive de l'acétylène condensé se produire.
Cependant, il est plus économique d'utiliser un agent stabilisateur formé par du silicate de calcium monolithique ayant une porosité supérieure à 80% et d'assurer la stabilité en prévoyant une couche d'agent stabilisateur ne contenant pas d'acétylène liquide ou une couche séparée de matière hautement perméable ne contenant également pas d'acétylène liquide près de la paroi du récipient.
Les essais de résistance aux coups de fusil et à la dy- namite sont évidemment très rigoureux comparés aux chocs auxquels un récipient d'acétylène liquide sera probablement soumis, en pratique.
Les avantages du récipient d'acétylène de la présente invention sur les récipients connus peuvent être démontrés avec référence à un récipient à acétylène du type représenté sur la fig. 5 dans lequel l'agent stabilisateur solide est du silicate de calcium de 82% de porosité et l'agent hautement perméable est une matière telle qu'une matière plastique en mousse compor- tant des pores d'interconnexion. Un tel récipient ayant une capaci- té d'environ 2 tonnes d'acétylène liquide pèse environ 6 tonnes à l'état complètement chargé. Cela représente environ 33% d'acéty- lène comparé à environ 10% pour un récipient commercial habituel contenant de l'acétylène dissous de poids comparable.
De même, un récipient du type représenté sur la fig. 5 peut être construit pour fonctionner avec une valve de détente réglée de façon à s'ouvrir lorsque la pression de l'acétylène ga- zeux atteint environ 100 livres par pouce carré (7 kg/cm2). La construction d'enveloppes qui peuvent être fermées, capables de résister avec sécurité à une pression de travail de 100 livres par pouce carré (7 kg/cm2) est relativement facile et peu coûteuse.
<Desc/Clms Page number 14>
D'autre part, la bonbonne d'acétylène dissous commerciale habituel- le doit être construite pour une pression de travail d'environ
250 livres par pouce carré (17,5 kg/cm2) avec un grand facteur de sécurité pour permettre des pressions passagères dépassant cette valeur. (La pression de.250 livres par pouce carré (17,5 kg/ cm2) est approximativement la pression de vapeur de l'acétylène dissous dans de l'acétone à 70 F (21,1 C), lorsque suffisamment d'acétylène est dissous pour donner une charge payante d'environ
10%). La construction de bonbonnes qui résistent à des pressions supérieures à 250 livres par pouce carré (17,5 kg/cm2) est rela- tivement coûteuse.
Un récipient du type représenté sur la fig. 5 dans lequel l'acétylène est condensé à -80 C a une perte de chaleur suffisamment faible de sorte que la pression de l'acétylè- ne gazeux reste inférieure à 100 livres par pouce carré (7 kg/cm2) pendant environ 5 à 11 jours, suivant la température ambiante des environs.
Un autre avantage des'récipients d'acétylène de la présente invention est qu'ils n'ont pas besoin d'un solvant.
Cela étant, il n'y a pas d'acétone ou d'autre solvant qui peut s'échapper pendant le remplissage, l'emmagasinage ou l'entretien du récipient, aucune vapeur de solvant dans l'acétylène débité et aucun problème d'entraînement du solvant lorsque l'acétylène est soutiré du récipient .
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
<Desc / Clms Page number 1>
Installation for the transport of acetylene.
The present invention relates to a method and apparatus for storing, transporting and dispensing acetylene in solid or liquid form.
A commonly used method of storing and shipping acetylene is to stabilize the acetylene by dissolving it in a solvent such as acetone. The solvent as well as a charge is necessary to stabilize the acetylene since the pressurized acetylene gas is subjected to the initiation of an exothermic decomposition. This known transport facility has the disadvantage of delivering acetylene contaminated with minor amounts of acetone.
<Desc / Clms Page number 2>
The present invention provides a process for emma asining, transporting and dispensing acetylene, according to which a porous solid body comprising pigs is provided in a container. interconnection having a cross section of about 0.005 to 50 microns, and a heat transfer conduit in the body, acetylene is introduced into the porous body while cooling the interior parts of this body at a temperature below the condensing temperature of the acetylene introduced, the container is transported and the acetylene removed from it by heating the interior parts of the body to a temperature above the vaporization temperature of the acetylene at storage pressure.
The invention also provides an apparatus for carrying out the aforesaid method, comprising a casing which can be closed, a porous solid body preventing progress-edge decomposition in the casing, and a heat transfer conduit in the porous body, the porous body. A solid porous body having interconnecting pores having a cross section of about 0.005 to 50 microns in which the acetylene is condensed and stabilized.
