Brevet FR2304029A1 — publié le 19761008

La présente invention concerne un four réacteur à chambre de combustion utile à la fabrication du noir de carbone. Dans un procédé connu de fabrication de noir de carbone, on obtient ce produit par pyrolyse d'un hydrocarbure liquide ou gazeux que l'on porte à température convenable, ctest-à-dire à température de craquage, en l'exposant à l'action de gaz de combustion. On réalise ce procédé en introduisant dans un four un combustible, hydrocarbure liquide ou gazeux et un comburant, pour produire les gaz de combustion requis, et un deuxième hydrocarbure, ou hydrocarbure de craquage, destiné à se dissocier, sous l'action de la chaleur, en carbone, sous forme de noir de carbone, et en hydrogène. Les fours de fabrication de noir de carbone employés à ce jour comportent généralement une enveloppe réfractaire, en forme de cylindre, à une extrémité de laquelle se trouve un brûleur alimenté en hydrocarbure de chauffage et agent comburant, ainsi qu'une entrée pour 1 t introduction de l'hydrocarbure de craquage. Les produits résultant de la combustion et de la pyrolyse sont soumis, dans l'autre extrémité du four, à un refroidissement par pulvérisation d'eau, et en sortent sous forme d'effluent charge de noir de carbone. Dans ces appareils connus, les deux hydrocarbures, tant celui destiné à brûler que celui que l'on cherche à dissocier, ont ten dance à se combiner avec l'agent comburant, généralement de l'air et, du fait que l'on conduit la réaction avec manque d'air, par rapport à l'hydrocarbure total, on risque d'avoir la réaction de combustion du carbone 1) C + 1/2 02 + 2N2 = CO + 2N2 + 29,4 Kcal au lieu de la combustion complète suivant la réaction 2) c + 02 + 4N2= CO2 + 4N2 + 97ars Kcal. On accomplit donc imparfaitement le but recherché, qui est de brûler l'un des hydrocarbures aussi complètement que possible, et de dissocier l'autre. On a proposé divers palliatifs à cet inconvénient, dont l'un consistant à séparer au maximum dans l'espace les points d'introduction des deux hydrocarbures, le premier hydrocarbure étant admis avec le comburant à l'extrémité du cylindre, tandis que le second hydrocarbure y est introduit en un point situé à un tiers environ de sa longueur vers l'aval, à partir du brûleur. Ceci exige soit une canne d'injection longue, qui pénètre dans le four par sa paroi terminale amont, et se prolonge dans l'axe de celui-ci sur la longueur requise, soit une canne qui pénètre dans le four par sa paroi latérale, à la distance requise de la paroi amont, et qui se coude à son extrémité intérieure, pour diriger le Jet d'hydrocarbure à dissocier suivant l'axe de la chambre de four. Ces deux dispositions créent des difficultés. La canne longue, plongée dans un courant de gaz à haute température, 1450 "C environ, subit une perte de résistance mécanique, et se trouve en outre soumise à des vibrations gênantes du fait de son grand porteà-faux et de l'hydrocarbure qu'elle expulse à son extrémité non tenue. La canne latérale coudée n'est pas satisfaisante elle non plus, car le fluide qu'elle est destinée à injecter consiste, en fait, en un mélange d'hydrocarbure liquide et de gaz de pulvérisation. Ce mélange tend à se comprimer dans le coude, et à se séparer en ses deux éléments par effet centrifuge, ce qui nuit à son homogénéité et peut créer des incidents de pulvérisation. Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose une disposition selon laquelle un four réacteur à chambre de combustion, utile à la fabrication de noir de carbone, par réaction entre un hydrocarbure de craquage et des gaz de combustion, comporte au moins deux chambres adaptees à être parcourues en série par les gaz de combustion et dont les axes de parcours forment un angle entre eux, une entrée, ménagée à travers la paroi latérale de la chambre amont, étant adaptée à introduire dans le four ledit hydrocarbure de craquage et à le propulser dans la chambre aval, suivant le sens de parcours des gaz de combustion dans celle-ci. On dispose ainsi d'au moins une chambre amont, dans laquelle on introduit un combustible et un comburant, et que l'on peut convenablement dimensionner pour y effectuer la combustion pratiquement complète de ce combustible avec, de préférence, épuisement pratiquement complet du comburant, et d'au moins une chambre aval dans laquelle l'hydrocarbure à dissocier n' est exposé qu a des gaz complètement brûlés, ces chambres amont et aval constituant, respectivement, une chambre de combustion proprement dite, suivie d'une chambre de réaction, celle-ci faisant un coude avec celle-là, pour pouvoir être alimentée en hydrocarbure de craquage au moyen d'une canne courte et droite. L'angle formé par les deux chambres peut avoir toute valeur convenable et eAtre compris, par exemple, entre 60 et 120 . Selon un mode de réalisation commode, une chambre de réaction est desservie par deux chambres de combustion, l'ensemble présentant une formation en étoile ou en T. Avantageusement, les axes des diverses chambres se trouvent dans un même plan, de préférence horizontal. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront, par ailleurs, de la description que l'on va en donner ci-après, portant sur-des modes de réalisation choisis à titre d'exemple et représentés sur les dessins annexés dont la figure 1 montre en coupe horizontale un four de fabrication de noir de carbone réalisé suivant l'invention ; les figures 2 et 3 en représentent des variantes, dans des vues schématiques en plan. Les éléments identiques ou équivalents portent les mêmes numéros d'indice sur toute les figures. Sur la figure 1, une enveloppe 1, en matériau refractaire à blindage extérieur en tale d'acier, est composée de deux parties 2 et 3 situées d'équerre l'une par rapport à l'autre, de manière à -délimiter un espace intérieur qui consiste en deux chambres A et B, communiquant 'l'une avec l'autre suivant un parcours en coude. A son extrémité opposée au coude, la chambre A est fermée