Procédé et installation pour la conversion d'un gaz combustible riche en gaz de pouvoir calorifique moindre. La présente invention a pour objet un pro cédé pour la conversion d'un gaz combustible riche en gaz de pouvoir calorifique moindre, en provoquant la combustion d'un mélange du gaz riche à convertir avec une quantité d'air insuffisante à sa combustion totale.
Le gaz obtenu au moyen de ce procédé pourrait, servir, par exemple, pour le chauf fage de fours et notamment de fours pour la distillation du charbon.
Il est connu de transformer un gaz corn- bustible riche en gaz de pouvoir calorifique moindre, en ajoutant au gaz riche de l'air en proportion considérablement inférieure à celle nécessaire pour la combustion totale du gaz, et de provoquer la combustion de ce mélange dans une chambre de conversion.
En procé dant de la sorte avec du gaz provenant de la distillation de la houille, par exemple, on ob tient une dissociation presque totale des hydro carbures lourds et une bonne décomposition du méthane, de faon qu'en partant, par exemple, d'un gaz de distillation de 5000 calories qui brûle avec. flamme lumineuse, on peut obtenir un gaz de pouvoir calorifique moindre qui brûle avec flamme non lumineuse, de volume considérable et pouvant, par exemple, être em ployé pour chauffer un four établi pour uti liser du gaz de gazogène.
Pourtant, la quantité d'air qu'il faut mé langer au gaz pour provoquer la conversion est en général tellement faible que, dans les procédés connus, la combustion ne se stabilise pas à un endroit donné de la chambre, de forte qu'il n'est. pas certain qu'il y ait tou jours en -Lui endroit. convenable une tempéra ture suffisante pour entretenir la réaction. Il peut ainsi arriver que le mélange quitte la chambre pour parvenir, par exemple, à des brûleurs, sans que la conversion ait. eu lieu.
L'invention a pour but d'éliminer cet in convénient et, à cet, effet, le procédé selon l'invention est. caractérisé en ce que le ;gaz riche à convertir et l'air sont introduits dans tune chambre de conversion, en au moins un endroit, de position invariable, de laquelle est entretenue une température supérieure à la température de réaction du mélange d'air et de gaz à convertir.
De cette faéon, la réaction s'amorce en lui endroit déterminé d'avance et la conversion se stabilise et procède rapidement.
L'invention comprend également une ins tallation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le dessin montre, à titre d'exemple, quel ques formes d'exécution de l'installation selon l'invention, pour la mise en #uvre de formes d'exécution, également données à titre d'exem ple, du procédé selon l'invention.
La fig. 1 est une coupe verticale d'une première forme d'exécution dont la chambre de conversion est ménagée dans la partie infé rieure de la maçonnerie d'un four, cette coupe étant établie suivant I-I de fig. 3; la fig. 2 est une vue partielle analogue à. la fig. 1 pour montrer une variante; la fig. 3 est une coupe en plan suivant III-III de la fi-. 1; la fig. 4 montre une partie d'une coupe verticale trans versale suivant IV-IV de la fig. 3;
la fig. 5 est une coupe analogue à la fig. 1 d'une deuxième forme d'exécution de l'installation, cette coupe étant établie suivant V-V de la fig. 6 qui est une coupe en plan suivant VI-VI de la fig. 5.
Dans ces figures, A indique la maçonnerie d'un four dont une chambre est. indiquée en B, et dans la partie de la maçonnerie, qui se trouve au-dessous de la chambre B, il y a une chambre de conversion 1 qui se rétrécit dans la partie supérieure où elle communique avec la chambre<B>B</B> du four à travers une bouche commandée par un registre 19.
Dans la forme d'exécution représentée aux fi-. 7., 3 et 4, deux injecteurs mélangeurs 2 débouchent dans la partie inférieure de la chambre de conversion 1. Chacun de ces injec teurs 2 présente une chambre de mélange 2' dans laquelle débouche axialement une con duite 4 pourvue d'un diaphragme de dosage 5; cette conduite communique, à travers un robi net de réglage 6, avec la conduite principale 3 du gaz riche. La chambre 2' est aussi en com munication, à sa périphérie, avec une conduite 8 pourvue d'un diaphragme de dosage 9 et d'un robinet de réglage 10 et qui aboutit à l'autre extrémité à une conduite principale 7 pour l'air.
Dans la partie inférieure de la chambre de conversion 1 débouchent, un peu au-dessus des orifices des injecteurs 2, des ajutages 14 qui communiquent, à travers des conduits 20, des boîtes métalliques 16 et des tuyaux 11, pourvus d'un robinet 13 et d'un diaphragme de dosage 12, avec la conduite 7 pour l'air.
