Procédé pour faire fonctionner une turbine.
La présente invention concerne un procédé pour l'entretien de l'oxydation de combustibles carbonés en mélange intime
avec de l'air dans des conditions augmentant la quantité d'énergie recueillie par quantité unitaire de combustible brûlé. Plus avantageusement, cette oxydation dégage un effluent relativement pauvre en agents susceptibles de polluer l'atmosphère et'en particulier un monoxyde de carbone, hydrocarbures et oxydes d'azote.
Le système assure également la combustion stable d'au moins une <EMI ID=1.1>
partie du combustible dans l'intervalle de température avantageux
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combustible dans cet intervalle de température. Dans le système d'oxydation de l'invention, le combustible est brûle partiellement, de préférence dans une zone de combustion cata-
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rapport de l'air au combustible en vue de la formation d'un effluent partiellement brûlé et les gaz quittant la zone d'oxydation d'amont subissent une combustion supplémentaire à une tem-
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qu'ils passent dans une turbine à gaz. L'effluent de la turbine est non seulement pauvre en monoxyde de carbone et hydrocarbures qui sont des impuretés,mais de plus, la quantité d'oxydes d'azote dans les gaz peut aussi être réduite au minimum surtout lorsque la combustion est effectuée en majeure partie ou même sensible-
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d'une turbine avec une pollution relativement faible de l'atmosphère par les*produits de combustion indésirables et adapte rapidement l'oxydation du combustible aux modifications des conditions de service. L'invention assure donc le fonctionnement fort efficace d'une turbine'en améliorant le rendement thermique grâce au réchauffage continu dans la zone de détente des gaz de la turbine,tout en permettant à la température maximale dans la turbine de se maintenir dans l'intervalle d'environ 816 à
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ment est efficace. Du fait que dans le système de l'invention, l'oxydation de -l'effluent partiellement oxydé se fait pendant
la détente des gaz dans la turbine, il est possible d'utiliser 'davantage de combustible à- une température de travail déterminée
en raison de la compensation de la chaleur dégagée au cours de la réaction en phase{ gazeuse dans la turbine par la perte de cha- <EMI ID=8.1> leur simultanée sous l'effet de la détente des gaz. De cette façon, la turbine peut produire davantage d'énergie à une température de service déterminée. Dans les systèmes déjà connus, une élévation de la quantité du mélange de combustible et d'air se traduit par une élévation de la température des gaz passant dans'la turbine,de sorte que la quantité de combustible consommée est limitée par la température maximale admissible pour les gaz.
En raison de la présence d'une zone d'oxydation dans la zone de détente des gaz de la turbine, le système de l'invention est plus rapidement sensible aux modifications des conditions de fonctionnement que si toute l'oxydation du combustible était exécutée par voie catalytique, ou que si l'oxydation était réalisée au contact d'un catalyseur puis achevée dans une zone d'oxydation distincte sans que les gaz. se détendent. Les pro-
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lisation efficace des combustibles avec une faible pollution
de l'atmosphère est une nécessité de plus en plus critique.
La turbine à gaz a été beaucoup utilisée déjà comme groupe propulseur en aviation et dans les centrales électriques. De plus, certains succès ont couronné des recherches importantes visant à mettre au point des turbines à gaz convenant pour les automobiles. La turbine à gaz sera prochainement appli- <EMI ID=10.1> autobus,et finalement se prêtera aussi à la propulsion de.s véhicules automobiles plus petits,comme les voitures à passagers. Les applications de la turbine à gaz comme groupe propulseur pour ces véhicules deviennent de plus en plus avantageuses,parce qu'il est devenu possible de faire fonctionner les turbines
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exploitation est particulièrement efficace.
Les turbines à gaz sont non seulement légères, petites
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et relativement exemptes de vibrations et d'inconvénients d'entre-tien, mais en plus offrent la propriété intéressante de dégager
. des gaz brûlés à faible teneur en monoxyde de carbone et en
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bustion sensiblement complète, l'oxydation conduit à la formation de dioxyde de carbone et d'eau,qui sont relativement inoffensifs. La turbine à gaz et d'autres appareils, comme la chaudière à vapeur,dans lesquels les combustibles sont oxydés principalement au moyen d'une flamme très chaude sont cependant relativement désavantageux du point de vue de la contamination de l'atmosphère par les oxydes d'azote. L'effluent de la turbine à gaz ne contient pas les oxydes d'azote en concentration plus élevée que l'effluent d'un moteur à combustion interne à pistons,par exemple mais la contamination totale de l'atmosphère par les oxydes d'azote que dégage la turbine à gaz est plus importante, en raison du . grand volume de gaz passant par la turbine.
