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Procédé de fabrication de l'acétylène et porte-électrode utilisa dans ce procéda*
La présente invention est relative au procédé de fabri- cation de l'acétylène par pyrolyse d'hydrocarbures dans un four à arc électrique, .ainsi qu'à un porte-électrode, et elle concerne plus spécialement un procédé pratique permettant d'éviter des accumulations indésirables, de carbone de façon que le four puisse fonctionner de manière ininterrompue durant de longues périodes de Temps, .ainsi qu'un porte-électrode qui supporte, protège et refroi- dit une électrode en carbone utilisée dans le four.
Le brevet .américain n 2.013.996 décrit la fabrication ae 1-*.acétylène par,.-.passage d'hydrocarbure gazeur à travers un arc électrique 'établi entre une cathode en matière solide ayant la forme d'une tige et une anode cylindrique creuse concentrique à la cathode.
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± , ¯. ; y - , ,--.- - .,.¯. :ß' .07.30 décrit la f'c-t.:rl.C.3.vj.'.:1 Je à ' lûÔ bj- '.µ.;<; g;.<. ,. d-'hydrocarbure 1Z11: J. travers un arc électrique nis n 0tatio par Ch3,gnétiqe. Lors de ces processus, il se forme si-aulta-.i6zert des quantités appréciables de carbone. Particu- lièrement dans le cas d'un four du type décrit dans le brevet américain n 2. 013.996, des dépôts de carbone se forment sur les électrodes et s'accroissent en un temps très court au point de
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court-circuiter les électrodes et d'obturer rapidement l'espace compris entrecelles-ci. Le carbone qui se dépose sur l'anode n'est pas adhèrent et il est cassant, de sorte qu'il peut être enleva mécaniquement. Le carbone déposé sur la cathode est dur, fortement .adhérent et ne peut pas être enlevé facilement.
Il s'est .avéré que, même si l'appareil décrit dans le brevet -américain no 2.013.996 est utilisé avec un arc électrique mis en rotation par champ magnétique, il s'est pas possible d'empê- cher le carbone de se déposer sur la cathode sous forme de dépôts durs et fortement .adhérents si on laisse fonctionner le four pendant une durée notable, de sorte qu'il est nécessaire d'interrompre fréquemment le travail pour enlever l'extrémité chargée de carbone de la cathode ou pour remplacer cette cathode entièrement.
L'invention a pour but de procurer un procédé de fa- brication de l'acétylène par pyrolyse d'hydrocarbures dans un four à are électrique, qui évite les difficultés rencontrées jusqu'ici.
L'invention ; aussi pour but de procurer un tel procédé évitant l'accumulation indésirable de dépôts de carbone sur la cathode, le procédé pouvant être appliqué de taçon ininterrompue durant de longues périodes. D'autres buts de l'invention visent à perfec- tionner la technique.
Ces buts et d'autres encore peuvent être atteints, sui- vant l'invention, en fabriquant de lune par pyrolyse d'un hydrocarbure dans un four à are électrique comprenant une cathode en carbone Ayant la forme d'une tige ronde, une Anode métallique cylin- drique Allongée concentrique à la cathode et dépassant l'extré-
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nité de celle-ci, le diamètre intérieur de l'anode étant supérieur au diamètre de la cathode, et un arc électrique tournant s'éta- blissant entre la pointe extrême de la cathode et une zone de l'anode se trouvant au delà de la pointe extrême de la cathode, ce procédé étant caractérisé en ce qu'en fait passer un courant gazeux d'hydrocarbure sous une pression absolue d'au moins 50 mm de Hg dans le four.,
le long de la pointe de la cathode et à travers l'arc électrique tournant, on expose la partie d'extré- mité de la cathode.au courant gazeux sur une longueur correspon- dant à environ deux à cinq fois le diamètre de cette cathode, on refroidit fortement le corps de la cathode.au-dessus de cette partie d'extrémité de façonna le maintenir à une température inférieure à environ 1100 C, on applique un courant électrique continu au corps de cathode refroidi de manière à établir et à maintenir l'arc électrique, on règle l'intensité de ce courant de façon à la maintenir en deçà de la capacité en courant de la cathode, compte tenu de la.
pression du gaz et du diamètre de la cathode, de façon à produire un courant d'au moins environ 550 .ampères par centimètre de diamètre de cathode, valeur à laquelle la cathode se consume régulièrement à une allure d'environ cinq centimètres de longueur à l'heure tandis que le diamètre de la cathode est maintenu en substance constant, et on fait avancer la cathode-dans le four à sa vitesse de consommation de manière à toujours maintenir une partie d'extrémité exposée d'une longueur . comprise entre environ deux et cinq fois :Le diamètre de cette cathode.
Il s'est avéré que, si on utilise un four à arc élec- trique .ayant un arc électrique de la structure et de la forme spécifiées et si on refroidit simultanément le corps de cathode .au point de maintenir celui-ci à une température au-dessous d'environ 1100 C tout en n'exposant qu'une petite longueur de la cathode ,au courant gazeux il est possible de régler l'intensité du cou-
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Tant électrique de :nanière à contrôler le a:.== 3t ;
car' '-u cathode au point que seule une mince couche de carbone se qéa depope
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sur la face exposée de la cathode, ce dépôt étant cornÍn\1e" <>-,. dissement enlevé en même temps qu'une mince couche correspondante de la paroi de la cathode même, ce qui permet d'éviter des dépôts indésirables de carbone sur la cathode.
