EP0060769B1 - Combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène dans les phases liquide et vapeur - Google Patents

Combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène dans les phases liquide et vapeur Download PDF

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EP0060769B1
EP0060769B1 EP82400409A EP82400409A EP0060769B1 EP 0060769 B1 EP0060769 B1 EP 0060769B1 EP 82400409 A EP82400409 A EP 82400409A EP 82400409 A EP82400409 A EP 82400409A EP 0060769 B1 EP0060769 B1 EP 0060769B1
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ethylene
combustible
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Maurice Bruni
Georges Duboz
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G OR C10K; LIQUIFIED PETROLEUM GAS; USE OF ADDITIVES TO FUELS OR FIRES; FIRE-LIGHTERS
    • C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
    • C10L3/02—Compositions containing acetylene

Definitions

  • the present invention relates to a ternary fuel with a substantially constant acetylene content in the liquid and vapor phases.
  • the more volatile component than acetylene is ethylene.
  • the third constituent chosen so as to bring about the stabilization of the liquid phase is a hydrocarbon the molecule of which contains three carbon atoms, the said hydrocarbon being part of the group consisting of propane, cyclopropane and propylene and the choice preferably being carried on the unsaturated hydrocarbon.
  • the ternary fuel with a substantially constant content of acetylene, ethylene and a hydrocarbon containing three carbon atoms in its molecule contains 15 to 25% by volume of acetylene, 5 to 17% by volume of C 3 hydrocarbon and the complement to 100 by ethylene.
  • the ethylene / C 3 hydrocarbon molar ratio is preferably between 6 and 12.
  • the fuel mixtures of the invention when the C 3 hydrocarbon is propylene are represented in the ternary diagram annexed to FIG. 1.
  • the contents of acetylene, ethylene and propylene are given in percentages by volume.
  • the acetylene consistency properties of the compositions are substantially converted in the ABCD quadrilateral and more particularly in the FGHI limited quadrilateral. both the C 2 H 4 / C 3 H 6 ratio between 6 and 12.
  • the preferred field of use corresponds to a mixture containing approximately 20% by volume of acetylene, approximately 10% by volume of propylene and approximately 70% by volume of ethylene, represented by the point E in the quadrilateral ABCD.
  • the points E '"and E" correspond respectively to the compositions of the liquid E "' and gaseous E phases" of the mixture E at 70% drainage;
  • line EE '" represents the evolution of the liquid phase E, line E'E" that of the gas phase E;
  • the conjugate point E ' corresponds to the composition of the gas phase in equilibrium with E.
  • the ternary combustible mixtures have a very great storage flexibility, they can in particular be stored in cryogenic containers, at a temperature between -80 ° and -60 ° C and under pressure from 3 to 6 bars.
  • Figure 2 corresponds to the composition of the liquid phase during emptying and Figure 3 corresponds to the variation of the composition of the gas phase during the same emptying.
  • Mixtures 2 and 3 were produced whose volume compositions of the initial liquid phases are: and made comparisons with ethylene and the mixture with 20% acetylene and 80% ethylene, known under the trademark "Crylene".
  • FIG. 4 shows the evolution of the flame temperatures as a function of the richness (R) plotted on the abscissa, the maximum is observed for richnesses close to 1.3; temperatures in degrees centigrade (T ° C) being plotted on the ordinate axis.
  • mixtures 2 and 3 have temperatures close to "Crylene", the mixtures of the invention form a group close to "Crylene".