The pores of the solid filler should be small enough that the liquid acetylene does not escape by gravity but rather is retained in the central region by capillary action. Likewise, the pores must be sufficiently small so that the acetylene they contain is effectively stabilized against decomposition. The mechanism by which liquid acetylene is stabilized by the solid is dependent, at least in part, on the transfer of heat from the hot acetylene and / or its decomposition products to the solid.
If a certain part of the acetylene is warmed by a device cuelecnque to a high temperature, the heat can be absorbed -, it.- the stabilizing material quickly enough to destroy any incipient decomposition wave and thus prevent decomposition.
<Desc / Clms Page number 3>
extent of acetylene. It was found that to obtain a satisfactory flow rate in the installation. in question, the pores must have a maximum section of between 0.005 and 50 microns.
The pores must be interconnected and at least some of them must have a diameter close to the maximum of this liner so that loading and unloading is not difficult.
Examples of materials which, when in the proper state of subdivision to produce pores having a maximum section of about 0.005 to 50 microns, are useful as stabilizers for solid or liquid acetylene are d-trihydrate. aluminum, calcium carbonate, silica, carbon and a monolithic calcium silicate filler.
The calcium silicate filler contains an inert mineral fiber such as asbestos to form a solid monolithic mass which does not crack. Solid carbon dioxide and finely divided ice are also suitable, because the use of these materials requires extra care to keep the acetylene container at low temperatures at all times even when it does not contain acid. 'acetylene.
A solid stabilizing agent which can be prepared as a monolithic mass such as the aforementioned calcium silicate filler is preferable because such a stabilizing agent retains its shape and can be easily placed in the container.
The calcium silicate filler contains interior pores and cracks having diameters in the range of about 0.01. 1.0 micron and provides excellent stabilization of! acetylene condensed therein.
A powdery stabilizer such as finely divided carbon requires more careful construction of the storage vessel; for example, the powder material can be held in place by a layer of foam plastics material which also serves as a highly permeable barrier layer.
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
Likewise, for economic reasons, the stabilizing agent must be chosen so that the ratio of the weight of this agent to the weight of the condensed acetylene contained in the stabilizing agent.
EMI4.2
liser is as low as possible, while retaining stability against progressive deconposition. is stable to external shock due to the explosion of a dynamite charge when the weight ratio of stabilizer and acetylene is about 1 or more.
EMI4.3
In the anle drawings:.:
és figs. 1-4 are horizontal sections of four embodiments of the apparatus of the present invention suitable for storing and transporting relatively small amounts of acetylene; and,
EMI4.4
the flig. 5? .It a longitudinal section of a ?? Or :: e 'e: - cution of the apparatus ie the present invention suitable for e: .l: lagriS: ner and transport acetylene in scale in .] ut: -i-2.l1e.
The present invention, in its most six-fold form, consists of a container 10 filled, accepting a space there near its wall, with a porous homogeneous stabilizer 12 and a valve 13 through which the acetylene. can be ir.tr::>:1'Üt or draw off (fig. 1). If the stabilizing effect of the porous base is so great that the liquid or solid acetylene content dex = its' porous pores: is not subjected to a ¯ '? RCO? 1OS'! = 'W ^ ¯: r0 ¯:'; ¯V = ?, all the pores of the porous stabilizer can be filled with safety ': CE.-tßlèn¯ liquid' ¯'JOU¯ 'the e3: 1é., :: asi- nage or trimspôrt. If the stabilizing effect is'! LOi; 1; ire, an outer layer 14 of the porous stabilizer 12 may be free of some or all of its liquid acetylene (Fig. 2).
In each case, the space II located near the wall is free from
EMI4.5
Liquid or solid cetylene during storage and transport as a result of heat penetrating through the wall.
This container can be charged with acetylene generally two different ways- First, we can introduce
<Desc / Clms Page number 5>
liquid acetylene directly into the container. This involves the risk of handling liquid acetylene in a relatively unstable form. In the second place, one can introduce gaseous acetylene and condense it on the spot; this is the process: the preferred load.
The latter process involves cooling the vessel below the condensing temperature of acetylene, the particular condensing temperature depending on the pressure at which acetylene gas is introduced into the vessel. Cooling can be achieved by exterior devices - interior, coils or interior cooling plates being preferable.
The embodiments shown in FIGS. 1 and 1 have the drawback, when a preliminary cooling has been carried out below the condensing temperature of the acetylene, that during loading, the space 11 located near: the wall contains l liquid acetylene which is not stabilized; this introduces a hazardous element into the loading operation and also hinders the free flow of acetylene gas throughout the body surface of the porous stabilizer.