En d'autres mots, si on refroidit.ainsi le corps de cathode, si on expose une petite lon- gueur seulement de celle-ci:au courant gazeux et si on règle le courant en fonction du diamètre de la cathode et de la pression du gaz dans le four de la manière précitée, le degré de ''vaporisation ou de consommation du carbone est réglé de façon que les dimen- sions de la pointe de la cathode n'augmentent pas après qu'une mince couche de carbone s'est formée sur la paroi de :La pointe.
Si le corps de cathode n'est pas fortement refroidi ou si une longueur de cathode nettement supérieure à environ cinq fois son diamètre est exposée au courant gazeux, des dépôts de carbone tendent à s'accumuler sur la paroi latérale et sur le bout de la cathode, sans qu'il soit-aisé d'empècher ces dépôts.
Le dépôt est le plus épais près de la pointe et s'épanouit à partir de celle-ci, prenant la. forme d'une tulipe ou d'un champignon et consistant en du carbone compact et dur d'un diamètre beaucoup plus grand que la pointe initiale. Le dépôt entraîne un accroisse- ment du courant si on désire un fonctionnement ininterrompu, et il s'accroit de plus en plus vite jusqu'au moment où il faut interrompre le travail pour remplacer la. cathode. Une fois qu'un dépôt de carbone de ce genre est bien -amorcé, il est pratiquement
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.:....... ' ., impossible de l'enlever sous l'action de vaporisation du courant du fait que le courant fortement accru requis pour cette vaporisa-
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tion doit passer par le corps de cathode reT&tivementBlnc6. ce .
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2 i.T''..)':'t:-3 v.-'2i-2 yJilr produire et utiliser des arcs el-c'.r.-. pour diverses -applications. On désire habituellement refroidi, ces électrodes en refroidissant le corps de l'électrode, c' >zt-à- dire une majeure partie de 1-'électrode se trouvant en arrière
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d'une pointe relativement courte. On désire aussi fréquemment protéger l'électrode contre toute oxydation par 1-'atmosphère, contre tout contact.avec d'autres gaz réactifs, ou encore empêcher des gaz de venir en contact avec le corps d'électrode chaud avant que ces gaz soient venus en contact de traitement avec l'arc électrique dans le four.
Les porte-électrodes utilisés jusqu'ici à cet effet présentent plusieurs inconvénients sérieux. D'une façon générale, le refroidissement est insufflant. De nombreux porte-électrodes sont construits de façon à ne pouvoir être utilisés qu'avec une -électrode d'une seule dimension (diamètre) et, quand on désire utiliser une électrode d'une dimension différente.. il faut rempla- cer le porte-électrode par un autre s'adaptant à la nouvelle di- mension d'électrode. Quelques porte-électrodes sont construits de façon à pouvoir être utilisés avec une gamme de dimensions d'électrodes. Cependant, ce dernier type de porte-électrode tend à être trop encombrant, tandis que les patins de contact et les dispositifs de réglage sont exposés à l'Atmosphère ou à d'autres gaz oxydants ou corrosifs.
Dans le traitement de composés organiques au four à arc .électrique comme la pyrolyse d'hydrocarbures en vue de la
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conversion en .ct3rlne' la mise,en'contact des composés organi- ques avec le corps d'ectrode chaud (ou les patins de contact 1i .?G "'..r.fo>........ ahsuds, 3es' Tessarts o¯- et:hi entrae une 'décomposition , ¯ .. :²²\.;-,":::'::;:; ,", : "" '":;'7 .'' : praaturie;'d.és' coçoâ4:o ' 9;rJ,éS :'et le dépôt de quantités inde- ," :'.Io'',1.v:,) \o:=.J;.;(." 1"r.fI':,""'\ . i ' r r rr z ; iv w s1bIesfé(1:nër ts. a ,J '1..".;i..l'jzi.jÉfiàµ%ù..r .
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Ces derniers buts peuvent être atteints suivant l'inven- tion qui prévoit un porte-élecyrode et un dispositif de refroidisse- ment pour une électrode cylindrique en carbone plein comprenant plusieurs patins de contact à refroidissement interne en un métal conducteur du courant électrique -ayant la forme de secteurs d'un anneau cylindrique entourant et épousant le corps de l'électro- de, une enceinte extérieure à refroidissement interne en un métal thermo-conducteur enfermant les patins de contact et ayant une paroi cylindrique intérieure écartée des surfaces extérieures des patins de contact, des ressorts en un métal thermo-conducteur entre les surfaces extérieures des patins de contact et la paroi intérieure de l'enceinte extérieure pressant les patins de contact contre le corps de l'électrode,
et des moyens d'amenée du courant électrique reliant chaque patin de contact à une source de courant électrique.
Il s'est avéré que, pour refroidir l'électrode de la façon la plus efficace et .avec le rendement le plus élevé et, en particulier, pour obtenir le refroidissement nécessaire dans un four à.arc électrique de la nature définie ci-après, il est indis- pensable d'utiliser un système de refroidissement interne à la fois pour les patins de contact et pour l'enceinte qui les entoure. Sans ce refroidissement combiné, les patins de contact et les ressorts sont fréquemment insuffisamment refroidis, ce qui a des effets nuisibles sur les ressorts et les patins qui fondent même parfois.
