Brevet FR2319078A1 — publié le 19770218

La présente invention concerne un procédé d'emmagasinage d'un gaz combustible pour chalumeaux et brûleurs, utilisable notamment pour le soudage, le coupage, le soudobrasage et le brasage. Il est d'usage, depuis plus d'un demi-siècle, d'utiliser l'acétylène dans ce domaine technique. Cependant, la nature de 11 acétylène fait qu'il est très dangereux de le conserver comprimé à l'état naturel, et couramment on le stocke après l'avoir comprimé et dissous dans un solvant, tel l'acétone, dans un matériau poreux. Les masses poreuses garnissant les bouteilles d'acétylène ont pour but de stabiliser la solution d'acétylène contenue dans ces récipients. Cette stabilisation est principalement obtenue en ce qui concerne la phase liquide. On a récemment proposé un gaz combustible pour le soudage et le coupage obtenu par dissolution sous haute pression d'un mélange de trois composants gazeux consistant en 60 à 85 % d'acétylène, 5 à 30 % d'éthylène et 5 à 20 % de propylène dans de l'acétone imprégnée dans une masse poreuse. De même, on a décrit un gaz combustible obtenu par dissolution d'un mélange consistant en 60 à 80 % d'acétylène et 40 à 20 % d'éthylène dans de l'acétone imprégnée dans une masse poreuse sous haute pression. On a aussi préconisé un mélange obtenu par dissolution de 65 à 90 % d'acétylène et 35 à 10 % de propylène sous haute pression dans un solvant, tel l'acétone, le toluène, le xylène et leurs mélanges, imprégné dans une masse poreuse. Cependant, tous ces procédés présentent les inconvénients du stockage et du soutirage des gaz combustibles en présence de solvant. D'autre part, on a envisagé l'emploi de mélanges d'acétylène et d'éthylène, évitant les risques d'explosion et permettant d'obtenir une température de combustion suffisamment élevée pour réaliser des opérations de soudage et d'oxycoupage. Ces compositions combustibles liquides contenant de l'acétylène à raison de 40 à 90 moles % sont conservées ou transportées à une température de - 400C. Ce procédé de conservation et de transport,uniquement à l'étant cryogénique, entratne un coût onéreux de conditionnement et d'utilisation dA aux basses températures utilisées et limite la durée de conservation. Il a été trouvé,selon la présente invention, un procédé d'emmagasinage d'un mélange acétylène-éthylène qui pallie les différents inconvénients de remplissage, conservation, distribution et utilisation. Le nouveau procédé de conditionnement est un procédé économique, facile et rapide. Ce procédé est réalisé par simple compression sans apport extérieur de frigories. Il est d'une technique aisée car il ne fait pas appel au phénomène de dissolution dans un solvant de stabilisation et en conséquence le temps de remplissage est réduit,et les opérations de pesée des bouteilles, de vérification de la quantité restante de gaz dans les bouteilles et de surveillance de la quantité de solvant sont seule supprimées;îune classique mesure de la pression étant suffisante. Le nouveau procédé d'emmagasinage du mélange acétylène-éthylène permet une conservation indéfinie et un transport et une distribution dans les conditions traditionnelles. La nouvelle technique d'emmagasinage permet une utilisation sans précautions particulières sous tous les climats, aussi bien en pays froids qu'en pays chauds. Les opérations de soudage et de coupage peuvent être réalisées à des débits élevés et même très élevés, sans limitation, étant donné qutil n'existe aucun risque d'entraSnement de solvant de stabilisation. Le mélange conditionné suivant l'invention est stable sous pression et permet de conduire des opérations sous pression sans aucune décomposition, par exemple lors de la distribution dans les canalisations sous pression ou de l'alimentation sous pression de certains chalumeaux spéciaux. Les conditions spéciales d'emmagasinage du mélange combustible