Brevet FR2014969A1 — publié le 19700424

La présente invention se rapporte, d'une façon générale, à des procédés de combustion de gaz et de vapeurs, ainsi qutaux dispositifs pour leur mise en oeuvre. Elle concerne, notamment, un brûleur pour l'oxydation partielle de mélanges gazeux et à l'état de vapeur, qui permet un déroulement réglable de la combustion. On connaît des dispositifs pour la combustion de mélanges gazeux et à l'état de vapeur, appelés brûleurs, qui, du côté frontal de la chambre de combustion, comportent un assez grand nombre de buses situées dans un même plan. Avec ces types de brtleurs, il ne peut se former un front de flammes uniforme, étant donné les distances inévitables séparant les différentes buses. L'alimentation ir- régulière de certaines buses augmente encore cette irrégularité. Les brusques élargissements de la section et les variations de pression apparaissant en aval des buses entraînent, en outre, des courants tourbillonnaires et des retours de courant qui entravent eux aussi, un déroulement régulier de la combustiono A la suite de ces perturbations, il s'établit, dans un plan de la chambre de aom- bustion perpendiculaire à la direction d'écoulement, une zone de température et de vitesse irrégulière, de sorte que le déroulement de réactions chimiques, telles que l'oxydation partielle dans la fabrication d'acétylène, est entravé à son tour par des irrdgulari- tés et qu'on n'obtient pas un rendement optimal en gaz de craquage. La composition uniforme voulue du gaz de craquage dépend essentiellement d'un déroulement stable et uniforme de la combustion. Un déroulement réglable de la combustion et une stabilisation du front de flamme constituent donc les exigences principales qu'on impose aux dispositifs de ce type. Dans le meme ordre dtidées, il a déjà été préconisé de ménager, dans un dispositif constitué d'une chambre de mélange et de gazéifi- cation, d'une zone d'étranglement et d'une chambre de combustion adjacente, des ouvertures en certains points de la surface latérale de la chambre de gazéification, à travers lesquelles est aspirée chaque fois une quantité partielle non brûlée de gaz ou de vapeurs préalablement mélangés, qu'on ramène au courant principal en un point distinct, de préférence à l'aide d'une soufflante. Il se forme alors, dans un champ axial assez peu étendu, en amont du plan où sont situés les éléments d1allumage, un circuit avec la quantité partielle du gaz prémélangé.Il s' établit de la sorte des conditions d'écoulement uniformes qui assurent la formation d'un front de flammes stable dans les zones du dispositif adjacent, dans le sens axial (cf. brevet italien No. 836 126).Les dispositifs indi qués en dernier lieu, à front de flammes stabilisé, requièrent ce pendant, outre le brûleur proprement dit, des agrégats addition nels pour lesquels, ou bien on ne dispose pas toujours de la place nécessaire, ou bien on ne peut créer les conditions de service sû- res nécessaires, à proximité de la chambre de combustion. On s'était donc pròposé comme but d'écarter les défauts et les inconvénients inhérents aux dispositifs connus à zone de températu- re et de vitesse non stable et, sans le concours de doyens techni ques à monter à côté du brûleur ou du courant gazeux principal, d'assurer un front de flammes stable et calme qui, notamment avec emploi d'un brdleur de conception adéquate pour la mise en couvre de réactions de craquage ou d'oxydation partielles, usure l'obten- tion dtun gaz de craquage de composition aussi uniforme que possi- ble. On atteint ce but, conformément à la présente invention, en maintenant dans le courant gazeux principal ou de vapeur, préalable- ment mélangés, directement en amont du plan des éléments d'allumage, une couche on mouvement turbulent constituée de corps solides incom- bustibles. On utilise à cet effet, avantageusement, un lit fluidisé composé d'une couche de corps solides en vrac fixée entre deux pla ques perforées,, et d'une couche en mouvement turbulent disposée au dessus. Selon un autre mode de réalisation-du présent dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la couche en mouve ment turbulent ou le lit fluidisé combiné sont traversés par un tème de tubes mobiles on direction axiale, présentant des orifices à leurs extrémités libres, à travers lesquels on éjecte un agent réfrigérant dans la chambre de combustion ou de réaction. On décrira la présente invention ci-aprbs plus en détail en se référant au dessin annexé. Le dispositif pour l'oxydation, partielle de mélanges d'hydro carbures, également appelé brûleur ou brûleur de craquage, se compo se essentiellement d'une chambre tubulaire 1 à travers laquelle le gaz préalablement mélangé est amené à,grande vitesse à la couche 3 reposant sur le tamis 2 et constituée, de corps solides incombusti bles en vrac, de préférence de billes d'scier L'enceinte recevant la couche de corps 'solides 3 peut présenter une forme cylindrique ou s'effiler en forme de cône. Des éléments d'allumage 4 sont répartis régulièrement sur le pourtour du brûleur, de préférence dans un lame plan, à une certaine distance axiale de la surface de la couche 3 au repos.L'enceinte au-dessus des éléments d'allumage 