En outre, en utilisant plusieurs patins de contact et en enfermant ceux-ci et les ressorts dans une enceinte à refroi-
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dissement interne dont la paroi intérieure est écartée des surfaces enterieures des patins de contact, le même porte-électrode Peut recevoir des électrodes de dimensions (diamètres) différentes et peut protéger à la fois l'électrode, les patins de contact et les ' ressorts contre La chaleur du four et spécialement contre tout contact -avec 1 atmosphère ou d'autres gaz se trouvant à l'intérieur du four et pouvant.avoir des effets nuisibles sur ces éléments.
Le porte-électrode et le dispositif de refroidissement de l'invention sont particulièrement destinés à un four à arc élec- trique du type décrit ci $près, en particulier dans le cas du procé- : dé ici décrit.
L'invention sera bien comprise en se référant -aux dessins :annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique en coupe verticale d'un four à are électrique du type utilisé dans le procédé de l'in- vention.
La figure 2 est une coupe verticale de la partie d'ex- trémité de la cathode 12 montrant le dépôt de carbone 13 qui se for- me lorsque les conditions de la présente invention ne sont pas rem- plies.
La figure 3 est une coupe vertidale de la partie d'ex- trémité de la cathode 12 montrant le dépôt de carbone 13 qui se forme lorsque les conditions de la présente invention sont remplies.
La figure 4 est une vue de profil d'une forme préférée d'un porte-électrode pour cathode (et de parties avoisinantes du four), la moitié de gauche étant représentée en coupe verticale.
La figure 5 est une vue de profil des patins de contact faisant partie du porte-électrode de la figure 4.
La figure 6 est une coupe verticale schématique d'une .autre forme de porte-électrode pour cathode, et
La figure 7 est une vue de profil du patin de contact extensible faisant partie du porte-électrode de la figure 6.
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Sur La. figure 1, le four à arc électrique comprend une
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;:.'T-::l.).;;;e ¯nê-,,allzc3ua 10 cociportant une partie supérieure épanouie destinée à recevoir le porte-électrode de cathode et à per- mettre l'introduction de l'hydrocarbure gazeux, et une partie
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.aLc.d.iß'U.6 cylindrique 411cmgé Inîà±1 are qui es L refroidie extérieurement par une chemise à eau 11. La cathode 12 est en carbone et a la tonne d'une tige ronde pénétrant de haut en bas à travers le ciel du four, concentriquement à la partie -anodique cylindrique du four. La partie anodique du four se prolonge vers le bas à une distance considérable au delà de la pointe de la cathode, et à un diamètre intérieur plus grand que le diamè- tre de la cathode de manière à laisser un espace disponible pour l'arc électrique.
Les dimensions du four, en particulier celles de la cathode, de l'anode et de l'espace destiné à 1-lare., varient fo te- ment suivant l'importance du travail à effectuer, spécialement suivant le volume du courant gazeux d'hydrocarbure à traiter, la tension disponible et des considérations économiques. Les principes de construction et de fonctionnement des fours à arc sont bien connus et on peut se référer, par exemple, au brevet américain n 2.929.771.
Le corps de la cathode 12 est maintenu par friction dans un porte-électrode 14 qui est refriidi intérieurement de façon à obtenir un refroidissement énergique du corps de cathode.
Le porte-électrode 14 comporte aussi des connexions électriques servant à relier le corps de cathode 12 à une source de courant électrique continu (non représenté).
Un électro-aimant annulaire réglable dans le sens ver- tical et alimenté de courant continu 16 entoure concentriquement la partie anodique cylindrique du four. Ces électro-aimants sont conventionnels et provoquent la rotation de l'arc établi èntre la cathode et l'anode de façon que cette rotation atteigne environ 2.000 à 20.000 révolutions par seconde, la valeur exacte dépen-
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¯¯,.Y . LL.;-; L) ':'.1 cellsl té du CLI4:. i,l ,11 j .^. ,.J.J.!:l8 indiqué, par 8¯(01i) 11; , :::.rs 1B brevet américain n 2.074.530.
L'arc électrique est attiré vers l'extérieur ou dévié vers le bas de façon qu'il s'éta- blisse entièrement entre la pointe de la cathode et une zone de Il-anode se trouvant au delà de la pointe de la cathode, cet effet étant obtenu partiellement par Inaction du courant gazeux et par- tiellement par l'action de l'électro-aimant 16, de la manière et suivant les principes décrits dans le brevet américain n 2.929.771.
De cette manière, le point de contact entre l'arc et la cathode (le spot cathodique) décrit, sous l'influence du champ magnétique, des cercles ou des cycloldes qui recouvrent sa surface entière, et la pointe de cathode tend à se consumer de façon régulière, maintenant une surface approximativement plate. De même, en cours de fonctionne- ment, l'arc ne frappe pas l'anode suivant une seule circonférence linéaire mais se déplace le long d'une zone d'une certaine largeur.
La zone anodique atteinte par l'arc électrique peut être réglée dans le sens vertical en réglant la position de l'électro-aimant le long de lanode, en réglant l'intensité du champ de l'électro- aimant ou en combinant les deux effets, comme il est bien connu.
Habituellement, l'.angle de l'arc (la droite reliant le centre de la pointe de la cathode au milieu de la zone anodique atteinte par l'arc) est d'environ 45 ou moins, relativement à l'axe de la catho- de; cet.angle est compris, de préférence, entre environ 15 et 23 , mais il peut aussi être proche de 90 .
Une admission 18 dans la partie épanouie supérieure du four est utilisée pour l'introduction du gaz d'hydrocarbure de façon que le gaz s'écoule vers le bas en passant à hauteur de la pointe de la cathode 12 pour traverser ensuite l'arc électrique tournant dans lequel le gaz est pyrolyse sous forme d'acétylène, d'hydrogène et de sous-produits.