In the embodiment of the invention shown in FIG. 3, heat is removed from the container during charging by passing a cooling fluid through a heat conducting device embedded in the porous stabilizer. A helical coil is shown, but a plate containing interior passages is also satisfactory. During unloading, heat is added by passing a heating fluid through the same passages. Loading and unloading is facilitated by using passages which are in the form of a planar helix arranged so that the turns are more or less concentrated with respect to the wall of the container.
In one embodiment of the invention the inner end of the helical tube is brought radially outside the horn in the figure. In
<Desc / Clms Page number 6>
Another embodiment of the invention, several plane strings arranged generally parallel to each other can be connected to inlet and outlet tubes, these tubes being arranged essentially perpendicular to the plane of the plane propellers. located near the outer surface of the porous stabilizer mass is connected to the outer end (large radius)
helical passengers and another tube located near the center of the porous stabilizer mass, is connected to the inner end (small radius) of the helical passages. This latter embodiment is advantageous in containers of industrial dimensions in which several heat transfer tubes or plates may need to be embedded in the porous stabilizer in order for the loading and unloading speeds to be adequate.
During loading, the coolant can be brought to the center of the container through the radial end of the tube or through the central collector and be brought to the outside: through the end of the propeller, thus producing a temperature gradient from the colder center to the hotter surface of the solid mass preventing decomposition. In this way, the area containing liquid acetylene increases from the center towards the ex- as the filling progresses. This results in a complete methodical filling.
When the central part of the container is filled with liquid, a porous gas-filled stabilizer layer surrounds the porous liquid-filled stabilizer, which condition may be desirable for safety.
When acetylene is to be charged, we can introduce @ reheating fluid through the outer manifold or! -The :: - helical end of the tube and can bring it outside through the radial end or through the central manifold, thus producing a temperature gradient from the warmer outer part of the vessel to the more inner part
<Desc / Clms Page number 7>
cold stabilizer filled with liquid or solid acetylene.
The acetylene contained in the outer part of the container is thus vaporized in the first place and can escape freely towards the space located near the wall and thus towards the opening of the valve. This preferred method of loading and unloading prevents direct handling of the liquid acetylene.
A variant of the container is shown in FIG. 4. In this figure, a highly permeable agent 16 having interconnecting pores surrounds a central core of porous stabilizing material 12 carrying, as before, a heat transfer tube or plate 15. L The highly permeable agent provides free flow of acetylene gas entering and exiting the porous stabilizer during loading and unloading, and also serves to arrest heat and shock during storage and transport.
In practice, only the porous stabilizer itself contains liquid acetylene; however, the highly permeable agent should not be as effective a stabilizer for condensed acetylene as the porous stabilizer (since it should only stabilize gaseous acetylene), and it may be chosen primarily for its permeability and its heat and shock insulation.
Any porous insulating material can be used such as glass wool, mineral wool, soft plastics, balsa wood, cork, kapok, hull fibers. coconut shell provided the container is suitably constructed to handle the material. The main requirements are a high amount of insulation to reduce heat loss, and a porous structure to form an impact barrier layer for the core of the filler and to provide a permeable agent such that the acetylene gas. can access all exterior surfaces of the core.
In the containers of; figs. 2 and 3 the outer part filled with gas of the stabilizing agent itself serves as a permeable agent
<Desc / Clms Page number 8>
surrounding the stabilizer core containing condensed acetylene.
In large containers, it may be desirable to provide special gas passages which penetrate the container. This can be accomplished by dividing the porous stabilizer mass into disks and placing a disk of highly permeable agent between each pair of disks of porous stabilizer material, the whole being surrounded by a layer of highly permeable agent. Each disc of porous stabilizing material contains a heat transfer tube or plate embedded therein which does not necessarily take the form of a propeller as described above.
This form of container, shown in FIG. 5, has the additional advantage of allowing distribution of the acetylene over a relatively large area of the stabilizer, which increases the speed and uniformity of the condensation process.
The pressure of the acetylene gas in the container during transport is preferably between atmospheric pressure and 100 pounds per square inch (7 kg / cm2). At pressures below atmospheric pressure, air tends to penetrate. in the container if any leaks exist, and the safety of the installation is thus reduced. At pressures above about 100 pounds per square inch (7 kg / cm2), the cost and weight of the container becomes high and security decreases.
