BE566487A - - Google Patents

Description

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   La présente invention se rapporte à un procédé destiné à effectuer des réactions de combustion de gaz contenant de l'oxy- gène et plus particulièrement à des combinaisons particulières de combustibles et de catalyseur comportant de faibles températures d'inflammation ou allumage de combustibles particuliers en mé- lange avec des gaz contenant de l'oxygène. 



   Deux types généraux d'applications sont particulièrement importants dans les réactions de combustion catalytique 'selon l'invention. Dans le premier cas la réaction catalytique du com- bustible et de l'oxygène est effectuée à l'aide d'une quantité de combustible égale ou supérieure à la quantité stoechiométrique 

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 relativement à la teneur en oxygène. Un exemple type est un   procédé   dans lequel on désire éliminer la totalité de l'oxygène d'un courant gazeux et dans ce cas un léger excès de combustible est nécessaire. En particulier, dans le cas d'un courant contenant en volume 3,5 % d'oxygène et 96,5 % d'azote, il serait nécessaire d'utiliser au moins 1% en volume d'éthane par exemple.

   Dans les applications industrielles, les réactions de cette catégorie peu- vent avoir pour objet de produire de la chaleur aussi bien que d'éliminer de l'oxygène. 



   Dans le second cas la réaction catalytique du combusti- ble avec l'oxygène est effectuée en présence d'une quantité stoechiométriquement moindre de combustible et un exemple de ce type de procédé est l'élimination d'hydrocarbures indésirables des courants   d'air.   Dans le cas particulier de la production de l'air liquide il est nécessaire d'éliminer de petites quanti- tés d'acétylène du courant d'air pour éviter la condensation d'acétylène solide dans les portions froides de l'installation, ce qui comporte des risques d'explosion. 



   Une autre différence entre les deux types de procédé est que dans un cas le but est la purification des courants gazeux en en éliminant l'oxygène et dans l'autre la purification des courants gazeux des hydrocarbures qu'ils contiennent. 



   Le catalyseur qui peut être utilisé dans la combinaison selon l'invention peut être le palladium, le platine, le rhodium ou le ruthénium métallique, ou un mélange de ceux-ci en vue d'un traitement particulier de courants gazeux individuels. Le catalyseur peut être sur un support approprié comme l'alumine, y compris l'alumine activée, la silice, le gel de silice, la terre de diatomées et autres supports similaires de catalyseurs. 



   Pour obtenir la conversion optimum le métal catalysant doit figurer pour une proportion de 0,1 à 2% environ ou plus en poids du métal catalysant et son support et le catalyseur peut être sous forme de comprimés, de granules ou de poudre et 

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 comprendre   '.le   préférence de l'alumine activée. Le catalyseur sur support peut être préparé d'une manière quelconque appropriée, par exemnle par traitement du véhicule ou support au moyen d'une solution d'un composé métallique approprié puis réduction du composé métallique en métal. 



   Les combustiblesavec lesquels certains catalyseurs se sont montrés efficaces dans la combustion à de faibles   tempé-   ratures d'inflammation sont l'éthane, le propane, l'éthylène,   l'acéthylène   et le benzène et ces combustibles peuvent contenir de la vapeur d'eau jusqu'à 5 volumes pour cent ou plus. Aux concentrations en vapeur d'eau supérieures à environ   2% en   volume il peut y avoir dans certains cas une légère augmentation de la température nécessaire à l'inflammation. 



   La vitesse spatiale peut être de l'ordre d'environ 10. 000 à 200.000 volumes (mesurés dans les conditions normales) de gaz par volume de catalyseur et par heure, et une vitesse spatiale de l'ordre d'environ 50. 000 à 200.000 présente une im- portance industrielle. La pression peut être de l'ordre de la pression atmosphérique à 35 kg/cin2 environ au manomètre ou plus et le procédé peut être effectué en deux stades   si 'on   le veut, avec   refroidissement   intermédiaire entre les stades. 



   La présente invention se rapporte à l'usage de   combi-   naisons particulières de combustible et de catalyseur. Elle tire parti de la découverte qu'il n'existe pas de combustible connu qui soit le meilleur en soi non plus que de catalyseur qui soit le meilleur en soi, et que   c'est   seulement la combinaison d'un combustible particulier avec un métal catalysant particulier, chacun d'eux choisi en considération de l'autre et de préférence également en vue du résultat de la réaction recherché, qui peut garantir la plus grande efficacité dans la réaction de combustion des gaz contenant de l'oxygène. Une des caractéristiques indi- quant l'efficacité élevée est que la réaction   com:nence   à   tempe- '   rature relativement basse.

   En effet des températures réactionnel- les trop élevées tendent à détériorer rapidement les métaux pré- cieux catalysants, ce qui nuit à l'économie du procédé. 