Le mélange gazeux de réaction s'écoule alors jusqu'au bas de la partie cylindrique du four, où il traverse un rideau
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:'0 ,ie J'r ' -...ûx, l'e.u provenait d'une cap..alis2.GiJ::: 2C qui est ;0uiUe) son extrémité supérieure, d'ouvertures d'arrsa6 pour atteindre ensuite un réservoir de décantage dans lequel l'eau est séparée du gaz. Les produits gazeux de la réaction sortent par ' une canalisation 24 pour être stockés ou vers une installation de récupération de l'acétylène et d'autres éléments de valeur y contenus. L'eau de séparation est déchargée par la canalisation 26.
La partie anodique cylindrique du four est pourvue, de façon conventionnelle, d'un racleur 28 rayant la forme d'un couteau -annulaire épousant la paroi intérieure de l'anode et pouvant se déplacer verticalement à l'intérieur de la partie cylindrique de 1 ':anode pour déloger les dépôts de carbona formes sur la paroi interne de 1'.anode.
Le four est aussi pourvu d'un ou plusieurs regards d'observation (non représenté) disposés de façon que la pointe de la cathode, 1-1;arc et d'autres parties du four puissent être observés directement et:afin que le fonctionnement du four puisse être contrôlé et réglé fomme requis- De préférence, ces regards d'obser- vation consistent en un jeu de tubes en T conventionnels dans la paroi du four et obturés par un oculaire d'observation et des filtres de lumière.
Sur les figures 4 et 5 des dessins annexés,, le porte- électrode porte la référence générale 14 et entoure, supporte et re- froidit le corps d'une électrode cylindrique en carbone plein 12 (ayant :La forme d'une tige ronde), le porte-électrode étant suspendu lui-même à la paroi supérieure 15 d'un four à .arc électrique. Le porte-électrode comprend une enceinte de forme générale cylindrique 30 à refroidissement interne par circulation de fluide et faite en un métal thermo-conducteur qui est aussi, de préférence, conduc- teur de l'électricité.
Une telle enceinte peut être en cuivre, .argent, céramique ou matières semblables, mais la matière habituelle- ment utilisée est l'acier à cause de sa résistance et de sa rigidité
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:' ¯ rr. :'.ce.re 30 peut ai¯sçi être recouverte cpc C-:::':C0<:.: 01.. d'un l'Evêtement en une 2iatièrp electriquener-t 1=Ji=r..=, CU;±L'Je une matière cérÓ.mique, ou d'une couche d'une ::J2.tire t:.2r:-.:i- quement isolante, ou les deux.
L'enceinte 30 enferme plusieurs patins de contact 32
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faits en métal bon conducteur de t 1 pcni =; 6 du cuivre de prcfc- rence. Les patins de contact 32 ont, de préférence, la forme de secteurs d'un cylindre annulaire entourant et épousant le corps de l'électrode. Le nombre de patins peut être compris entre deux et six. De préférence, on utilise trois patins pour obtenir un bon support et un bon contact avec l'électrode. Dans le cas de deux patins, le support et le contact-avec l'électrode sont moins efficaces. Un nombre de patins supérieur à trois tend à rendre la construction inutilement compliquée et coûteuse. Les parois intérieu-: res incurvées des patins ont, de préférence, un rayon environ égal -au rayon de l'électrode la plus grande que peut recevoir le porte- électrode.
De même, la somme des secteurs constitués par les patins doit, dans le cas de l'électrode la plus grande, être légèrement inférieure à un .anneau complet, les secteurs devant être uniformé- ment espacés de façon à ne pas de coincer lorsqu'on utilise une électrode de la plus petite dimension.
Chaque patin de contact est pourvu d'un passage allongé en forme de U 33 .allant de l'extrémité supérieure jusqu'à une courte distance de la partie inférieure du patin en vue de la circulation d'un fluide de refroidissement convenable, habituellement de l'eau.
Chaque patin est :aussi pourvu de deux tubes 40 en métal conducteur de l'électricité, du cuivre de préférence, qui prolongent les extrémités des passages en forme de U et relient ceux-ci à une source de fluide de refroidissement en circulation (non représenté).
Comme représenté, un conducteur électrique flexible 38, un fil de cuivre tressé de préférence, est fixé par serrage .aux tubes de prolongement 40 et relie ces tubes et les patins de contact à une source de courant électrique (non représenté). Il va de soi
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que les passades 33 peuvent avoir d'autres formes connues; par exemple, les patins de contact peuvent être creux, sous la forme de chemises d'eau contenant des cloisons ou séparations permettant une circulation efficace du fluide de refroidissement.
Chaque patin est aussi pourvu d'un évidement destiné à recevoir la partie courbe d'une lame de ressort 34 intercalée entre les patins et la paroi intérieure de l'enceinte 30 qui est écartée des surfaces extérieures des patins, comme représenté. De cette manière, les patins sont pressés élastiquement contre le corps de l'électrode 12 afin de serrer et de maintenir l'électrode par frottement, établissant ainsi un bon contact pour le passage du courant électrique de l'électrode ainsi que pour son refroidisse- ment. D'autres formes de ressorts ou de dispositifs à ressort, dont de nombreux sont connus, peuvent remplacer les lames de ressort.
