Procédé et dispositif pour la production de mélanges gazeux
contenant de l'acétylène et de l'éthylène
La présente invention a pour objet un procédé pour la production de mélanges gazeux contenant de l'acétylène et de l'éthylène, à partir d'un hydrocarhure liquide au sein duquel on fait jaillir entre deux électrodes un arc électrique que l'on interrompt puis rétablit selon une fréquence déerminée en communiquant à l'une au moins des électrodes un mouvement alternatif qui met les électrodes len contact pour l'amorçage de l'arc et les éloigne pour son interruption.
On a déjà proposé divers procédés et dispositifs mettant en oeuvre cette technique. Il a toutefois. été constaté que tous ces procédés et dispositifs conduisent immanquablement à un dépôt de carbone cokéfié sur les électrodes, dépôt dont l'accumulation progressive entraîne très rapidement la mise hors service de l'appareillage. Ce phénomène, qui n'a pu être évité jusqu'à présent, explique pourquoi aucun des procéldés et dispositifs connus n'a pu être industriellement exploité, malgré tous les avantages que présente le cracking des hydrocarbures à l'état liquide.
Après de longues recherches et de nombreux essais préliminaires, il a été trouvé qu'en opérant dans des conditions bien précises, il est possible d'obtenir au sein d'un hydirocarbure liquide tel que du fuel-oil, par exemple, un arc stable et ne nécessitant aucun réglage en cours de fonctionnement, ce qui permet de produire de façon continue un mélange gazeux contenant d'importantes proportions d'acétylène et d'éthylène.
Cette invention repose notamment sur l'obser- vation que, lors de la décomposition de l'hydrocarbure liquide, l'importance du dépôt de carbone sur les électrodes résulte principalement de la températurne à laquelle celles-ci peuvent être portées au cours du fonctionnement.
Il a en outre été constaté que si la cadence d'interruption et de rétablissement de l'arc est suffisamment rapide, la faible Idurée pendant laquelle les électrodes s'échauffent en raison de l'effet
Jouie du courant qui les traverse d'une part, par la transmission de la chaleur de l'arc d'awtre part, et en outre le refroidissement des électrodes par l'hydrocarbure liquide pendant la durée de l'extinction de l'arc, conduit à une température moyenne des électrodes suffisamment modérée, Seules alors,
les extrémités de ces électrodes sont portées à une tempéra- ture très élevée et seulement au moment de l'amor- çage de l'arc et pendant la durée de passage de celui-ci.
L'on a déterminé expérimentalement que pour que le dépôt de carbone se localise exclusivement aux extrémités Ides électrodes, il était nécessaire que l'arc soit interrompu après un fonctionnement d'une durée maximum Ide 0,5 seconde, la durée d'interruption étant elle-même égale à lau moins 0,5 seconde. D'une manière plus générale, on peut dire 'que le mouvement relatif 'des électrodes doit être déterminé de manière qu'un cycle complet d'établissement et d'ex tinction de l'arc dure au total environ une seconde.
Il résulte de ce qui a été dit plus haut que le respect de cette condition laisse néanmoins subsisiter un charbonnement localisé aux extrémités Ides électrodes.
I1 a été également trouvé que l'accumulation de ce charbonnement et les inconvénients qui en découleraient après une certaine durée de fonctionnement sont évités si l'on règle les distances relatives des deux électrodes mobiles l'une par rapport à l'autre de telle façon qu'il se produise un choc mécanique de faible valeur au moment où ces deux électrodes viennent en contact pour provoquer l'amorçage de l'arc;
un tel ohoc s'est en effet montré expérimentalement suf fisant pour procurer un excellent nettoyage périodique des électrodes.
Partant de ces différentes constatations, le procédé selon l'invention est idonc caractérisé lea ce que le cyole comprenant l'interruption puis le passage de l'arc a une durée maximale d'une seconde let que les électrodes sont positionnées pour qu'un choc assurant leur nettoyage se produise au moment de l'éta blissement du contact devant réaliser l'amorçage de l'arc.
