Procédé et dispositif pour la production de mélanges gazeux
contenant de l'acétylène et de l'éthylène
La présente invention a pour objet un procédé pour la production de mélanges gazeux contenant de l'acétylène et de l'éthylène, à partir d'un hydrocarhure liquide au sein duquel on fait jaillir entre deux électrodes un arc électrique que l'on interrompt puis rétablit selon une fréquence déerminée en communiquant à l'une au moins des électrodes un mouvement alternatif qui met les électrodes len contact pour l'amorçage de l'arc et les éloigne pour son interruption.
On a déjà proposé divers procédés et dispositifs mettant en oeuvre cette technique. Il a toutefois. été constaté que tous ces procédés et dispositifs conduisent immanquablement à un dépôt de carbone cokéfié sur les électrodes, dépôt dont l'accumulation progressive entraîne très rapidement la mise hors service de l'appareillage. Ce phénomène, qui n'a pu être évité jusqu'à présent, explique pourquoi aucun des procéldés et dispositifs connus n'a pu être industriellement exploité, malgré tous les avantages que présente le cracking des hydrocarbures à l'état liquide.
Après de longues recherches et de nombreux essais préliminaires, il a été trouvé qu'en opérant dans des conditions bien précises, il est possible d'obtenir au sein d'un hydirocarbure liquide tel que du fuel-oil, par exemple, un arc stable et ne nécessitant aucun réglage en cours de fonctionnement, ce qui permet de produire de façon continue un mélange gazeux contenant d'importantes proportions d'acétylène et d'éthylène.
Cette invention repose notamment sur l'obser- vation que, lors de la décomposition de l'hydrocarbure liquide, l'importance du dépôt de carbone sur les électrodes résulte principalement de la températurne à laquelle celles-ci peuvent être portées au cours du fonctionnement.
Il a en outre été constaté que si la cadence d'interruption et de rétablissement de l'arc est suffisamment rapide, la faible Idurée pendant laquelle les électrodes s'échauffent en raison de l'effet
Jouie du courant qui les traverse d'une part, par la transmission de la chaleur de l'arc d'awtre part, et en outre le refroidissement des électrodes par l'hydrocarbure liquide pendant la durée de l'extinction de l'arc, conduit à une température moyenne des électrodes suffisamment modérée, Seules alors,
les extrémités de ces électrodes sont portées à une tempéra- ture très élevée et seulement au moment de l'amor- çage de l'arc et pendant la durée de passage de celui-ci.
L'on a déterminé expérimentalement que pour que le dépôt de carbone se localise exclusivement aux extrémités Ides électrodes, il était nécessaire que l'arc soit interrompu après un fonctionnement d'une durée maximum Ide 0,5 seconde, la durée d'interruption étant elle-même égale à lau moins 0,5 seconde. D'une manière plus générale, on peut dire 'que le mouvement relatif 'des électrodes doit être déterminé de manière qu'un cycle complet d'établissement et d'ex tinction de l'arc dure au total environ une seconde.
Il résulte de ce qui a été dit plus haut que le respect de cette condition laisse néanmoins subsisiter un charbonnement localisé aux extrémités Ides électrodes.
I1 a été également trouvé que l'accumulation de ce charbonnement et les inconvénients qui en découleraient après une certaine durée de fonctionnement sont évités si l'on règle les distances relatives des deux électrodes mobiles l'une par rapport à l'autre de telle façon qu'il se produise un choc mécanique de faible valeur au moment où ces deux électrodes viennent en contact pour provoquer l'amorçage de l'arc;
un tel ohoc s'est en effet montré expérimentalement suf fisant pour procurer un excellent nettoyage périodique des électrodes.
Partant de ces différentes constatations, le procédé selon l'invention est idonc caractérisé lea ce que le cyole comprenant l'interruption puis le passage de l'arc a une durée maximale d'une seconde let que les électrodes sont positionnées pour qu'un choc assurant leur nettoyage se produise au moment de l'éta blissement du contact devant réaliser l'amorçage de l'arc.
