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Procédé pour l'obtention des gaz moteurs particulièrement bien appropries pbur des moteurs explosions de vénicules, et appareils pour l'utilisation de ces gaz.
Il a déjà été proposé à plusieurs reprises d'utiliser le méthane, qu'on peut obtenir par refroidissement à basse température dans la séparation des gaz de fours à coke en leurs éléments, pour l'alimentation de moteurs de véhicules, en particulier de tracteurs et d'autobus.
Grâce au fait que le méthane, mélangé avec de l'air, peut être comprimé dans un moteur à explosions un degré beaucoup plus élevé que l'essence ou le benzol, l'effet utile de chaque calorie du méthane gazeux est notablement supérieur celui des combustibles moteurs habituels, Le moteur ne cogne pas lors de l'utilisation da méthane.
En raison du fait que les récipients, dans lesquels on ' emporte le méthane ( tubes d'acier et récipients à double
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paroi calorifugés pour le méthane liquéfié) présentent un poids élevé, il serait avantageux :le pouvoir accroitre for- tement le pouvoir calorifique du gaz moteur à utiliser et par suite l'effet moteur utile par unité de volume. En outre, il est parfois difficile de mettre le moteur en marche, lorsqu' il est alimenté de méthane à peu prés pur, car les mélanges air-méthane seulement s'allument difficilement.
Si on laisse, comme il a déjà été proposé dans la décom- po sition des gaz de fours à coke en leurs éléments, également les autres hydrocarbures gazeux contenus dans ces gaz, comme l'éthylène, l'éthane, etc, se séparer en même temps que le méthane, le pouvoir calorifique du gaz combustible ainsi obtenu n'est que très faiblement accrû, car ces constituants ne se trouvent qu'en quantités très faibles, à peine plus de 3%, dans les gaz de fours à coke.
On a également essayé de traiter les gaz, obtenus par distillation à basse température, de maniere à liquéfier les hydrocarbures gazeux après la séparation du méthane et d'u- -tiliser le gaz liquéfié ( appelé gaz Blau, d'âpres le nom de l'inventeur de ce procédé, Mr. Blau, ou aussi gasol) pour 1' alimentation de moteurs. Il a cependant été constaté que ce mélange d'hydrocarbures gazeux, à deux atomes et plus de carbone, est de beaucoup moins approprié que les mélanges gazeux, dont le constituant principal est le métha- ne, car les hydrocarbures gazeux complexes, mélangés à de l'air, se laissent comprimer moins fortement et donnent fa- cilement lieu à des allumages défectueux.
On peut, pour fabriquer de tels mélanges, procéder de différentes manières. On utilise comme matière première les gaz provenant de la distillation à basse température de l'ignite ou charbon; on les débarrasse :le goudron, acide carbonique, composés du soufre, de 11 ammonium, de 1-'acétylé- ne, du cyanogène et autres composés d'azote et d'oxyde d' a- pte, par traitement avec des agents de lavage et d'absorp-
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tion appropriés, après quoi, par liquéfaction à basse tempé- rature, tous les hydrocarbures gazeux ( méthane, éthane, éthylène et leurs homologues) sont séparés de 1 oxyde de carbone, de l'azote et de l'hydrogène, restés à l'état gazeux Le gaz ainsi obtenu présente à titre d'exemple la composition suivante :
30% de méthane, 17% d'éthylène, 20% de propylène, de butylène et de leurs homologues, 15% d'éthane, 18% de propane, butane et de leurs homologues.
On utilise ce mélange d'hydrocarbures azeux, soit tel quel, soit mélangé au méthane, séparé des gaz de fours co- ke, comme gaz combustible pour les moteurs de véhicules. On peut également utiliser à cet effet du méthane obtenu d'une autre manière, par exemple par fermentation des eaux des égouts des villes,
Au lieu de gaz résultant de la distillation de lignite ou charbon à de basses températures, on peut employer les gaz résultant du cracking de combustibles liquides. Les gaz ainsi obtenus sont emmagasinés, sous une forte pression, dans des tubes d'acier et sont chargés à bord du véhicule.
