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Appareil et Procédé pour la dissociation des gaz ou des vapeurs carbonées.
L'Invention se rapporte en général à la dissociation des gaz ou des vapeurs carbones et plus spécialement à la fabrication de noir de fumée par la dissociation de l'acé- tylène ou d'autres gaz ou mélanges endothermiques ou de mélanges de gaz endothermique$ et exothermiques* le terme gaz désignant également des vapeurs.
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D'après l'invention, les gaz carbonés contenant un
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ou. des gaz endothermiques sont portés à une température de dissociation, soit seuls, soit avec un gaz ou des gaz exo- thermiques, soit avec un mélange des deux, de manière que tout ou partie de la chaleur nécessaire pour la dissocia-
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tison d'éléments moins endothermiques ou entièrement exo- thermiques du mélange, soit fournie par la dissociation dlélêm,-rts plus endothermiques,
toute chaleur supplémentai- fe nécessaire étant fournie par un? combustion partielle ou par un chauffage extérieurs ou par une combinaison des ci -aux.
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D'ppres une autre caractéristique, de l'invarition les gaz carbones contenant un ou des' gaz endothermiques sont soumis à une température a laquelle puisse se produire le dissociation et la. chaleur libérée des gaz endothermiques est conservée pour continuer la réaction.
D'autres carac-
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téristiqueë importantes sont l'emploi d'un mélange de gaz exo- thermiques et endothermiques de façon que la, chaleur libre- rée des gaz endothermiquesjaidô à la dissociation du gaz exothermique, l'emploi d'un gaz oxydant en combinaison avec les gaz carbonés pour élever la. température, l'emploi d'acétylène, et le maintien des gaz à une température
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bsss? jusqu'au moment de leur entrée dans la, zone de dissociation. Une autre caractéristique importante réside
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a établir un fermeture au dessus de l'extrémité ouverte de la cornue au moyen de l*hydrogène libéré, enflammé ou non.
Une autre caractéristique consiste à faire passer le noir d fumée produit à travers une flamme d'hydrogène pour enlever la. matière huileuse ou aisément combustible.
D'autres caractéristiques ressortiront de la. des-
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cription ci-,-.près.
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L'invention comporte également un appareil destiné à cet usage.
Pour la mise en pratique industrielle du gaz ou des gaz sous une pression voisine de la pression atmosphé- rique et convenablement refroidis jusqu'au moment de leur entrée, sont alimentés en un courant dans le sommet d'une cornue préalablement chauffée à une température qui produise la dissociation. Lorsqu'on emploie un gaz fortement endothermique seul, ou bien des mélanges appro- priés, la température sera maintenue par la chaleur libé- rée pendant la dissociation.
Si le mélange est d'une nature telle qu'il n soit pas libéré suffisamment de chaleur pour maintenir la température' de dissociation, le déficit peut ètre compensé par la chaleur de combus- tion obtenue par/l'admission d'une quantité limitée de gaz oxydant ou bien Par un chauffage extérieur ou bien par une combinaison des deux.
Il est indispensable que le procédé s'opère dans un appareil bien isolé pour éviter la perte de chaleur libérée, de la conservation de laquelle dépendent la continuité de l'opération et son efficacité.
De cette façon, on peut obtenir un pourcentage de carbone plus élevé avec des gaz moins endothermi- ques et avec des gaz endothermiques, qu'il n'était pos- sible Par les procédés ordinaires de combustion in- complète De même le taux de production est beaucoup plus fort que ce n'était possible avec les procédés par explosion. La mise en exécution du procédé n'exige à production égaler qu'une installation plus petite et moins coûteuse que lorsqu'on opérait Par1la méthode à combustion incomplète ou Par -la méthode % explosions.
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En outre, le noir de fumée produit sera pratiquement
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exempt d< matières cokéfiées ou granuleuses, dont la présence nécessite dans les autres procèdes, une coûte- se opération de tamisage.
Les exemples .. C7.-après donnent diverses ma- nières d'appliquer l'invention, mais il. est bien entendu que l'invention, n'est pas l limitée aux matières spécifiées,, ni aux proportions indiquées, ni au mode opératoire précis.
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De l'acétylène, de préférence à basse pression, est amenée en un jet dans le sommet d'une cornue essentiel- lement verticale, ouverte à sa base. L'acétylène -est, te- il.1 autant que possible à la température atmosphérique ordinaire, ou plus bas qu'au moment de sa libération dans la cornue.