Lorsqu'on utilise le courant alternatif dans la mise en oeuvre du procédé. selon l'invention, il est avantageux de synchroniser le mouvement de va-et- vient d'une électrode mobile avec la fréquence du courant utilisé, de telle manière que le contact d'amor çage ait lieu au moment où la tension est au voisinage de la valeur 0. Dans ce mode de réalisation, la limitation de l'intensité de crête du court-circuit d'amorçage nécessite alors une self beaucoup moins importante et ceci améliore le facteur de puissance de l'ensemble.
Le procédé selon l'invention procure des résultats particulièrement intéressants non seulement du fait qu'il permet un fonctionnement en continu, et par conséquent une production ininterrompue des gaz contenant de l'acétylène et de l'éthylène, mais encore ces gaz produits par le cracking de l'hydrocarbure à la température de l'arc prennent naissance au sein même de la masse de l'hydrocarbure liquide; ils su bissent ainsi un refroidissement très rapide qui a pour effet d'empêcher la décomposition de l'acétylène et de l'éthylène formés.
Pour profiter au maximum de cette particularité, il peut être prévu un refroidissement de l'hydroc r- bure liquide soumis au traitement, ce refroidissement pouvant être assuré par une circulation de l'hydrocarbure à travers un refroidisseur convenable. On a ainlsi la possibilité Ide maintenir la température de cet hydrocarbure à une valeur aussi basse que possible,
cette valeur étant toutefois compatible avec une flui- dité suffisante de l'hydrocarbure ide manière que celuici puisse circuler facilement
On peut également prévoir la circulation de l'hydrocarbure non seulement dans un appareil de refroidissement mais également dans un appareil de filtra tion qui permet d'éliminer les petites quantités de carbone qui proviennent inévitablement. de l'action de l'arc. sur l'hydrocarbure et qui se sont détachées des électrodes au moment des chocs auxquels celles-ci sont soumises conformément à l'invention.
Dans la mise en oeuvre de ce procédé, on a pu obtenir des teneurs en acétylène qui atteignent faciliement de 25 à 35 % du gaz. produit, les teneurs en éthylène sont comprises entre 5 'et 10 /o, le gaz res- tant étant principalement constitué par de l'hydro- gène.
On a relevé une consommation d'énergie électrique qui, ramenée à l'acétylène produit, se situe aux environs de 6 kilowatts/heure par kilogramme d'acé tylène e et des montages électriques convenables per- mettent d'obtenir un facteur de puissance supérieur à 0,85.
L'invention comprend un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus Idéfini, ce dispositif se caractérisant par la combinaison d'une cuve apte à contenir l'hydrocarbure, 'd'au moins une électrode fixe et d'au moins une électrode mobile longitudina- lement disposées dans cette cuve, d'un dispositif susceptible de communiquer un mouvement alternatif longitudinal.
à cette électrode et de moyens Ide réglage permettant de positionner les électrodes pour que les électrodes mobiles viennent heurter les électrodes fixes quand elles, sont 'à leur position ide rapproche- ment maximum.
Un tel dispositif peut en outre comprendre des moyens pour faire circuler l'hydrocarbure à travers la cuve let également, le cas échéant, à travers un dis positif de refroidissement distinct de la cuve let situé à l'extérieur de celui-ci ainsi qu'à travers un filtre continu ou discontinu.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après faite en regard du des- sin annexé dans lequel:
les fig. 1 à 3 représentent schématiquement trois modes de réalisation de d'invention donnés à titre d'exemple non limitatif.
Dans s le mode de réalisation, de la fig. 1, la cuve de réaction 1 est remplie Ide fuel léger et l'on dispose dans cette cuve deux électrodes en graphite 2 et 3, l'électrode 2 étant fixe et l'électrode 3 étant mobile longitudinalement et pour ce faire traversant la paroi verticale de la cuve à travers un presse-étoupe 4.
Le mouvement de l'électrode 3 est obtenu, par exemple, en reliant l'extrémité 5 de cette électrode à un plateau 6, animé d'un mouvement de rotation, par l'intormé- diaire d'une manivelle 7, mais il est évident que l'on peut utiliser tout autre moyen mécanique ou électro- magnétique connu permettant d'obtenir ce mouvement alternatif. La cadence de ce mouvement est de 1400 va-et-vient par minute. Le déplacement de l'électrode mobile 3 et son amplitude sont réglés pour qu'un léger choc se produise entre les deux électro- des en bout de course de l'électrode 3 vers la gauche, l'écartement maximum des deux électrodes atteignant 60 mm.