La présence d'une boite métallique 16 in tercalée entre le conduit 20 et le tuyau 11, qui aboutit à la conduite<B>7</B> pour l'air, permet de ménager une ouverture pourvue d'un volet 17 et à travers laquelle on peut effectuer l'allu mage dans les ajutages 14.
Au-dessus des orifices des ajutages, la chambre 1 présente des parois de matière ré- fractaire 18 délimitant quatre compartiments, à chacun desquels correspond un ajutage 14.
La chambre 1 pourrait naturellement pré senter un nombre différent de compartiments, dont chacun constitue une cellule de conver sion et à chacun desquels peut correspondre un ou plusieurs ajutages pour l'admission d'air.
Les ajutages 14 pourraient aussi déboucher dans la chambre 1 au-dessous des orifices des injecteurs 2, comme indiqué à la fig. 2.
Pour un type de gaz déterminé et pour un degré de conversion déterminé, on devra chercher par voie d'essais le pouvoir de con version d'une cellule, de façon que pour avoir une chambre de conversion de débit voulu, il soit suffisant d'adopter un nombre approprié de cellules.
La conversion est effectuée en faisant arri ver à la partie inférieure de la chambre 1, à travers la conduite 3 pour le gaz et à travers la conduite 7 pour l'air, les quantités d'air et de gaz correctement proportionnées pour ob tenir la conversion voulue.
Dtant donné que dans les conduites 3 pour le gaz et 7 pour l'air la pression est maintenue constante, le dosage chi mélange est effectué, pour un réglage donné des robinets 6 et 10, de façon pratiquement constante par l'action des diaphragmes de dosage 5 et 9.
A travers la conduite 7 et à travers les tuyaux 11 et les conduits 20, les. ajutages 14 reçoivent en même temps de l'air dont le débit est dosé par les diaphragmes de dosage 12, cet air formant dans la chambre 1 des jets qui, étant allumés, forment des flammes dans l'atmosphère combustible du mélange à con vertir.
L'air employé pour la conversion est ainsi divisé en deux parties, dont. la plus grande est mélangée avec le gaz et introduite avec lui dans la chambre de conversion, tandis que l'autre partie, considérablement moindre, est. introduite directement dans la chambre de conversion.
Par conséquent, il se forme, au-dessus de chacun des orifices des ajutages 14, une flamme (indiquée par 15 à la fig. 1) dans une des cellules limitées par les parois 18.
Ces flammes amorcent et stabilisent. la ré action entre l'air et le gaz introduits à travers les injecteurs 2 et cette réaction se maintient aussi bien par l'action des flammes alimentées par les ajutages 1.4 que par l'action des parois 18 qui sont. fortement. chauffées par lesdites flammes et, de cette façon, le gaz riche pro venant de la conduite 3 est converti en un gaz de pouvoir calorifique moindre qui sera brûlé clans la chambre B du four.
Malgré que dans l'exemple décrit on ait supposé la chambre 1 parcourue par le mé lange gazeux en direction verticale de bas en haut, il est naturellement possible de faire suivre au courant gazeux un mouvement de haut en bas.
Dans la forme d'exécution de l'installation représentée aux fig. 5 et 6, la chambre de con version 1, dont la partie supérieure est divisée en compartiments par des cloisons en matière réfractaire 18, est alimentée en air et en gaz comme dans l'exemple des fig. 1, 3 et 4, au moyen d'un injecteur mélangeur 2. Dans la partie inférieure de la chambre 1 sont dispo sées des bougies 21 formées par des corps creux allongés, en matière réfractaire.
L'inté rieur des bougies 21 communique à leur som met avec la chambre 1 à travers des ouver tures 22 et à la base de ces bougies s'ouvrent des brûleurs 23 auxquels de l'air de la con duite 7 arrive à. travers des conduites 24 pour vues de robinets 25 et de diaphragmes de do sage 251, tandis que du gaz de la conduite 3 arrive aux brûleurs 23 à travers des conduites 26 pourvues de robinets 27 et de diaphragmes de dosage 271.
Pour rendre l'intérieur des bougies 21 accessible de l'extérieur, par exemple pour l'allumage et pour le contrôle des brûleurs, il y a des conduits 28 fermés par des bou chons 29.
Le mélange de gaz à convertir avec la quantité d'air insuffisante à sa combustion complète est introduit dans la chambre 1 par l'injecteur 2 qui comprend une chambre de mélange 2' où l'air arrive à travers la con- duite 8 commandée par un robinet. 10, tandis que le gaz arrive de la conduite 3 à travers la conduite 4 commandée par le robinet 6, ces conduites présentant respectivement. les dia phragmes de dosage 9 et 5.
