Brevet FR2228535A1 — publié le 19741206

La présente invention concerne ur procédé psur la réav- tion thermique de combustibl es carbonés. Il concerne plus particulièrement une combustion thermique entretenue catalytiquement d'un combstible carboné dans des conditions sensiblement adiaba- tiques, et sans la formation d un mités importantes d'oxydes d'azote. Les systèmes de combustion adiabatiques, d'un point de vue pratique, ont des pertes de haleur relativement faibles et la chaleur libérée dans la zone de combustion apparaît dans les gaz qui sortent sous la forme d'énergie thermique pour la production de puissance. En général, les systèmes de combustion thermique adiabatiques classiques (par exemple les moteurs et les centrales électriques) opèrent à des températures assez élevées dans la zone de combustion pour former des oxydes d'azote, N0x, comprenant spécialement du NO. On fait fonctionner un système de combustion thermique en mettant en contact un combustible et de l'air dans des proportions inflammables avec une source d'allumage, par exemple une étincelle, pour enflammer le mélange qui ensuite continuera à brûler.Les mélanges inflammables de la plupart des combustibles sont normalement tels qu'ils brûlent à des températures relativement élevées, à savoir de 18300C environ et au-dessus, ce qui entraîne de maniere inhérente la formation de quantités importantes de NOx Dans le cas de chambres de combustion de turbines à gaz, la formation de NOx a été fortement réduite en limitant la durée de séjour des produits de combustion dans la zone de combustion. Toutefois, en raison des grandes quantités de gaz manipulées, des quantités indésirables de NOx sont néanmoins produites. En conséquence, la question n'est pas de savoir s'il y a formation de NOx, mais dans quelle quantité. Il y a aussi une formation inhérente d'oxydes d'azote dans des systèmes de combustion superficielle où la combustion thermique d'un mélange inflammable se produit sur une surface chaude généralement à des températures de 18300C environ ou plus élevées. La combustion superficielle utilise des mélanges sensiblement stoechîométriques et, bien qu'initialement considérée par les premiers chercheurs dans ce domaine comte étant cata lytique dans une certaine mesures on a conclu par la suite que le système n'est pas catalytique. Les avantages d'un tel système sont qu'il n'y a pas de flamme et que la chaleur peut être rayonnée efficacement par la surface.Toutefois, la combustion superficielle n'a obtenu qu'un succès industriel minimal parce que les systèmes avec des flammes sont en fait supérieurs pour la plupart des applications. On s'est rendu compte depuis longtemps qu'il ne se forme que peu ou pas du tout de NOx dans un système qui brûle le combustible catalytiquement à des températures relativement basses. Ce type de combustion, appelé quelquefois combustion catalytique, a été considéré généralement comme étant inutilisable comme moyen de production d'énergie et n'a obtenu du succès que dans des cas spéciaux. Par exemple, la combustion catalytique a été utilisée pour traiter des courants de gaz de queue d'installations de production d'acide nitrique où on utilise la réaction catalytique pour chauffer l'air de fabrication usé contenant environ 2 % d'oxygène à des températures de l'ordre de 7600C environ.Les gaz chauffés sont utilisésiour faire fonctionner une turbine qui entraîne le compresseur d'air pour l'installation de production d'acide nitrique, mais un tel système ne pourrait pas être utilisé comme source primaire d'énergie parce que la quantité de catalyseur nécessaire serait trop grande dans la pratique, comme expliqué plus en détail ci-après. Pour une oxydation catalytique, on peut reporter la vitesse de réaction en fonction de la température comme représenté sur la figure 1 des dessins annexés. Pour un catalyseur et un ensemble de conditions de réaction donné quelconque, quand la température s'élève initialement, la vitesse de réaction augmente comme représenté dans la région cinétique A de la courbe de vitesse de réaction de la figure 1.Cette vitesse augmente de manière exponentielle avec la température.Quand on élève encore la température, la vitesse de réaction passe alors par une zone de transition dans laquelle les paramètres limitatifs déterminant la vitesse de réaction qui étaient du domaine catalytique deviennent du domaine du transfert de masse (région B de la courbe sur la figure 1). Quand la vitesse catalytique augmente dans une mesure telle que les corps en réaction ne peuvent pas arriver à la surface catalytique assez vite pour entretenir la vitesse de réaction catalytique, la réaction devient du type limité par le transfert de masse et la vitesse de réaction catalytique s'établit à un niveau contact quelles fuse scant les élévations ultérieures de tetérature. a réaction esffi-. ors dite limitée par le transfert de masse (région G de la courbe de la figure 1). Dans les réactions catalytiques limitées par Le transfert ae masse, on ne peut pas distinguer entre un catalyseur plus actif et un catalyseur moins actif parce que l'activité intrinsèque du catalyseur n'est pas déterminante pour la vitesse de réaction. En dépit de tout accroissement de l'activité catalytique au-dessus de celle nécessaire pour la limitation par le transfert de masse, une plus grande vitesse de conversion catalytique ne peut pas être obtenue pour le même ensemble de conditions. En raison de cette limitation, pour augmenter la vitesse de conversion pour un système donné quelconque, il apparait essentiel soit d'augmenter la surface du catalyseur soit d'augmenter la vitesse de transfert de masse des corps en réaction vers la surface. La première solution, pour des systèmes de combustion pratiques, exigerait de telles dimensions du catalyseur que ce serait peu commode ou exigerait une configuration du catalyseur entralnant une chute accrue de pression spécifique, rendant nécessaire une géométrie peu commode pour maintenir une chute de pression totale constante. Par exemple, dans le cas de moteurs à turbine à gaz, le réacteur catalytique pourrait très bien être plus gros que le moteur lui-même. Par ailleurs, une augmentation de la vitesse de transfert de masse des corps en réaction vers les surfaces catalytiques entraînerait une chute de pression accrue et en conséquence une perte importante d'énergie; on pourrait même ne pas avoir une chute de pression suffisante pour obtenir la vitesse désirée de réaction. Bien évidemment, ces façons d'aborder le problème, bien que théoriquement possibles, sont absolument impraticables. On a maintenant découvert qu'il est possible d'obtenir une combustion sensiblement adiabatique en présence d'un catalyseur à une vitesse de réaction très supérieure à la vitesse limitee de transfert de masse. C'est-à-dire qu'on a trouvé que la combustion thermique entretenue catalytiquement surmonte la limitation du transfert de masse. eSi la température opératoire du catalyseur est élevée notablement dans la région limitée par ie transfert de masse, la vitesse de réaction recommence à augmenter de manière exponentielle avec la température (région D de la courbe dia figure 1). C'est en contradiction apparente avec la technologie catalytique et les loirs de la cinétique du transfert de masse.Les phénomènes peuvent être expliqués par le fait que la surface du catalyseur et la couche de gaz près de la surface du catalyseur sont au-dessus d'une température à laquelle la combustion thermique se produit à une plus grande vitesse que la vitesse catalytique, et la température de la surface du catalyseur est au-dessus de la température d'auto-inflanationins- tantanée du mélange combustible-air (définie ci-après). Les molécules de combustible entrant dans cette couche brûlent sans transport vers la surface du catalyseur. Quand la combustion progresse, on pense que la couche devient plus épaisse. Le gaz total est finalement porté à une température à laquelle des réactions thermiques se produisent dans le courant de gaz entier plutôt que seulement près de la surface du catalyseur.A ce stade, les réactions thermiques continuent même sans contact plus étroit du gaz avec le catalyseur tandis que le gaz passe à travers la zone de combustion. L'expression 11température d' auto-inflammation instanta née pour un mélange combustible-air telle qu'elle est utilisée ici et dans les revendications annexées est définie comme désignant la température à laquelle le retard