et le choix des proportions de ses constituants permet,à tout momeit du soutirage,l'obtention d'une composition pratiquement constante du gaz soutiré, quelle que soit la température. Ceci est db au choix particulièrement judicieux et critique-de la composition du mélange, associée aux conditions d'emmagasinage et à celles non évidentes du moyen de stabilisation. Selon la présente invention, on emmagasine dans une masse poreuse sous forme comprimée un mélange combustible consistant en 15 à 25 moles % d'acétylène et 85 à 75 moles % d'éthylène, sous une pression comprise entre 15 et 80 bars et à une température comprise entre - 30 et + 350C. Quand la température est inférieure à environ + ?OOC, le mélange est partiellement liquéfié et la proportion de la fraction liquide par rapport à la fraction gazeuse est fonction de la température de stocka ge. Les mélanges constitués par environ 20 moles ffi d'acétylène et environ 80 moles % d'éthylène sont particulièrement avantageux. Il a été découvert de manière tout à fait inattendue que le stockage du mélange combustible acétylène-éthylene dans les proportions choisies, dans des conditions de pression et de température dans es des mites proches du point pseudo-critique (environ 45 bars et environ 50C) et de l'azéotropie dans une masse poreuse en absence de tout solvant répond parfaitement à toutes les exigences de stabilité et de sécurité. Selon l'invention, le mélange combustible est emmagasiné dans un récipient ou bouteille métallique en tolerie résistant à la pression, garni d'une matière poreuse d'un type couramment utilisé, comme les masses silicocalcaires monolithiques, les masses pulvérulentes de poudre de charbon de bois et de terre d'infusoires et autres ingrédients, les masses poreuses à base de ciment à l'oxychlorure de zinc enrobant du charbon poreux et les masses à base de scories d'alumine. La capacité de la bouteille n'est pas limitée, elle peut être comprise, par exemple, entre 1 litre et 160 litres. La composition du mélange combustible donne toutes les garanties de sécurité. L'acétylène explose sous une pression absolue de 1,4 bar, mais lorsqutil est associé à l'éthylène dans les proportions ehoisieM la pression limite supérieure d'explosion est bien plus élevée. Par exemple, un mélange gazeux de 25 moles 9' d'acétylène et de 75 moles % d'éthylène présente une pression limite avant explosion de 15 bars et un mélange gazeux de 20 moles % d'acétylène et de 80 moles % d'éthylène présente une pression limite supérieure à 30 bars. Le mélange combustible présente une très bonne aptitude au soudage, soudobrasage et au brasage. Des essais comparatifs effectués à titre d'exemples non limitatifs entre l'acétylène et un mélange à environ 20 moles % d'acétylène et 80 moles % d'éthylène montrent que les soudures sont dans les deux cas de qualité équivalente. On obtient les mêmes résultats métallurgiques qu'avec l'acétylène, avec un réglage de flamme facile, et un rapport de consommation pratique : consommation oxygène de chauffe sur consommation combustible en volume, compris entre 1,7 à 1,8. Ces appréciations sont également valables pour le soudobrasage et le brasage. Des essais comparatifs d'oxycoupage effectués à titre d'exemples non limitatifs entre l'acétylène et le même mélange combustible que précédemment à 20 moles % d'acétylène et 80 moles fi en volume-d'éthy- lène mettent en évidence la très bonne aptitude du mélange, dans ce domaine technique. On a procédé aux essais avec une pression d'oxygne de coupe de 3 bars, avec une distance normale entre la tete de coupage et la tôle, d'épaisseur 10 millimètres.Les essais 1 et 3 correspondent à l'acétylène et les essais 2 et 4 à acétylène 20/éthylène 80 moles Ccl. Dans chaque essai, on a mesuré les pressions du combustible, et de l'oxygène de chauffe P exprimées en bar, ainsi que les débits du combustible et de