Dans ce cas, lorsque les brûleurs 23 sont en activité, le gaz introduit dans chaque bou gie 21 brûle avec une quantité d'air suffisant <B>il</B> sa combustion totale et éventuellement avec an excès d'air, et cette combustion donne lieu à un chauffage intensif des parois des bougies; les gaz de combustion passent dans la chambre 1 à travers les ouvertures 22. La chaleur irra diée par les parois de la bougie et aussi par les parois chauffées 18 maintient la réaction qui donne lieu à la conversion du mélange qui pé nètre de faon continue dans la. chambre 1 à, travers le conduit 2.
Dans urne variante de l'installation repré sentée aux fig. 5 et 6, les bougies 21 pourraient être chauffées depuis l'extérieur. Dans une autre variante, les bougies 21 pourraient être remplacées par des corps allongés formant. bougies et chauffés électriquement au moyen de résistances logées à l'intérieur ou à l'exté rieur de la bougie et. reliées à. un circuit d'ali mentation.
La pression à l'intérieur de la chambre de conversion 1 peut. être maintenue à la valeur voulue en réglant la position du registre 19 qui sépare la chambre de conversion 1 de la chambre du four où le gaz converti est uti lisé.
La chambre 1 peut avoir une forme quel conque et elle peut se trouver dans la maeon- nerie du four, comme représenté ou bien à l'extérieur du four en constituant un appareil de conversion à part.
Process and installation for the conversion of a fuel gas rich in gas of lower calorific value. The present invention relates to a process for the conversion of a rich fuel gas into gas of lower calorific value, by causing the combustion of a mixture of the rich gas to be converted with a quantity of air insufficient for its total combustion.
The gas obtained by means of this process could be used, for example, for heating furnaces and in particular furnaces for the distillation of coal.
It is known to transform a combustible gas rich in gas of lower calorific value, by adding air to the rich gas in a proportion considerably lower than that necessary for the total combustion of the gas, and to cause the combustion of this mixture in a conversion chamber.
By proceeding in this way with gas obtained from the distillation of coal, for example, one obtains an almost total dissociation of the heavy hydrocarbons and a good decomposition of the methane, so that starting, for example, from a 5,000 calorie distillation gas that burns with it. With a luminous flame, a gas of lower calorific value can be obtained which burns with a non-luminous flame, of considerable volume and which can, for example, be used to heat a furnace established to use gasifier gas.
However, the quantity of air which must be mixed with the gas to bring about the conversion is generally so low that, in the known processes, the combustion does not stabilize at a given place in the chamber, so much so that is not. not sure that there is always in -His place. suitable temperature sufficient to sustain the reaction. It may thus happen that the mixture leaves the chamber to reach, for example, burners, without the conversion having taken place. occurred.
The object of the invention is to eliminate this disadvantage and, to this end, the method according to the invention is. characterized in that the rich gas to be converted and the air are introduced into a conversion chamber, in at least one place, of invariable position, of which is maintained a temperature higher than the reaction temperature of the air mixture and of gas to be converted.
In this way, the reaction begins in him predetermined place and the conversion stabilizes and proceeds quickly.
The invention also comprises an installation for implementing this method. The drawing shows, by way of example, some embodiments of the installation according to the invention, for the implementation of embodiments, also given by way of example, of the method according to 'invention.
Fig. 1 is a vertical section of a first embodiment, the conversion chamber of which is provided in the lower part of the masonry of an oven, this section being established along I-I of FIG. 3; fig. 2 is a partial view similar to. fig. 1 to show a variant; fig. 3 is a sectional plan along III-III of the fi-. 1; fig. 4 shows part of a transverse vertical section along IV-IV of FIG. 3;
fig. 5 is a section similar to FIG. 1 of a second embodiment of the installation, this section being drawn along V-V of FIG. 6 which is a sectional plan along VI-VI of FIG. 5.
In these figures, A indicates the masonry of a furnace of which one chamber is. indicated in B, and in the part of the masonry, which is below chamber B, there is a conversion chamber 1 which tapers into the upper part where it communicates with the chamber <B> B </ B> from the oven through a mouth controlled by a register 19.
In the embodiment shown in fi-. 7., 3 and 4, two mixing injectors 2 open into the lower part of the conversion chamber 1. Each of these injectors 2 has a mixing chamber 2 'into which axially opens a pipe 4 provided with a diaphragm of dosage 5; this line communicates, through a net adjustment valve 6, with the main line 3 of the rich gas. The chamber 2 'is also in communication, at its periphery, with a pipe 8 provided with a metering diaphragm 9 and an adjustment valve 10 and which ends at the other end in a main pipe 7 for the air.