La présente invention fait intervenir une succession de zones d'oxydation du combustible et améliore le système par la conduite d'au moins une partie de l'oxydation dans une zone de détente des gaz dans une turbine.
- Cette détente peut avoir lieu dans les injecteurs de 'la turbine ou aux ailettes du rotor. L'oxydation peut se faire dans ces deux régions de détente: En tout cas, il en résulte un réchauf-
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du combustible, sans formation de quantités .indésirables d'oxydes d'azote au cours de la combustion ni montée à des températures exagérément élevées.
La combustion du mélange de combustible et d'air conformément-à l'invention est avantageusement assurée en amont
de la turbine par oxydation du.mélange gazeux tandis qu'il est au contact d'une quantité relativement faible d'un cataly-
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combustible. L'effluent partiellement oxydé subissant ou non une oxydation supplémentaire intermédiaire,mais incomplète,est introduit dans la zone de détente des gaz de la turbine afin
que 1.'effluent partiellement oxydé s'oxyde davantage pendant
la détente. Cette dernière oxydation convertit le combustible ' encore oxydable en dioxyde de carbone et eau. L'apport de chaleur au système par l'oxydation dans la zone de détente des gaz de la turbine compense le refroidissement sous l'effet de la détente des gaz. La turbine fonctionne dès lors dans des conditions qu'il est possible de qualifier de conditions de réchauffage continu. L'efficacité et la puissance de la turbine augmentent ainsi en application du principe connu du réchauffage. De plus, l'effet de réchauffage peut être réalisé sans recours à plusieurs étages de turbine avec réchauffeur distinct. L'invention reste donc avantageuse même pour des turbines à un seul étage de rotor,
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cutée'dans les zones de détente des gaz de plusieurs rotors de turbine.
Dans la forme de réalisation préférée de l'invention où 1'.oxydation partielle est exécutée catalytiquement en'amont de la turbine,la quantité de catalyseur nécessaire est plus faible que si l'oxydation complète du combustible était catalytique.
Des lors et du fait qu'au moins une partie de l'oxydation est effectuée dans la zone de détente des gaz,plus en aval dans la turbine, le système de l'invention est rapidement sensible aux modifications requises des conditions de travail, mais l'oxydation peut néanmoins donner au sortir de la zone de conversion
de l'énergie un effluent contenant relativement peu d'oxydes d'azote. Par conséquent, l'application de l'invention peut être <EMI ID=18.1>
Normalement, la détente des gaz dans la zone de détente d'une turbine entraîne un abaissement de température qui est compensé, suivant l'invention,par 3a combustion d'une certaine quantité
de combustible dans là zone de détente des gaz de la turbine. Par conséquent, pour une turbine fonctionnant à une température déterminée, la quantité de combustible qui peut être brûlée dans le procédé de l'invention est plus grande que lorsque la turbine fonctionne de la manière habituelle sans cependant qu'elle atteigne des températures excessives. La consommation d'une plus grande quantité de combustible augmente la quantité d'énergie produite par la turbine. L'énergie de la turbine peut être utilisée de diverses façons, par exemple la turbine peut servir de groupe propulseur pour une automobile ou un autre véhicule ou peut entraîner un générateur d'électricité.
En raison des conditions entretenues pour la combustion suivant l'invention, l'oxydation est fort efficace et,de plus,les gaz brûlés de la turbine ont non seulement une faible teneur en monoxyde de carbone et en hydrocarbures,mais aussi une teneur en oxydes d'azote dégagée
à l'atmosphère qui peut être réduite au minimum. L'invention assure donc l'efficacité de la combustion et de la conversion de l'énergie au'prix d'une pollution minimale de l'atmosphère.