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Description

  • La présente invention concerne un combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène dans les phases liquide et vapeur.
  • Il est d'usage, depuis plus d'un demi-siècle, d'utiliser l'acétylène dans ce domaine technique. Cependant, la nature de l'acétylène fait qu'il est très dangereux de le conserver comprimé à l'état naturel, et couramment on le stocke après l'avoir comprimé et dissous dans un solvant, tel l'acétone, dans un materieu poreux. Dans ces conditions, par rapport au poids du récipient et de son contenu la quantité d'acétylène stockée ou transportée est faible.
  • On a envisagé le transport et l'entreposage de l'acétylène à l'état liquide, néanmoins en raison du risque d'explosion et de la difficulté de manipulation, l'acétylène pur liquéfié n'est pas utilisé.
  • On connaît par les Chemical Abstracts, vol 84 n° 13, page 125, abrégé 18 265 n, des mélanges combustibles ternaires acétylène-éthylène- propane ou propylène dont les rapports de proportions sont dans la zone déterminée par les quatre points: A (54,6-40), B (36,6-23,4-40), C (18,3-11,7-70) et D (27,3-70) d'un diagramme ternaire, ayant des teneurs élevées en propylène et relativement faibles en éthylène.
  • On a proposé l'emploi de mélanges d'acétylène, évitant les risques d'explosion et permettant d'obtenir une température de combustion suffisamment élevée pour réaliser des opérations de soudage et d'oxycoupage. D'autre part, on sait que l'addition d'acétylène, dans un gaz combustible peut conférer à ce dernier des performances de soudage tendant vers celles de l'acétylène. Or, s'il est aisé de réaliser des mélanges gazeux à composition constante, il n'en est pas de même lorsque le mélange provient d'un stockage à l'état liquide où la phase gazeuse est différente, en composition, de la phase liquide. Dans le cas du mélange éthylène-acétylène il se produit un enrichissement en acétylène, alors que dans celui du mélange propylène- acétylène il y a appauvrissement en acétylène, ce qui conduit, au bout d'un certain temps, à un mélange inapte à la soudure.
  • On pourrait éviter cette difficulté par le prélèvement de la phase liquide du mélange qui reste constante, dans la mesure où le liquide ne se réchauffe pas de trop.
  • Dans l'industrie, en général, le réchauffage du liquide ne peut pas être évité et l'on est obligé d'évacuer l'excédent de pression ce qui crée une modification du mélange. Ce phénomène est très important lorsque l'isolation du récipient est mauvaise ou que le récipient cryogénique est resté trop longtemps stocké.
  • On a recherché depuis plusieurs années des mélanges combustibles à teneur sensiblement constante en acétylène ne nécessitant pas d'équipements spéciaux pour sa distribution en liquide comme ceci est le cas pour les mélanges éthylène-acétylène.
  • Il a été trouvé des mélanges distribuables sous forme liquide avec les équipements classiques des liquides cryogéniques et dont la phase gazeuse et la phase liquide ont une teneur sensiblement constante en acétylène. Ces mélanges gazeux combustibles obtenus par évaporation naturelle de la phase liquide, sans prélèvement de celle-ci, représentent pour l'utilisateur une économie d'investissement du fait d'une simplification de l'équipement par rapport aux mélanges binaires éthylène-acétylène.
  • Avec les mélanges connus éthylène-acéthy- lène on assiste à l'évaporation préférentielle du composé éthylénique et en conséquence à l'enrichissement de la phase liquide en acétylène. Les mélanges ternaires proposés qui ne présentent pas d'enrichissement en acétylène en phase liquide répondent mieux aux critères de sécurité.
  • On a obtenu des mélanges de deux hydrocarbures et d'acétylène qui, par évaporation naturelle, restituent un gaz dont la teneur en acétylène varie très faiblement, et à fortiori si on utilise un évaporateur froid classique permettant le prélèvement simultané de la phase liquide et gazeuse, en réalisant des mélanges à trois constituants dans lequel un constituant est plus volatil que l'acétylène, tandis que le troisième l'est moins. Ce dernier constituant contribue par effet physique à la stabilisation de la phase liquide en fin de vidange, alors que le plus volatil stabilise la phase gazeuse en particulier en début de vidange.
  • Cette combinaison augmente, en outre, la stabilité du mélange acétylèné qui, restant en phase gazeuse pratiquement à composition constante en acétylène, voit sa teneur en phase liquide dé- croitre régulièrement.
  • Le constituant plus volatil que l'acétylène est l'éthylène.
  • Le troisième constituant choisi de manière à provoquer la stabilisation de la phase liquide est un hydrocarbure dont la molécule contient trois atomes de carbone, le dit hydrocarbure faisant partie du groupe constitué par le propane, le cyclopropane et le propylène et le choix se portant de préférence sur l'hydrocarbure insaturé.
  • Selon l'invention, le combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène, de l'éthylène et un hydrocarbure contenant trois atomes de carbone dans sa molécule, contient 15 à 25% en volume d'acétylène, 5 à 17% en volume d'hydrocarbure en C3 et le complément à 100 par l'éthylène. Le rapport molaire éthylène/hydrocarbure en C3 est de préférence compris entre 6 et 12.
  • Les mélanges combustibles de l'invention, quand l'hydrocarbure en C3 est le propylène sont représentés dans le diagramme ternaire joint en annexe sur la figure 1. Les teneurs en acétylène, éthylène et propylène sont portées en pourcentages en volume. Les propriétés de constance en acétylène des compositions sont sensiblement conversées dans le quadrilatère ABCD et plus particulièrement dans le quadrilatère FGHI limitant les rapport C2H4/C3H6 entre 6 et 12.
  • Le domaine d'utilisation préféré correspond à un mélange contenant environ 20% en volume d'acétylène, environ 10% en volume de propylène et environ 70% en volume d'éthylène, représenté par le point E dans le quadrilatère ABCD. Sur la figure 1, les points E'" et E" correspondent respectivement aux compositions des phases liquide E"' et gazeuse E" du mélange E à 70% de vidange; la ligne EE'" représente l'évolution de la phase liquide E, la ligne E'E" celle de la phase gazeuse E; le point conjugué E' correspond à la composition de la phase gazeuse en équilibre avec E.
  • Les mélanges ternaires combustibles présentent une très grande souplesse de stockage, ils peuvent notamment être conservés dans des récipients cryogéniques, à température comprise entre -80° et -60° C et sous pression de 3 à 6 bars.
  • Ces mélanges combustibles dont la phase gazeuse et la phase liquide ont une teneur sensiblement constante en acétylène, sont distribuables sous forme liquide avec les équipements classiques des liquides cryogéniques, en évitant l'emploi des métaux dont la réactivé avec l'acétylène est bien connue. De plus, ces dits mélanges couvrent un très grand nombre d'applications dans les traitements thermiques à la flamme. Ils conviennent particulièrement dans les applications d'assemblage, d'usinage et de traitement thermique à la flamme. Les mélanges ternaires combustibles sont également aptes à la pulvérisation métallique à la flamme et à la désagrégation des composés minéraux ou des ciments.
  • A titre non limitatif, on donne quelques exemples illustrant l'invention.
    • Exemple 1
  • Courbe d'évaporation d'un mélange type 1 dont la composition en volume de la phase liquide initiale est:
    Figure imgb0001
  • La variation de la composition des phases gazeuse et liquide lors d'une vidange par évaporation naturelle du récipient cryogénique est représentée sur les figures 2 et 3 jointes en annexe. Les courbes représentées correspondent à une pression de 6 bars absolus régnant dans le récipient. Les pourcentages en volume des hydrocarbures au moment initial sont portés en ordonnées (%C) et les pourcentages de vidange (%V) sont portées en abscisses. La courbe 1 correspond à l'éthylène, la courbe 2 à l'acétylène et la courbe 3 au propylène.
  • La figure 2 correspond à la composition de la phase liquide lors de la vidange et la figure 3 correspond à la variation de la composition de la phase gazeuse lors de la même vidange.
    • Exemple 2 Température de flamme
  • On a réalisé les mélanges 2 et 3 dont les compositions en volume des phases liquides initiales sont:
    Figure imgb0002
    et procédé à des comparaisons avec l'éthylène et le mélange à 20% d'acétylène et 80% d'éthylène, connu sous la marque commerciale »Crylène«.
  • La figure 4 montre l'évolution des températures de flamme en fonction de la richesse (R) portée en abscisses, le maximum est observé pour des richesses voisines de 1,3; les températures en degrés centigrades (T°C) étant portées sur l'axe des ordonnées.
  • On constate que les mélanges 2 et 3 présentent des températures voisines du »Crylène«, les mélanges de l'invention forment un groupe proche du »Crylène«.
  • La flamme la plus chaude est obtenue avec le mélange 3 à 10% de propylène, (courbe 3), à une température légèrement supérieure à celle du mélange 2, (courbe 2), et un peu inférieure à celle du »Crylène«, (courbe 4), et très supérieure à celle de l'éthylène, (courbe 1).
    • Exemple 3 Chaleur de combustion
  • On exprime la chaleur de combustion des mélanges 2 et 3, de l'éthylène et du »Crylène« à 15°C en joule par m3 (J/m3) de mélange oxy- combustible. Ces chaleurs pour les quatre combustibles sont portées en ordonnées et la richesse (R) en abscisses, sur la figure 5 du dessin annexé.
  • On observe que les mélanges 2 (courbe 2) et 3 (courbe 3) sont plus performants que le »Crylène« (courbe 4) et que l'éthylène (courbe 1). On obtient le classement suivant 2>3>»Crylène« > éthylène.