par une paroi 4, dans laquelle est monté un brûleur, représenté schématiquement par un bottard 5, muni d'une amenée d'air 6, et une admission 7 d'hydrocarbure liquide ou gazeux. La paroi latérale 8 de la chambre A est traversée par une canne 9 d'injection d'hydrocarbure de craquage. La canne 9 est orientée de manière à diriger cet hydrocarbure, sous forme de jet pulvérisé, dans l'axe de la chambre B. A son extrémité B opposée au coude entre les deux chambres, la chambre 8 comporte un étranglement 10, à travers lequel les gaz sortant du four sont repris par divers appareils, non représentés, en particulier échangeurs de chaleur, cyclones assurant le dépôt de noir de carbone véhiculé par ces gaz, appareils de traitement ou d'utilisation des gaz de queue restants. Un peu en amont de l'étranglement 10, la paroi latérale 11 de la chambre B est traversée par une canne 12 d'injection 2, destinée à arroser les effluents du four avant leur sortie. Du côté de la paroi terminale amont 4 du four, l'enveloppe 2 est composée en partie de plusieurs tronçons séparables 13, de dimensions axiales égales ou différentes, que l'on peut assembler en nombre voulu pour donner à la chambre A la longueur axiale souhai tée. Un regard 14 est monté dans la paroi 11, au droit du coude entre les deux chambres A et B. En fonctionnement, le mélange de combustible et de comburant introduit à travers la paroi amont 4 dans la chambre A, poursuit sa combustion le long de cette chambre, celle-ci étant dimensionnée de telle sorte que la combustion soit pratiquement achevée quand les gaz résultants arrivent au point d'introduction 15 d'hydrocarbure de craquage. I1 suffit donc d'une canne, rectiligne et relativement courte, d'apport d'hydrocarbure de craquage, pour éviter d'injecter celui-ci dans des gaz en cours de combustion. Le long de la chambre B, les gaz de combustion provenant de la chambre A réagissent avec l'hydrocarbure introduit par la canne 9 > pour dissocier celui-ci en hydrogène et noir de carbone, et le mélange résultant est refroidi par la canne d'arrosage 12 avant de sortir du four. Selon un mode d'utilisation particulièrement avantageux du four que l'on vient de décrire, le combustible à brûler et le comburant sont introduits dans la chambre A en proportion sensiblement stoechiométriquess la quantité d'oxygène fourni n'étant, de préférence, supérieure de plus dé 2O%à la quantité théorique requise pour assurer la combustion complète du mélange, et on ajoute à celui-ci un gaz neutre, ne contenant que peu ou pas d'éléments combustibles ou comburants, et peu ou pas dthumidité, ce gaz neutre ayant une température nettement inférieure à celle des gaz de combustion, par exemple 200 OC, ce qui permet de régler sélectivement, et avec précision, la température de réaction ou de pyrolyse. Le four objet de l'invention peut servir à la fabrication de noir de carbone du type noir de four (ou "furnace"' en terminalo gie anglaise) par exemple de qualités SRF, FEF, HAF > ISAF, SAF, aussi bien qu'à la production de noir dit noir thermique. Selon la variante schématiquement illustrée par la figure 2, le four suivant l'invention a deux chambres de combustion A, des servant une unique chambre de réaction B, l'ensemble présentant, en plan, une forme en T. Le mode de réalisation de la figure 3 a, lui aussi,-deux chambres de combustion A, débouchant sur une seule chambre de réaction B, les trois chambres étant disposées en étoile.De même que pour l'appareil de la figure 1, ces deux variantes permettent d'in jecter 1 hydrocarbure de craquage au moyen d'une canne droite et courte, en un point du four où les gaz à brûler ont pratiquement achevé leur combustion. Bien entendu, les dispositions décrites et représentées pourront donner lieu à d'autres variantes et modifications sans sortir, pour autant, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Four réacteur à chambre de combustion, utile à la fabrication de noir de carbone, par réaction entre un hydrocarbure de craquage et des gaz de combustion, caractérisé par le fait de comporter au moins deux chambres, adaptées à être parcourues en série par les gaz de combustion et dont les axes de parcours forment un angle entre eux, avec une entrée ménagée à travers la paroi latérale du four et adaptée à y introduire ledit hydrocarbure de craquage dans le sens de parcours des gaz de combustion dans la chambre aval. 2. Four suivant la revendication 1, caractérisé par une canne droite d'injection d'hydrocarbure de craquage alignée dans l'axe de la chambre aval. 3. Four suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par un dispositif d'introduction de combustible et de comburant dans la ou chaque chambre amont, à ltextrémité de cette chambre opposée au coude de parcours des gaz de combustion. 4. Four suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une chambre amont est composée, au moins en partie, de tronçons d'enveloppe pouvant être mutuellement assemblés bout à bout, en nombre quelconque, pour l'ajuster à longueur voulue. 5. Four suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la, ou chaque chambre amont, a la longueur requise pour permettre aux gaz de combustion qui la parcourent de terminer pratiquement leur combustion avant d'atteindre le point dtinjection dthydrocarbure de craquage, les chambres amont et aval du four étant pratiquement réservées, respectivement, à une combustion et à une réaction de gaz de combustion sur ledit hydrocarbure. 6. Four suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par plusieurs chambres amont desservant une même chambre aval et présentant avec elle, par exemple, une formation en étoile ou en T. 7. Four suivant une quelconque des revendications précédentes, comportant une admission de gaz neutre dans la, ou chaque chambre amont. 8. Four suivant une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les axes de parcours d'une chambre amont et d'une chambre aval font entre eux un angle compris entre 60 et 1200 environ.