Bien que la combustion partielle du combustible dansl'air et éventuellement d'autres vapeurs en amont de la zone
de détente des gaz dans.une turbine fasse intervenir de préfé-
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la combustion peut être assurée autrement,à la condition que la température de l'effluent ayant subi la combustion partielle n'excède pas là température de service maximale de la turbine lorsque les gaz se trouvent dans la partie la moins résistante de la turbine.- Ainsi, le combustible peut être brûlé partiellement par pulvérisation en mélange avec de l'air dans la zone
-.de combustion,mais dans ce cas, les températures des gaz peuvent être au moins localement excessives, par exemple d'au moins <EMI ID=20.1> <EMI ID=21.1>
quantités excessives d'oxydes d'azote peuvent se former. La durée de cette combustion à haute température peut être abrégée
<EMI ID=22.1>
ple par mélange avec de l'air plus froid ou un autre gaz plus froid,mais il est alors impossible que la combustion soit sensiblement achevée avant que les gaz mélangés atteignent la zone de détente dans la turbine.
Plus avantageusement, les températures trop élevées sont évitées en amont de la zone de détente de la turbine,et dans de tels systèmes la combustion est effectuée en majeure partie sinon en totalité à des températures d'environ 816 à
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conduite de l'opération, il est plus facile d'assurer qu'une fraction sensible de la combustion ait lieu dans la zone de détente des gaz de la turbine et la production d'une quantité excessive d'oxydes d'azote contaminants est plus facile à empêcher. Cet ajustement de la température peut être exercé par un mélange intime préalable du combustible avec l'air avant l'admission du combustible dans la zone de combustion et par limitation du temps
de contact ou de séjour du mélange dans la zone de combustion 'initiale, afin que la température de combustion ne soit pas excessive
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catalytique et en présence d'une flamme,mais il est préférable qu'elle soit-assurée en substance totalement par voie catalytique et avantageusement au moins pour la majeure partie sinon en totalité sans formation d'une flamme. L'alimentation gazeuse de
la zone d'oxydation catalytique est un mélange intime d'un combustible et d'air et,si la chose est désirée,d'autres substances en
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tique théorique, dansées conditions du catalyseur d'oxydation,d'au moins environ 871[deg.]C et de préférence d'au moins environ 982�C , dans l'hypothèse d'une oxydation complète du combustible en dioxyde de carbone et en eau.
L'oxydation en amont de la zone de détente dans la turbine peut être exécutée dans des conditions sensiblement adiabatiques de la manière courante à l'échelle industrielle
et être imposée par les paramètres de la diffusion dans le cas
de l'oxydation catalytique. Cependant, malgré de faibles pertes de chaleur en faveur de l'atmosphère lors de l'oxydation, les
conditions peuvent être essentiellement adiabatiques dans la
zone d'oxydation,parce que le refroidissement intentionnel
de la zone d'oxydation par échange de chaleur indirect est faible sinon nul. De l'air ou un autre gaz d'admission permet de refroidir les parois de la zone de combustion et ce refroidissement pourrait rendre la combustion moins adiabatique dans.la zone de combustion elle-même. De préférence, la zone d'oxydation catalytique initiale et,si la chose est requise toute zone d'oxydation catalytique ultérieure dont l'effluent passe dans
une turbine,sont en service dans des conditions imposées par la
- diffusion et le catalyseur se trouve en majeure partie sinon .souvent <EMI ID=26.1>
Pour l'ajustement de la température, les quantités de combustible, d'azote libre, d'oxygène libre et d'autres constituants du mélange alimentant la zone d'oxydation en amont de la turbine,de même que les conditions de réaction dans cette zone,sont réglés de manière que la zone se trouve à une température de l'intervalle voulu. Des combustibles d'un plus grand pouvoir calorifique sont donc mélangés avec davantage d'air et éventuellement d'autres gaz qu'il n'est possible dans le cas de combustibles d'un
pouvoir calorifique moins élevé pour l'entretien de la température requise dans la zone d'oxydation. La teneur en oxygène libre du mélange gazeux alimentant la zone d'oxydation en amont de la turbine est souvent d'au moins environ 1,1 ou même d'au moins environ 1,5 et de préférence d'au moins environ 2 fois la quantité nécessaire pour une oxydation complète du combustible en dioxyde de carbone et en eau. La température dans toute zone d'oxydation catalytique, après la zone d'oxydation dans la zone de détente des gaz de la turbine, peut être inférieure à environ
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mais cette température est de préférence d'au moins environ
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lytique peut servir à abaisser davantage la quantité d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone dans l'effluent gazeux du système d'oxydation.
