Brevet FR2501713A1 — publié le 19820917

" COMBUSTIBLE TERNAIRE A TENEUR SENSIBLEMENT CONSTANT 250 17 1 3 LES PHASES LIQUIDE ET VAPEUR "l DBZ Invention de Maurice BRUNI et Georges DAPBOZ. Au nom de la Société dite: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE. La présente invention concerne un combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène dans les phases liquide et vapeur. Il est d'usage, depuis plus d'un demi-siècle, d'utiliser l'acétylène dans ce domaine technique. Cependant, la nature de l'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. Dans ces conditions, 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 à 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'oxycoupage. D'autre part, on sait que l'addition d'acétylène, dans un gaz com- bustible peut conférer a 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, à un mélange inapte a 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 crée 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. 2 5 0 1 7 1 3 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 liquides cryogéniques et dont la phase gazeuse et la phase liquide ont une teneur sensiblement constante en acétylène. Cesmélanges gazeux combustibles obtenus par évaporation na- turelle 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 rapport aux mélanges binaires éthylène-acétylène. Avec les mélanges connus éthylène-acétylène on assiste à l'évaporation préférentielle du composé éthy- lénique et en conséquence à l'enrichissement de la phase liquide en acétylène. Les mélanges ternaires proposés qui ne présentent pas d'enrichissement en acétylène en phase liquide répondent mieux aux critères de sécurité. On a obtenu des mélanges de deux hydrocar- bures et d'acétylène qui, par évaporation naturelle, resti- tuent un gaz înt la teneur en acétylène varie très faible- ment, 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 stabilisé la phase gazeuse en particu- lier en début de vidange. Cette combinaison augmente, en outre, la stabilité du mélange acétylène qui, restant en phase gazeuse pratiquement à composition constante en acétylène, voit sa teneur en phase liquide décroître régulièrement. 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 carbone, le dit hydrocarbure faisant partie du groupe constitué par le propane, le cyclopropane et le propylène et le choix se portant de préférence sur l'hydrocarbure insaturé. Selon l'invention, le combustible ternaire à teneur sensiblement constante en acétylène dans les phases liquide et vapeur constitué par de l'acétylène, de l'éthy- lène et un hydrocarbure contenant trois atomes de carbone dans sa molécule, contient 15 à 25 % en volume d'acétylène, à 17 % en volume d'hydrocarbure en C3 et le complément à par l'éthylène. Le rapport molaire éthylène/hydrocarbu- re en C est de préférence compris entre 6 et 12. 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 la figure 1. Les teneurs en acétylène, éthylène et propylène sont portées en pourcentages en volume. Les propriétés de constance en acétylène des compositions sont sensiblement conservées dans le quadrilatère ABCD et plus particulière- ment dans le quadrilatère FGHI limitant les rapport C2H4/ C3H6 entre 6 et 12. Le domaine d'utilisation préféré correspond à un mélange contenant environ 20 % en volume d'acétylène, environ 10 % en volume de propylène et environ 70 % en volume d'éthylène, représenté par le point E dans le qua- drilatère ABCD. Sur la figure 1, les points E'" et E" correspondent respectivement aux compositions des phases liquide E"' et gazeuse E" du mélange E à 70 % de vidange la ligne EE" représente l'évolution de la phase liquide E, la ligne E'E" celle de la phase gazeuse E; le point con- jugué Et correspond à la composition de la phase gazeuse en équilibre avec E. Les mélanges ternaires combustibles pré- sentent une très grande souplesse de stockage, ils peuvent notamment être conservés dans des récipients cryogéniques, à température comprise entre 800 et - 600 C et sous pression de 3 à 6 bars. -2501713 -4 Ces mélanges combustibles dont la phase gazeuse et la phase liquide ont une teneur sensiblement constante en acétylène, sont distribuables sous forme liqui- de avec les équipements classiques des liquides cryogéniques, en évitant l'emploi des métaux dont la réactivité avec l'a- cétylène est bien connue. De plus, ces dits mélanges couvrent un très grand nombre d'applications dans les traitements thermiques