The pressure of the gas in the container is determined by the temperature of the liquid or solid with which the gas is in contact, The vapor pressure of acetylene at certain temperatures is as follows:
EMI8.1
<tb> Temperature <SEP> State <SEP> of <SEP> condensed phase <SEP> <SEP> Pressure <SEP> of <SEP> vapor
<tb>
<tb> - <SEP> 84 C <SEP> Solid <SEP> 0 <SEP> pound <SEP> 'char <SEP> inch <SEP> square
<tb> (0 <SEP> kg / cm2)
<tb>
<tb> - <SEP> 82 C <SEP> Solid <SEP> + <SEP> Liouid <SEP> 3 <SEP> pounds <SEP> by <SEP> uouce <SEP> square
<tb> (0.2 <SEP> kg / mc2)
<tb>
<tb> - <SEP> 78 C <SEP> Liquid <SEP> pounds <SEP> per <SEP> inch <SEP> square
<tb> (0.49kg / cm2)
<tb>
<tb> - <SEP> 39 C <SEP> Liquid <SEP> 100 <SEP> pounds <SEP> per <SEP> inch <SEP> square
<tb> (7 <SEP> kg / cm2)
<tb>
<Desc / Clms Page number 9>
Since the solid acetylene is stabilized by the porous filler, a coolant with a temperature below -84 C can be used to charge the acetylene into the container provided that the pressure of the gaseous acetylene at the inlet valve is always greater than atmospheric pressure. Since the gas pressure in the container is the equilibrium vapor pressure, the acetylene condensed in contact with the acetylene vapor contained in the outer part of the container must not be at a temperature below -84 C in order to to maintain the gas pressure in the container at or above atmospheric pressure.
By balancing the heat input to the vessel with a degree of cooling to a temperature below -84 ° C, a coolant as cold as liquid nitrogen can be used for at least part of the load. In practice, the acetylene can be condensed by using any cooling fluid having a temperature below the condensation temperature of acetylene at the introduction pressure, and conversely, using any heating fluid. having a temperature above the vaporization temperature of acetylene at the storage pressure produces acetylene vapor having a pressure above atmospheric pressure.
The acetylene vapor pressure and thus the cylinder discharge pressure can be adjusted by changing the temperature of the heating fluid. You can use a coolant with a temperature of about -60 to -80 C, such as acetone or ethanol, and a reheat fluid with a temperature between -45 and +0. C such as ketone or ethanol. Acetone is preferred to be used as a cooling and heating fluid because of its low viscosity at low temperatures. The above temperature ranges are the preferred conditions for cooling and heating.
<Desc / Clms Page number 10>
To transport acetylene with as little evaporative loss as possible, heat re-entry into the vessel must be kept to a minimum. With any of the containers shown, a layer of insulating material can be used on the exterior of the container. In the containers of figs.
2 and 3, the porous gas-filled stabilizer layer acts as insulation because porous stabilizers likely to be used with acetylene have much lower thermal conductivity when the pores are filled with gaseous acetylene. , only when filled with liquid acetylene. As heat continues to enter the vessel through the wall of that vessel from ambient air, the porous gas-filled stabilizer layer thickens as more acetylene evaporates and the heat input decreases.
In the container of fig. 4, the highly permeable agent located near the wall of the container can be selected on the basis of its thermal insulation value as well as its impact insulation value and thus lower heat re-entry can be expected than with the containers of figs. 1, 2 and 3.
It is advantageous if there are no acetylene outlets from the container during storage and transportation, and for this purpose it is desirable to have a substantial volume gas space in the container. container to make space 2.vaporized acetylene- This gas space is formed by the channels formed in the highly permeable agent and by the pores of the solid stabilizing agent which are not filled with liquid or solid acetylene. An expansion valve can be installed to release acetylene gas to the atmosphere when the pressure reaches a predetermined upper limit. An upper limit of about 100 pounds per square inch (7 kg / cm2) has been advantageously used.
<Desc / Clms Page number 11>
In order for a container for liquid or solid acetylene to be safe during transport, any accident which can reasonably be expected cannot result in the general decomposition of the acetylene. This degree of security can be ensured in two ways. In the first place, the container can be constructed so that the whole of the porous stabilizing mass and the liquid acetylene is absolutely stable; that is, if any part of the porous mass and acetylene set is brought, by any means, to a temperature comparable to that developed by the decomposition of acetylene, that high temperature region cannot spread throughout the remainder of the installation.
In the second way, the liquid acetylene is stabilized strongly, if not completely, by the porous stabilizing agent with which it fills the pores. As a result of this increased stability, the porous stabilizer mass filled with acetylene can be isolated from external decomposing influences by being surrounded by a protective insulating barrier.
EXAMPLE I. -
SHOTGUN STABILITY TESTS.