De plus, suivant la forme de réalisation préférée du procédé.de l'invention, le mélange gazeux,dans la zone d'oxydation catalytique se trouvant en amont de la turbine,a une composition correspondant au domaine d'inflammabilité dans les conditions d'oxydation ou correspondant à l'intervalle pauvre en combustible du domaine d'inflammabilité. Par conséquent, pour que la combustion ou la détonation du mélange soit empêchée, par exemple lors du passage du combustible de l'état riche en combustible du domaine d'inflammabilité tel qu'il est conservé ou amené au système d'oxydation, à l'état pauvre en combustible du domaine
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est supérieure à la vitesse de propagation de flamme maximale
dans les conditions des gaz à un endroit entre celui où le combustible est initialement dans le domaine d'inflammabilité et l'admission au catalyseur. Par conséquent, le mélange de combustible et d'air se trouvant sur la limite ou à l'intérieur de la
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mabilité a une vitesse qui est supérieure à la vitesse de propagation de flamme maximale en un point quelconque avant ou jus-
<EMI ID=31.1> <EMI ID=32.1>
tesse empêche l'établissement de températures de combustion excédant
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de flamme depuis le catalyseur vers les gouttelettes riches en combustible avant que celles-ci aient été soigneusement mélangées à l'air. De préférence, le mélange gazeux se trouve à une vitesse supérieure à la vitesse de propagation de la flamme maximale
à l'admission à la surface du premier catalyseur. La combustion est souvent exempte de flamme dans la zone catalytique en amont de la turbine. La combustion ultérieure dans la zone de détente des gaz de la turbine peut être exécutée en présence ou non d'une flamme, bien que l'existenced'une flamme en aval du catalyseur, spécialement dans la zone de combustion de la zone de détente des gaz delà turbine,puisse ne pas être gênante,en particulier du fait que l'oxydation est forcée d'atteindre la température requise. L'existence d'une flamme dans la zone de détente des gaz de la turbine est préférable parce que le système est alors susceptible d'une réponse rapide aux modifications des conditions
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de service.
Malgré l'ajustement de la composition du mélange qui alimente-l'oxydation, le temps pendant lequel le mélange d'alimentation et l'effluent d'oxydation sont en contact avec le catalyseur ou dans d'autres conditions à des températures pour l'oxydation peut être sensible et n'est de préférence pas long au point que la production des oxydes d'azote s'élève jusqu'à une valeur indésirable. * En général, le temps de séjour des gaz dans les zones d'oxydation catalytique et thermique dans l'ensemble est inférieur
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et avantageusement suffisant pour une combustion sensiblement
totale du combustible sans production de quantités gênantes d'oxydes
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gazeux du système d'oxydation contienne moins d'environ 10 ppm
<EMI ID=37.1> monoxyde de carbone et moins d'environ 15 ppm en volume et plus
<EMI ID=38.1>
Dans une application typique de l'invention, un combustible en phase vapeur est oxydé au contact d'oxygène moléculaire ou libre et d'azote moléculaire ou libre. L'oxygène et l'azote sont le plus souvent apportés pour la.majeure partie sous forme d'air, bien que le mélange puisse être enrichi par addition d'oxygène plus concentré,ou au contraire,dilué avec des suppléments d'azote ou d'autres gaz sensiblement inertes. Les constituants du mélange qui ne sont pas le combustible sont généralement appelés aux fins de l'invention"air". Fréquemment, le mélange de combustible et d'air alimentant la zone d'oxydation initiale comprend au moins environ 10% en volume ou même au moins
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aux fins de l'invention contiennent du carbone et sont donc qualifiés de carbonés. Ces combustibles se trouvent,au moins lors de l'oxydation suivant l'invention,essentiellement en phase vapeur et ont un pouvoir calorifique suffisant pour que l'oxydation avec une quantité stoechiométrique d'air mène à une température de flamme adiabatique d'au moins environ l8l6[deg.]C. Les combustibles peuvent être gazeux ou liquides dans les conditions ambiantes
et sont par exemple le méthane, l'éthane, le propane ou d'autres
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ou d'autres hydrocarbures normalement liquides, de même que d'autres combustibles carbonés tels que le monoxyde de carbone, les alcanols de 1 à � atomes de carbone et spécialement le méthanol, outre d'autres substances contenant de l'oxygène combiné. Le combustible peut se- présenter ou être obtenu en mélange avec des agents sensiblement inertes à l'égard du système d'oxydation. Le combustible a un pouvoir calorifique relativement élevé et est'de nature à permettre la formation des courants alimentant l'oxydation dans le procédé de l'invention.