à la flamme. Ils conviennent particulièrement dans les applications d'assemblage, d'usinage et de trai- tement thermique à la flamme. Les mélanges ternaires com- bustibles sont également aptes à la pulvérisation métallique à la flamme et à la désagrégation des composés minéraux ou des ciments. A titre non limitatif, on donne quelques exemples illustrant l'invention. Exemple 1 Courbe d'évaporation d'un mélange type 1 dont la composition en volume de la phase liquide initiale est acétylène 2095 % propylène 10,5 % éthylène 69 % La variation de la composition des phases gazeuse et liquide lors d'une vidange par évaporation natu- relie du récipient cryogénique est représentée sur les fi- gures 2 et 3 jointes en annexe. Les courbes représentées correspondent à une pression de 6 bars absolus régnant dans le récipient. Les pourcentages en volume des hydrocarbures au moment initial sont portés en ordonnées (% C) et les pourcentages de vidange (% V) sont portées en abscisses. La courbe 1 correspond à l'éthylène, la courbe 2 à l'acéty- lène et la courbe 3 au propylène-. La figure 2 correspond à la composition de la phase liquide lors de la vidange et la figure 3 corres- pond à la variation de la composition de la phase gazeuse lors de la même vidange. Exemple 2 Température de flamme. On a réalisé les mélanges 2 et 3 dont les compositions en volume des phases liquides initiales sont: Mélange 2 Mélange 3 acétylène 22 % 20 éthylène 61 % 70 propylène 17 % 10 et procédé à des comparaisons avec l'éthylène et le mélange à 20 % d'acétylène et 80 % d'éthylène, connu sous la marque commerciale "Crylène". La figure 4 montre l'évolution des températures de flamme en fonction de la richesse (R) portée en abscisses, le maximum est observé pour des richesses voisines de 1,3; les températures en degrés centigrades (T C) étant portées sur l'axe des ordonnées. On constate que les mélanges 2 et 3 pré- sentent des températures voisines du "Crylène", les mélanges de l'invention forment un groupe proche du "Crylène". La flamme la plus chaude est obtenue avec le mélange 3 à 10 % de propylène, (courbe 3), à une tem- pérature légèrement supérieure à celle du mélange 2, (courbe 2), et un peu inférieure à celle du "Crylène", (courbe 4), et très supérieure à celle de l'éthylène, (courbe 1). Exemple 3 Chaleur de combustion On exprime la chaleur de combustion des mélanges 2 et 3, de l'éthylène et du "Crylène" à 15 C en Joule par m3 (J/m3) de mélange oxy-combustible. Ces chaleurs pour les quatre combustibles sont portées en ordonnées et la richesse (R) en abscisses, sur la figure 5 du dessin annexé. On observe que les mélanges 2 (courbe 2) et 3 (courbe 3) sont plus performants que le "Crylène" (courbe 4) et que l'éthylène (courbe 1). On obtient le classement suivant 2> 3:> "Crylène" éthylène. REVENDICATIONS 1. Combustible ternaire à teneur sensible- ment constante en acétylène dans les phases liquide et va- peur, constitué par un mélange d'ate'tyIène, éthylène et hydrocarbure contenant trois atomes de carbone dans sa molécule, caractérisé en ce que le dit mélange contient 15 à 25 % en volume d'acétylène, 5 à 17 % en volume d'hydro- carbure en C3 et le complément à 100 par de l'éthylène. 2. Combustible ternaire selon la reven- dication 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 reven- dication 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure en C3 est le propylène. 4. Combustible ternaire selon une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le rapport molaire éthylène/hydrocarbure en C3 est compris entre 6 et 12. 5. Combustible ternaire selon une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange est constitué par environ 20 % en volume d'acéty- lène, environ 10 % en volume de propylène et environ 70 % en volume d'éthylène. 6. Combustible ternaire selon une quelcon- que des revendications 1 à 5, caractérisé en. ce qu'il est distribué sous forme liquide avec les équipements classiques des liquides cryogéniques. 7. Combustible ternaire selon une quelcon- que des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est stocké sous forme cryogénique à température comprise entre - 80 C et - 600 C sous une pression de 3 à 6 bars. 8. Application du combustible ternaire selon une quelconque des revendications 1 à 7, dans les techniques d'assemblage, d'usinage, de traitement thermique à la flamme, de la pulvérisation métallique à la flamme et de la désagrégation des composés minéraux ou des ciments.