On applique aux Ibornes 8 et 9 une tension ide 500 volts continus en interposant une self 10 d'impédance appropriée pour que l'intensité de crête ne dépasse pas 300 ampères.
Dans ces conditions, on obtient un dégagement régulier de 6 Nm3 par heure de gaz de cracking dont la composition répond sensiblement à la suivante :
C2H2 25,6 o/,
C2H4 6,3 /o
H2 61,8 /o
Dans la variante de la fig. 2, on disose, dans la même cuve 1 que dans l'exemple précédent, deux électrodes fixes 11 et 12 et deux électrodes mobiles 13, 14 de telle façon que les deux électrodes mobiles 13, 14 réalilsenlt-un pont entre les deux électrodes fixes entre lesquelles la tension est appliquée :
on évite ainsi d'avoir à amener le courant à une électrode mobile comme dans le mode d'exécution précédent.
On emploie une cadence de 3000 va-et-vient par minute pour l'équipage des électrodes mobiles, en synchronisme avec la fréquence du courant alternatif industriel (50 périodes/seconde). Dans ces conditions, il est aisé d'obtenir par déphasage le contact d'amor çage au moment où la tension vient de passer par zéro et n'atteint que 30 à 50 volts ; on peut alors n'intercaler dans le circuit qu'une self très réduite.
Avec une tension de 500 volts alternatifs, une intensité de crête de 500 ampères et en n'utilisant qu'une alternance du courant (une alternance pour l'arc, l'autre pour l'arrêt Ide refroidissement), on obtient le dégagement régulier de 25 Nm3/h ide gaz répondant à la formule suivante:
C2H2 32,0%
C2H4 9,3%
H2 50,0 /
De la même manière que Idans le mode de réalisation précédent, à savoir utilisation, d'électrodes en pont et déplacement des électrodes mobiles en synchronisme avec la fréquence du courant alternatif industriel, on peut réaliser (fig. 3) un montage 'à six arcs permettant l'utilisation totale des alternances du courant triphasé;
l'ordre d'amorçage des arcs sera alors 15, 20, 17, 16, 19, 18, la fréquence des va-etvivent étant de 3000 par minute comme dans l'exemple précédent.
Avec une tension triphasée de 500 volts entre phases et une intensité de crête ne dépassant pas 500 ampères par phase, on obtient le dégagement de 150 Nm3/h de gaz de composition analogue à l'exemple précédent.
Par ailleurs, l'utilisation rationnelle du courant, ainsi qu'il vient d'être expliqué, conduit à un rende- ment électrique excellent, de l'ordre de 6 Kwh par kg d'acétylène produit, avec un cos # voisin de 0,95.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour la production de mélanges gazeux contenant de l'acétylène et de l'éthylène, à partir d'un hydrocarbure liquide au sein duquel on fait jaillir entre deux électrodes un arc électrique que l'on interrompt puis rétablit selon une fréquence déterminée en communiquant à l'une au moins des électrodes un mouvement alternatif qui met les électrodes en contact pour l'amorçage de l'arc et les éloigne pour son interruption,
caractérisé en ce que le cycle comprenant l'interruption puis le passage de l'arc a une durée maximale d'une seconde et que les électrodes front positionnées pour qu'un choc assurant leur nettoyage se produise au moment de l'établissement du contact devant réaliser l'amorçage de l'arc.
Method and device for the production of gas mixtures
containing acetylene and ethylene
The present invention relates to a process for the production of gas mixtures containing acetylene and ethylene, from a liquid hydrocarbon in which an electric arc is spouted between two electrodes which is then interrupted. restores according to a determined frequency by imparting to at least one of the electrodes an alternating movement which brings the electrodes l into contact for the initiation of the arc and moves them away for its interruption.
Various methods and devices have already been proposed for implementing this technique. It has, however. It has been observed that all these methods and devices inevitably lead to a deposit of coked carbon on the electrodes, a deposit the progressive accumulation of which very quickly causes the equipment to be put out of service. This phenomenon, which has not been avoided until now, explains why none of the known processes and devices has been able to be industrially exploited, despite all the advantages of cracking hydrocarbons in the liquid state.