Lorsque le combustible n'est pas normalement gazeux, <EMI ID=41.1> il est préférable qu'il soit vaporisé avant d'atteindre la zone de combustion et que le combustible, l'air et les autres constituants éventuels de l'alimentation soient bien mélangés,afin que des températures excessives localisées pouvant nuire à l'état du catalyseur ou augmenter la formation des oxydes d'azote soient .évitées. Le combustible peut cependant,lorsqu'il est au contact du catalyseur dans la zone d'oxydation en amont de la zone de détente dans la turbine,se trouver pour tout ou partie en phase liquide. Le catalyseur chaud sert à vaporiser le combustible et le mélange résultant d'air et de combustible est alors au contact du catalyseur et ainsi oxydé conformément à l'invention.
De tels systèmes permettent même d'utiliser des combustibles à points d'ébullition relativement élevés, comme des huiles résiduelles de distillation du pétrole et des huiles minérales non distillées.
En règle générale, le combustible peut être emmagasiné
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quantité;d'oxygène faible ou sinon nulle et en tout cas toujours insuffisante pour la formation d'un mélange inflammable dans les conditions d'emmagasinage. De préférence, le combustible et le .mélange d'air sont combinés et souvent préchauffés dans des conditions telles qu'une flamme n'apparaisse pas. L'apparition d'une flamme dans le mélange d'air et de combustible est de préférence évitée avant le contact avec le catalyseur dans la zone
de combustion en amont de la turbine du fait que le mélange gazeux, dont la composition correspond initialement à l'état riche en combustible, au-dessous de l'intervalle d'inflammabilité,mais traversant l'intervalle d'inflammabilité, a une vitesse qui est suffisamment supérieure à la vitesse de propagation de flamme en un point quelconque avant que le mélange atteigne la surface d'amont du catalyseur. Même lorsque le procédé de l'invention est conduit
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lange de combustible et d'air pauvre en combustible et du côté pau-vre en combustible dans le domaine d'inflaamabilité même à la température d'oxydation, le mélange de combustible et d'air en un point quelconque traverse le domaine d'inflammabilité.
Des vitesses appropriées pour les gaz supérieures
a la vitesse maximale linéaire de propagation de la flamme sont
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spatiale d'ensemble des gaz pouvant être,par exemple,d'environ
1 à 10 millions de volume ou davantage (température et pression normales) par volume de l'ensemble des zones de combustion,et par heure. Le volume de catalyseur est pris comme étant le volume total occupé par le catalyseur actif et par son support éventuel moins actif, y compris les canaux dans le catalyseur pour le passage des gaz. Il convient de noter cependant que les opérations spécifiques définissent généralement un intervalle d'inflammabilité du mélange d'air et de combustible et une vi-
\tesse maximum entretenant une flamme et que ces facteurs sont imposés par diverses conditions de service, comme la quantité d'air et de combustible en présence, la nature du combustible, la température et la pression,comme il est évident pour le spécialiste.
.De-plus, lors de la conduite des opérations suivant l'invention, une flamme peut exister comme déjà indiqué, par exemple pendant la mise en train de la turbine ou de la combustion nécessaire pour l'amenée du catalyseur à la température où il favorise l'oxydation, ou pendant les intervalles où une perturbation de fonctionnement amène la température du catalyseur au-dessous de la valeur effective.
Comme dans-le procédé préféré de l'invention, la zone catalytique en amont de la turbine accomplit l'oxydation d'une partie seulement du combustible, le volume de catalyseur dans cette zone d'oxydation est une fraction mineure' du volume total qui serait nécessaire pour l'oxydation complète de tout le combustible en dioxyde'de carbone et en eau dans les conditions de l'oxydation, mais- cette quantité de catalyseur de catalyseur est au moins suffisante pour stabiliser la combustion. Par conséquent, le volume de catalyseur dans cette zone d'oxydation peut être inférieur à environ 0,5 et de préférence inférieur à
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'totalement le combustible. Cette quantité peut atteindre à peine 0,02 ou 0,01 ou même une fraction encore plus petite du volume nécessaire pour la combustion totale du combustible.
De préférence, la combustion dans la zone d'oxydation, en amont de la zone de détente dans la turbine,oxyde jusqu'à environ 60% en poids du combustible passant par la zone, mais cette quantité peut s'élever jusqu'à environ 75% en poids, sur la base de la conversion théorique en*dioxyde de carbone et en eau.