La distance entre la paroi intérieure du caisson 30 et les surfaces extérieures des patins de contact doit être suffisante pour pouvoir introduire les ressorts et permettre aux patins de contact de se déplacer radialement de la distance requise pour s'adapter à la. gamme voulue de dimensions d'électrodes. Cette distance dépend aussi de la dimension du porte-électrode et de l'équipement dans lequel celui-ci est utilisé, y compris les dimensions des électrodes utilisées, ainsi que du type et de la structure des ressorts utilisés.
Dans la plupart des cas où une électrode en carbone est utilisée pour établir un arc, l'électrode se consume progres- sivement par volatilisation du carbone à partir de la pointe de l'électrode, et il faut donc faire avancer l'électrode vers la zone d'arc au fur et à mesure de sa consommation. Le contact élastique par frottement entre les patins de contact et l'électrode convient particulièrement dans le cas où il faut faire avancer l'électrode à travers le porte-électrode. Divers moyens sont connus pour faire avancer des électrodes en carbone.
Un moyen
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est représenté à la figure 4 et consiste en deux galets à gorge 36 opposés se trouvant à l'extérieur du four, qui enserrent fermement l'électrode et sont reliés à des dispositifs (non repré- senté) tels qu'un réducteur de vitesse et un moteur à vitesse variable servant à introduire l'électrode dans le four à une vitesse réglée désirée.
L'enceinte 30 du porte-électrode s'étend considérable- ment au delà des extrémités supérieures et inférieures des patins de contact et des ressorts 34. De préférence, elle se compose de deux parties, un manchon extérieur 42 et un manchon intérieur 44.
Comme représenté, le manchon intérieur 44 est pourvu, à sa surface extérieure, de canaux 46 constituant, avec la surface intérieure du manchon 42, un passage pour l'eau de refroidissement ou tout .autre fluide de refroidissement en circulation. Des joints toriques 48, en caoutchouc de préférence, scellent hermétiquement le joint entre les manchons 42 et 44, et empêchent le fluide de refroidissement de s'échapper. Les canaux 46 forment une double hélice, de sorte que le conduit.ainsi formé part en hélice du dessus de l'extrémité supérieure des patins de contact pour .atteindre un point plus bas que leur extrémité inférieure, d'où le conduit change de direction et retourne en hélice jusqu'au-dessus des patins de contact, parallèlement au conduite descente.
Une .admission 50 et un échappement 52 sont utilisés pour faire circuler le fluide de refroidissement dans le passage 46.
Le passage pour le fluide en circulation dans l'enceinte 30 peut .affecter d'autres formes connues. Par exemple, le passage 46 peut consister en une seule hélice dont l'entrée se trouve en bas et la sortie en haut. De même, le passage peut consister en des ondulations ou des boucles montant et descendant entre les manchons, ou encore en une chemise d'eau conventionnelle.
Comme représenté, le manchon extérieur 42 est pourvu d'épaulements ou rebords annulaires intérieurs à son extrémité in-
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férieure, ceux-ci servant à soutenir le manchon intérieur 44. Ce dernier est aussi pourvu d'un épaulement annulaire intérieur à sa partie inférieure servant de support aux extrémités inférieures des ressorts 34. Ces épaulements des manchons 42 et 44 pénètrent in- térieurement, de préférence, aussi près que possible de la surface extérieure de l'électrode 12, de façon à aider à empêcher qu'une quantité indésirable d'air ou d'un.autre gaz circule dans le porte- électrode.
Les manchons 42 et 44 peuvent être -assemblés de toute manière voulue, mais ils sont, de préférence, assemblés à 1'aide de vis ou d'autres moyens de fixation conventionnels amovibles afin de pouvoir séparer les manchons lors de réparations ou du nettoyage des canaux.
Dans la construction décrite, le corps de l'électrode, les patins de contact et les ressorts sont enfermés dans l'enceinte imperméable.aux gaz de sorte qu'ils sont efficacement refroidis et effectivement protégés contre tout contact nuisible avec l'air ou d'autres gaz oxydants ou corrosifs qui peuvent être présents dans un four à arc électrique. Ils sont aussi protégés contre tout contact nuisible avec des gaz organiques comme les hydrocarbures utilisés pour la fabrication de l'acétylène et, par conséquent, contre tout dépôt inadmissible de carbone. Ces gaz ont une légère tendance à passer par l'espace réduit compris entre l'extrémité de l'enceinte 30 et l'électrode 12.
Il va de soi que, si la forme déterminée de porte- électrode représentée .aux figures 4 et 5 a été trouvée la plus efficace et est à préférer, d'autres formes de poxte-électrode pour cathode produisant un refroidissement énergique du corps de cathode et protégeant celui-ci contre tout contact avec le cou- rant d'hydrocarbure gazeux, peuvent être utilisées.
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Les figures 6 et 7 représentent .;ne autre forme d'exé- cution :,oins préférable d'un porte-électrode 14 avec son disposi- tif de refroidissement. Ce porte-électrode comprend une enveloppe cylindrique extérieure 54 pourvue d'une admission 56 et d'une sor- tie 58 pour la circulation, d'un fluide de refroidissement ,ainsi qu'un patin, de contact expansible 60. Le patin de contact consiste en un cylindre en cuivre ayant un diamètre tel qu'il puisse en- trer dans l'enveloppe 54, un alésage central 62 d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la cathode 12 étant prévu dans le cylindre.
