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PROCEDE ET DISPOSITIF DE MELANGE DE GAZ ....La. présente invention se rapporte à un procédé et un dispo- sitif de mélange de gaz combustible et d' oxygène alimentant les brûleurs, de'-combustion partielle d'hydrocarbures gazeux ou gazéifiés pour'transformation en hydrocarbures moins saturés dont en particu- lier l'acétylène.: ....
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"" : .:: r9<? : combustion partielle consiste à porter l'hydrocarbure-de;départ à'la température élevée de conversion :-. '".. -- ""'..,\0......'...,.......... Jf ""'..." .. 6...... "." .." . (réaction exothermique) '.dt1lD.e-p'1E:fèÍe1'hydrocarbPre:mis en jeu.
'Dans'la'chambre de réaction, on introduit un mélange de l'hydrocarbure et d'oxygène 'pour effectuer la réaction de pyrolyse @ en flamme, puis on'.refroidit brusquement les gaz de pyrolyse pour les
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les stabiliser dans leur état correspondant à la formation maximum . d'acétylène.-Pour réduire,le nombre de calories à fournir par la
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réaction exothërmiqu& et ainsi réduire la con-ommation d'oxygène, il est avantageux d'effectuer un préchauffage aussi poussé que pos- sible des deux réactifs gazeux: hydrocarbure et oxygène.
Mais dans
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ces.conditiôns,y.e.mélarige a'tendance à stenflatnmer spontanément, Jàprès nne.-priôdëdx3ndtctïbn ":relâtivement courte au terme de laquelle . g',liéu 7.'ignition. Cetté période est d'autant plus courte que le J préchâifage- ôst-'j érlèv6.-'ii 'est-donc nécessaire d' effectuer le ' ="', = ', , ." -,, , " ; ."2 , .'± z . 1-'''.- ' -.- mélângé>vet 'lâ" distribution des réactifs gazeux pendant la période 'à'induction.; "" J "." .i]<'il;' 2 . ' - ¯ j.ij, j ¯ " ,'l;Bi3 -:de.clés7 et-.dj:spo7Sitif a proposés jusqu'à présent ne --permttent;;généraj.emen:pasderéalîser cette condition, car le mélange, effèctué T.e.plùs:souvent par diffusion, est relativement 'long, ce.qûï:-riéeésaite; ùné:chambre-de volume important et oblige à Ï :limiterlâ" temprâxte..cie.préchauffage.
La Demanderesse décrit, dans son brevet 566.943 un procédé et un dispositif du' type annulaire permettant de remédier à cet inconvénient, et d'après lesquels le mélange des réactifs gazeux est effectuée non plus/par diffusion, mais par turbulence. L'hydrocar-
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bure à.traiter et, l'oxygène-sont mis en contact avec mouvement turbulbiit dans.:14ne. zone'allongée et relativement étroite, prolongée par uà:
, compartiments r6actifs gazeux subissent un complément de ' mélângerélian.t.'çetCte.2one"âu"distributeur du mélange gazeux, ce --'distributeur répartissant,'le. mélange de façon homogène dans la champbréyade çômbustion.-I,zône démise en contact et le compartiment de ]]ààµémeÉti (è,llàé1ppÈ entourent un noyau central creux, conique, .dont .la pointe.'est .située au centre du distributeur.
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" /. , UA obet-' de la présente invention est d' améliorer la mise 'I .fl=fpntaat .è$¯.¯0J¯ mélange dès réactifs gazeux. Un autre objet de la =-piésente- invéntion st de permettre, un préchauffage plus élevé des = réactifs,w' avec .rédrçtiôn du. danger d' ignition spontanée dans le dispositif,de-.m6làngd.dé ces réactifs. Un troisième objet de la présente . invention est d'assurer un fonctionnement à efficience maximum du four-de combustion partielle d'hydrocarbures.
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A cet effet, on augmente le degré de turbulence entre l'hydrocarbure et l'oxygène en injectant graduellement l'oxygène, dans le courant d'hydrocarbure, en plusieurs étages annulaires successifs proches les uns des autres, l'injection d'oxygène, à chaque étage, se faisant sous forme d'une multitude de jets opposés et perpendiculaires à la direction d'écoulement de l'hydrocarbure, puis on fait passer le mélange ainsi obtenu dans un compartiment annulaire divergent de volume minimum reliant la zone de mélare des réactifs au distributeur répartissant ce mélange dans la chambre de réaction.