Le degré.d'oxydation atteint dans la zone de détente des gaz da la turbine est souvent d'au moins environ 10% et de préférence d'au moins environ 2 5$, sur la base du pouvoir calorifique total du combustible traversant la zone d'oxydation en amont de la turbine et 'sur la base de la conversion en dioxyde de carbone et en
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sur la base du pouvoir calorifique du combustible. Pour que la combustion ait lieu dans la zone de détente des gaz de la turbine conformément à l'invention, 'le temps de se jour des gaz dans l'espace éventuel entre la sortie de la zone d'oxydation d'amont et l'entrée de la zone de détente des gaz de la turbine entre en considération. Dans tout espace intermédiaire.de ce genre, une combustion intermédiaire peut se produire et réduire proportionnellement la combustion dans la zone de détente des gaz dans la turbine.
Cette conversion intermédiaire peut être intéressante, parce qu'elle amène la température de l'effluent d'oxydation plus près de la température maximale prévue pour la-turbine ou à-peu près à la valeur à laquelle les opérations peuvent avoir le maximum d'efficacité.! En tout cas, le temps de séjour des gaz entre la sortie de la zone d'oxydation d'amont et l'entrée de
la zone de détente des gaz dans la turbine peut être réduit au minimum et est tel qu'au moins une fraction sensible de la combustion ait lieu dans la zone de détente des gaz de la turbine.
Ce temps de séjour peut être tellementfaible qu'au moins la majeure partie sinon la totalité de la combustion,qui a lieu après la zone d'oxydation d'amont, se fasse dans la zone de détente des gaz de la turbine.
L'effluent final du système d'oxydation de l'invention peut ne pas être totalement exempt de combustible non oxydé,
de produits d'oxydation hydrocarbonés et de monoxyde de carbone, mais a une faible teneur en ces agents contaminants et en oxydes d'azote.- Si la chose apparaît nécessaire ou désirable, l'effluent gazeux de la turbine peut subir un traitement supplémentaire,
par exemple par oxydation catalytique ou thermique et/ou réduction abaissant la quantité d'agents polluants combustibles dans l'effluent. Les combustions catalytiques conformes à l'invention offrent l'avantage supplémentaire que de très grandes quantités
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sans risque que la flamme soit soufflée,en raison.-d'une trop grande vitesse des gaz, ni 'qu'il se forme des mélanges pauvres dont la composition tombe au-dessus du domaine d'inflammabilité
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turbine soit suffisamment élevée pour induire l'oxydation du combustible mélangé à l'air passant dans la zone de combustion. Pour le fonctionnement des turbines, le rapport en volume de l'air au combustible'est souvent de plus d'environ 20:1,et certaines turbines sont conçues pour des rapports en volume de l'air au combustible d'environ 100:1 ou 200:1 sinon davantage. La zone
dé détente des gaz est généralement telle que les gaz soient détendus dans le rapport d'au moins environ 2:1, c'est-à-dire que le rapport de compression est d'au moins environ 2:1.
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même du combustible avant leur passage dans la première zone de combustion. Dans le cas d'une turbine, ce préchauffage peut
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Les catalyseurs solides utilisés suivant l'invention peuvent avoir diverses formes et compositions et être des types généralement connus et utilisés pour l'oxydation des combustibles en présence d'oxygène moléculaire. Le catalyseur peut se présenter sous forme de particules relativement petites de diverses
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la plus grande longueur, un certain nombre de ces particules
étant groupées en un ou plusieurs lits ou masses catalytiques dans la zone de combustion. Le catalyseur est de préférence assez volumineux et présente une structure en squelette ménageant des canaux pour le passage des gaz. Les' catalyseurs monoblocs ou en nid d'abeilles en sont des exemples préférés (brevet des Etats-Unis
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où- plusieurs constituants métalliques qui favorisent les oxydations catalytiques requises et en raison des températures relativement élevées auxquelles les catalyseurs de l'invention sont mis en ser'vice,des agents normalement considérés comme relativement peu ou trop peu actifs pour l'oxydation convenable d'un combustible peuvent se révéler utiles. Le métal catalytique peut
se présenter à l'état combiné, par exemple d'oxyde,plutôt qu'à l'état élémentaire et est de préférence déposé sur un support catalytiquement moins actif ou même sensiblement inerte qui est par exemple en céramique. Dans ces catalyseurs, le constituant métallique qui est catalytiquement le plus actif est souvent présent en quantité mineure sur un support pris en quantité majeure. Les métaux catalytiquement actifs appartiennent souvent aux groupes des métaux lourds du tableau périodique des éléments, notamment