Après un chauffage initial de la cornue
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pour mettre: fin marche la dissociation, la/ température sra maintenue par. la chaleur de dissociation (dans le cas d'acétylène ou d'autres gaz ou mélanges de gaz suf-
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fisamment rndothsrmiquos), si la cornue employée est con- construite, pouréviter une perte excessive de chaleur Dans des conditions adéquates, l'acétylène dissocié en hydrogène et en carbone amorphe flo-
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L'hydrogène c11<..ud remplit la cornue en-dessous de la zone de dissociation et-est chassé du fond ouvert de cornue, ce qui empêche la pénétration d'air.
L'hydro-
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no sortant est de préférence allumé au fond de 1-- cornue pour éviter toute possibilité d'explosion dans les cham- bres collectrices ou ailleurs, mais il pourrait aussi
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être traité d'autres fagons pour arriver au même but. Le carbone floconneux tombe hors du fond de la cornue en traversant la flamme qui brûle toutes les impuretés huileuses ou autres impuretés combustibles.
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La flamme elle-même constitue une fermeture empêchant l'air de pénétrer dans la cornue.) Lorsqu'on utilise les cornues revêtues intérieurement de briques ou d'autres matières appropriées auxquelles le noir de fumée n'adhérera Pas) avec refroidissement efficace de l'acétylène alimenté.
ainsi qu'avec réglage et contrôle des conditions de trai- tement'pour éviter la formation de coke a l'admission ou en tout autre point de la cornue, le procédé est contins, le noir de fumée sortant de la cornue au fur et à mesure qu'il est formé,
de sorte que la cornue ne se remplit pasUne méthode convenable pour refroidit l'acétylène afin d'éviter la formation de coke à l'admission consis- te à employer un tube d'admission aminci a peu près en pointe de couteau à l'extrémité et entouré par un ou plusieurs passages annulaires à travers lesquels on fait passer de l'air froid ou un gaz oxydant ou non oxydant approprié tel que d l'acide carbonique ou de l'azote* Si on emploie un gaz oxydant la. quantité doit en être aussi minime que possible pour assurer les résu tats désirés, afin d'éviter une Perte de carbone par une combustion excessive ,
EXEMPLE II-
Le gaz naturel à haute teneur en méthane est mélan- gé avec, de l'acétylène dans la proportion d'environ deux volumes de gaz naturel pour un volume d'acétylène, et le mélange est convenablement refroidi et, à des pressions très légèrement au-dessus de la pression at- mosphérique, est envoyé en un jet dans une extrémité d'une cornue semblable à celle employée dans l'exemple I, chauffée/jusqu'à au moins la température de dissocia- tion du mélange par exemple au rouge sombre.
'Le mé-
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lange se dissocie doucement en du carbone amorphe flo- conneux et de l'hydrogène, peut être avec de petites quantités d'autres substances, selon la composition du gaz ,et la pureté de l'acétylène Après un chauffa- ge initial de la, cornue pour mettre en marche le dis- sociation, le procédé se continuera indéfiniment, la, cha- leur libérée par la. dissociation étant suffisante pour maintenir une température convenable dans la cornue, si on prend les précautions voulues pour éviter une per- te indue de chaleur. La chaleur libérée par la dissocia- tion de l'acétylène fournit tous les caloriques néces-' saires pour la dissociation du-gaz naturel et pour main- tenir l'appareil à la température nécessaire.
De préfé- rence le refroidissement sera tel que le mélange soit maintenu à la température atmosphérique ordinaire, ou en-dessous de cette température jusqu'au moment de sa libération dans la zone de dissociation de la cornue, à cause de la facilité avec 'laquelle l'acétylène se polymérise à des températures qui ne sont même -que légèrement supérieures à la température atmosphérique.
L'hydrogène peut être récupéré, et dans ce cas la cor- nue ne Peut pas être ouverte à l*air libre, mais doit d'ouvrir dans un appareil collecteur, de façon que l'on puisse enlever d'une manière continue le noir de fumée.
Des vapeurs d'un hydrocarbure approprié, comme celles produites par'le chauffage du benzol ou par la . pulvérisation d'un hydrocarbure, liquide plus léger, peuvent être substituées au gaz naturel,' et. le procédé peut alors être conduit comme décrit précédemment, sauf
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que le mélange ne peut alors pas être refroidi au marne point avant son entrée dans la cornue.- Cette diminution du refroidissement préalable n'est pas aussi nuisible. dans ce cas que lors de la dissociation d'acétylène seul.