Le patin de contact est aussi pourvu de quatre fentes décalées de 90 et traversant toute la paroi du patin, Deux fentes opposées 64 s'étendent du dessus jusque une courte dis- tance du bas du patin de contact. Les deux autres fentes opposées 66 s'étendent du bas jusqu'à une courte distance du sommet du patin de contact. Quand on y introduit la cathode,le patin de con- tact s'ouvre légèrement par élargissement des fentes,cette expan- sion étant limitée par le contact entre la surface extérieure du patin de contact de la paroi cylindrique intérieure de l'enveloppe 54. De cette manière, on obtient un contact ferme et élastique permettant le glissement entre la cathode et le patin, ainsi qu'un contact dur entre le patin et le manteau 54. Une bague de rete- nue 68 empêche le patin de contact de glisser vers le bas, hors de l'enveloppe 54.
Le porte-électrode est suspendu à la face su- périeure du four, l'enveloppe 54 ou le patin de contact 60 étant relié à une source de courant électrique continu,et un moyen d'avancement de la cathode à travers le porte-électrode est uti- lisé comme dans la forme d'exécution de la figure 4. La construc- tion représentée aux figures 6 et 7 permet d'obtenir un support physique et une protection de bonne qualité pour la cathode,et l'élasticité du contact entre les parties est suffisante pour obtenir une bonne conduction du courant électrique vers la cathode et un bon refroidissement du corps de cathode.
La cathode 12 doit être réglée de façon que sa partie
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d'extré rité inférieure dépasse l'extrémité inférieure du forte- électrode 14 sur une longueur correspondant à environ deux è cinq fois, de préférence environ quatre fois le dianètre de la cathode, cette partie d'extrémité étant exposée au courant d'hydres carbure gazeux. Si la pcrtie d'extrémité exposée de la cathode est' nettement plus courte que deux fois son diamètre,elle a tendance à se briser en cours de fonctionnement à cause du gradient de température important.
Si la partie d'extrémité exposée de la cathode est nettement supérieure à cinq fois son diamètre, le carbone se dépose sur la paroi latérale à une allure plus rapide que celle à laquelle il put être aisément volatilisé et on ob- tient une extrémité évasée en tulipe 13, comme représenté à la figure 2.
Le courant électrique appliqué à la cathode doit être du courant continu et doit être -appliqué sous une ten si on requise pour obtenir un arc électrique entre la cathode et l'anode, comme il est bien connu.Un fluide de refroidissement circule dans la chemise¯il et dans le ou les passages de fluide du porte-électro- de. Tout fluide convenable peut être utilisé. Cependant,par rai- son d'économie, de convenance et d'efficacité, l'eau est ordinai- rament utilisée.
Le courant d'hydrocarbure gazeux se compose essentielle- ment d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbures habituelle- ment utilisés dans la fabrication de l'acétylène par pyrolyse dans un arc électrique.'Comme hydrocarbures de ce genre, on peut citer le méthane, l'éthane, le propane, le butane, l'éthylène,le propylène,--'le butylène, l'essence, les produits de distillation du kérosène, etc. De tels hydrocarbures peuvent être dilués dans un gaz inerte comme l'hydrogène. On utilise habituellement du méthane ou un gaz naturel, de préférence dilué dans de l'hydrogène.
Le courant gazeux descendant et traversant l'arc électrique coo- père avec le champ magnétique pour dévier l'arc vers le bas et aide ainsi à forcer l'are à s'établir entièrement à partir de la pointe de la cathode.
Le courant d'hydrocarbure gazeux doit être in-
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fabrication de l'acétylène par pyrolyse dehydrocarbures dans un arc électrique,par exemple jusqu'à 20 kg/cm2.
L'intensité (ampères) du courant électrique appliqué à la cathode est réglée en fonction de la pression du gaz introduit et du diamètre de la cathode de manière à obtenir un courant d'au moins environ 560 ampères par centimètre de diamètre de catho- de, valeur à laquelle la pointe de la cathode se consume (se vo- latilise) régulièrement à une cadence d'au moins 5 cm. de longueur à l'heure, le diamètre de la cathode étant maintenu en substance constant . Le courant minimum requin est aisément déterminé em- piriquement pour toute cathode et toute pression.
A la pression de gaz préférée comprise entre environ 50 et 250 mm. Hg en pres- sion absolue,il s'est avéré que le courant nécessaire pour un bon fonctionnementininterrompu est compris entre environ 790 et 670 ampères par centimètre linéaire du diamètre de la cathode.A des pressions de gaz plus élevées, le courant minimum requis di- minue de façon correspondante,le courant étant d'environ 580 am- pères par centimètre du diamètre de la cathode à une pression absolue comprise environ entre 38 et 40 cm. Hg.
Comme la consom- mation de la. pointe de la cathode est due à la volatilisation du carbone de la pointe, il est clair que le spot cathodique a une température supérieure à 3.500 C c'est-à-dire la température de volatilisation ou de sublimation du carbone. Le courant doit donc être suffisant pour produire une température de spot catho- dique supérieure à 3.500 C, s'approchant de 4.000 C.
L'intensité de courant maximum pouvant être astiquée est définie par la capacité en courant maximum de la cathode, c'est-à-dire le courant maximum qu'une cathode déterminée peut
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laisser passer sa'-is se briser a c#.se (1"'::: cO"1train.tes ti:er 1..' )es établies ou Fans exploser par volati i ç-7 tßon intrie',re d' cç T- bone.
La capacité en courant des cathodes en carbone varie avec la structure et le procédé de fabrication ; elle est bien connue ou peut être aisément déterminée empiriquement. Habituellement le courant utilisé doit être légèrement supérieur au minimum re- quis, c'est-à-dire la valeur à laquelle la pointe de la cathode se consume régulièrement à une allure d'environ 15 en. de ;on- gueur à l'heure.