à l'inflammation du mélange combustible-air entrant dans le catalyseur est négligeable par rapport à la durée de séjour dans la zone de combustion du mélange subissant la combustion. Selon l'invention, une combustion thermique entretenue catalytiquement est obtenue en mettant en contact au moins une partie du combustible carboné,à l'état de vapeur et mélangé intimement avec de l'air, avec un catalyseur d'oxydation solide ayant une température opératoire sensiblement au-dessus de la température d'auto-inflammation instantanée du mélange combustible-air. Au moins une partie du combustible est brûlée dans des conditions sensiblement adiabatiques. La combustion est caractérisée par l'utilisation d'un mélange combustible-air ayant une température de flamme adiabatique sensiblement au-dessus de la température d'auto-inflammation instantanée du mélange, mais au-dessous d'une température qui entrînerait une formation notable quelconque d'oxydes d'azote.Théoriquement, la température de flamme adiabatique serait la même dans toute la zone de combustion, mais dans des applications pratiques où il y a une certaine perte de chaleur, la température de flamme adiabatique est déterminée avec plus de précisior a l'entrée du catalyseur. l'ef- fluent résultant est caractérisé par une grande énergie thermique utile pour la production de puissance t par d' petites quantités d'agents de pollution atmosphérique. Quand on le désire, des corstituants combustibles du combustible, par exemple du combustnble non brûlé ou des produits de combustion intermédiaire contenus dans l'effluent de la zone catalytique, ou un mélange combustible- air oui n'a pas été passé à travers la zone catalytique, peuvent être brûlés dans une zone thermique suivant la zone catalytique, comme expliqué plus en détail ci-après. La combustion thermique entretenue catalytiquement selon l'invention se produit à une température sensiblement plus basse que dans une combustion thermicue adiabatique classique et il est donc possible d'opérer sans formation d'une quantité importante de NOx La combustion n'est plus limitée par le transfert de masse comme dans le cas de la combustion catalytique classique, et aux températures opératoires spécifiées la vitesse de réaction est élevée sensiblement au-delà de la limitation par transfert de masse, par exemple à une vitesse 5 à 10 fois supérieure à la vitesse limitée par le transfert de masse. Des vitesses de réaction allant jusqu'à 100 fois ou plus la vitesse limitée par le transfert de masse peuvent être obtenues.Ces grandes vitesses de réaction permettent de grandes vitesses spatiales du combustible qui normalement ne peuvent pas être obtenues dans des réactions catalytiques. On peut utiliser, par exemple,au moins une quantité de combustible equivalente en pouvoir calorifique à environ 4800 kg de propane par heure et par m3 de catalyseur, et cette quantité peut être plusieurs fois supérieure, par exemple une quantité de combustible équivaiente en pouvoir calorifique à au moins 16 000 kg environ de propane par heure et par m) de catalyseur.De plus, il n'y a pas de bécessité de maintenir des rapports combustible-air dans le domaine inflammable et en consé quence la cessation de combustion (extinction) due à des variations dans le rapport du combustible à l'air n'est pas le problème quElle constitue dans les chambres de combustion clas 5tiques. La température de flamme adiabatique de mélanges conbustible-air dans un ensemble quelconque de conditions (par exemple de température initiale et, dans une moindre mesure, de pression) est établie par le rapport du combustible à l'air. Les mélanges utilisésvsont généralement dans le domaine inflammable ou sont du coté pauvre en combustible par rapport au domaine inflammable, mais il peut y avoir des cas d'un mélange combustibleair n'ayant pas de domaine inflammable nettement défini, mais ayant néanmoins une température théorique de flamme adiabatique comprise dans les conditions opératoires selon l'invention.Les proportions du combustible et de l'air que l'on introduit dans la zone de combustion sont typiquement telles qu'il y ait un excès stoechiométrique d'oxygène par rapport à la transformation complète du combustible en anhydride carbonique et en eau. De préférence, la teneur en oxygène libre est au moins 1,5 fois environ la quantité stoechiométrique nécessaire pour une combustion complète du combustible. Bien que l'invention soit décrite ici particulièrement dans le cas où l'air est le constituant non combustible, on comprendra que l'oxygène est l'élément nécessaire pour entretenir une combustion correcte. Quand on le désire, on peut faire varier la teneur en oxygène du constituant non combustible et le terme "air" est utilisé ici pour désigner les constituants non combustibles dans les mélanges. Le mélange combustible-air introduit dans la zone de combustion peut avoir jusqu'à 10 % seulement ou moins d'oxygène libre, en volume, ce qui peut arriver par exemple quand on utilise comme source d'oxygène un courant de gaz résiduel dont une partie de l'oxygène a réagi. Dans des fonctionnements de turbines, le rapport en poids de l'air au combustible introduit dans le système de combustion est souvent de plus de 30:1 environ et certaines turbines sont prévues pour des rapports de l'air au combustible allant jusqu'à 100 ou 200 ou plus pour 1. Les combustibles carbones peuvent être gazeux ou liquides dans les conditions normales de température et de pres sion. Des combustibles hydrcarbure pouvent comprendre, par exemple, des hydrocarbures aliphatiques de masse moléculaire peu élevée comme le méthane, l'éthane, le propane, le butane, le pentane; l'essence; des hydrocarbures aromatiques comme le benzène, le toluène, l'éthylbenzène, le xylène; le naphta; un gasoil; un carburéacteur; d'autres combustibles cons itus de distillats moyens; les combustibles plus lourds hydrotraités; etc.Parmi les autres combustibles carbonés utiles, se trouvent des alcools comme le méthanol, l'éthynol, l'isopropa cl; des éthers comme l'oxyde d'éthyle et de éthers aromatiques comme ltoxvde d'éthyle et de phényle et l'oxyde -e carbone. Dans la combustion de combustibles dilués contenant des substances inertes, par exemple du gaz de houille à faible pouvoir calorifique, des mélanges combustible-air ayant des températures de flamme adiabatique comprises dans 'intervaLle spécifié ici peuvent être riches en combustible ou pauvres en combustible. quand on utilise des mélanges riches en combustible, de l'air supplémentaire ou un mélange conbustlble-air peut être ajouté à l'effluent de la zone du catalyseur de manière que l'on obtienne un excès global d'air pour la combustion complète des constituants combustibles en anhydride carbonique et én eau. Comme spécifié précédemment, les réactions thermiques continuent au-delà de la zone du catalyseur, au moment que la température de l'ef- fluent est sensiblement au-dessus de la température d'autoinflammation instantanée. Le mélange combustible-air est généralement passé au catalyseur dans la zone de combustion à une vitesse du gaz avant l'entrée ou à l'entrée dans le catalyseur supérieure à la température maximale de propagation de la flamme. Cela évite un retour de flamme causant la formation de NOx De préférence, cette vitesse esthaintenue près de 1'entrée dans le catalyseur. Des vitesses linéaires appropriées du gaz sont habituellement supérieures à 1 m/s environ, mais il y a lieu de comprendre que des vitesses considérablement supérieures peuvent être nécessaires, en fonction de facteurs comme la température, la pression et la composition. Au moins une partie importante de la combustion se produit dans la zone catalytique et peut être sensiblement sans flamme. Le combustible carboné, qui quand il est brûlé avec une quantité stoechiométrique d'air (composition atmosphérique) à la température d'entrée dans la zone de combustion a habituellement une température de flamme adiabatique d'au moins 18300C environ, est brûlé de manière sensiblement adiabatique dans la zone du catalyseur. Bien que la température d'auto-inflammation instantanée d'un combustible typique puisse être au-dessous de 1100C environ, une combustion adiabatique stable du combustible audessous de 183000 environ est extrêmement difficile à obtenir dans des systèmes pratiques de combustion primaire.C'est pour cette raison que même avec des turbines à gaz limitées à des températures opératoires de 11000C environ, la combustion