4 forme la chambre de combustion 5. Le mélange éventuellement non encore complètement mélangé ou s'coulant sous forme de "mèches", se répartit uniformément dans la couche de corps en vrac 3. À une certaine vitesse d'écoulement dépassant une valeur limite d'onnée, les corps solides en vrac sont soulevés du tamis 2 en formant une couche en mouvement turbulent. I1 y a alors échange continua entre les corps venant de la zone chan- de proche de la chambre de combustion 5 et les corps se trouvant dans la zone froide située plus bas. Les corps solides descendants sont refroidis par le gaz frais affluant, si bien qu'il s'établit un gradient de température relati vement faible dans la couche tourbillonnaire. Le mélange a12ume dans un plan situé directement au-dessus de la surface limite de la couche tourbillonnaire en y formant un front de flammes stable et calme. Dans la chambse de combustion 5 adjacente, le mélange se décompose en les différents constituants de gaz de craquage dont la composition, gracie au front de flammes stable et ne s2étendant que sur une zone axiale de faible étendue, reste constante même pendant de longues durées de service. Le procédé selon la présente invention sera mis en oeuvre, de préférence, avec emploi d'une couche en mouvement turbulent maintenue telle à l'aide de billes d'acier de I à 10 mm de diamètre, dont la rotation intensive crée des conditions de service favorables.Pour certains cas dtapplication, on peut cependant également choisir des matières en vrac autres que des billes, par exemple des anneaux Raschig ou des corps frittés poreux en céramique de forme quelconque. Dans chaque cas, il sera opportun, pour produire une couche turbulente stable, d'élargir en continu, dans la direction d'écoulement, la section de courant dans la zone occupée par la couche en vrac, par exemple en donnant à cette zone une forme conique. La figure 2 représente une autre forme de réalisation d'un brû- leur pour la mise en oeuvre du présent procédé. Plusieurs tubes 6 parcourus par un fluide réfrigérant et reliés avantageusement entre eux sont amenés depuis la chambre amont 1 à travers le tamis 2 et la couche turbulente disposée au-dessus, tubes dont les extrémités libres se terminent dans la chambre de combustion, c' est-à-dire dans un plan situé en aval des éléments dut image 4.Ces tubes 6 présentent, à proximité de leurs extrémités libres fermées, des 3usertures7 orientées à peu près radialement, à travers lesquelles l'agent réfrigérant amené depuis l'extrémité arrière des tubes peut être éjecté dans la chambre de combustion, par exemple en vue d'influencer ou d'inhiber une réaction de craquage en un certain plan de la chambre de combustion. En déplaçant les tubes 6 axialement, on peut adapter la zone de refroidissement aux conditions optimales de service ou de réaction. Dans ce but, le système tubulaire est relié dans la chambre amont 1 maintenue à basse température, au moyen d'un raccord tubulaire flexible 8, à la tubulure d'amenée 9 du fluide réfrigérant, de sorte que la chambre amont7 ou l'ensemble du dispo sites, puissent être maintenus sous une certaine pression. Pour mieux assurer un front de flammes stable, la couche turbulente, qui se présentera, de préférence, sous forme de lit combiné, soit d'une couche fixée entre deux tamis et d'une couche turbulente de corps solides disposée au-dessus,est à exploiter comme couche turbulente "stationnaire". On entend par là une couche turbulente dont la surface limite supérieure a une allure essentiellement plane et stable, donc ne manifestant pas de phénomènes de goufle- ment ou d'abaissement. La couche en vrac fixée entre deux tamis assure non seulement une répartition uniforme du mélange gazeux aifluant, mais elle sert en même temps ,de barrière aux flammes en ou d'une amenée de gaz réduite ou interrompue. Aussi bien la couche de corps solides fixée entre les tamis que la couche située au-dessus formant la couche turbulente peuvent être constituées de billes, d'anneaux Raschig ou de corps semblables d'un diamètre compris entre I et 10 mi. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de combustion de gaz et de vapeurs préalablement mélangés, de préférence pour l'oxydation partielle de mélanges d'hydrocarbures, suivant lequel le. mélange, au point d'entrée dans la chambre de combustion, est allumé et est exposé, dans un certain plan de section, à la chaleur d'un front de flammes aussi uniforme que possible, ce procédé étant caractérisé en ce que dans le courant gazeux ou de vapeur, en amont du plan de section occupé par le front de flammes, on maintient une couche en mouvement turbulent constituée de corps solides incombustibles. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un lit fluidisé combiné, constitué d'une couche fixe de corps solides en vrac et d'une couche de corps solides en mouvement turbulent située au-dessus. 3.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs tubes remplis de fluide réfrigérant, mobiles en direction axiale, tubes qui traversent la couche turbulente et dont les extrémités libres présentant des ouvertures pénètrent dans la chambre de combustion et se terminent en aval du plan occupé par les éléments d'allumage.