Le four de'mise en oeuvre de ce procédé comprend essentiel- lement un compartiment annulaire convergent, aboutissant à une zone annulaire allongée et étroite comprenant une succession de petites chambres d'expansion annulaires, pourvues de perforations pour perpendiculairement au sens d'écoulement de l'hydrocarbure,'et un compartiment annulaire divergent, ayant un - angle'au.sommet'd'environ 14 et reliant cette zone au distributeur du mélange gazeux,, ces.compartiments et cette zone annulaire entou- rant un noyau creux, conique, dont la pointe est située au centre du distributeur.: .
Gr@ce à ce procédé et ce dispositif, on obtient un mélange parfaitement homogène des réactifs gazeux à la sortie de la zone annulaire,'allongée et.étroite, ainsi qu'une distribution homogène dans-le compartiment divergent qui ne sert plus que de compartiment .de raccordement,'entre, cette zone de mélange et le distributeur.
On évite ainsi tout excès local d'oxygène au sein du mélange gazeux condition qui est particulièrement importante si on veut éviter une préignition dans le dispositif de mélange. En effet, si, à la sortie -zone mélange, les, réactifs gazeux ne sont pas mélangés de façon complète et homogène, la préignition sera condi- tionnée, pour une'.température: de préchauffage donnée et un temps de séjour donné, par un excès'd'oxygène local existant dans le mélange.
La nature de la présente -invention apparaîtra plus claire- ment par'la description d'un brûleur tel que représenté schématique-
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'.:ien-.', èn=coupé¯rérticaJ.e;..par la figure en annexe, donnée à Itre .3 exemple :'];",=.F2]", . ,' 'j ¯" . J- ... " .. , Ç$Q'l)il",i 'i'",: ji) T,' T,s 1 . - - - .. p un compartiment )J2iàÉààii#ÙoEflôl#yéçêÉh#-i;;1u#ëùòàe annulaire, étroite et allongée 2, ' ' ' ' ' iôµ9èàÉènÉ, 3,'. -un= ci.istri'buteur 4 et une .ychâmbrer déwcôinbut3ôn't Zès gompârt¯.m¯ ënts 1 et 3 et la zone intercreux, conique, 6 dont la °"'t,:Qiné:rj:?est'.sztûéé.aü='céritr¯ésdûy'distribûteur 4.
::F,-, :'.":¯r =r, ë,.-iioâti.âcerit¯ra';.çréi,est traversé, sur presque la totat:l;té9;de:aâ:.loiigüeürltipair.;ûïze.:eondu.te, 8y'.d'aménéë d'une partie de .''''' ''''.'.'''''*''.*''*''-'.'*'-'''-'- '-'..'''.; .' y-l;''C#ygène''"nécs&aà'i&-réaction'decombusti partielle. La zone '^ 5;'.ys ":, :T.a- a, .' .' a-ta<L.ve . .. . . ¯ >s;t7.a.èé,',estntôizréé=:çi'iW ,toré muni de la conduite 10, pour tsNiil4Ây;irtr" "rs''iet.t , ' :;. .iiiéâéé "du: ¯r.estg,dë '2' oxtgèrié: La .partie 'supérieure du compartiment ry.tcônvergënt.l$ es,=aüssi:r.ëntourée- d'un tore 11 avec une conduite 12, ' ÀµÎ$à'Éàééàéà#b5te' à..traiter, qui passe dans le compar- -;ttén'tly.par.'7.'ïntèrniédie. des 'ouvertures 13.
,,;j.," ; g .,,,: .. , . , , .... : terme ?]" i ;#li,? '. ^ ià zône=yannulire 2 consiste en plusieurs petits compar- :,, ltîmenÉù" étàgéà'14;]?ielïéé entre eux par des passages étroits et 'yôuitsy les compartiments 14 comportent une série =3ruvértûreà'16 dévaible diamètre pour permettre l'injection de amené par les conduites 10 et 8. Ces ouvertures 1 sont ]],9 disp6sées.eri qûinconce. D' autre part, la zone annulaire 2 est légère-
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-. : ment - tronconique. pour , que, compte tenu de l'appoint progressif en
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.".oxygène, les vitesses des fluides soient constantes.
: . 'Le compartiment divergent 3 a, au sommet, un angle de 14 . Féntàe" ieé :panoi% 17 et 18. v , Au: cours, du fonctionnement normal du four, l'hydrocarbure '.' àtraiter., préchauffé,, est amené par la conduite 12 et s'écoule dans -le tore, 11 vpuis,.par les . ouvertures.13, pénètre dans la partie supé- 5 rièuré" du lcompaïtiment:.1: Du. fait do. la diminution croissante de sécti:on.ci--às.cospartiméiit,-.a vite5se de l'hydrocarbure augmente.