primaire a lieu typiquement à des températures de plus de 220000. Comme spécifié ci-dessus, la combustion de la présente invention est caractérisée en ce qu'on utilise un mélange combustible-air ayant une température de flamme adiabatique sensiblement audessus de la température d'auto-inflammation instantanée du mélange, mais au-dessous d'une température qui entraînerait une formation notable quelconque de NOx . Les limites de cette température de flamme adiabatique sont déterminées dans une large mesure par la durée de séjour et la pression. Généralement, les températures de flamme adiabatique-des mélanges sont comprises entre 925 et 176000 environ et de préférence entre 1093 et 105000 environ.Quand on opère à une température très supérieure à 17600C, il en résulte une formation notable de NOx même avec de courts temps de contact; cela prive des avantages de la présente invention par rapport à un système thermique classique. Une température assez élevée dans l'intervalle défini est souhaitable, toutefois, parce que le système exigera moins de catalyseur etque les réactions thermiques onbfine vitesse du même ordre ou sont plus rapides, mais la température de flamme adiabatique utilisée peut dépendre de facteurs tels que la composition désirée de l'effluent et la conception d'ensemble du système. Gn observera ainsi qu'un combustible qui brûlerait habituellement à une température élevée au point de former non brûle efficacement dans l'intervalle de température défini sans formation importante de NO . Bien que la combustion se produise adiabatiquement, on comprendra que pour des opérations pratiques il peut y avoir des pertes de chaleur de la zone de combustion a l'environement. Une perte de température mesuré par la température de l'effluent peut aller jusqu'à 150 C environ et de préférence n'est pas supérieure á 65 C environ. Malgré ces pertes de chaleur assez faibles, l'operation d'un point de vue pratique est considéré commeadiabatique et Ta chaleur de réaction est libérée principalement dans les gaz effluents. Il peut y avoir r environ quatre fois, de pré- férence au moins environ sept fois plus de chaleur libérée (énergie thermique) dans ces gaz que perdue par la chambre de combustion. Le catalyseur opère généralment à une température approximativement égale a la teinpérature théorique de flamme adiabatique du mélange combustible-air introduit dans la zone de combustion. Le catalyseur entier peut ne-pas être à ces températures, mais de préférence une portion majeure ou la quasitotalité de la surface du catalyseur se trouve à de telles températures opératoires. Ces températures sont comprises habituellement entre 926 et 1760 C environ, de préférence entre 1090 et 1650 C environ. La température de la zone du catalyseur est réglée par réglage de la combustion du mélange combustible-air, c'est-à-dire de la température de flamme adiabatique, ainsi que de l'uniformité du mélange.Des combustibles d'énergie relativement plus forte peuvent être mélangés avec de plus grandes quantités d'air de manière à maintenir la température désirée dans une zone de combustion. A l'extrémité supérieure de l'intervalle de température, des temps de séjour assez courts du gaz dans la zone de combustion semblent souhaitables afin de réduire le risque de formation de NOx Le temps de séJour est déterminé dans une large mesure par la température, la pression et la vitesse spatiale et il est généralement mesuré en millisecondes. Le temps de séjour des gaz dans la zone de combustion catalytique et dans toute zone de combustion thermique ultérieure peut être inférieur à C,1 seconde environ, de préférence inférieur à 0,05 seconde. La vitesse spa- tiale gazeuse peut souvent être comprise par exemple entre 0,5 et 10 millions de mètres cubes (ou plus) de gaz total (dans les conditions normalisées de tex rature et de pression par mètre cube de zone totale de combustion et par heure. Four une turbine fixe consommant du gasoil, des temps de séjour typiques pour raient être d'environ 300 millisecondes ou moins; tandis que dans un moteur-turbine pour automobile consommant de l'essence, le temps de séjour typique peut être d'environ 5 millisecondes ou moins. Le temps de séjour total dans le système de combustion doit être suffisant pour fournir une combustion sensiblement complète du combustible, mais pas long au point qu'il en résulte la formation de NOx. Les oxydes d'azote qu'on trouve dans l'effluent peuvent avoir été introduits dans le système par l'arrivée d'air ou même par le combustible comme impureté. Grâce à l'invention, la combustion se produit toutefois sans formation importante de NOx Typiquement, l'effluent de combustion contiendra moins d'environ 15 ou moins d'environ 10 parties par million en volume de NOx en plus de quantité introduite dans le système de combustion. Des teneurs inférieures à celle présente dans l'air qui entre ont été mesurées. Il y a lieu de noter, de plus, que l'effluent peut contenir typiquement moins d'environ 10 parties par million en volume d'hydrocarbures et fréquemment même moins d'environ 300 parties par million en volume d'oxyde de carbone, et même moins d'environ 20 parties par million. Des effluents ayant des basses teneurs en agents de pollution sont très acceptables et sont très au-dessous des teneurs maximales admissibles selon les normes Federal Emission Standards établies par l'Bnvironmental Protection Agency pour 1976 pour les émissions des automobiles. Afin d'améliorer l'efficacité thermique du système glp- bal, l'air et même le combustible peuvent être chauffés avant d'être passés dans la zone de combustion catalytique. Le mélange combustible-air pour une turbine non régénératrice à plein régime peut typiquement avoir une température d'au moins 2040C environ et pour une turbine régénératrice d'au moins 5380C environ avant contact avec le catalyseur. Dans d'autres systèmes, toutefois, le préchauffage peut être effectué à 3802 environ seulement, mais il est avantageux de pré chauffer à des températures sensiblement plus élevées de manière à rendre maximal le rendement thermique du système et à obtenir une réalisation plus compacte. Habituellement, on n'a pas besoin de préchauffer le mélange combustible-air au-dessus de 8160C environ et le catalyseur sert à porter la température des gaz qui entrent d'une température inférieure à la température d'auto-inflammation instantanée à la température opératoire, par exemple de 927 à #50 C. Les catalyseurs d'oxydation solides utiles pour l'invention peuvent comprendre s'importe lesquels d'un certain nombre de catalyseurs utilisés pour l'oxydation de combustibles. Typi quemeat, le catalyseur comprend ur véhicule et un constituant actif avec ou sans l addiction d'autrs activants ou promoteurs. Des catalyseurs peuvent comprendre une grande variété de matières ainsi que de configurations ou structures. Par exemple, le catalyseur peut comprendre un lit garni de pastilles, de selles, panneaux, etc. De préférence, le catalyseur comprend une structure monolithique ou unitaire comprenant un support ou véhicule en matière céramique imprégné d'un ou plusieurs constituants catalytiquement actifs. Des structures monolithiques de ce type peuvent être une fibre céramique de forme déterminée, habituellement de forme cylindrique, ou des structures à paroi mince du type en nid d'abeilles. Les canaux d'écoulement dans les structures en nid d'abeilles sont habituellement parallèles et peuvent être d'une section désirée quelconque telle que triangulaire ou hexagonale.Le nombre de canaux par centimètre carré peut varier beaucoup suivant l'application particulière et on trouve dans le commerce des nids d'abeilles monolithiques ayant de 8 à 310 canaux environ par centimètre carré. La portion support du nid d'abeilles est avantageusement poreuse, mais peut être essentiellement non-poreuse et catalytiquement elle est relativement inerte. Le supportteut comporter une couche ou pellicule poreuse de revêtement, typiquement d'alumine, qui est imprégnée d'un ou plusieurs constituants catalytiquement actifs. Des structures de ce type sont particulièrement avantageuses parce que la chute de pression des gaz passant à travers elles est relativement faible, et que généralement elles se supportent elles-mêmes. Le constituant catalytiquement actif du catalyseur est généralement un métal à l'état élémentaire ou dans un état combiné comme à l'état d'un oxyde.Ces métaux comprennent habituellement les métaux lourds du type réfractaire, par exemple le zirconium, le vanadium le chrome, le manganèse, le cuivre, le platine, le palladium, l'iridium, le rhodium, le ruthénium, le cérium, le cobalt, le nickel et le ter. Le catalyseur particulier et la quantité de ca talyseur qu'on utilise dépendent principalement du type du sys thème de combustion, du type de combustible utilisé et de la t- pérature opératoire. La chute de pression des gaz passant à travers le catalyseur peut être par exemple inférieure à environ 0,7kg/cm, de préférence inférieure à 0,02 kg/cm environ, ou inférieure à 10 ,5h environ de la pression totale. