Brevet FR2501712A1 — publié le 19820917

"COMBUSTIBLE CRYOGENIQUE TERNAIRE STABLE A DENSITE A L'ETAT GAZEUX INFERIEURE A L'AIR ". 2501712 Invention de Maurice BRUNI et Georges DUBOZ. oi i:d À L',RLIDOCIET ANONYME POUR L'ETUDE Y E? X$tOl18 É &EDESEOR USI CEÀU E. La présente invention concerne un combustible ter- naire stable % densité A l'état gazeux inférieure à la densité de l'air. Il est d'usage, depuis plus d'un demi-siècle, d'utiliser l'acétylène dans ce domaine technique. Cependant, la nature de l'acétylene fait qu'il est très dangereux de le conserver comprimé x l'etat naturel, et couramment on le stocke après l'avoir comprimé et dissous dans un solvant, tel L'acétone, dans un matériau poreux. Dans ces conditions, 1n par rapport au poids du récipient et de son contenu la quan- tité d'acétylène stockée ou transportée est faible. On a envisagé le transport et l'entreposage de l'acétylène A l'état liquide, néanmoins en raison du risque d'explosion et de la difficulté de manipulation, l'acétylène pur liquéfié n'est pas utilisé. On a proposé l'emploi de mélanges d'acétylène, évitant les risques d'explosion et permettant d'obtenir une température de combustion suffisamment élevée pour réa- liser des opérations de soudage et d'nxvcoupage. D'autre part, on sait que l'addition d'acétylène, dans un gaz com- bustible peut conférer h ce dernier des performances de soudage tendant vers celles de l'acétylène. or, s'il est aisé de réaliser des mélanges gazeux à composition constante, il n'en est pas de même lorsque le mélange provient d'un stockage à l'état liquide o la phase gazeuse est différente, en composition, de la phase liquide. Dans le cas du mélange éthylène-acétylène il se produit un enrichissement en acétylène, alors que dans celui du mélange propylène-acé- tylène il y a appauvrissement en acétylène, ce qui conduit, au bout d'un certain temps, a un mélange inapte à la soudure. On pourrait éviter cette difficulté par le pré- lèvement de la phase liquide du mélange qui reste constante, dans la mesure o le liquide ne se réchauffe pas de trop. Dans l'industrie, en général, le réchauffage, du liquide ne peut pas être évité et l'on est obligé d'éva- cuer l'excédent de pression ce qui cree une modification du mélange. Ce phénomène est très important lorsque l'iso- lation du récipient est mauvaise ou que le récipient cryo- génique est resté trop longtemps stocké. On a recherché depuis plusieurs années des mélanges combustibles à teneur sensiblement constante en acétylène ne nécessitant pas d'équipements spéciaux pour sa distribution en liquide comme ceci est le cas pour les mélanges éthylène-acétylène. Il a été trouvé des mélanges distribuables sous forme liquide avec les équipements classiques des li- quides cryogéniques et dont la phase gazeuse et la phase liquide ont une teneur sensiblement constante en acétylène. Ces mélanges gazeux combustibles obtenus par évaporation naturelle de la phase liquide, sans prélèvement de celle-ci, représentent pour l'utilisateur une économie d'investisse- ment du fait d'une simplification de l'équipement par rap- port aux mélanges binaires éthylène-acétylène. Avec les mélanges connus éthylène-acétylè- ne on assiste à l'évaporation préférentielle du composé éthylénique et en conséquence à l'enrichissement de la phase liquide en acétylène. Les mélanges ternaires proposés qui ne présentent qu'un faible enrichissement en acétylène, répondent mieux aux critèresde sécurité. On a obtenu des mélanges de deux hydrocar- bures et d'acétylène qui, par évaporation naturelle, resti- tuent un gaz dont la teneur en acétylène varie peu, et à fortiori si on utilise un évaporateur froid classique permettant le prélèvement simultané de la phase liquide et gazeuse, en réalisant des mélanges à trois constituants dans lequel un constituant est plus volatil que l'acétylène, tandis que le troisième l'est moins. Ce dernier constituant contribue par effet physique à la stabilisation de la phase liquide en fin de vidange, alors que le plus volatil stabi- lise la phase gazeuse, en particulier en début de vidange. Le constituant plus volatil que l'acétylène est l'éthylène. Le troisième constituant choisi de manière à provoquer la stabilisation de la phase liquide est un hydrocarbure dont la molécule contient trois atomes de car- bone, le dit hydrocarbure faisant partie du groupe constitué par le propane, le cyclopropane et le propylène et le choix 250 1 7 1 2 se portant de préférence sur l'hydrocarbure insaturé. De plus, afin de répondre aux critères particuliers de sécurité requis pour tous les travaux effec- tués dans des locaux et ateliers à atmosphère confinée, situés en dessous du niveau du sol, exigus, parfois diffi- ciles à ventiler, on a recherché des mélanges combustibles pour applications soudage et assemblage, dont