Si le courait est insuffisant pour produire le degré requfs précise de consommation de la pointe de cathode, des dépôts de carbone se forment sur l'extrémité de la cathode comme représenté en 13 à la figure 2, bien que la partie d'extré- mité exposée de la cathode soit limitée et malgré le refroidis- se:lent énergique du corps de cathode défini ci-avant.La consommation de la pointe de cathode et/ou le dépôt de carbone sur la cathode peuvent être aisément observés visuellement durant le fonctionnement du four, et le courant peut être réglé comme requis.
Un four comme celui représenté à la figure 1 a été utili sé avec des porte-électrodes comme celui représenté aux figures 4 à 7. Dans ce four déterminé, la--partie cylindrique d'anode avait un diamètre intérieur de 9 cm. et l'électro-aimant était placé de façon que sa partie supérieure se trouve à une distance de la pointe de la cathode,vers le bas, variant environ entre 5 et 25 cm. Des cathodes de différentes dimensions comprises entre 4,8 mm. et 12,6 mm. ont été utilisées, et les parties d'ex- trémité exposées des cathodes ont été variées entre environ deux fois et environ cinq fois le diamètre de la cathode.
Le four a fonctionné de façon satisfaisante, sans formation indésirable de dépôt de carbone sur la cathode, en utilisant des pressions de gaz absolues variant entre 5 cm. et 67 cm. Hg et des courants variant environ entre 580 et 1260 ampères par cm. de cathode, la pointe de cathode se consumant à des cadences variant entre 5 cm. et 60 cm . de longueur à l'heure. Des cas de fonctionne-
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..le't d4ter in-5s so.-t '1 écrits plun en CF'';d' 1 ci-après (1;-lS les mµ-f =pl e± S'i¯Vc3.''7 i S.
Afin de mieux illustrer l'invention., les moées préférés de mise en pratique et les résultats intéressants qui en découler
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les exPrwles suivartn c;ont. 0n"1ns.
EXEMPLE 1
Le four de la Fig. 1 est utilisé avec le porte-électrode des figures 6 et 7, la partie cylindrique d'anode ayant un dia- mètre intérieur de 9 en* et la cathode ayant un diamètre de 12,6mm.
Le four fonctionne à une pression absolue de 24 cm. Hg et un cou- rant de 1.000 ampères sous 335 volts. Le rapport courant-diamètre de cathode est donc de 790 ampères par cm. de diamètre. Dans ces conditions, la température du spot cathodique s'approche de 4.000 C et le carbone se volatilise. L'électro-aimant est placé de façon que l'arc atteigne l'anode environ 10 cm. au-dessous de la pointe de la cathode., la droite reliant le centre de la pointe de la cathode au plan médian de la zone d'anode atteinte par l'arc faisant un angle d'environ 23 avec l'axe de la cathode. L'arc tourne à 8.000 révolutions par seconde.
Le gaz d'alimentation est du méthane débité à raimn de 58 kg à l'heure, donnant un produit gazeux de réaction contenant 18% d'acétylène en volume. La cathode, qui dépasse de 5 cm. l'extrémité du porte-électrode, avance à une vitesse d'environ. 15 cm. à l'heure de façon qu'il y ait toujours une longueur de 5 cm. exposée et libre de tout dépôt de carbone à l'exception d'un mince revêtement qui se forme sur la paroi chaude de la cathode près de la pointe et est causé par le contact entre le gaz d'alimentation et la paroi chaude. Lorsque le bout de la cathode se volatilise, la partie correspondante de ce dép5t se volatilise-aussi.
Par conséquent, lorsque l'arc a fonctionné perdant un court laps de temps et que la mince couche de carbone s'est déposée sur le pourtour de la cathode, il n'y a plus d'augmen' tation de diamètre. Quand cet état de régime est atteint, la ca- thode vue en coupe verticale est telle que représentée à la fig.3.
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Le spot cathodique se déplace sir toute la pointe de la cataode et consume celle-ci régulièrement. Le dépôt de carbone peu adhérent sur l'anode est enlevé périodiquement par le racleur. Dars ces conditions, le four fonctionne de façon ininterrompue sans darrer d'accumulation de carbone.
D'autre part, quand le courant n'est pas suffisant pour donner la température nécessaire pour volatiliser le carbone, par exemple une intensité de 800 ampères ou un rapport courant-dia- mètre de 630; le carbone (formé par pyrolyse du gaz d'alimentation) se dépose , sous la forme d'un revêtement dur et compact, sur l'ex- trémité t les parties avoisinantes de la cathode, grossissant ra- pidement à la fois dans le sens latéral et dans le sens longitudi- nal et partant habituellement du bord de la pointe de cathode pour s'épanouir vers l'extérieur et vers le bas suivant une forme incurvée en formant des "tulipes" comme représenté à la figure 2.
De tels dépôts commencent par réduire la longueur de l'arc pour finalement et rapidement court-circuiter celui-ci. Ce dépôt épais n'est pas aisément enlevé même si le spot cathodique soit suffisam- ment chaud que pour évaporer le carbone.
EXEMPLE 2.
Le processus de l'exemple 1 est répété avec un courant de 1. 000 ampères mais sous une tension réduite à 200 volts par ré- duction de la longueur d'arc. Pour le reste, l'opération est la même, et le carbone ne se-dépose pas de façon indésirable sur la pointe de la cathode.