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, une partie du combustible est brûlée dans la zone de combustion catalytique et l'effluent partiellement brûlé de la zone catalytique est ensuite brûlé thermiquement. La combustion thermique se produit de manière sensiblement adiabatique et à une tempCra- ture opératoire au-dessus de la température d'auto-inflammation instantanée, mais au-dessous d 7 une température qui entraînerait une formation notable quelconque d'oxydes d'azote. Ce mode de mise en oeuvre est particulièrement avantageux du fait qu'il fournit un système ayant un temps de réponse plus rapide en raison de l'utilisation d'une masse moindre de catalyseur.Ainsi, la mesure de la combustion se produisant dans la zone catalytique dépend beaucoup du temps de séour et donc une combustion complète dans la zone catalytique peut exiger un plus grand volume ou une plus gronde masse de catalyseur. En conséquence, cette plus grande masse demande plus longtemps pour réagir aux changements dans les conditions opératoires. Par exemple, dans le fonctionnement d'une turbine, si la température du catalyseur est changée et la vitesse de la turbine modifiée, le fonctionnement ne sera pas efficace tant que la majeure partie sinon la totalité du catalyseur n' aura pas été amenée à la nouvelle température opératoire. Ce processus peut être trop lent pour un fonctionnement satisfaisant d'une turbine quand la turbine est utilisée dans un système pour réponse rapide, tel qu'une automobile. Pour obtenir un système de combustion ayant une réponse plus rapide aux chanrements dans les conditions opératoires, on peut effectuer la combustion en mettant en contact un mélange combustible-air avec une masse relativement petite de catalyseur. Les constituants oxydables ou combustibles du combustible de déZ part présents dans l'effluent de la zone catalytique sont ensuite brûlés thermiquement. Le système répond rapidement aux changements désires en service et cependant la combustion produit tou 'ours un effluent d'une haute énergie thermique et sensiblement exempt d'oxydes d'azote ainsi que d'hydrocarbures et l'oxyde de arbcne comme décrit ci-dessus, Quand on le désire, on peut Cor:: péter encore la combustion en mettant en contact l'effluent de la zone de combustion thermique avec un catalyseur d'oxydation solide ultérieur, qui peu avantageusement êe placé entre des étages de la turbine et manière à fournIr un temps de réponse rapide et à améliorer le rendement de la turbine. L'effluent résultant est d'une haut énergie thermique et est pauvre en agents de pollution atmosphérique. Dans des systèmes de combustion à targes multiples, les constituants combustibles au combustible de départ ai passent à la zone de combustion thermique peuvent comprendre l'effluent partiellement brûlé de la zone catalytique, un mélange combustible-air qui n'a pas été mis en contact avec le catalyseur, ou des combinaisons contenant les deux. Ces mélanges combustibleair peuvent avoir des températures de flamme adiabatique qui fournissent une combustion sans produire de quantité notable quelconque d'oxydes d'azote, par exemple des températures de flamme adiabatique allant jusq'à 165G ou 1660 C environ.La combustion thermique se produit dans des conditions sensiblement adiabatiques comme décrit ci-dessus et est caractérisée en ce que le mélange subissant la combustion a une température de flamme adiabatique sensiblement au-dessus de la température d'auto-inflammation instantanée, mais au-dessous de celle qui entraînerait une formation notable quelconque d'oxydes d'azote. Dans lesystème à étages multiples dans lequel une combustion thermique suit la zone catalytique, l'effluent de la zone catalytique se trouve à une température suffisante pour provoquer une combustion thermique rapide. Cette température est au-dessus de la température d'auto-inflammation instantanée du mélange combustible-air passé à la zone de combustion thermique. La température de l'effluent de la zone catalytique est généralement comprise entre 927 et 1760 C environ, de préférence entre 1093 et 16500C environ. Les températures atteintes dars la zone de combustion thermique dépendront de la température {4L flamme adiabatique du mélange entrant et subissant une combustion dans cette zone. Ces températures sont comprises entre 917 et 1760 C environ et de préférence entre 109+5 et 1650 C environ. Dans ces systèmes, le volume de la zone de combustion catalytique doit être aussi petit que possible et de préférence peut être inférieur au volume de la zone d'oxydation thermique, pour améliorer le temps de réponse du système. Ainsi, le rapport du volume de la zone de combustion thermicue à celui de la zone de combustion catalytique, qui comprend les cavités du catalyseur, est de préférence supérieur à 1:1 environ, ou est même d'au moins 1,5:1 environ. Le volume de catalyseur dans la zone de combustion catalytique de ce mode de mise en oeuvre à étages multiples de l'in Invention est de préférence une fraction assez faible de la quanti é totale qui serait nécessaire pour brûler complètement tout le combustible en anhydride carbonique et en eau dans les conditions d'oxydation ou de combustion et cette quantité de catalyseur est au moins suffisante pour amorcer et stabiliser la combustion. Ainsi, le volume de catalyseur dans cette zone de combustion catalytique peut être inférieur à 0,5 et de préférence inférieur à 0,25 fois la quantité qui serait nécessaire pour une combustion complète du combustible. Cette quantité peut être aussi petite que d'environ 2 ,ó ou 1 % ou moins du volume nécessaire pour la combustion complète du combustible. Dans certains modes de mise en oeuvre de l'invention, le volume de catalyseur dans cette zone de combustion catalytique peut être une portion majeure ou même la quantité totale de catalyseur qui est nécessaire pour brûler complètement la totalité du combustible en anhydride carbonique et en eau dans les conditions d'oxydation.En tout cas, la quantité de catalyseur est suffisante pour fournir au moins une combustion notable dans la zone catalytique, par exemple au moins 10 0/o environ de la chaleur totale libérée par la combustion complète du mélange que l'on fait arriver à ce catalyseur. Dans un autre mode de mise en oeuvre encore de l'invention, on peut régler la température de l'effluent de la zone de combustion en diluant l'effluent avec un gaz qui n' a pas travers la zone de combustion. Le réglage de la température peut être spécialement avantageux quand l'effluent se trouve à une température plus élevée que celle nécessaire ou à une température plus élevée cue la tolérance de la turbine. Ainsi, le gaz relativement froid ajouté à l'efluent abaisee la température de l'effluent. ### on ledésire, dans le fonctionnement d'une turbine, ce gaz peut être chauffé par échange ire de chlaeur avec l'effluent de la turbine, et le gaz chauffé outé à l'effluent de combustion dans une zone entre la zone de combustion et l'entrée de la turbine. L'invention sera decrite en détail en référence aux dessins annexées, donnés à une d'exemples con limitatifs, sur lesquels: La figure 2 représente schématiquement un système de turbine utilisant un catalyseur de combustion selon le procédé ae la présente invention. La figure 3 est une vue schématique en coupe d'une turbine utilisant un catalyseur de combustion et fonctionnant selon le procédé de la présente invention. La figure 4 réprésente schématiquement un autre mode de mise en oeuvre de l'invention dans 7eue la combustion thermique entretenue catalytiquement est suivie d'une combustion thermique. La figure 5 représente schématiquement uu autre mode de mise en oeuvre de l'invention utilisant deux catalyseurs pour la combustion et une zone thermique intermédiaire. La figure 6 représente une autre variante de l'invention dans laquelle un