l'oxygène de chauffe Q exprimées en litres par heure, a désigne le rapport de consommation en volume (consommation oxygène de chauffe/consommation combustible). Les vitesses de coupe sont exprimées en mètres/heure sur 10 à 15 minutes et le temps d'amorçage en secondes. Vitesse Temps Essai Combustible O2 chauffe a coupe d'amorçage 1 P = 0,5 bar P = 1,5 bar 47 m/h 1,2 a 20 s : : Q = 300 l/h : Q = 350 l/h : : 90 m/h 2 P = 0,5 bar P = 1,5 bar 47 m/h 1,8 a 20 s : : Q Q = 229 l/h : Q = 425 l/h : : 90 m/h : 3 : P = 0,3 bar: P = 1,5 bar : 1,1 1 : 46 m/h : s : : Q Q = 420 l/h : Q = 480 l/h : : : 4 : P = 0,3 bar: P = 1,5 bar : 1,8 : 46 m/h : s : Q Q = 340 l/h : Q - 600 1/h : : On constate que les temps d'amorçage sont corrects et les vitesses d'oxycoupage identiques, avec ltobtention de belles surfaces de coupe, seul le rapport de consommation du mélange est un peu supérieur à celui de l'acétylène. De même, à titre comparatif, il est indiqué quelques caractéristiques des flammes de chalumeau avec l'acétylène et le mélange à 21 moles % d'acétylène et 79 moles % d'éthylène. Les températures de flamme e en C sont calculées, le rap- port de consommation est désigné par a comme précédemment, et les richesses R des combustibles utilisés pour les mesures sont données par la revue "Souder" n 118, septembre 1973, page 24. Les débits de soufflage "S" en litreSheure ont été mesurés, et ce terme désigne le plus faible des débits pour lequel la flamme tient sur le chalumeau immobile mais ne tient pas si le chalumeau bouge. Les vitesses de soufflage "V" en mètre/seconde sont calculées d'après les dimensions des buses et les débits en considé- rant que les écoulements sont laminaires.Les transferts thermiques T en millithermie par heure sont mesurés à 2 millimètres en aval Cn dard et pour un débit gazeux total égal aux 9/10 du débit de souffl@ge@ débit mesur@e à 2 % près en valeur relative. Cette mesure se fait sur une paroi à 1.100 C à l'aide d'un fluxmètre thermique. Les dimensions des buses des chalumeaux sont données en millimètres. Combustible : R : a : # C : Buse : S : V : T mm 1/h m/s m Th/h. 0,6 196 192,5 120 Acétylène 2,27 1,1 3 109 0,82 372 195 149 1,04 473 154 148 0,6 116 113 103 Mélange 1,33 2,18 2 962 0,82 110 57 57 1,04 278 90 136 1,18 493 125 167 1,4 820 147 191 1,6 1155 159 191 1,6 1155 : 159 191 Mélange 1,65 65 1,75 2 929 : 0,6 : 118 115 85 0,82 80 42 27 1,04 284 92 119 1,18 480 : 122 : 152 1,4 813 146 163 1,6 1184 163 163 REVENDICATIONS 1. Procédé d'emmagasinage d'un mélange combustible pour chalumeaux et bradeurs, utilisable notamment pour le soudage, le coupage, le soudobrasage et le brasage, constitué par 15 à 25 moles % d'acétylène et 85 à 75 moles % d'éthylène, caractérisé en ce qu'on emmagasine ledit mélange dans une masse poreuse sous forme comprimée sous une pression comprise entre 15 et 80 bars et à une température entre -30 et + 350 C. 2. Procédé d'ammagasinage selon la revendication 1, caractéri sé en ce que quand la température est inférieure à + 1 OC environ, le mélange est partiellement liquéfié et la proportion de la fraction liquide par rapport à la fraction gazeuse est fonction de la température. 3. Procédé d'emmagasinage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange combustible est constitué par environ 20 moles en volume d'acétylène et environ 80 moles % en volume d'éthylène. 4. Procédé d'emmagasinage selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange combustible est emmagasiné dans un récipient ou bouteille métallique en tolerie résistant à la pression garni d'une matière poreuse d'un type couramment utilisé, telle les masses silicocalcaires monolithiques, les masses pulvérulentes de poudre de charbon de bois et de terre d'infusoires et autres ingrédients, les masses poreuses à base de ciment à l'oxychlorure de zinc enrobant du charbon poreux et les masses à base de scories d'alumine.