After long research and many preliminary tests, it has been found that by operating under very specific conditions, it is possible to obtain, within a liquid hydirocarbon such as fuel oil, for example, a stable arc. and requiring no adjustment during operation, which makes it possible to continuously produce a gas mixture containing high proportions of acetylene and ethylene.
This invention is based in particular on the observation that, during the decomposition of the liquid hydrocarbon, the extent of the deposition of carbon on the electrodes results mainly from the temperature to which the latter can be brought during operation.
It has further been found that if the rate of interrupting and restoring the arc is sufficiently fast, the low duration during which the electrodes heat up due to the effect.
Enjoys the current which crosses them on the one hand, by the transmission of the heat of the arc from a second, and in addition the cooling of the electrodes by the liquid hydrocarbon during the duration of the extinction of the arc, leads to a sufficiently moderate average temperature of the electrodes, Only then,
the ends of these electrodes are brought to a very high temperature and only when the arc is struck and for the duration of the passage of the latter.
It has been determined experimentally that for the carbon deposit to be localized exclusively at the ends of the electrodes, it was necessary for the arc to be interrupted after an operation of a maximum duration of 0.5 seconds, the interruption duration being itself equal to at least 0.5 seconds. More generally, it can be said that 'the relative movement' of the electrodes should be determined so that a complete cycle of arcing and extinction lasts a total of about one second.
It follows from what has been said above that compliance with this condition nevertheless leaves a localized charcoal at the ends of the electrodes.
It has also been found that the accumulation of this charcoal and the disadvantages which would result from it after a certain period of operation are avoided if the relative distances of the two movable electrodes with respect to each other are adjusted in such a way. that a mechanical shock of low value occurs when these two electrodes come into contact to cause the ignition of the arc;
such an ohoc has in fact been shown experimentally to be sufficient to provide excellent periodic cleaning of the electrodes.
Based on these various observations, the method according to the invention is therefore characterized by the fact that the cycle comprising the interruption and then the passage of the arc has a maximum duration of one second and that the electrodes are positioned so that a shock ensuring that they are cleaned when the contact is established which is to initiate the arc.
When using alternating current in carrying out the method. according to the invention, it is advantageous to synchronize the back-and-forth movement of a mobile electrode with the frequency of the current used, so that the starting contact takes place when the voltage is in the vicinity of the value 0. In this embodiment, the limitation of the peak current of the starting short-circuit then requires a much smaller choke and this improves the power factor of the assembly.
The process according to the invention provides particularly advantageous results not only because it allows continuous operation, and therefore uninterrupted production of gases containing acetylene and ethylene, but also these gases produced by the gas. cracking of the hydrocarbon at the temperature of the arc originates within the mass of the liquid hydrocarbon itself; they thus undergo a very rapid cooling which has the effect of preventing the decomposition of the acetylene and ethylene formed.
To take maximum advantage of this feature, provision may be made for cooling the liquid hydrocarbon subjected to the treatment, this cooling being able to be provided by circulating the hydrocarbon through a suitable cooler. We have thus been able to maintain the temperature of this hydrocarbon at a value as low as possible,
this value being, however, compatible with sufficient fluidity of the hydrocarbon ide so that it can circulate easily
It is also possible to provide for the circulation of the hydrocarbon not only in a cooling apparatus but also in a filtration apparatus which makes it possible to remove the small quantities of carbon which inevitably arise. of the action of the arc. on the hydrocarbon and which have become detached from the electrodes at the time of the impacts to which they are subjected in accordance with the invention.
In carrying out this process, it has been possible to obtain acetylene contents which easily reach 25 to 35% of the gas. product, the ethylene contents are between 5 'and 10%, the remaining gas being mainly constituted by hydrogen.
Electrical energy consumption has been noted which, reduced to the acetylene produced, is around 6 kilowatts / hour per kilogram of acetylene and suitable electrical arrangements make it possible to obtain a higher power factor. at 0.85.