L'acétylène dilué ne se polymé/rise pas aussi facile- ment que le gaz pur et les dépôts goudronneux dans l'ap- pareil, qui donnent naissance au coke sont moins con- sidérables lorsqu'on emploie de l'acétylène dilué et peu- vent être complètement évités même à des températures ou il s'en produirait si oh employait l'acétylène seul.
La proportion d'acétylène peut être diminuée jusqu'à ce que la chaleur libérée par sa dissociation soit insuf- fisante'pour la dissociation du gaz ajoutéeCe déficit est alors compensé par l'admission d'un petit pourcenta- ge de gaz oxydant; la quantité nécessaire étant calculée d'après la chaleur de combustion développée et l'ad- mission nette de chaleur requise pour la dissociation du mélange employé*,
Une grande variété des gaz ou de vapeurs carbo- nés peuvent être mélangés avec de l'acétylène ou d'au- tres gaz fortement endothermiques ou bien divers gaz, ou gaz et vapeurs, peuvent être mélangés et traités comme il a été dit précédemment.
Le procédé n'est pas limité à la dissociation des hydrocarbures, mais en- visage également la dissociation d'autresgaz carbonés tels que l'oxyde de carbone, l'acide carbonique, le bi- sulfate de carbone, le tétrachlorure de carbone et tous autres gaz qui sont susceptibles d'être disso- ciés de la même façon, les gaz tels que l'oxyde de carbone ou l'acide carbonique peuvent avoir un léger , effet oxydant, tandis que pour le traitement des gaz
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tels que le tétrachlorure de carbone l'appareil doit être d'une nature lui permettant de résister au gaz acide qui se dégagera. Le procédé peut donc être employé pour obtenir d'autres produits que la noir de fumée ou l'hy- dorgène.
Si un chauffage extérieur de la cornue est désiré nécessaire on peut le réaliser en faisant brûler l'hydrogène libéré pendant le procédé, ou de toute au- tre façon. L'alimentation de gaz fortement endothermi- que (et ! de) gaz oxydant si on en fait usage) peut être uniforme ou modifiée à certains intervalles ou peut être totalement arrêtée pendant un certain temps si la cornue a accumulé suffisamment de chaleur pour continuer le procédé de traitement du gaz ou des gaz exothermiques.
Les dessins annexés représentent une forme d'ap- pareil convenant pour la réalisation du procède, mais il est évident que le procédé n'est pas limitéà l'emploi de l'appareil représenté, qui est simplement une formé- d'exécution préférée par l'inventeur.
Dans le dessin: Fig.l est une vue. en coupe verticale de l'ap- pareil; .
Fig. 2 est une vue en Plan;
Fig.3 est une section verticale du brûleur sur une échelle plus grande que Fig.2.
Dans ces dessins: il désigne une cornue ayant un revêtement intérieur de préférenceen briques réfractaires ou autre matiè- re réfractaire. La cornue est de préférence cylindrique et de dimensions correspondante au volume et à la vitesse des gaz à traiter.
La cornue 11 est disposée verticalement et fermée à son extrémité supérieure par
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un couvercle amovible il$ de préférence maintenu en place par son simple poids avec un mastiquage pour rendre la joint étanches L'extrémité inférieure de la cornue
11 est ouverte, mais de diamètre légèrement réduit comme on le voit en 13, pour concentrer l'échappement de l'hydrogène et diminuer les possibilités de péné- tration d'air, on emploie de préférence une série de cornues disposées en rangées ou en batteries.
Le grand carneau 14's'étend de l'avant à l'ar- rière de chaque cornue et communique avec son fond ou- verte Les carneaux 14 s'ouvrent de préférence sur le devant en 15 pour permettre l'admission d'air et faci- liter l'observations et ils communiquent à leurs extrémités postérieures,.par des collecteurs appropriés,, avec une cheminée 16 dirigée vers le haut.
Les organes collecteurs comprennent une série de chambres 17 une pour- chaque cornue, se réunissant au fond pour former une ,auge qui s'étend sur toute la longueur de la batterie en-dessous des carneaux 14 et qui contient un transporteur à vis sans fin 18 ou autre appareil approprié pour enlever le noir de fumée.