la densité à l'état gazeux reste inférieure à celle de l'air. Selon l'invention, le combustible ternaire cryogénique constitué par un mélange d'acétylènes d'éthylè- ne et un hydrocarbure en C dans les proportions suivantes s à 30 % en vaume d'acétylène, 61 à 72 % en volume d'éthy- lène et 3 à 9 % en volume de l'hydrocarbure en C3 est utilisé à l'état gazeux après vaporisation du mélange stocké à l'état liquide. Ce mélange combustible est particulièrement adapté aux opérations de soudage et d'assemblage. La densité à l'état gazeux est toujours inférieure à celle de l'air, m8me quand on effectue un pré- lèvement alterné de la phase gazeuse du réservoir de stoc- kage ou de vaporisation du liquide, celà dans des conditions d'exploitation normales, c'est-à-dire lorsque, au grand maximum, le rapport de la quantité prélevée en phase gazeu- se à celle prélevée par la phase liquide, reste inférieur à 1. La stabilité du mélange combustible est adaptée à l'emploi industriel en grande quantité. Le faible enrichissement en acétylène, lors d'une évaporation lente, autorise la distribution des dits mélanges en vrac ou dans des petits évaporateurs cryogéniques classiques, exempts de cuivre ou d'alliages cuivreux. Le transport et le transvasement sont plus avantageusement réalisés, le produit étant à l'état liquide. On peut envisager le conditionnement de la phase gazeuse à l'état comprimé, sous pression pouvant atteindre 100 bars, dans des récipients remplis de matière poreuse. Les mélanges combustibles de l'invention, quand l'hydrocarbure en C3 est le propylène, sont représen- tés dans le diagramme ternaire joint en annexe sur le figu- re 1. Les teneurs en acétylène, éthylène et propylène sont portées en pourcentages en volume. Les propriétés de densi- té inférieure à l'air en phase gazeuse et de faible enri- chissement en acétylène sont parfaitement conservées dans le quadrilataire A' B' C' D' situé en dessous de la droite FG représentant les mélanges de densité égale à l'air. Le domaine d'utilisation préféré corres- pond à un mélange cryogénique contenant environ 26 % d'acétylène, environ 69 % d'éthylène et environ 5 % de propylène. Il est donné ci-après un exemple illustrant l'invention à titre non limitatif. Exemple Composition initiale E acétylène 26 % éthylène 69 % propylène 5 % La mise en oeuvre de ce mélange dans des évaporateurs classiques, à partir desquels on a la possibi- lité de prélever la phase liquide et la phase gazeuse en fonction de l'augmentation de la pression du réservoir, donne lieu à la modification des compositions suivantes: Dans tous les cas, on constate sur la fi- gure 2 que l'ensemble des points figurant les compositions liquide et gazeuse, sont en dessous de la droite G/F sur le dessin annexé. La ligne pointilléeEE"' figure l'évolution de % Poids phase gazeuse Phase liquide de vidage acétylène éthylène propylène acétylène éthylène propylèn; départ 21,0 77,0 2,0 26,0 69,o 590 % 21,5 76,5 2,0 26,5 68,o 505 % 22,0 75,5 2,5 27,0 67,0 6,0 % 22,5 74,5 3,0 27,5 63,5 9,0 % 24,0 72,5 3,5 29,5 59,5 11,0 250 1 7 12 la phase liquide tandis que la ligne pointillé E'E" cor- respond à celle de la phase gazeuse. Le mélange cryogénique d'origine est représenté par le point E, le point conjugué E' représentant la composition de la phase gazeuse en équilibre avec E; les points E" et E"'représentant respec- tivement les compositions de la phase gazeuse et de la phase liquide à 80 % de vidage. REVENDICATIONS 1. Combustible ternaire cryogénique stable à densité à l'état gazeux inférieure à celle de l'air, cons- titué par un mélange d'acétylène, éthylène et hydrocarbure contenant trois atomes de carbone dans sa molécule, carac- térisé en ce que le dit mélange cryogénique initial contient à 30 % en volume d'acétylène, 61 à 72 % en volume d'éthylène et 3 à 9 % en volume d'hydrocarbure en C. 2. Combustible ternaire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure contenant trois atomes de carbone fait partie du groupe constitué par le propane, le cyclopropane et le propylène. 3. Combustible ternaire selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure en C3 est le propylène. 4. Combustible ternaire selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que le mélange cryogénique initial contient environ 26 % d'acétylène, environ 69 % d'éthylène et environ 5 % de propylène. 5. Combustible ternaire selon une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dit combustible est stocké à l'état liquide réfrigéré et utilisé à l'état gazeux après vaporisation. 6. Combustible ternaire à l'état gazeux de composition selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dit combustible gazeux est conditionné à l'état comprimé sous pression pouvant attein- dre jusqu'à 100 bars dans des récipients remplis de matière poreuse.