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   L'exemple particulier suivant illustre la présente invention. 



    EXEMPLE .-    
On fait une série d'opérations pour étudier l'effica- cité de divers catalyseurs particuliers avec des combustibles particuliers, le procédé consistant à faire passer un mélange d'un hydrocarbure combustible et un mélange d'oxygène et d'azote sur le catalyseur à évaluer. Au cours de la période de passage du gaz la température du catalyseur augmente progressivement et ' pour chaque catalyseur on détermine la température à laquelle il commence à amorcer la combustion. Ce point d'inflammation atteint, la chaleur dégagée par la réaction de combustion élève la tempé- rature du gaz et la température finale est le résultat de la cha- leur de combustion, de la capacité thermique des produits gazeux après combustion et des pertes de chaleur dans le système réac- tionnel.

   Pour ce qui concerne l'invention seule la température d'inflammation est intéressante et cette température peut être également dite température d'allumage. 



   Le tableau I qui suit énumère les températures d'inflam- mation de diverses combinaisons d'hydrocarbures, de gaz contenant de l'oxygène et de catalyseurs et ces températures d'inflammation sont dans une certaine mesure fonction du système réactionnel utilisé en ce sens que, si les débits des gaz sont relativement lents, il se produit des pertes considérables de chaleur qu'on n'observe pas dans le cas des grands débits. D'une manière générale les températures observées dans les cas des grands débits dans des conditions essentiellement adiabatiques sont inférieures à celles indiquées dans le tableau. Toutefois cet effet ne modifie pas l'échelle relative d'activité du catalyseur montrée dans le tableau. 



   Dans le tableau   1 ci-dessous   on a donné pour chaque hydro carbure deux séries de températures d'inflammation, A étant la 

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 température d'inflammation d'un mélange contenant 3% d'oxygène en volume et une proportion stoechiométriquement équivalente d'hydrocarbure, le reste étant de l'azote, et B la température   d'inflammation   d'un mélange d'air et d'hydrocarbure équivalent à   3%   en volume   d'oxygène.   La condition A est une condition dans laquelle l'oxygène et l'hydrocarbure sont en équilibre exact,

   c'est-à-dire que l'atmosphère entourant le catalyseur   es@   neutre pour ce qui concerne l'oxydation alors que la condition B se rap- porte à un mélange gazeux dans lequel l'oxygène est présent à une concentration égale à sept fois cella   d   l'hydrocarbure. Cette , distinction est d'une importance considérable dans les différentes applications de l'invention au traitement de courants particuliers de gaz.. 



   Voici les résultats obtenus. 

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    TABLEAU I Température d'inflammation des mélanges d'hydrocarbures, d'oxygène et d'azote en présence de divers catalyseurs. 



  Débit total: 283 litres par heure sous 1 atmosphère en présence de 2,5 g de catalyseur T  C. = température minimum exigée pour entretenir la réaction. 



  Support du catalyseur = comprimés d'alumine activée de 3,1 mm   
 EMI6.1 
 Catalyseur G2--I?"GY' Ic 3"8 c 2"4 C2H2 c 6"6 
 EMI6.2 
 
<tb> Température <SEP> d'in- <SEP> Température <SEP> d'inflammation <SEP> de <SEP> mé- <SEP> flammation <SEP> de <SEP> mélange <SEP> contenant <SEP> lange <SEP> d'air <SEP> et
<tb> 3% <SEP> de <SEP> O2, <SEP> équiva- <SEP> d'hydrocarbure
<tb> lentstoechiomé- <SEP> équivalent <SEP> à <SEP> 3%
<tb> 
 
 EMI6.3 
 lent stoechiome - d'oxygène. B A B B A B trique d'hydrocar- d-loxygène. 
 EMI6.4 
 
<tb> bure, <SEP> le <SEP> reste <SEP> étant
<tb> de <SEP> l'azote.
<tb> 
 
 EMI6.5 
 



  0,5% Pt/Al203 410 C 510 C 290 C 4100C 1600C 400e 325 C 145 C 200-0 100 C 
 EMI6.6 
 
<tb> 0,5% <SEP> Pd/Al2O3 <SEP> 405 <SEP> 380 <SEP> 365 <SEP> 404 <SEP> 150 <SEP> 230 <SEP> 270 <SEP> 180 <SEP> 140 <SEP> 210
<tb> 0,5% <SEP> Ru/Al2O3 <SEP> 450 <SEP> 420 <SEP> 368 <SEP> 405 <SEP> 225 <SEP> 240 <SEP> 160 <SEP> 150 <SEP> 270 <SEP> 335
<tb> 0,5% <SEP> Rh/Al2O3 <SEP> 410 <SEP> 420 <SEP> 375 <SEP> 410 <SEP> 300 <SEP> 312 <SEP> 120 <SEP> 40 <SEP> 275 <SEP> 320
<tb> 0,5% <SEP> Ir <SEP> 490 <SEP> 630
<tb> 0,5% <SEP> Ag/Al2O3 <SEP> 500
<tb> 
 

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Ce tableau montre que, si le combustible utilisé est l'éthane, le catalyseur le meilleur est un catalyseur à 0,5% de palladium sur alumine, le rhodium et le platine étant très effica- ces dans cette application. 