The invention comprises a device for implementing the above idefinite process, this device being characterized by the combination of a tank capable of containing the hydrocarbon, of at least one fixed electrode and at least one longitudinally movable electrode disposed in this tank, of a device capable of imparting a longitudinal reciprocating movement.
to this electrode and adjustment means making it possible to position the electrodes so that the movable electrodes come into contact with the fixed electrodes when they are in their position of maximum approach.
Such a device may further comprise means for circulating the hydrocarbon through the tank let also, where appropriate, through a cooling device separate from the tank let located outside the latter as well as through a continuous or discontinuous filter.
Other characteristics of the invention will emerge from the description given below with reference to the appended drawing in which:
figs. 1 to 3 schematically represent three embodiments of the invention given by way of non-limiting example.
In the embodiment, of FIG. 1, the reaction vessel 1 is filled with light fuel oil and two graphite electrodes 2 and 3 are placed in this vessel, electrode 2 being fixed and electrode 3 being movable longitudinally and for this purpose passing through the vertical wall of the tank through a cable gland 4.
The movement of the electrode 3 is obtained, for example, by connecting the end 5 of this electrode to a plate 6, driven by a rotational movement, by means of a crank 7, but it is obvious that one can use any other known mechanical or electromagnetic means making it possible to obtain this reciprocating movement. The rate of this movement is 1400 back and forth per minute. The displacement of the mobile electrode 3 and its amplitude are adjusted so that a slight shock occurs between the two electrodes at the end of the travel of the electrode 3 to the left, the maximum spacing of the two electrodes reaching 60 mm. .
A voltage ide 500 volts DC is applied to the terminals 8 and 9 by interposing an inductor 10 of suitable impedance so that the peak current does not exceed 300 amperes.
Under these conditions, a regular release of 6 Nm3 per hour of cracking gas is obtained, the composition of which corresponds substantially to the following:
C2H2 25.6 o /,
C2H4 6.3 / o
H2 61.8 / o
In the variant of FIG. 2, in the same tank 1 as in the previous example, two fixed electrodes 11 and 12 and two mobile electrodes 13, 14 are disposed in such a way that the two mobile electrodes 13, 14 realilsenlt a bridge between the two fixed electrodes between which voltage is applied:
this avoids having to bring the current to a movable electrode as in the previous embodiment.
A rate of 3000 back-and-forth per minute is used for the equipment of the mobile electrodes, in synchronism with the frequency of the industrial alternating current (50 periods / second). Under these conditions, it is easy to obtain the ignition contact by phase shifting when the voltage has just passed through zero and only reaches 30 to 50 volts; it is then possible to insert only a very small inductor into the circuit.
With a voltage of 500 volts alternating, a peak intensity of 500 amperes and by using only one alternation of the current (one alternation for the arc, the other for the shutdown Ide cooling), one obtains the regular release of 25 Nm3 / h of gas corresponding to the following formula:
C2H2 32.0%
C2H4 9.3%
H2 50.0 /
In the same way as in the previous embodiment, namely use of bridge electrodes and displacement of the movable electrodes in synchronism with the frequency of the industrial alternating current, it is possible to achieve (Fig. 3) a six-arc assembly. allowing full use of alternations of three-phase current;
the order of initiation of the arcs will then be 15, 20, 17, 16, 19, 18, the frequency of the back-and-forth being 3000 per minute as in the previous example.
With a three-phase voltage of 500 volts between phases and a peak current not exceeding 500 amperes per phase, the release of 150 Nm3 / h of gas of composition similar to the previous example is obtained.
Moreover, the rational use of current, as has just been explained, leads to an excellent electrical efficiency, of the order of 6 kWh per kg of acetylene produced, with a cos # close to 0 , 95.
CLAIMS
I. Process for the production of gas mixtures containing acetylene and ethylene, from a liquid hydrocarbon in which an electric arc is spouted between two electrodes which is interrupted and then reestablished at a determined frequency by imparting to at least one of the electrodes an alternating movement which brings the electrodes into contact for the initiation of the arc and moves them away for its interruption,
characterized in that the cycle comprising the interruption and then the passage of the arc has a maximum duration of one second and that the front electrodes positioned so that a shock ensuring their cleaning occurs when the contact is made in front of start the arc.