Get:hydxoa5bure pénètre'alo2s dans la zone annulaire 2. L'autre = Téqqti# ,'Éazeux , . - # ¯ savoin f1 ' oxyÉène ; également préchauffé, est intro- 'duit, erivolümés4pratïquerent égaux, par les conduites 13 et 10 res- , . peètivement'. L'oxygène amené par la conduite 8 passe dens l'espace
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-annulaire- 6 ' du noyau central, puis est injecté dans les compartiments
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v .étâgés:,l4:
DèÇymême,;'l'-ôène introduit par la conduite 10 et ,ypâssant'dânslë.tore.9,I .est'injecte dans les compartiments étagés 14. ;-De'.cette'façon; on réalise" une injection graduelle d'oxygène, perpen- '- dicuÎâirément ,à la directioû de passage de l'hydrocarbure et on réâÏiéë--danà-chà4ud .-dompar timenb 14, .un mouvement tourbillonnaire 'dhydro6arb ' On facilite ainsi, en le multipliant, le m e 1.1 ang :e -,dé -il ycirocàjrbure' et'de l'oxygène qui s'effectue rapide- -.mént' et: çémplètémerit-def soté qu'à la'sortie de cette zone 2, on a ='wi mélange .3ôaiôgènë-d.'rdrocarburë et d'oxygène. D'autre part, par atiit6 clé'-Linèëtibn..P:CogrQESJ-ve- d'oxygène dans l'hydrocarbure, le ;.-melerige. :en' çours-'dè..formât.n toujours un défaut d'oxygène -et, ce - m 1 est",ql> 'à laï sortié' de la.zone annulaire 2 que le rapport i .
oàjgènë/hyàroça9buàé 'déàiré . é st atteint. On a intérêt à augmenter pfgsressivenient ., le7l viinè "des multiples compartiments 14, depuis le compartiment revers le 'compartiment 3 pour que les réactifs gazeux
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eli cours'.de ulélàngè ..conservent les mêmes vitesses et pour éviter .-.'une perte de charge, excessive.- D'autre part, il est particulièrement intéressant d'avoir.-un-grand nombre d'orifices d'injection d'oxygène,
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:.,gspos6ii 'en' quinconce'ët de telle sorte que les jets d'oxygène provenant respectiv'ement.dès,compartiments 9 et 6 soient opposés.
Le '.mélange des réactifs gazeux étant terminé à la sortie . de -la zone annulaire 2, le compartiment 3 sert seulement à relier la sortie *,de cette''zone 2 au distributeur 4 et il constitue donc une -zone de liaison et d'expansion du mélange gazeux. Pour obtenir une répartition'homogène du mélange gazeux dans le distributeur 4, il est , avantageux'que la-projection de la couronne moyenne de la zone ..annulaire, de.'mélange 2-détermine sur le distributeur 4 deux sections . -(une; section, annulaire A B entourant une section centrale C D) ayant
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des -su*perfi'r,! es'-pràtiquement- égales.
L'angle au sommet, du compartiment 3 (entre les parois 17 et 18)'sera''de préférence voisin de 14 . Un angle inférieur à 14 oblige à allonger-inutilement le compartiment d'exparsion 3. D'autre part, un angle supérieur à' 14 , qui permettrait de réduire la hauteur de-ce compartiment, risquerait de conduire à des zones mortes
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'1 ' dans ,ce copar'timént; ié ',eÉt-4-dine, des zones où le mélange gazeux ; , , :,,,''''''':'',=:''-:''J ""..",. "p-",.",.....:", "*.:,..p, - :sé'jo1Îrilerài1' ièiidân1:;'.\1ne: 'dUréè'-:nettmeÍlt. supérieure au temps de ';'.;,: ":"::"':';'".:;: .-.::',;,:,' ':':.:.:;:'::-',' "', ::- " ' ' Éé à ôui jéôYe#; ?; ..,*?f 1 ',, ;1 ;;, F ii [l ' I:? : . ¯ ;
' f.. , .. , ] " " ' ' - , . ;' - 2 ;- .. 4 .... , - , - irivention ¯' l. '- , ,'.J - (i Le diÈpôÈït#]dej¯ià présenter assure un mélange rapide et '-:'" intiIÎl.d:s;':t'{;tiis:gâZèbx:.61ia': en un temps très court. De nom- ,'.' rèseà::p'J;'ii3és p:!'e?J.;:..ffcúé.eà' eri.dif:féents, endroits de la ::::Ófj::4é:':z¯on':tp.'â1;,::.cé.. 1'1mi:formité de la teneur .P": : ... """,,, ",.....; ....."......;,r\.:... --:'"'":''',,,11 ".;:."'.,t;.. p........:.:.....,. :.:...." ;\\en.'oxygène dù'mel'ange -'gazeux. 1.,t . l ' -' . - .