   En atmosphère riche en oxygène, le palladium est éga- lement le plus efficace pour amorcer la combustion. 
 EMI7.1 
 



  Pour l'inflattiuiation du propane, le catalyseur au platine donne la température d'inflammation la plus basse observée dans le mélange neutre d'hydrocarbure et d'oxygène alors que le palladium et le ruthénium sont à peu près équivalents pour le mélange riche en oxygène. 



   Pour l'inflammation de l'éthylène le palladium est le meilleur dans la condition A et le platine dans la condition B. 



   Pour l'acétylène le catalyseur au rhodium donne la plus basse température d'inflammation en atmosphère neutre ainsi    qu'en atmosphère oxydante ; ce dernier cas la réaction démarre   à 40 C. 



   Pour ce qui concerne le benzène, le palladium est le meilleur dans la condition A et le platine le meilleur dans la condition B. 



   Les résultats sont résumés ci-dessous. 
 EMI7.2 
 
<tb> 



  Hydrocarbures <SEP> Catalyseur <SEP> préféré
<tb> 
<tb> Pour <SEP> les <SEP> gaz <SEP> dans <SEP> lesquels <SEP> Pour <SEP> les <SEP> gaz <SEP> dans
<tb> l'hydrocarbure <SEP> et <SEP> l'oxygène <SEP> lesquels <SEP> l'oxygène
<tb> sont <SEP> équivalents, <SEP> c.à.d. <SEP> est <SEP> en <SEP> excès, <SEP> c.à.d.
<tb> atmosphère <SEP> neutre <SEP> ou <SEP> réduc- <SEP> atmosphère <SEP> oxydante
<tb> trice
<tb> 
 
 EMI7.3 
 CzH6 0, 5%Pd/ alumine. 0, 5> Pd 
 EMI7.4 
 
<tb> C3H8 <SEP> 0,5% <SEP> Pt <SEP> Pd, <SEP> Pt, <SEP> Rh, <SEP> Ru
<tb> 
<tb> C2H4 <SEP> Pd, <SEP> Pt <SEP> Pt
<tb> C2H2 <SEP> Rh, <SEP> Ru <SEP> Rh
<tb> 
<tb> C6H6 <SEP> Pd <SEP> Pt
<tb> 
 
Les modes de mise en oeuvre décrits sont bien entendu susceptibles de variantes sans qu'on s:écarte pour autant du cadre 

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 et de l'esprit de l'invention.

Claims (1)

1. RESUME ----------- 1 ) Procédé de mise en oeuvre de réactions de combustion de gaz contenant de l'oxygène comprenant la mise en contact d'un mélange du gaz et d'un combustible tel que l'éthane, le propane, l'éthylène, l'acétylène et le benzène avec un catalyseur particu- lier tel que du palladium, du platine, du rhodium et du ruthénium à une température propre à la réaction.

   '2 ) Modes de mise en oeuvre du procédé ci-dessus, carac- térisés par les points suivants considérés séparément ou en com- bihaisons : @ a) la réaction de combustion est effectuée au moyen d'éthane en atmosphère réductrice en présence de catalyseur au palladium; b) la réaction est effectuée en atmosphère oxydante au moyen d'éthane en présence de catalyseur au palladium; c) la réaction est effectuée au moyen de propane en atmosphère réductrice en présence d'un catalyseur au platine; d) la réaction est effectuée au moyen de propane en atmosphère oxydante en présence d'un catalyseur au palladium, au platine, au rhodium ou au ruthénium; e) la,réaction est effectuée au moyen d'éthylène en atmosphère réductrice en présence d'un catalyseur au platine ou au palladium ;

   f) la réaction est effectuée en atmosphère oxydante au moyen d'éthylène en présence d'un catalyseur au platine; g) la réaction est effectuée au moyen d'acétylène en atmosphère réductrice en présence d'un catalyseur au rhodium ou au ruthénium; h) la réaction est effectuée au moyen d'acétylène en atmosphère oxydante au moyen d'un catalyseur au rhodium; @ i) la @réaction est effectuée au moyen de benzène en atmosphère réductrice en présence d'un catalyseur au palladium; <Desc/Clms Page number 9> 1) la réaction est effectuée en atmosphère oxydante au moyen de benzène en présence d'un catalyseur au platine.