catalyseur pour combustion est placé entre des étages d'une turbine. Dans le système représenté sur la figure --, un arbre moteur Il porte un compresseur d'air 12 du type pour turbine et une turbine à gaz 14. L'arbre moteur Il peut être relié a un système approprié quelconque de transmission de puissance pour utiliser la puissance fournie à l'arbre par la turbine 14. Par exem- ple, la turbine 14 peut être utilisée pour faire fonctionner un générateur d'électricité ou un véhicule automobile par l'intermé- iaire d'une trans-mission automatique. La turbine 14 peut être une turbine à forte compression ayant un taux de compression de 10:1. la structure, le fonctionnement et le réglage des turbines sont connus dans la technique et les détails á propos sont dans la présente deso ar ils ne sont pas nécesaires pour expliquer la présente invention. Il y a lieu le noter, tou tefois, que les turbines ont généralement des taux de compression d'au moins 2:1 environ et plus typique-ment d'au moins 5:1 environ et qu'en conséquence la combustion se produit sous une forte pression par rapport à la pression de l'air ambiant.Le taux de compression indique le nombre approximatif d'atmosphères de pression où la combustion a lieu, par exemple un taux de compression de 10:1 indique une oxydation sous une pression d'environ 10 atmosphères quand l'air ambiant se trouve approximative- ment à une atmosphère comme ce sera généralement le cas avec des turbines dans des véhicules automobiles. Une canalisation 15 comportant une valve 16 amène un combustible approprié, par exemple du naphta de distillation directe qui est normalement liquide, au système, et une canalisation 21 passe le combustible à un conduit 23 pour mélange avec de l'air. Le compresseur 1? augmente la pression et élève la température du mélange et le combustible est vaporisé. La canalisation 25 conduit le mélange vaporisé à la chambre de combustion catalytique 30 qui contient un catalyseur d'oxydation 31. Un allumeur 36 est disposé dans la chambre de combustion près de l'entrée 38 par laquelle le combustible entre dans la chambre de combustion. Une canalisation 39 comportant une valve de commande L'7 conduit le combustible à l'entrée 38. Des thermocouples 32 et 33 sont placés à l'entrée et à la sortie respectivement du catalyseur 31 pour détecter les températures dans la chambre de combustion à ces endroits. Une canalisation 35 fait passer l'effluent gazeux de la chambre de combustion 3C à la turbine motrice 14 où les gaz se détendent de la manière usuelle pour fournir de l'énergie de rotation à la turbine et à l'arbre 11. Au démarrage, la valve 16 est fermée et l'allumeur 36 est en action. le combustible entre dans la chambre de combus- tion 39 et l'entrée 38 et est brûlé pour chauffer le catalyseur jusqu'à ce qué la température de la surface du catalyseur soit assez elevée pour maintenir la combustion du combustible. la valve 16 est alors ouverte, la valve 2::7 est fermée et l'allumeur 36 est rendu inactif. quand l'opération a été établie, la valve 16 est ouverte et le mélange combustible-air entrant dans la chambre de combustion 50 par la cánalisaticn 25 a une vitesse avant ou á l'entrée dans le catalyseur supérieure à la vitesse maximale de propagation de la flamme. ha figure 3 représente un autre mode de mise en oeuvre de la présente invention bans se cas, l'air Entre dans le compresseur 112 par l'entrée 123. Le combustible arrivant par la canalisation 121 est introduit dans le courts d'air comprimé et ce mélange est ensuite passé a avers des ailettes de mélange 122 et pré chauffé dans un échangeur 1-5 où de la chaleur est fournie par contact indirect avec les gaz d'échappement de la turbine sortant par la canalisation 124. Le mélange de combustible chauffé et d'air passe ensuite près de l'allumeur 126 et de la canali- sation d'amenée de proapane 128 qui sint utilisés durant le démarrage sensiblement comme décrit à propos du mode de mise en oeuvre de la figure 2. Le mélange gazeux est mis n contact avec un catalyseur d'oxydation dans une enceinte 131. Les températures à l'entrée dans le catalyseur et à la sortie du catalyseur sont détterminés par des thermocouples 132 et 133, respectivement. Les gaz de combustion passent par la canalisation 135 à la turbine motrice 138 qui est propulsée par les gaz et fournit de l'énergie a l'arbre de sortie 140. Les gaz d'echappement sortent de la turbine par la canalisation 124 comme décrit ci-dessus. Les autres modes de mise en oeuvre de l'invention repré- sentés sur les figures 4, 5 et 6 sont similaires à celui de la figure 2 et les mêmes références désignent des éléments similaires. Dans le système représenté sur la figure 4, le mélange combustible-air sort du compresseur 12 par la canalisation 25 et passe à la chambre de combustion 30 contenant une zone de catalyseur 34 et une zone de combustion thermique 37 qui a un plus grand volume que la zone 34. Le mélange combustible-air passe à travers la chambre de combustion et son catalyseur sans chute notable de pression. Des thermocouples 32 et 33 sont placés à l'entrée du catalyseur 34 et à l'extrémité de sortie de la zone 34 du catalyseur, respectivement, pour enregistrer les températures à ces endroits. Le démarrage peut être sensiblement le même que celui décrit pour le système représenté sur la figure 2, après que le catalyseur 34 a été amené à la température opératoire, l'allumeur 36 est rendu inactif et la combustion continue dans la zone catalytique 34. Le catalyseur 34 peut avoir des dimensions telles qu'il produise la combustion de seulement une portion assez faible du combustible. Ensuite, la majeure partie du combustible est brûlée par combustion thermique dans la zone de combustion 37. En variante, la majeure partie de la combustion se produit dans la zone catalytique. Le catalyseur 34 peut, par exemple, avoir un parcours ou une longueur du courant de gaz de 19 mm tandis que la longueur de l'espace de combustion 34 est de 10 cm. Dans le système représenté sur la figure 5, le mélange d'air et de combustible sort du compresseur 12 par la canalisation 25 et passe à la chambre -de combustion 30 contenant deux catalyseurs espacés 40 et 42 et une zone de combustion libre intermédiaire 41. Le mélange combustible-air passe à travers la chambre de combustion et son catalyseur sans chute importante de pression. Des thermocouples 46 et 47 sont placés à l'entrée du catalyseur 40 et à l'extrémité de sortie du catalyseur 42, respectivement, pour enregistrer les températures à ces endroits. le démarrage et la combustion ont lieu comme décrit ci-dessus, mais avec la particularité supplémentaire que l'effluent de la zone de combustion 41 est brûlé encore par le catalyseur 42. Le gaz sortant par la canalisation 44 peut être utilisé comme source de chaleur indirecte pour les gaz introduits dans la chambre de combustion. Selon la variante représentée sur la figure 6, le catalyseur 42 est disposé en aval de la turbine 14 pour brûler encore l'effluent de la turbine. L'effluent résultant est passé ensuite à la turbine 51 qui fournit de l'énergie à l'arbre 52 et est ensuite libéré par la canalisation 53. Dans ce système, la turbine 14 est utilisé comme turbine dite libre et l'effluent de la zone de combustion 41 est déchargé dans la turbine 14. le gaz sortant par la canalisation 53 peut être utilisé comme source de chaleur indirecte pour les gaz introduits dans la chambre de combustion 30. On a effectué les essais suivants pour illustrer le procédé consistant à brûler de manière sensiblement complète des combustibles carbonés par contact avec un catalyseur de maniere à obtenir un effluent contenant de très petites quantités d'hydro- carbures, d'oxyde de carbone t d'oxydes d'azote Dans un essai le catalyseur était du type en nid d'abeilles comportant des passages pour gaz non obstrués, comme décrit dans le brevet E.U.A. N 3 565 830. Le catalyseur avait 2,54 cm de longueur et 6,35 cm de diamètre et était composé d'un support forme de cordiérite portant un mince revêtement d'alumine active contenant 1 % en poids de palladium (par rapport au catalyseur} à à l'état cataly- tique. Ce catalyseur était monté dans un récipient tel que représenté dans le brevet L.U.A. N 3 441 381. Du propane comme combustible et de l'air étaient introduits séparément dans un conduit de 6,35 cm de diamètre conduisant au catalyseur.Afin de chauffer le catalyseur, le propane était brûlé avec une flamme à une distance du catalyseur telle