Lorsqu'on utilise le courant alternatif dans la mise en oeuvre du procédé. selon l'invention, il est avantageux de synchroniser le mouvement de va-et- vient d'une électrode mobile avec la fréquence du courant utilisé, de telle manière que le contact d'amor çage ait lieu au moment où la tension est au voisinage de la valeur 0. Dans ce mode de réalisation, la limitation de l'intensité de crête du court-circuit d'amorçage nécessite alors une self beaucoup moins importante et ceci améliore le facteur de puissance de l'ensemble.
Le procédé selon l'invention procure des résultats particulièrement intéressants non seulement du fait qu'il permet un fonctionnement en continu, et par conséquent une production ininterrompue des gaz contenant de l'acétylène et de l'éthylène, mais encore ces gaz produits par le cracking de l'hydrocarbure à la température de l'arc prennent naissance au sein même de la masse de l'hydrocarbure liquide; ils su bissent ainsi un refroidissement très rapide qui a pour effet d'empêcher la décomposition de l'acétylène et de l'éthylène formés.
Pour profiter au maximum de cette particularité, il peut être prévu un refroidissement de l'hydroc r- bure liquide soumis au traitement, ce refroidissement pouvant être assuré par une circulation de l'hydrocarbure à travers un refroidisseur convenable. On a ainlsi la possibilité Ide maintenir la température de cet hydrocarbure à une valeur aussi basse que possible,
cette valeur étant toutefois compatible avec une flui- dité suffisante de l'hydrocarbure ide manière que celuici puisse circuler facilement
On peut également prévoir la circulation de l'hydrocarbure non seulement dans un appareil de refroidissement mais également dans un appareil de filtra tion qui permet d'éliminer les petites quantités de carbone qui proviennent inévitablement. de l'action de l'arc. sur l'hydrocarbure et qui se sont détachées des électrodes au moment des chocs auxquels celles-ci sont soumises conformément à l'invention.
Dans la mise en oeuvre de ce procédé, on a pu obtenir des teneurs en acétylène qui atteignent faciliement de 25 à 35 % du gaz. produit, les teneurs en éthylène sont comprises entre 5 'et 10 /o, le gaz res- tant étant principalement constitué par de l'hydro- gène.
On a relevé une consommation d'énergie électrique qui, ramenée à l'acétylène produit, se situe aux environs de 6 kilowatts/heure par kilogramme d'acé tylène e et des montages électriques convenables per- mettent d'obtenir un facteur de puissance supérieur à 0,85.
L'invention comprend un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus Idéfini, ce dispositif se caractérisant par la combinaison d'une cuve apte à contenir l'hydrocarbure, 'd'au moins une électrode fixe et d'au moins une électrode mobile longitudina- lement disposées dans cette cuve, d'un dispositif susceptible de communiquer un mouvement alternatif longitudinal.
à cette électrode et de moyens Ide réglage permettant de positionner les électrodes pour que les électrodes mobiles viennent heurter les électrodes fixes quand elles, sont 'à leur position ide rapproche- ment maximum.
Un tel dispositif peut en outre comprendre des moyens pour faire circuler l'hydrocarbure à travers la cuve let également, le cas échéant, à travers un dis positif de refroidissement distinct de la cuve let situé à l'extérieur de celui-ci ainsi qu'à travers un filtre continu ou discontinu.
D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description ci-après faite en regard du des- sin annexé dans lequel:
les fig. 1 à 3 représentent schématiquement trois modes de réalisation de d'invention donnés à titre d'exemple non limitatif.
Dans s le mode de réalisation, de la fig. 1, la cuve de réaction 1 est remplie Ide fuel léger et l'on dispose dans cette cuve deux électrodes en graphite 2 et 3, l'électrode 2 étant fixe et l'électrode 3 étant mobile longitudinalement et pour ce faire traversant la paroi verticale de la cuve à travers un presse-étoupe 4.