Directement sousl'extrémité inférieure de chaque cornue est prévue 'une ouverture 19 dans le car- neau, sous laquelle est Placé un récipient) approprié 20 pour recevoir le carbone et le produit granuleux tombant à travers l'ouverture 19. 11 est disposé de préférence dans chaque chambre'collectrice, entre le carneau et la chemina une ou plusieurs chicanes 22 pour séparer le noir de fumée des produits de la combustion et pour forcer ce carbone à tomber dans l'auge 17.
Au lieu de ces chambres collectrices on peut faire usage d'un appareil sacs filtrants.
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A l'extrémité supérieure de la cornue 11 un brû- leur désigné par 21 (Fig.l), est supporté par le couver- cle 12 de préférence en alignement axial avec la cor- nue il, le couvercle 12 présentant une ouverture pour le passage du brûleur 21, munie de préférence d'un joint étanche.
Le brûleur '21 comprend un tube ou pas- sage central facilement amovible 23 pour le gaz, une enveloppe tubulaire concentrique 24 formant un Passgge annulaire pour le gaz oxydant ou refroidisseur et une chemise de refroidissement 25 entourant ce tube 24- Les extrémités inférieures des tubes 23 et 24 et de la chemise 25 se terminent de préférence à peu près au mê- me niveau, mais on peut les modifier par exemple en fai- snat déboucher le tube 23 légèrement au-dessus de l'ex- trémité du tubs 24 comme on! le voit au dessin.
L'extrémité inférieure du tube 23 est de préfé- rence amincie à l'extérieur ou à l'intérieur ou des deux côtés pour se terminer en un 'bord aigu présentant un minimum .de surface à l'extrémité où le carbone pour- rait adhérer. Les Parties inférieures des tubes 23 et 24 peuvent avoir une forme cylindrique ou autre similaire et être maintenues concentriquement par des épaulements, des saillies ou d'autres organes.-Le brûleur 21 est supporté sur le couvercle 12 par une bri- de 27 ou un autre organe approprié.
Des tubes d'aliman- tation 28-29, munis de soupapes, aboutissent aux tubes 23-24 respectivement, et un tube d'alimentation 30 pour l'agent de refroidissement, - qui sera de préfé- rence de l'eau,- aboutit en un point rapproché du fond de la.
chemise 25 tandis qu'un tube de décharge 31
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pour illagent de rero1dissement.part du sommet de la chemise 25, ',
Pour mettre l'appareil en marche, on chauffe la cornue 11 au rouge sombre, de préférence en admettant du gaz et de l'air vers le brûleur 21 en les proportions voulues pour donner une combustion complète et en ad- mettant un mélange allumeur de manière que le brûleur serve de torche d'allumage, mais on peut-employer un brûleur d'allumage spécial ou tout autre moyen appr.o- pria Lorsqu'on a atteint la chaleur voulue on'peut in- terrompre ou diminuer l'admission d'air et régler conve- nablement l'admission des gaz.
Il appareil immédiatement de gros flocons de carbone amorphe floconneux, qui tombent du fond ouvert de la cornue* Si l'hydrogène qui s'échappe ne s'enflamme pas de lui-même en rencontrant l'air, on l'allume immédiatement au fond de la cornue 11 où il continue à brûler tranquillement. L'hydrogène chaud à sa sortie, forme une fermeture au fond de la cornue il et empêche la pénétration de l'air qui pourrait former des mélanges explosifs avec l'hydrogène ou avec le gaz, non dissocié dans la cornue.- Le fait que l'hydrogène est brûlé supprime toute possibilité de formation de mélanges explosifs avec l'air des cham- bres collectrices 1,7 ou en tout autre point quelconque.
Le tirage de la cheminée 16/attire la flamme vers l'ar- rière tandis que la face ouverte 15 du conduit laisse en- trer l'air et empêche le tirage d'évacuer 16 gaz de la cornue il. Il permet également l'inspection pour s'as- surer si la cornue fonctionne bien et si l'hydrogène brûle. La flamme se mouvant vers l'arriéra entraîne une grande partie du noir de fumée dans la chambre collectrice,
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ce qui fait que le noir de fu/mée tombe dans l'auge.. Les chicanes 22 servent à faciliter la séparation des ma- tières solides et des gaz.