EXEMPLE 3.
Le processus de l'exemple 1 est répété en utilisant le porte-électrode représenté aux figures 4 et 5, sous une pression -de 40 em. La tension est de 330 volts et le courant correspondant est de 740 ampères soit 580 ampères par centimètre de diamètre, ce qui suffit pour empêcher que la dimension de la pointe de ca- thode n'augmenta de façon indésirable.
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EXEMPLE 4.
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Le nrocessos de l'exemple 1 est r'1été en "ttli..:3at le porte-électrode représenta aux figures 4 et 5, avec --ne cathode d'un diamètre de 6,35 mm. s'étendant environ sur 2,5 en au délè de la partie refroidie, sous une pression de 8 cm. et une tension de 200 vol.ts. Un courant de 500 ampères ( 790 ampères par centimètre de diamètre) suffit pour empêcher que la pointe de cathode n'aug- mente notablement en dimension et pour obtenir un fonctionnement ininterrompu. Les mêmes résultats sont obtenus avec une cathode ayant un diamètre de 4,8 mm. et un courant de 375 ampères ainsi qu'avec une cathode ayant un diaètre de 9 mm. et un courant de 710 ampères (dans les deux cas environ 790 ampères par centimètre de diamètre).
Les exemples suivants sont donnés pour montrer dans quelles conditions la dimension de la cathode augmente d'une façon inadmissible ; il ne s'agit donc pas de formes d'exécution de l'invention et ces exemples sont uniquement donnés à titre de com- paraison.
EXEMPLE 5.
Le processus de l'exemple 1 est répété avec un courant de 1. 020 ampères sous 320 volts, mais avec une cathode ayant un dia- mètre de 19 mm. Le rapport courant-diamètre n'est que de 540 par conséquent. Après 14,5 minutes de fonctionnement, la longueur de la cathode est inchangée, mais le diamètre de la pointe a augmente de 31 mm. et augmente rapidement ensuite.
EXEMPLE 6.
Le processus de l'exemple I est répété avec un courant de 900 ampères sous 340 volts. La partie exposée de la cathode d'un diamètre de 12,6 mm. a une longueur de 10 cm. au lieu de 5 cm.
Le rapport initial courant-diamètre est de 710. Durant les dix premières minutes de fonctionnement., 12,6 mis. de la longueur de la cathode se consument. A ce moment, le diamètre de la pointe a augmenté de 19 mm., donnant un rapport courant-diamètre de 475.
La volatilisation s'arrête alors et l'épanouissement en forme de
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.,Tige C ' .-: wç . Aprs encore ôi- t'êtes de f#:ction-e P;.t, e dire de 1<, ro¯pte a atteint 22,3 r#. (rarport ')1:r<.nt-d:'ç- 'tre de 400) et 1s lo!1':lle':r é' Ó"..:7,erté de 6,35 :1'...
EXEMPLE 7.
Quand le processus de l'exemple 1 est répété avec le même courant de 1.000 ampères sous 335 volts, la seule différence étant que la cathode n'est pas refroidie, les résultats sant se - blables à ceux de l'exemple 6. C'est-à-dire que le carbone se dé- pose rapidement sur une distarce considérable le long des parois chaudes de la cathode et le diamètre de la pointe augmente bien que cette pointe se consume. En conséquence, le rapport courant-diamè- tre diminue en fonction de l'accroissement du diamètre et ce rap- port est rapidement insuffisant pour volatiliser le carbone.
Il va de soi que les exemples précédents ont été donnés
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à titre d'illustration seulement et que l'invention n'est pas limai- tée aux formes d'exécution décrites. D'autre part, il est clair que la structure, les dimensions absolues et relatives du four, des différentes parties constituantes et de l'équipement associé, les matières, les conditions et les techniques utilisées peuvent varier largement dans le cadre et suivant les principes de la description générale donnée ci-avant, sans sortir du cadre de l'invention. En outre, le procédé et les principes de l'invention peuvent être appliqués au traitement ou à la mise en réaction d'autres composés organiques dans un four à arc électrique sembla- ble impliquant aussi le problème d'un dépôt indésirable de carbone sur l'électrode en carbone.
La description qui précède montre, que la présente invention procure un nouveau procédé de traitement d'hydrocarbures dans un arc électrique en rotation pernettant d'éviter l'accumula- tion indésirable de dépôts de carbone sur l'électrode en carbone,ce procédé pouvant être appliqué de façon ininterrompue durant de longues périodes de temps sans les interruptions anciennement né- cessaires à cause de ses accumulations de dépôt de carbone.Le
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T':-J"'O:c/ est "!.' , , n ' ¯i 7 , l i Ç?'',. ir: et cortrôle ais4s.
12- v- ''"= soi a"f;si q':'=" le# '):': 'e d'exécution diter;1- n4es çi r ¯ '-?P!'';1'Od.P 2'E-'3rE3S2¯"t'eS 2tWC CASûInS annexés et d'écri- es en -,'¯-'.i'81'I C1--T:2:¯t sont d0'¯'..^.eS l!1ic;.ue'l:et titre d'exemple et que l'invention n'est pas limitée aux détails précis de cons- truction donnes. D'autre part, de nombreuses variantes et modifica- tions peuvent être apportées dans les 1 Laites de la description
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g4nrale ci-avant et suivant les principes généraux y exposés,sa-ns sortir du cadre de l'invention.
On voit donc que la présente invention constitue un progrès sérieux et une contribution à la technique.
REVENDICATIONS.
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