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rares ou lanthanides. Ces métaux sont utilisés sous leur forne catalytiquement active et les oxydes d'un métal particulier, comme l'aluminium,peuvent se révéler plus ou moins actifs sui-
vant l'état physique, le degré d'hydratation et divers facteurs
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stituants catalytiques formés des métaux des groupes III et IV, comme l'oxyde de silicium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de zirconium et leurs mélanges,sont moins actifs que les constituants catalytiques formés des métaux du groupe VIII et en particulier
des métaux du groupe du platine, comme le platine, le palladium
et le rhodium,ou des métaux des groupes IB, IIB, V, VI, VII et
des métaux du groupe du fer ou des terres rares, par exemple
Cu, Cr, Ni, Co, V, Fe, Ce etc.. Dans certaines formes préférées,les catalyseurs peuvent être formés par un constituant plus actif com-
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des terres rares et par un ou plusieurs constituants moins actifs formés des métaux des groupes III et IV,ces combinaisons étant dé'potées ou non,mais de préférence déposées, sur un support encore moins actif ou même sensiblement inerte. Par exemple, un tel catalyseur peut comprendre 1% de platine actif et 10% d'alumine active
sur un support d'alumine alpha ou de cordiérite en nid d'abeilles, et le platine peut être remplacé par des quantités mineures d'oxydes de chrome et de cérium. Les catalyseurs ont souvent une surface spécifique, y compris la surface des pores d'au moins environ 10
et de préférence d'au moins environ 50 m <2> /g. Le catalyseur est de préférence disposé dans la zone de combustion de façon que la perte de charge des gaz traversant le catalyseur soit inférieure à environ 0,70 ou même environ 0,21 kg/cm .
Le support cohérent en forme de squelette pour le catalyseur d'oxydation comporte de nombreux canaux qui le traversent de part en part dans le sens général d'écoulement Ses gaz. Ces canaux ne doivent pas^être droits et peuvent comprendre'des diverticules. Ce support en forme de squelette est de préférence formé-par un solide rigide et chimiquement inerte capable de tenir sa forme et sa résistance mécanique aux températures éle-
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doit avoir un coefficient de dilatation thermique peu élevé,
une bonne résistance au choc thermique et une faible conductivité thermique. Ce support.en forme de squelette est souvent poreux, mais sa surface peut être relativement non poreuse et il peut être désirable qu'elle soit rendue rugueuse pour une meilleure fixation du catalyseur, surtout lorsque le support est relativement non poreux. Ce support peut être céramique et/ou métallique.
Les canaux dans le support cohérent en forme de squelette peuvent avoir toutes formes et dimensions compatibles avec la surface spécifique désirée et doivent avoir une section suffisamment grande' pour un passage relativement libre du mélange gazeux.
Ces canaux peuvent être parallèles ou généralement parallèles
et traversent le support de part en part en étant séparés les
uns des autres par-des parois de préférence mince. Les canaux
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les canaux voisins. Les entrées des canaux peuvent être répar-
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Une forme de réalisation préférée de l'invention est décrite ci-après avec référence au dessin annexé qui est unevue schématique simplifiée et partiellement en coupe d'une turbine conforme à l'invention.
Comme le montre le dessin, la turbine 10 comprend un arbre 11 portant un compresseur d'air 12'du type à-turbiné et
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sieurs étages de ce genre. L'arbre 11 peut communiquer l'énergie de la turbine 14 à un système de transmission approprié quelconque.
Par exemple, la turbine 10 peut avoir un taux de compression plus ou moins élevé. La construction, le fonctionnement et la commande de ces turbines sont classiques et ne seront pas davantage détaillés ici.
Un combustible hydrocarboné, comme du propane ou du naphta de distillation directe du pétrole,pénètre dans la turbine par la conduite 15 en franchissant le robinet 16 qui règle la quantité de combustible entrant dans le système. Le combustible parvient du robinet 16 à la conduite 2 1 et est pulvérisé dans l'air pénétrant dans le compresseur par l'admission 23. Le mélange résultant de combustible vaporisé et d'air a une composition variant de l'état riche en combustible à la surface des gouttelettes du combustible à l'état pauvre en combustible dans la masse de
la phase mixte,de sorte que des gaz inflammables doivent exister dans le mélange. Par conséquent, il est nécessaire que la vitesse du gaz soit supérieure à la vitesse de propagation de flamme
pour protéger contre les risques de détonation .