que la flamme ne le touche pas directement et les gaz résultants étaient passés à travers le catalyseur jusqu'à ce qu'il atteigne une température de 53800 environ. On augmentait alors le débit de l'air et la flamme était ainsi éteinte. La température du gaz juste avant l'entrée dans le catalyseur tombait alors à 93 C environ et la combustion continuait dans la zone du catalyseur dans des conditions de combustion sensiblement sans flamme. Durant cet essai, on a mesuré que la quantité de propane passée au catalyseur était de 255 litres (TPN) par heure. On mesurait bien la quantité d'air entrant par la canalisation d'alimentation en air, mais de l'air supplémentaire était aspiré dans le tube d'alimentation à extrémité ouverte, de sorte que le rapport réel de l'air au combustible n'était pas mesuré avec précision, mais était suffisant pour que le volume d'oxygène libre dans le mélange combustible-air soit au moins 1,5 fois environ celui nécessaire pour une combustion complète du combustible.On prélevait des échantillons des gaz effluents de ces opérations et un échantillon prélevé quand le lit de catalyseur se trouvait à une température indiquée de 12300C environ contenait d'après l'analyse 2 parties par million d'oxydes d'azote et moins de 2 parties par million d'oxyde de carbone, et il y avait une combustion sensiblement complète des constituants hydrocarbures du gaz. Avec les gaz air et propane à la température ambiante a leur entrée, ut mélange de 31 parties en poids d'air par partie en poids de propane a une température de flamme auiabatique de 1r C envi ron.L'air arrivant au catalyseur durant cette triode contenait d'après l'analyse 3 parties par million d'oxydes d'azote et oins de 2 parties par million d'oxyde de carbone, et ainsi durant la combustion il nty avait pas de production détectée d'oxydes d'azote et les gaz effluents avaient une très basse teneur en oxyde de carbone.La vitesse de libération de chaleur dans ce fonctionnement de brûleur était d'environ 70 millions de kilocalories par heure-et par mètre cube de catalyseur et était au moins plusieurs fois supérieure à la vitesse limitée par le transfert de masse.Ce mélange combustible-air aurait pu être introduit dans ce système catalytique à un débit au moinsVplu- sieurs fois supérieur à celui utilisé dans l'essai avec obtention des résultats avantageux de l'invention. Dans un type similaire d'essai, on a brûlé un mélange intime de vapeurs de naphta de distillation directe et d'air par passage sur des sphères de catalyseur de 3,2 mm de diamètre contenant du chromite de cuivre déposé sur une alumine activée. Le catalyseur était dans un lit de 7,6 cm de longueur et de 3,5 cm de diamètre. Dans cet essai, on a recueilli les gaz effluents quand la température du gaz immédiatement. en aval du catalyseur était de 13210C environ et ainsi le catalyseur était à une température un peu plus élevée. Le gaz effluent contenait 4,5 % en volume de CO On a effectué l'essai suivant en utilisant une chambre de combustion telle que représentée sur la figure 5 pour illustrer une combustion sensiblement complète des combustibles carbonés. Ainsi, le combustible est partiellement brûlé dans la zone de combustion catalytique 40. ensuite, l'effluent partiellement brûlé est brûlé thermiquement dans l'espace de combustion libre 41 et ensuite les gaz sont passés à travers le catalyseur 42 pour combustion des impuretés ou combustibles restants, s'il y en a encore, dans les gaz de manière à donner un gaz effluent contenant des quantités minimales d'hydrocarbures, d'oxyde de carbone et d'oxydes d'azote. Dans cet essai, les catalyseurs étaient du type en nid d'abeilles comportant des passaoees pour gaz non obstrués, comme décrit dans le brevet E.U.A.N 3 565 830 et maintenu solidement et espacés l'un de l'autre à l'intérieur d'un conduit en acier. Les catalyseurs étaient composés d'un support formé de cordier te de 3,5 CE de diamètre et comportant un mince revêtement d'alunine active contenant X,35 % de platine (par rapport au catalyseur à une forme catalytique. Le catalyseur initial 40 avait 1,9 cm de longueur (parcours du gaz) et le catalyseur aval 42 avait 5,1 cm de longueur. Un espace d'oxydation thermique 41 de 5,1 cm était prévu entre les catalyseurs dans la direction de passage du gaz. Cn a fait arriver de l'air préchauffé par une extrC-'4té ouverte du conduit menant au catalyseur gaz 40 jusqu'á ce que le catalyseur atteigne une température de 597 à ô3C0C environ. On a ajouté ensuite de l'essence au courant d'air préchauffé et la combustion sans flamme du mélange combustible-air a été tablie dans le catalyseur initial. Les gaz résultants étaient passés à travers les deux catalyseurs et l'espace intermédiaire. Durant les essais, la température maximale des gaz, comme indiqué par la couleur des parois du réacteur, était obtenue dans la zone de 5,1 cm entre les deux zones de catalyseur. On a recueilli les gaz effluents à un moment où la température de flamme adiabatique était de 139300 environ. Le gaz effluent contenait d'après l'analyse 7 ppm d'oxydes d'azote, 20 ppm dioxyde de carbone et 0,6 ppm d'hydrocarbures. Par calcul, ces résultats indiauent qu'un excès important d'oxygène par rapport au combustible arrivait à l'entrée de la zone de combustion durant cet essai. On a effectué encore d'autres essais illustrant le procédé selon l'invention, dans lesquels le combustible tait brûlé de manière sensiblement complète et on obtenait un effluent avec de faibles émissions. Le système de combustion comprenait une source d'air préchauffé sous pression. Une partie de l'air était amenée par un tuyau à la zone de combustion et le reste était utilisé pour refroidir et diluer l'effluent de combustion. De l'essence exempte de plomb utilisée comme combustible était atomisée dans l'air passant à la zone de combustion G contre-courant par rapport à la circulation de l'air pour assurer un mélange intime. Dans la première série d'essais, le catalyseur était du type monolithique en nid d'abeilles ayant un diamètre nominal de i5,25 cm et était disposé dans une enceinte métallique sous -la forme de deux blocs séparés comportant chacun des canaux parallèles de 5,7 cm de longueur les traversant complètement. Il y avait un petit espace d'environ 6 mm entre ces blocs. Les deux blocs de catalyseur avaient environ 15,5 canaux de passage par centimètre carré de section, les parois des canaux ayant une épaisseur de 0,25 mm. Les catalyseurs avaient des compositions identiques et étaient composés d'un support en nid d'abeilles de zircon-mullite qui portait un revêtement d'alumine contenant du palladium, de l'oxyde de chrome et de l'oxyde de cérium. Le catalyseur pour ces essais peut être préparé typiquement en mettant en bouillie 2400 grammes de poudre d'alumine activée, en particules de moins de 0,42 mm, dans un mélangeur avec une solution préparée en dissolvant 2526 grammes de Cr(N03)3.9H,0 et 1382 grammes de Ce (NO3 )3 61120 dans 890 cm3 de H20 le mélange a été séché à 100C pendant deux jours. Les matières solides séchées ont été broyées et tamisées à moins de 0,42 mm et ensuite la poudre a été calcinée pendant 4 heures à 100000. On a introduit 3200 grammes de la poudre dans un broyeur à boulets de 12,9 litres en même temps que 3200 cm3 de H20 et 145,4 grammes de nitrate de palladium.On a fait fonctionner le broyeur pendant 17 heures à 54 tpm. La bouillie résultante avait 3 une masse volumique de 1,63 g/cm , un pH de 4,20 et une viscosité de 12 centipoises. On a dilué 1625 grammes de la bouillie ainsi obtenue avec 1180 cm3 d'une solution à 1 % d'acide nitrique. Le nid d'abeilles de zircon-mullite a été plongé dans la bouillie diluée et y a été maintenu pendant une minute, puis enlevé de la bouillie et exposé à un soufflage d'air pour enlèvement de la bouillie en excès. Le nid d'abeilles revêtu a été séché pendant 16 heures à 1100C et ensuite calciné pendant 2 heures à 500 C. Le nid d'abeilles a été refroidi et présentait 11,0 % en poids de bouillie fixée ou de revêtement. le catalyseur amont ou initial dans l'enceinte avait un revêtement catalytique qui constituait 13,9 % du poids du catalyseur. Ce revêtement etait constitué C en poids d'alumine, de #4% en poids de #l2O3 poids de CrO2, par rapport au total de les constituants. Le catalyseur contenait au 0,23 % en poids palladium (quantité calculée) disposé dans d revêtement. Le catalyseur suivant avait une revêtement similaire d'alumine, d'oxyde de cérium et d'oxyde