'¯.t......" .¯ ,"= r . ¯ :. It' :,,-. : "",..":.: ... ....... r,1... .., :':.."''' :",". '.., '" ....
.i¯illlo:J(1 ' ;;"?1µ'Çùùsôip $%Ëg]Jé'q'agéàaàge s'éop rationnellement dans le ,:.' ,OIl}p:f'²p y;i n3:t*';'g,4:sWie. de séjour très lôi?"" "1 ' f;,,."1.'y-..!t;"t- ...:.#'. ",'),,,"":""\'...'" "'1-:""''''' "... " ; ' . f . ' sctiurt;grâcè':üu.:chô3xF judiçiûi'.de:1'nngle au sommet (angle voisin "::.",-=-4.4.4:..::::.......¯"'.t;:'Of""'.\/J>-1:;"."",f,.,"'."'.c;" 1 ".. - ..(Íi4,Y:'ei' au\;olùié:Dî:i'DiJItimi"9.è'.-çe::éompâr:timent dont la hauteur est i iÎiiàééàiëérÀ'à" 2ijfàiB i'iàl 'µàhih grande, largeur.
: ô ..'. J.,. '*<.''."''''*'* .",', .'; ] =(. ?i.; ] :..g .',= ,,;; ;, ;= .
..-.'-/.\]Sajce&.conditions donc permis de préchauffer les ,' éaGts gàzèu3cüsqû',r'ïne-'température limite qui est fonction du -: teinps.:de',sj9':a8 réacjtifs gaiux dans le dispositif de mélange et : de.'raccordement.'Ceci est. particulièrement avantageux au point de -vue induStriel, 'où: une 'augmentation de 50 C. de la température de \..... , l . ".....:\'..:::.:\ .::......... y . péclïatïffâ.ge, .permet;td'.,économiser. environ 0,2 tonne d'oxygène et f .. t 1 .1 : :-:Jt- i ; . \.fI T¯'" .. j f......... ",;....,....
200rà:250iu3 ¯deméthë, par tonne d'acétylène produit dans le gaz ( dé F9Z9ae '¯¯ =¯, , Le dispositif représenté à la figure 1 a une hauteur totale :de1965 mm. entre l'extrémité d'entrée de la conduite 8 et le distri-
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buteur 4.'Il comprend une conduite centrale 8 d'un diamètre de 150 mm.
. entourée-.d'un'noyau central, creux 6, dont la pointe est située au
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-c,entreïduvdistributéwç:?e..distributeur cylindrique a 1111 diamètre Î" "dé]43ÔimÉÇ Le'.compartiment: annulaire convergent 1 a une hauteur de .:."" ....,'...1': : ..¯ ,:; ' , ¯ :."-:....."',." .
(1 945'.mm:.et:sé=ermine,parûne'fënte annulaire d'une largeur de 16 mm.
..L;à%opeiannàlaine de; mise j en-contact et de mélange a une hauteur .'totâ,7.è 0.dé 19; i.v¯et.el:lè ¯ âomprand 8 .compartiments annulaires de volume croissëntenr continu,, le premier ayant une hauteur de 15 mm.
. ¯ , ô 1- '= 11 , ; 1.,'-" , ' l' J'" .....
-'.et.'une. largeur'de-52. miJi.: tandïs que le dernier a une hauteur de 22 mm. bzz et : üne largeur de 46 mnk Chacun ae ces compartiments est relié au
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suivant, par une section annulaire plus étroite, d'environ 5 mm. de
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f-- hauteur et.de largeur.allant' de 16 mm. pour la première (reliant le
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.premier-compâr,timent¯cbnverôent 1) à 25 mm. pour la dernière (faisant co=un.1qu 6,er ê-dexùier.'coiàpartiment de- mélange avec le compartiment i . $ "' ' l ' '; 1 ; -' ? " " 'r 1 " 1; ' " .
¯'ivèrgent- .3)-rCètté:cne-de'.mélange'2rest ,entourée par le tore 9 , . , .'> J, ¯ ; , , - ."é ¯:?ii,±.J;;¯l. ' l, ¯, : :,; ,¯ Jh ,i " "/. ; ;.J ; 1 , , entoure elle-même noyau ' d-yamenéè. ce'¯uùe';panoîe,;àe,>1)ôxygèné et .elle entoure elle-même le noyau '-" : . 1 "J ' '1 . , - ] " ' . ?1'-]-,"/:, o,1 " 1 "¯..J . I ',, ', .' " . , ? " .. , tore central 6 .µççmàÀt,,à.]]àmeqée.¯àù,'neste; de. l'oxygène.