Le mélange gazeux d'air et de combustible passe entre
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pour parvenir au poste de combustion catalytique fixe 30. Le poste de combustion catalytique 30 mène aux injecteurs de détente
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que l'effluent gazeux quittant le catalyseur parvient directement dans les injecteurs 31. Le détail de ces injecteurs n'est pas représenté du fait qu'il est classique. Le mélange de combustible et d'air traverse le poste de combustion catalytique sans perte de charge sensible. Le dispositif d'allumage 36 et une conduite d'admission de combustible 38 débouchant dans le
- passage des gaz 35 au -voisinage du. dispositif d'allumage 36.-sont montés en amont du poste de combustion catalytique 30. L'injection du combustible par la conduite 38 est commandée par le robinet <EMI ID=65.1>
37. Le thermocouple 40 à l'entrée du poste de combustion catalytique 30 détermine-la température du poste de combustion à cet endroit. L'effluent gazeux du poste de combustion catalytique 30 est davantage oxydé lors de son passage dans les injec-
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leur chaleur indirectement avec le mélange d'air et de combustible dans.l'échangeur de chaleur 25..
Dans le système représenté au dessin, le dispositif d'allumage 36 peut être mis en service tandis que du combustible entre dans le passage des gaz 35 au sortir de la conduite 38 pendant le démarrage de la turbine et brûle avec une flamme jusqu'au monent où la température du poste de combustion catalytique 30 est suffisamment élevée pour que le catalyseur amorce l'oxydation du combustible lorsque le dispositif d'allumage 36 ne fonctionne plus. ' Pendant ce délai, le robinet 16 est fermé. Lorsque le catalyseur est en service, le dispositif d'allumage 36 est arrêté et l'admission de combustible par la conduite 38 est interrompue par la fermeture du robinet 37.
Pendant le démarrage de la turbine et 1/ amenée du poste de combustion catalytique 30 à sa température de service, le mélange de combustible et d'air a une composition tombant dans le domaine d'inflammabilité aux conditions existant au voisinage du dispositif d'allumage 36 et la vitesse des gaz au contact de ce dispositif n'excède pas la vitesse de propagation de la flamme. Par conséquent, une flamme existe à ce moment au voisinage du dispositif d'allumage 36 et la chaleur qu'elle dégage élève la température du poste de combustion catalytique 30 suffisamment pour que celui-ci provoque l'oxydation du combustible lorsque le dispositif d'allumage 36 ne fonctionne plus. Pour le passage de
<EMI ID=69.1> dans le catalyseur, le débit du supplément de combustible par la conduite 38 peut être interrompu, ce qui provoque l'extinction de la flamme. Le robinet 16 est ouvert et le combustible entrant dans le courant d'air par la conduite 21 permet l'oxydation conforme à l'invention tandis que la vitesse des gaz dans le poste
- de combustion catalytique 30 est supérieure à la vitesse de propagation de flamme maximale à l'entrée du catalyseur.
Dans le procédé de l'invention, il est possible d'assurer une oxydation sensiblement complète du propane par contact dans le poste de combustion catalytique 30 à des températures
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tiellement le combustible. Par exemple, pour une petite turbine
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service maximale de 1038[deg.]C avec un débit maximum d'air d'environ
908 g par minute, le catalyseur peut avoir un diamètre extérieur-
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d'abeilles comportant 16 canaux par cm et une surface ouverte d'environ 70% de la section. Pour un mélange de combustible et d'air à 593[deg.]C juste à l'amont de l'entrée du catalyseur, ce der- <EMI ID=73.1> catalyseur se trouve à environ 982[deg.]C. Après le contact avec le catalyseur, le combustible est oxydé davantage par combustion thermique dans la zone de détente des gaz de la turbine où les
gaz ont un trajet d'environ 10,2 cm dans la zone des injecteurs
et la zone de détente entre les ailettes. Les gaz d'échappement de la turbine traversent un autre catalyseur en nid d'abeil-
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pour l'oxydation des impuretés résiduelles qui peuvent subsister dans les gaz, de sorte que l'effluent contient le minimum d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone et d'oxydes d'azote. Le résultat obtenu est semblable à celui atteint à l'aide d'une turbine