de chrome constituant 11,0% du poids du catalyseur. Le catalyseur contenait aussi 0,18 % en poids de palladium (quantité calculée) disposé dans le revêtement. a a pris des mesures pour mettre on contact avec le catalyseur le combustible mélange avec une partie du courant d'air total. La partie du courant d'air total non mélangée avec le combustible était ajoutée à l'effluent de combustion immédiatement après sa sortie de la zone catalytique. Cet air secondaire ou de dilution refroidissait l'effluent de combustion et on a prélevé pour analyse des échantillons du mélange.Des thermocouples étaient placés près de l'entrée du catalyseur initial et la position de prélèvement d'échantillons pnur détecter les températures à ces endroits Les catalyseurs ont été portés à la température de réaction par contact avec de l'air préchauffé et contact ensuite avec le mélange combustible-air, ce qui provoquait la combustion et faisait monter encore la température du catalyseur. Deux périodes opératoires et les résultats obtenus en utilisant ce système selon la présente invention sont rapportés dans le Tableau I ci-dessous (Essais A et B, respectivement). On a utilisé le même système de réaction et les mêmes modes opératoires dans des essaisde combustion supplémentaires utilisant des blocs différents de catalyseur qui étaient disposés dans la zone de combustion de manière à laisser un espace de réaction thermique entre les blocs. Les catalyseurs avaient des supports en nid d'abeilles de zircon-mullite et le catalyseur initial avait environ 93 canaux d'écoulement parallèles par centimètre carré de section tandis que le second catalyseur avait environ 15,5 canaux par centimètre carré. La longueur des passages pour gaz du premier catalyseur était de 5,1 cm et celle du second catalyseur était de 2,5 cm. L'espace litre entre les catalyseurs était de 4 ,6 cm dan- la direction de passade du gaz. Les catalyseurs avaient nominalement 15,25 cm de dia- mètre et étaient préparés comme décrit ci-dessus pour les catalyseurs utilisés dans les essais A et B. Les deux catalyseurs contenaient un revêtement constitué de 70 % en poids d'alumine, de 16 % en poids de CeO2 et de 14 % en poids de Cr20 > , par rapport à ces constituants. Le revêtement pour le catalyseur initial constit-uait 13,5 % du poids de ce catalyseur, avec 0,z6 h en poids de palladium disposé dans le revêtement, et le revêtement pour le second catalyseur constituait 15,5 % du poids de ce catalyseur et il y avait 0,26 % en poids de palladium disposé dans le revêtement.Deux périodes opératoires et les résultats obtenus en utilisant ce système selon la présente invention sont rapportés dans le Tableau I- ci-dessous (Essais C et D, respectivement). TABLEAU I Résultats de combustion Essai A B C D Conditions de réaction Débit du combustible, kg/h 28,1 56,25 32,7 51,7 Débit total d'air, kg/s 0,345 0,635 0,54 0,82 Quantité d'air mélangée avec le combustible, kg/s 0,28 0,5 0,32 0,5 Quantité d'air de dilution, kg/s 0,07 0,14 0,23 0,32 Pression du courant d'air, atm 1,9 2,9 3,0 4,3 Vitesse nominale de l'air arrivant à l'entrée du catalyseur, m/s 12,2 15,2 10,7 10,7 Température du mélange combustible-air, C 368 418 471 435 Température du catalyseur, C (estimée par pyrométrie de rayonnement) 1226 1354 1332 1316 Température de l'effluent de combus tion dilué, C 927-1149 982-1204 982-1149 1038-1149 Analyse de l'effluent de combustion dilué, parties par million en volume NOx 0,2 - 0,7 CO 85 43 13 2 Hydrocarbures (en prenant comme base le propane) 6 4 3,5 7 Les résultats du Tableau I illustrent l'efficacité du procédé selon l'invention pour l'obtention d'une combustion sensiblement complète de quantités relativement grandes de combustible pour une quantité donnée de catalyseur. On n'observe aucun retour de flamme dans ces essais. Les effluents de combustion ont des teneurs extrêmement faibles en matières considérées comme tant des agents de pollution indésirables, y compris les oxydes d'azote. En plus de l'utilisation du procédé selon la présente invention pour fournir de l'énergie à des turbines à gaz, le système de combustion peut être utilisé, par exemple, comme source de chaleur dans des chaudières à vapeur dans lesquelles la chaleur des gaz d'échappement est utilisée pour produire de la vapeur d'eau comme dans des chaudières à tubes d'eau, des réchauffeurs d'air, des réchauffeurs à eau chaude et des fours industriels. Le procédé selon l'invention peut être utilisé aussi pour brûler partiellement des combustibles carbonés à diverses fins, par exemple afin de préchauffer le mélange pour réaction ultérieure dans une synthèse chimique. - - Un procédé pour ombustia-~ thermique entretenue catalytiquement d'un combustible carboné, selon lequel (a) on forme un mélange intime de combustible et avait (b on met en contact au moins une partie du mélange combustibe--r avec un catalyseur d'oxydation solide rt (c) on fais brûler ainsi au moins une partie d mélange combustible-air dans des conditions sensiblement adiabatiques pour former un effluent d'une grande énergie thermique; cette combustion était caracterisce en ce que le mélange combustible-air a une température de flamme adiabatique telle que lors du contact avec ae catalyseur la température opératoire du catalyseur soit sensiblement au-dessus de la température d'auto-inflammation instantanée du mélange combustible-air, mais au-dessous d'une température qui entraînerait une formation importante quelconque d'oxydes d'azote. 2 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape suppRémentaire consistant à brûler thermiquement la portion combustible restante du combustible. 3 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à brûler thermiquement un effluent partiellement brûlé résultant de (c). 4 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie du mélange combustible-air résultant de (a) est encore mélangée avec l'effluent de combustion résultant de (c) et que le mélange résultant est brûlé thermiquement. 5 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à ajouter de l'air à l'ef- fluent, cet air ayant une température inférieure à celle de l'ef- fluent, de manière à refroidir l'effluent. 6 - Un procédé selon ia revendication A, caractérisé en ce qu'on utilise l'effluent de combustion pour produire de la puissance. 7 - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le combustible dans le mélange passé à (b) est présent dans une quantité correspondant en pouvoir calorifique à au moins environ 4800 kg de propane par heure et par m' de catalyseur. 8 - Un procédé selon ia revendication 7, caractérlse en ce que le mélange a une température de flamme adiabatique comprise entre 9c7 et 1760 C environ. 9 - Un procédé selon la revendication 8, caractérise en ce que la température de flamme adiabatique est comprise entre 1093 et 15OC environ. 1C - Un procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le combustible est du type hydrocarbure. il - Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange contient au moins 1,5 fois la quantité stoechiométrique d'oxygène basée sur une combustion complète du com bustible. 12 - Un procédé selon la revendication 1C, caractérisé en ce que le mélange contient au moins 1,5 fois environ la quantité stoechiométrique d'oxygène basée sur une combustion complète du combustible. 13 - Un procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le temps de séjour du mélange subissant la combustion est inférieur à 0,05 seconde environ. 14 - Un procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange a une température de flamme adiabatique comprise entre 9z7 et 1760 C environ. 15 - Un procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le combustible est du type hydrocarbure. 16 - Un procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le combustible dans le mélange passé à (b) est présent dans une quantité correspondant en-pouvoir calo-rifique à au moins environ 480C kg de propane par heure et par m3 de catalyseur. 17 - Un procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le mélange contient au moins 1,5 fois environ la quantité stoechiométrique d'oxygène basée sur une combustion complète du combustible. 18 - Un procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce cue l'effluent de combustion est utilisé pour produire de la puissance. 