Les grosses masses de noir de fumée trop lourdes pour être transportées par un tirage légr, ainsi que les cendres venant de la paroi de la cornue et toutes les matières cokéfiées tombent dans le récipient 20. L'admission de l'air peut être réglée en toute façon convenable comma par exemple en renvoyant une partie des gaz de la cheminée vars les extrémités d'avant des carneaux 14.
Tout le noir de fumée s'échappant de la cornue traversa le flamme d'hydrogène, ce qui a pour résultat que les éléments huileux ou autres combustibles sont to- talementou en majeure partie brûlés.. Il n'en résulte qu'une minime perte de noir de 'fumée) parce que les di- mensions de l'ouverture 15 limitent la quantité d'o- xygène admise vers la flamme à ce qui est strictement nécessaire pour la combustion de l'hydrogène seul.
Le gaz de refroidissement est alimenté de préfé- rence sous une pression moindre que l'acétylène et, s'il s'agit d'un gaz oxydant, en une quantité beau- coup moindre que celle nécessaire pour la combustion complète de l'acétylène, soit. par exemple entre 1% et 1/10% de cette quantité, mais on peut employer un pourcentage plus fort.
Avec! un réglage convenable, la dissociation de l'acétylène a lieu calmement en produisant du noir de fumée en grosses masses floconneuses. Si la pression de l'acétylène est trop élevée, l'acétylène se dilue d'hydrogène avant la dissociation, ce qui produit des
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petites particules de noir de fumée au lieu d'en donner des grosses masses. ces petites particules sont ûiffi- ailes à séparer des produits de la combustion* Il peut 19n résulter une plus forte polymérisation de l'cétylène et une formation subséquente de coke.
Une, alimentation excessive d'acétylène, ou bien un excès de vitesse des jets, ou une dissociation imparfaite ou encore une combustion excessive du produit à lavage sont indiqués par une altération de l'aspect de la flamme qui, dans des conditions parfaites, doit être la flamme bleue, claire, caractéristique de l'hydrogène, rendue lé- géraient lumineuse par les quelques petites particules de noir de fumée incandescent qu'elle contient et mon- trant de grosses masses de noir de fumée entraîné. Le procédé et l'appareil décrits dans la présente demande de brevet sont d'un usage particulièrement sûr.
Au dé- but du procédé la flamme de chauffage brûle ou expulse tout l'air de la cornue et la dissociation peut commen- car en réduisant simplement 1'alimentation d'air et sans donner à l'air l'occasion de rentrer, * Par suite de ce que l'hydrogène s'échappe du fond de la cornue l'air en est positivement exclu, et comme l'hydrogène est brûlé au fond de la cornue il n'est pas nécessaire d'établir uns chambre collectrice étanche à l'air pour éviter qu'il s'y forme des mélanges explosifs d'air et d'hydrogène. Si ,la gaz dans la cornue venait à exploser,
l'explosion trouverait une voie de dégage- ment libre dans le fond ouvert de la cornue et à travers l'ouverture 20 du carneau, et ne produirait pas de chasses dans l'appareil collecteur. Si cette explosion était très forte. le sommet simplement mastiqué
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de la cornue se soulèverait et donnerait encore un-9 voie d'échappement, ce qui fait que les parois de la cornue ne seraient pas brisées.
Bien que l'on préfère, actuellement 'brûler l'hydro- gène par une admission convenablement limitée de l'air afin d'éliminer tous les risques d'explosion, et bien que l'hydrogène soit généralement allumé par les particules de carbone incandescent et brûlant douce- ment,, il est bien entendu que cette invention permet également le travail en toute sécurité dans qu'il soit nécessaire de brûler l'hydrogène. Ce résultat peut à- tre obtenu en diluant ou en saturant suffisamment l'hy- drogène pour le rendre inexplosible, par exemple au moyen de vapeur d'eau ou de gaz que l'on/peut séparer facilement de 1'hydrogène.
Dans ce cas il n'est plus nécessaire que la cornue s'ouvre à l'air libre par son fond. L'hydrogène ainsi dilué peut également être brû-
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R -E V B N D 1 0 A T 1 0=N S. o o 0
1)- Procédé pour dissocier les gaz carbones, cousis. tant 4 soumettre des gaz contenant .un ou plusieurs gaz
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endothermiques à une température qui produise la disso- ciation et a conserver l.a.chaleur libérée du.ou des
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