Le mouvement de l'électrode 3 est obtenu, par exemple, en reliant l'extrémité 5 de cette électrode à un plateau 6, animé d'un mouvement de rotation, par l'intormé- diaire d'une manivelle 7, mais il est évident que l'on peut utiliser tout autre moyen mécanique ou électro- magnétique connu permettant d'obtenir ce mouvement alternatif. La cadence de ce mouvement est de 1400 va-et-vient par minute. Le déplacement de l'électrode mobile 3 et son amplitude sont réglés pour qu'un léger choc se produise entre les deux électro- des en bout de course de l'électrode 3 vers la gauche, l'écartement maximum des deux électrodes atteignant 60 mm.
On applique aux Ibornes 8 et 9 une tension ide 500 volts continus en interposant une self 10 d'impédance appropriée pour que l'intensité de crête ne dépasse pas 300 ampères.
Dans ces conditions, on obtient un dégagement régulier de 6 Nm3 par heure de gaz de cracking dont la composition répond sensiblement à la suivante :
C2H2 25,6 o/,
C2H4 6,3 /o
H2 61,8 /o
Dans la variante de la fig. 2, on disose, dans la même cuve 1 que dans l'exemple précédent, deux électrodes fixes 11 et 12 et deux électrodes mobiles 13, 14 de telle façon que les deux électrodes mobiles 13, 14 réalilsenlt-un pont entre les deux électrodes fixes entre lesquelles la tension est appliquée :
on évite ainsi d'avoir à amener le courant à une électrode mobile comme dans le mode d'exécution précédent.
On emploie une cadence de 3000 va-et-vient par minute pour l'équipage des électrodes mobiles, en synchronisme avec la fréquence du courant alternatif industriel (50 périodes/seconde). Dans ces conditions, il est aisé d'obtenir par déphasage le contact d'amor çage au moment où la tension vient de passer par zéro et n'atteint que 30 à 50 volts ; on peut alors n'intercaler dans le circuit qu'une self très réduite.
Avec une tension de 500 volts alternatifs, une intensité de crête de 500 ampères et en n'utilisant qu'une alternance du courant (une alternance pour l'arc, l'autre pour l'arrêt Ide refroidissement), on obtient le dégagement régulier de 25 Nm3/h ide gaz répondant à la formule suivante:
C2H2 32,0%
C2H4 9,3%
H2 50,0 /
De la même manière que Idans le mode de réalisation précédent, à savoir utilisation, d'électrodes en pont et déplacement des électrodes mobiles en synchronisme avec la fréquence du courant alternatif industriel, on peut réaliser (fig. 3) un montage 'à six arcs permettant l'utilisation totale des alternances du courant triphasé;
l'ordre d'amorçage des arcs sera alors 15, 20, 17, 16, 19, 18, la fréquence des va-etvivent étant de 3000 par minute comme dans l'exemple précédent.
Avec une tension triphasée de 500 volts entre phases et une intensité de crête ne dépassant pas 500 ampères par phase, on obtient le dégagement de 150 Nm3/h de gaz de composition analogue à l'exemple précédent.
Par ailleurs, l'utilisation rationnelle du courant, ainsi qu'il vient d'être expliqué, conduit à un rende- ment électrique excellent, de l'ordre de 6 Kwh par kg d'acétylène produit, avec un cos # voisin de 0,95.
REVENDICATIONS
I. Procédé pour la production de mélanges gazeux contenant de l'acétylène et de l'éthylène, à partir d'un hydrocarbure liquide au sein duquel on fait jaillir entre deux électrodes un arc électrique que l'on interrompt puis rétablit selon une fréquence déterminée en communiquant à l'une au moins des électrodes un mouvement alternatif qui met les électrodes en contact pour l'amorçage de l'arc et les éloigne pour son interruption,
caractérisé en ce que le cycle comprenant l'interruption puis le passage de l'arc a une durée maximale d'une seconde et que les électrodes front positionnées pour qu'un choc assurant leur nettoyage se produise au moment de l'établissement du contact devant réaliser l'amorçage de l'arc.