A nearly spherical mild steel alloy test vessel having an inside diameter of 11.75 inch (29.85 cm) and a wall of 0.078 inch (1.98 mm) and having a stainless steel plate is filled. 1/4 inch thick (6.35 mm) serving as an impact plate or target, of a monolithic calcium silicate filler with a porosity of 82.4% The most part of the container is evacuated of the air it contains and is then connected, via a cooling coil, to an inlet of gaseous acetylene. The vessel and coil are immersed in a bath of solid carbon dioxide and acetone and about 19.75 pounds of acetylene condensed on site (8.95 kg).
The cooling bath is eliminated
<Desc / Clms Page number 12>
around the vessel and the acetylene vaporized by heat from the ambient air is vented through a meter. At the end of
5 minutes, when, according to the preliminary calculations, the pore volume is 96.8% filled with liquid acetylene, a lead bullet filled with copper weighing 510 grains (33 g) is fired into the container at the using a 0.458 inch (11.6 mm) caliber rifle with a muzzle 3 feet (90 cm) from the container. The rifle is pointed so that the bullet hits the target plate.
No explosion of acetylene occurs. In identical runs, except that no fill mass was provided, the acetylene charge exploded in three consecutive runs.
EXAMPLE II. - DYNAMITE STABILITY TESTS
A test vessel similar to that of Example I was filled, except that it lacked a target plate, liquid acetylene as described in Example I. The vessel was removed from the cooling bath. and allowed to warm up in air for 1.9 hours, previous calculations showing that at this point about 14.5 pounds (6.6 kg) of liquid acetylene remain in The container- This amount is calculated to fill 84.7 of the pore volume of the porous stabilizer and the weight ratio of the stabilizer and acetylene is about 1.
A load of 71 grams of dynamite containing 40% nitroglycerin placed on the outer surface of the container is then blown up. No decomposition of acetylene can be detected.
In other experiments performed under identical conditions, a pore volume filling of 85.3% or more sometimes resulted in an explosion, while a filling of 84.7% or less never exploded.
The liquid acetylene contained in acetylene transport vessels of the present invention is absolutely stable.
<Desc / Clms Page number 13>
when the stabilizing agent formed by monolithic calcium silicate has a porosity of less than about 70%. That is, the pores of this stabilizer can be completely filled with liquid acetylene without the risk of gradual decomposition of the condensed acetylene occurring.
However, it is more economical to use a stabilizer formed by monolithic calcium silicate having a porosity of more than 80% and ensure the stability by providing a layer of stabilizer not containing liquid acetylene or a layer. separated from highly permeable material also not containing liquid acetylene near the container wall.
The gunshot and dynamite resistance tests are obviously very rigorous compared to the impacts to which a container of liquid acetylene is likely to be subjected in practice.
The advantages of the acetylene container of the present invention over known containers can be demonstrated with reference to an acetylene container of the type shown in fig. Wherein the solid stabilizer is 82% porosity calcium silicate and the highly permeable agent is a material such as foamed plastic having interconnecting pores. Such a container having a capacity of about 2 tonnes of liquid acetylene weighs about 6 tonnes in a fully loaded state. This is about 33% acetylene compared to about 10% for a typical commercial container containing dissolved acetylene of comparable weight.
Likewise, a container of the type shown in FIG. 5 can be constructed to operate with an expansion valve set to open when the pressure of the acetylene gas reaches about 100 pounds per square inch (7 kg / cm2). The construction of closable envelopes capable of safely withstanding a working pressure of 100 pounds per square inch (7 kg / cm2) is relatively easy and inexpensive.
<Desc / Clms Page number 14>
On the other hand, the usual commercial dissolved acetylene cylinder should be constructed for a working pressure of approx.
250 pounds per square inch (17.5 kg / cm2) with a large safety factor to allow transient pressures exceeding this value. (The pressure of 250 pounds per square inch (17.5 kg / cm2) is approximately the vapor pressure of acetylene dissolved in acetone at 70 F (21.1 C), when sufficient acetylene is dissolved to give a paying charge of about
10%). The construction of cylinders which will withstand pressures greater than 250 pounds per square inch (17.5 kg / cm2) is relatively expensive.
A container of the type shown in FIG. 5 wherein acetylene is condensed at -80 C has a sufficiently low heat loss such that the pressure of the acetylene gas remains below 100 pounds per square inch (7 kg / cm2) for about 5 to 11 days, depending on the surrounding ambient temperature.
Another advantage of the acetylene containers of the present invention is that they do not need a solvent.
However, there is no acetone or other solvent that can escape during filling, storage or servicing of the container, no solvent vapor in the acetylene being dispensed, and no problem with. solvent entrainment when acetylene is withdrawn from the vessel.
CLAIMS.
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.