In the lower part of the conversion chamber 1 open, a little above the orifices of the injectors 2, nozzles 14 which communicate, through conduits 20, metal boxes 16 and pipes 11, provided with a valve 13 and a metering diaphragm 12, with the line 7 for air.
The presence of a metal box 16 in tercalée between the duct 20 and the pipe 11, which ends in the duct <B> 7 </B> for the air, makes it possible to provide an opening provided with a shutter 17 and to through which the ignition can be carried out in the nozzles 14.
Above the orifices of the nozzles, the chamber 1 has walls of refractory material 18 delimiting four compartments, to each of which corresponds a nozzle 14.
The chamber 1 could naturally have a different number of compartments, each of which constitutes a conversion cell and to each of which may correspond one or more nozzles for the air intake.
The nozzles 14 could also open into the chamber 1 below the orifices of the injectors 2, as indicated in FIG. 2.
For a determined type of gas and for a determined degree of conversion, the converting power of a cell must be tested by testing, so that in order to have a conversion chamber with the desired flow rate, it is sufficient to adopt an appropriate number of cells.
The conversion is effected by arriving at the lower part of chamber 1, through line 3 for gas and through line 7 for air, the quantities of air and gas correctly proportioned to obtain the desired conversion.
Given that in pipes 3 for gas and 7 for air, the pressure is kept constant, the mixing metering is carried out, for a given setting of taps 6 and 10, almost constantly by the action of the diaphragms of dosage 5 and 9.
Through the pipe 7 and through the pipes 11 and the pipes 20, the. Nozzles 14 simultaneously receive air, the flow rate of which is metered by metering diaphragms 12, this air forming in chamber 1 jets which, being ignited, form flames in the combustible atmosphere of the mixture to be converted.
The air used for the conversion is thus divided into two parts, of which. the larger part is mixed with the gas and introduced with it into the conversion chamber, while the other, considerably smaller part is. introduced directly into the conversion chamber.
Consequently, a flame (indicated by 15 in FIG. 1) is formed above each of the orifices of the nozzles 14 in one of the cells bounded by the walls 18.
These flames ignite and stabilize. the reaction between the air and the gas introduced through the injectors 2 and this reaction is maintained both by the action of the flames supplied by the nozzles 1.4 and by the action of the walls 18 which are. strongly. heated by said flames and in this way the rich gas coming from line 3 is converted into a gas of lower calorific value which will be burned in chamber B of the furnace.
Although in the example described it is assumed that the chamber 1 traversed by the gas mixture in a vertical direction from bottom to top, it is naturally possible to make the gas stream follow a movement from top to bottom.
In the embodiment of the installation shown in FIGS. 5 and 6, the conversion chamber 1, the upper part of which is divided into compartments by partitions made of refractory material 18, is supplied with air and gas as in the example of FIGS. 1, 3 and 4, by means of a mixing injector 2. In the lower part of the chamber 1 are arranged spark plugs 21 formed by elongated hollow bodies, of refractory material.
The interior of the candles 21 communicates at their top with the chamber 1 through openings 22 and at the base of these candles open burners 23 to which the air from the duct 7 arrives at. through conduits 24 for views of taps 25 and dosing diaphragms 251, while gas from line 3 arrives to burners 23 through conduits 26 provided with taps 27 and metering diaphragms 271.
To make the inside of the spark plugs 21 accessible from the outside, for example for ignition and for checking the burners, there are conduits 28 closed by plugs 29.
The gas mixture to be converted with the quantity of air insufficient for its complete combustion is introduced into the chamber 1 by the injector 2 which comprises a mixing chamber 2 'where the air arrives through the duct 8 controlled by a tap. 10, while the gas arrives from the line 3 through the line 4 controlled by the valve 6, these lines having respectively. dosage diaphragms 9 and 5.
In this case, when the burners 23 are active, the gas introduced into each candle 21 burns with a sufficient quantity of air <B> it </B> its total combustion and possibly with an excess of air, and this combustion gives rise to intensive heating of the walls of the candles; the combustion gases pass into the chamber 1 through the openings 22. The heat radiated by the walls of the candle and also by the heated walls 18 maintains the reaction which gives rise to the conversion of the mixture which enters continuously in the. chamber 1 through, through duct 2.
In a variant of the installation shown in FIGS. 5 and 6, the candles 21 could be heated from the outside. In another variant, the spark plugs 21 could be replaced by elongated bodies forming. candles and electrically heated by means of resistors housed inside or outside the candle and. connected to. a power supply circuit.
The pressure inside the conversion chamber 1 can. be maintained at the desired value by adjusting the position of register 19 which separates the conversion chamber 1 from the furnace chamber where the converted gas is used.
The chamber 1 may have any shape whatsoever and it may be in the furnace hardware, as shown, or else outside the furnace, constituting a separate conversion apparatus.