Brevet FR2560067A1 — publié le 19850830

L'invention concerne un procédé pour initier, voire entretenir une réaction chimique. Elle concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre un tel procédé. Il est bien connu, que pour obtenir une réaction chimique, il faut tout d'abord mettre en présence au moins deux composés, qui, pour réagir ensemble, doivent disposer d'une énergie suffisante. Si leur propre énergie n'est pas suffisante, pour initier la réaction, on fait alors appel à des catalyseurs ou on apporte une énergie électrique, calorique, magnétique, etc.. Par exemple, dans la synthèse industrielle de l'acide chlorydrique, l'énergie d'initiation ainsi appor- tée sur une molécule de chlore donne naissance à un ra- dical chlore qui réagit alors avec l'hydrogène pour for- mer une molécule d'acide chlorydrique et donner simulta- nément naissance à un autre radical hydrogène,qui à son tour, réagit sur une molécule de chlore pour donner en- suite de l'acide chlorydrique et donner naissance à un autre radical chlore. La réaction est la suivante: Cl2 + h9 3. Ci' hv désignant l'énergie extérieure apportée par des photons, Ci' + H2 -- HC1 + H' H + C12 HCl + C1' Cette réaction ayant démarré, et si la température est suffisante, est alors autoentretenue selon le schéma d'une réaction en chaîne. A ce jour, pour initier cette réaction, on fait appel à un organe d'allumage qui apporte l'énergie néces- saire au démarrage. On utilise le plus couramment une torche manuelle que l'on fait pénétrer dans la chambre de mélange. Il s'agit d'une technique artisanale et -2- dangereuse. On utilise également un brûleur auxiliaire, notam- ment au propane, qui, une fois que laaréaction a été initiée, est rétracté. Malheureusement, cette solution pose non seulement des problèmes mécaniques, surtout lorsqu'on est en milieu corrosif, mais également des pro- blèmes d'étanchéité. L'invention pallie ces inconvénients. Elle concerne un procédé pour initier, voire entretenir, de telles réactions, qui est économique, facile à mettre en oeuvre, même en milieu corrosif, et qui peut être utilisé en milieu étanche et éventuellement sous pression. Ce procédé, pour initier, voire entretenir, une réaction chimique, du type dans lequel on met en présence au moins deux composés chimiques réactifs, puis on excite les molécules de l'un au moins desdits composés pour ap- porter l'énergie minimum nécessaire pour initier ou en- tretenir une réaction chimique, se caractérise en ce que l'on projette sur au moins un des composés réactifs un faisceau de photons dont la longueur d'onde est voisine de celle de la bande d'absorption des molécules de ce composé, et en ce que l'on mélange avec ce dernier les autres composés réactifs avant que le composé ainsi ex- cité ne soit désactivé. Les bandes d'absorption des molécules sont bien connues. On trouve facilement ces renseignements dans la littérature, notamment sous forme de spectres d'émission ou d'absorption. Il est donc aisé pour un- technicien de pouvoir déterminer la bande d'absorption optimale de chaque molécule. Dans une forme d'exécution préférée, le faisceau de photons est en rayonnement laser. Le laser est bien connu. Il est donc inutile de le décrire ici en détail. Selon la nature des lasers dont on dispose (laser à gaz: azote, C02, etc.. ., laser pulsé ou continu), on -3- peut choisir un laser approprié pour répondre à une lon- gueur d'onde déterminée. Avantageusement,-en pratique: - la différence entre la longueur d'onde de la bande d'absorption des molécules du composé réactif et la lon- gueur d'onde du faisceau de photons, notamment du fais- ceau laser, est d'au plus 15 %; - le faisceau laser est focalisé; - les composés réactifs sont alimentés avec des débits proches de ceux nécessaires pour obtenir un mé- lange stoechiométrique; - on projette le faisceau de photons, notamment le rayon lasersur un obstacle placé dans la zone de mélan- ge des réactifs. Dans une forme de réalisation, les composés réactifs forment un mélange combustible-comburant, dans lequel le combustible, de type gazeux, liquide ou solide peut être de l'hydrogène ou des hydrocarbures et le comburant également gazeux, liquide ou solide peut être de l'air ou un composé oxydant. Dans une forme de réalisation particulière, ces composés réactifs sont le chlore et l'hydrogène. L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui comporte: - une première arrivée d'un premier composé chimique réactif; - une deuxième arrivée d'un second composé chimique réactif apte à réagir avec le premier au cours d'une réac- tion - une chambre de mélange o débouchent les deux arrivées. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte: - d'une part, un générateur d'un faisceau de photons dont la longueur d'onde est voisine de la-longueur d'onde de la bande d'absorption des molécules de l'un au moins - 4 des composés réactifs; - et d'autre part, un moyen pour diriger ce faisceau sur le ou lesdits composés réactifs dans la chambre de mélange juste en amont de celle-ci. Comme déjà dit, avantageusement, le faisceau de photons est un faisceau laser. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre'in- dicatif et non limitatif, à l'appui des-ffigures annexées. La figure 1 est une représentation de principe d'une partie du spectre d'absorption du chlore avec en abscisse la longueur d'onde en nanomètres et en ordonnée une gran- deur représentative de l'énergie absorbée par la molé- cule. La figure 2 est une représentation sommaire d'un dispositif conforme à l'invention. En se référant à la figure 1, on peut facilement déterminer que la longueur d'onde optimum d'abosrption est voisine de 330 nanomètres. Le dispositif:-selon l'invention montré à la figure 2, comprend essentiellement une première source (1) d'hydrogène, reliée par une tuyauterie (2) à un débit- mètre (3) lui-même relié à une tubulure (4) par o dé- bouche en (5) l'hydrogène dans la chambre (10). Parallèlement, une source --(6) de chlore est reliée par une tubulure (7) à un débitmètre (8), lui-même relié à un orifice (9) débouchant dans la même chambre de mé- lange (10). Cette chambre de mélange (10) est connectée de manière connue à un réacteur (11). Le dispositif peut comprendre également de manière connue des organes de surveillance de flammes (12). Un générateur de rayonnement laser (13) émet un rayonnement laser (14) qui est dirigé dans la chambre de mélange (10) au travers d'un orifice (15) approprié,tel - 5 - qu'un hublot en quartz perméable à ce rayonnement (14). Exemple 1: Un laser pulsé (13) à azote émet un rayon (14) ayant une longueur d'onde de 337 nanomètres et donne une éner- gie par coup d'impulsion de un milli joule. Les débits (3) et (8) sont réglés à 140 litres/heure à pression at- mosphérique. Le rayon laser (13) débouche exactement entre les deux orifices de sortie (5) et (9) des:deux composés hydrogène (1) et chlore (7). Dès que l'on ouvre les débitmètres et que l'on envoie l'impulsion laser (14), on initie la réaction chlore-hydrogène qui se traduit par une flamme auto-entretenue (16) d'environ quatre centimè- tres. Exemple 2: On répète l'exemple précédent en remplaçant le laser à azote (13) par un laser à excimère (exciplexe) dont la longueur d'onde est de 308 nanomètres, émettant une éner- gie de 100 milli joules. Grâce à une lentille à quartz (20), on focalise ce rayon sur la chambre de mélange (10). On obtient une flamme (16) auto-entretenue d'environ trois centimètres. Le procédé et le dispositif selon l'invention pré- sentent de nombreux avantages par rapport aux dispositifs connus à ce jour. On peut citer: - la facilité de construction; - la facilité de mise en oeuvre, même en milieu corrosif- - l'absence de pièces mécaniques, donc d'usure; - la possibilité de réaliser commodément des réac- teurs étanches qui peuvent même fonctionner sous pression dans des conditions de sécurité accrue; - le fait que la conception des réacteurssn'est pas modifiée dans la mesure o l'on peut disposer simplement d'une partie de paroi transparente aux photons. De la sorte, ce dispositif peut être utilisé avec -6- succès dans de nombreuses applications, telles que par exemple, dans les réacteurs chimiques, dans les chambres de combustion, dans les fours à plasma, ainsi-que dans toutes autres applications o l'on utilsie une source d'énergie d'intitiation de réaction ou d'énergie d'entre- tien de réaction. -7- REVENDICATIONS- 1/ Procédé pour initier, voire entretenir, une réaction chimique, du type dans lequel on met en présence au moins deux composés chimiques réactifs, puis on excite les molécules de l'un au moins desdits composés pour apporter l'énergie minimum nécessaire pour initier ou entretenir une réaction chimique, caractérisé en ce que l'on projette sur au moins un des composés réactifs un faisceau de photons dont la longueur d'onde est voisine de la longueur d'onde de la bande d'absorption des molé- cules de ce composé, et en ce que l'on mélange avec ce dernier les autres composés de la réaction avant que le composé ainsi excité ne soit désactivé. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau de photons est un faisceau de rayons laser. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la différence entre la longueur d'onde de la bande d'absorption des molécules du composé réactif et la lon- gueur d'onde des photons est d'au plus 15 %. 4/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le faisceau laser est focalisé. / Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la projection du faisceau de photons s'effectue dans la zone de mélange des composés réactifs. 6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la projection de faisceau de photons s'effectue juste en amont de la zone de mélange. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les composés réactifs forment une. mélange comburant-combustible. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les composés réactifs sont l'hydrogène et le chlore. 9/ Dispositif pour initier, voire entretenir, une - 8 - réaction chimique, qui comporte: - une première arrivée (5) d'un premier composé chimique réactif (1), - une deuxième arrivée (9) d'un second composé réac- tif chimique (6) apte à réagir avec le premier composé réactif (1) au cours d'une réaction, - une chambre de mélange (10) o débouchent.les deux arrivées (5) et (9), caractérisé en ce qu'il comporte: - d'une part, un générateur (13) d'un faisceau de photons (14), dont la longueur d'onde est voisine de.la longueur d'onde de la bande d'absorption des molécules de l'un au moins des composés réactifs (1) et (6); - d'autre part, un moyen (20) pour diriger ce fais- ceau de photons (14) sur le ou lesdits composés réactifs (1,6) dans la chambre de mélange (10) ou juste en amont de celle-ci. / Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (13) est un générateur de fais- ceau laser (14).