Le tore et le -'noyau/central Jo communiquent ehaéun. aveoe, éhaque compartiment 14 de la ''zone.2,par 72'''orifices *,dé de' diamètre, répartis régulièrement en. quinconces n .. f . , , ..¯ . i , ; j ...... ; , ' -- ;'ZâzôneV2.dë mae. eïi'pcontact's.et-de mélange des réactifs est \ prolongée par: ;erl<?ompart:Lmenb/divergent. 3. flépùe hauteur de 830 mm. w',e,t'',yèrit-ûfr=ânge.vâû,:sôét=dé i,4 ...C¯eéompartiment sert uniquement '\& relier'l:zone. 2; an'distributeur. 4-, .ce. dernier. ayant un diamètre . dé:43Ô:mm; X ét izuë' ;iiâutû.de 215 mn.-et .étant traversé par des canaux .
. . ' ' ''-'''t"'Y'"'*,' ' '* " ¯ >" . ;.E ' J ]. ' , ' p arèl-lëleë, jiçlÙiàa2i à.la-.chambre, de¯ .réaction: , ;1 ,, . , ' ' ', j = 1 /2±ç" #$s±ôàÀti±. àe " méiànÊe. eht ,eànstnuit en acier réfractaire , ,-au chrome-molybdène,, de préférence un acier A.I.S.I. du type 321 (d'après; lé &teel, l'rôduçts.aManuel, n" 24 de l'Ameri-can Iron and Steel Institute)., -
Dans ce dispositif de mélange, on introduit, par la conduite 12, 2150, m3 par heure, .calculés à pression et température normales, ; de méthane à 97 %/de, pureté (contenant 2 % de CO et 1 % de N2) pré- chauffé à 650 C. et se trouvant sous une pression de 1,25 atm. abs.
Ce.méthane passe dans le. tore annulaire 11, puis par l'ouverture 13, dans le compartiment convergent 1, à l'entrée duquel il a une vitesse linéaire d'environ 90 m./seconde.
Par la conduite 8, on introduit 550 m3/heure d'oxygène à
97 % de pureté (contenant. 3 % d'azote), préchauffé à 650 C. et se trouvant sous une pression.de 1,3 atm. abs. ; après avoir traversé la conduite 8, cet 'oxygène passe dans l'espace annulaire du noyau central 6'entourant.-cette'conduite, puis, par les 576 ouvertures lb2 il est injecté dans les'8'compartiments d'expansion 14 avec une vitesse de 140 m./sec. environ.
Le reste de l'oxygène, soit
550 m3/H., amené par,la conduite 10, passe dans le tore 9 et de là, il est injecté dans les mêmes conditions, c'est-à-dire par 576 ouver- tures et avec une vitesse de 140 m./sec. environ, dans les 8 compar- . timents.
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Les réactifs sont ainsi mis rapidement en contact et se -mélangent intimement, par turbulence, dans les 8 compartiments 14.
Le mélange passe.''ensuite dans le compartiment divergent 3 qui en cassure une répartition homogène dans les canaux du distributeur 4, le débit de mélange étant .pratiquement le même dans chacun de ces ; canaux. ; .; .=;
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. , ¯; , . ,1 ' . ,?à son entrée dans la'chambre de réaction 59 le mélange '-:8téi2:flamme ét -le.mëtYlane est soumis à une combustion partielle, les --flammès-, étant jàtabilisées, par une addition suggémentaine d'oxygène, ,,'.r7. énv3.ron 100 à5lli., . , ' , i . , .. 'Les gax obtenusl pâ.r.' cô t ts- combustion (environ 3.800 r3/H. cib gaxs'sec- contiennent .environ z d'acétylène. l)1",/F ;) " ]Îl'i' p ..
B V-B N D 1 0 A T 1 0 N 8 *-1)- Frôcédé de.inlangé -d'hydrocarû.r-w gazeux ou vaporisé et de gaz ' ' Comburant $limentant -des brûleurs de combustion partielle d'nydro- ' carbures, caractérisé en ce qu'on mélange des réactifs gazeux par injection graduelle de l'oxygène dans le courant d'hydrocarbure en plusieurs étages annulaires successifs, proches les uns des autres et reliés entre eux, l'injection d'oxygène à chaque étage se faisant sous-forme d'une multitude de jets opposés et perpendicu- iaîres à la direction d'écoulement de l'hydrocarbure, puis on fait passer le mélange complet et homogène ainsi obtenu dans un compar- timènt annulaire divergent de faible volume, reliant la zone de mélange au brûleur.