19 - Un procédé pour la combustion sensiblement adiabatique d'un mélange intime comprenant un combustible carboné et de l'air, ce combustible quand il est brûlé avec une quantité stoechiométrique d'air ayant une température de flamme adiabatique d'au moins 1816 C environ, selon lequel on brûl de ma#i sensiblement adiabatique au moins une partie du mélange dans une zone catalytique par contact avec un catalyseur d'oxydation so- lide ayant une température comprise entre 927 et 1650 C environ, ce mélange ayant une température de flamme adiabatique comprise entre 927 et 16500C environ dans les conditions exisant à l'e---- tree du catalyseur, le volume -'oxygène libre par rapport au com bustible introduit dans le système de combustion tant au mo;ns 1,5 fois environ la quantité stoechimétrique nécessaire pour la combustion complète du combustible et le mélange étant dans e domaine inflammable ou du côte pauvre en combustible à l'extérieur du domaine inflammable et ayant une vitesse de gaz avant l'entrée ou à l'entrée dans le catalyseur supérieure à la vitesse maximale de propagation de la flamme. 20 - Un procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le combustible est passé à la zone catalytique dans une quantité correspondant en pouvoir calorifique à au moins environ 4800 kg de propane par heure et par m3 de catalyseur. il - Un procédé selon la revendication t, caractérisé en ce que le combustible est du type hydrocarbure. 22 - Un procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'effluent du catalyseur est dans un état partiellement brûlé et est ensuite brûlé thermiquement à une température comprise entre 927 et 16500G environ sans formation d'une quantité importante d'oxydes d'azote. 23 - Un procédé selon la revendication Lc, caractérisé en ce que la quantité de catalyseur dans la zone catalytique est inférieure à la moitié environ de la quantité de catalyseur nécessaire pour brûler de manière sensiblement complète le combustible en anhydride carbonique et en eau. 24 - Un procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que le combustible est du type hydrocarbure. 25 - Un procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'on utilise l'effluent de combustion pour produire de la puissance. 6 - Un procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le temps de séjour - mélange subissant a combustion est inférieur á 0,05 seconde environ. i7 - Un procédé pour faire fonctionner une turbine à gaz par la combustion thermique entretenue catalytiquement d'un combustible carboné, selon lequel (a) on forme un mélange intime de combustible et d'air, (b) on met en contact au moins une partie du mélange combustible-air avec un catalyseur d'oxydation solide et (c) on fait ainsi brûler au moins une partie du combustible dans des conditions sensiblement adiabatiques pour former un effluent d'une grande énergie thermique, cette combustion étant caractérisée en ce que le mélange combustible-air a une température de flamme adiabatique telle cue lors du contact avec le catalyseur la température opératoire du catalyseur soit sensiblement au-dessus de la température d'auto-inflammation ins tantané-e du mélange combustible-air, mais au-dessous d'une température qui entraînerait une formation importante quelconque d'oxydes d'azote et (d) on fait passepl'effluent de la zone de combustion à travers une turbine à gaz pour faire tourner la turbine. c8 - Un procédé selon la revendication r7, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape supplémentaire consistant à brûler thermiquement lå portion combustibie restante du combustible et à faire passer l'effluent résultant à (d). 29 - Un procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à brûler thermiquement un effluent partiellement brûlé de (c) et à faire passer l'effluent résultant à (d). - - Un procédé selon la revendication c7, caractérisé en ce qu'au moins une partie du mélange combustible-air résultant de (a) est encore mélangée avec l'effluent de combustion résultant de (c), que le mélange résultant est brûlé thermiquement et qu'on fait passer l'effluent résultant à (d). 31 - Un procédé selon la revendication 27, caractérisé en ce que le combustible est du type hydrocarbure. 32 - Un procédé selon la revendication r7, caractérisé en ce quee mélange contient au moins 1,5 fois environ la quantité stoechiométrique d'oxygène basée sur une combustion complète du combustible. 33 - Un procédé selon la revendication 32, caractérisé en ce que le combustible dans le mélange passé à (a) est présent dans une quantité correspondant en pouvoir calorifique à au moins 4800 kg environ de propane par heure et par m3 de catalyseur. 34 - un procédé pour faire fonctionner une turbine á gaz par la combustion sensiblement adiabatique d'un mélange intime comprenant un combustible carboné et de l'air, ce combustible quand il est brûlé avec une quantité stoechométrique d'air ayant une température de falmme adiabatique d'au moins 1816 C environ, selon lequel on brûle de maniére sensiblement adiabatique au moins une partie du mélange dans une zone d l'oxydation catalytique par contact avec un catalyseur d'oxydation solide ayant une température comprise entre 927 et 1650 C environ, ce mélange ayant une température de flamme adiabatique comprise entre 927 et 1650 C environ dans les conditions existant á l'entrée du catalyseur, le volume d'oxygène libre par .rapport au combustible introduit dans le système de combustion étant au moins 1,5 fois environ la quantité stoechiométrique nécessaire pour combustion complète du combustible et le mélange étant dans le domaine inflammable ou du côté pauvre an combustible a l'ex- térieur du domaine inflammable et ayant une vitesse de az avant l'entrée ou à l'entrée dans le catalyseur supérieure à la vitesse maximale de propagation de flamme, et on fait passer les gaz effluents de cette combustion à travers une turbine à gaz pour faire tourner la turbine. 35 - Un procédé selon la revendication 34, caractérisé en ce que le combustible est passé à la zone d'oxydation catalytique dans une quantité correspondant en pouvoir calorifique à au moins environ 4800 kg de propane par heure et par m3 de catalyseur. 36 - Un procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que l'effluent du catalyseur se trouve dans un tat partiellement brûlé et est ensuite brûlé therriquenent à une température comprise entre 927 et 1650 c environ sans formation d'une quantité importante d'oxydes d'azote. 37 - Un procédé selon la revendication 36, caractérisé en ce que le combustible est du type hydrocarbure. 38 - Un procédé selon la revendication 37, caractérisé en ce que la quantité ae chaleur dans la zone catalytique est inférieure à la moitié environ de la quantité de catalyseur nécessaire pour brûler de maniere sensiblement complète le combustion e en anhydride carbonique et en eau 39 - Un procédé selon la revendication j8, caractérisé en ce que le rapport en poids de l'air au combustible dans le mélange est supérieur à 90:1 environ. 40 - Un procédé selon la revendication 35, caractérisé en ce que le combustibl e est du type hydrocarbure. 41 - Un procédé selon la revendication 40, caractérisé en ce que le rapport en poids de l'air au combustible dans le r.-élange est supérieur à 3C:1 environ. 4d - Un procédé pour la combustion thermique entretenue catalytiquement d'un combustible carboné, selon lequel (a) on forme un mélange intime de combustible et d'air, ce mélange contenant au moins 1,5 fois environ la quantité stoechiométrique d'oxygène basée sur une combustion complète du combustible, (b) on met en contact au moins une partie du mélange combustible- air avec un catalyseur d'oxydation solide (c) on brûle ainsi au moins une partie du combustible dans des conditions sensiblement adiabatiques, le temps de séjour du mélange subissant la combustion étant inférieur à 0,05 seconde environ et la quantité de catalyseur étant inférieure à la moitié environ de la quantité nécessaire pour brûler de manière sensiblement complète le combustible en anhydride carbonique et en eau et (d) on brûle thermiquement la portion partiellement brûlée de (b), de manière à former un effluent d'une grande énergie thermique; cette combustion étant caractérisée en ce que le mélange combustible-air a une température de flamme adiabatique telle que lors du contact avec le catalyseur, la température opératoire de ce catalyseur soit sensiblement au-dessus de la température d'auto-inflammation instantanée du mélange combustible-air, mais au-dessous d'une température qui entraînerait une formation importante quelconque d'oxydes d'azote.