Claims (8)

1. Combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène dans les phases liquide et vapeur, constitué par un mélange d'acétylène, étyhlène et hydrocarbure contenant trois atomes de carbone dans sa molécule, caractérisé en ce que le dit mélange contient 15 à 25% en volume d'acétylène, 5 à 17% en volume d'hydrocarbure en C3 et le complément à 100 par de l'éthylène.
2. Combustible ternaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure contenant trois atomes de carbone fait partie du groupe constitué par le propane, le cyclopropane et le propylène.
3. Combustible ternaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure en C3 est le propylène.
4. Combustible ternaire selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport molaire éthylène/hydrocarbure en C3 est compris entre 6 et 12.
5. Combustible ternaire selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange est constitué par environ 20% en volume d'acétylène, environ 10% en volume de propylène et environ 70% en volume d'éthylène.
6. Combustible ternaire selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est distribué sous forme liquide avec les équipements classiques des liquides cryogéniques.
7. Combustible ternaire selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est stocké sous forme cryogénique à température comprise entre ­80° et -60° C sous une pression de 3 à 6 bars.
8. Application du combustible ternaire selon une quelconque des revendications 1 à 7, dans les techniques d'assemblage d'usinage, de traitement thermique à la flamme, de la pulvérisation métallique à la flamme et de la désagrégation des composés minéraux ou des ciments.
EP82400409A 1981-03-16 1982-03-09 Combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène dans les phases liquide et vapeur Expired EP0060769B1 (fr)

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