Il a toutefois été constaté que lorsqu'on détend ces gaz, comprimés à 75, 100 ou même 150 atm. par exemple, par les soupapes réductrices habituelles, à la pression atmos- phérique, ces gaz ne s'écoulent pas du tout (le manière régu- libre, mais seulement de manière intermittente, ce qui est naturellement très gênant.
On peut obvier à cet inconvénient en intercalant, comme représenté sur la figuré 1 du dessin ci-joint, entre letube d'acier 1, renfermant le gaz combustible fortement comprimé, et la conduite 10 allant au moteur, un deuxième tube d'acier vide 6. Le gaz fortement comprimé sortant du tube d'acier 1, est amené, par ouverture de la soupape 2, au moyen du tuyau de raccord 4, au régulateur de pression 5, Celui-ci est disposé de manière à ne laisser passer qu'une quantité de gaz telle que, dans le tube d'acier 6, /La pression du
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gaz ne s'élève pas à plus de 20 atm. par exemple.
Ce tube d'a- cier 6, qui peut également 'être beaucoup plus petit que le tube d'acier 1 et qui comporte sa propre soupape ou même une soupape d-ouble 7, est muni 3' une deuxième soupape réductri- ce de pression qu régulateur de pression 8, avec manomètre 9.
On ajuste ce deuxième organe de réglage 8 de telle façon que, quelle Que 8) it la surpression régnant dans les tubes d'a- cier, le gaz sortant de ce régulateur ne présente qu'une sur- pression très faible, telle qu'elle convient pour le genre de moteur dans chaque cas particulier, par exemple une sur- pression correspondant à 100 mm d'eau.
Une détente de ce genre, en deux ou plusieurs étages, est déjà connue par elle-même et s'est montrée bien appropriée au but visé. Il y a encore lieu de noter que, par des temps froids, des mélanges fortement comprimas de méthane avec de l'éthylène et des homologues supérieurs se liquéfient en partie dans les tubes d'acier. Il a par suite été constaté qu'il est avantageux de munir les soupapes 3 dans ces tubes d'acier, d'un petit -tube 3, qui ne s'étend pas tout à fait jusqu'au fond du tube d' acier.
Par cette disposition connue par elle-même on obtient que, lors-,le l'ouverture de la sou- pape 2, on prélève à partir du tube d'acier, du gaz liquéfié qui se vaporise alors dans la conduite 4 et dans le tube d'acier 6, ce qui empêche le mélange gazeux de se séparer en ses constituants,
Comme il a déjà été mentionné, les gaz riches en méthane sont récupérés par le fort refroidissement des gaz prove- nant de la distillation ou du cracking et par la liquéfac- tion de ces hydrocarbures gazeux.
Alors on est en mesure :l'employer ces hydrocarbures à l'état liquide en les conservant dans les récipients à parois très bien isolées.
De tels récipients, pour la conservation de gaz liq,ué- fiés, dans lesquels ces derniers se conservent très longtemps
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sont connus dans différents formes de construction et sont utilisés pour différents usages. IL existe des récipients à paroi double en multiple, avec des intervalles isolants à la chaleur, comme Dewar, Weinhold, Heylandt, Rohn et d'autres en ont décrits. On remplit ces récipients de méthane liqué- fié et on les place sur les véhicules au lieu des réservoirs essence actuellement employés.
On peut admettre approxima- tivement que 1 litre de méthane liquéfié correspond, cornue énergie calorifique, à peu près à 1 litre d'essence, de sor- te que le poids à emporter, ainsi que le volume des réci- pients, sont à peine modifiés par rapport aux conditions actuelles,
On peut, lorsque les récipients sont vides, les remplir à nouveau de gaz liquéfié; on connaît également déjà des dispositifs appropriés à cet effet. Il. faut, il est vrai, lors du transvasement de gaz liquéfiés, observer certaines mesures de sécurité, car on ne peut éviter que, lors du transvasement de gaz liquéfiés, il s'en vaporise une partie, ce qui constitue une gêne pour les environs.
Il est par con- séquent plus avantageux de ne pas procéder sur le véhicule lui-même au remplissage des récipients devenus vides et au contraire de remplacer chaque fois les récipients vides par d'autres, remplis de gaz liquéfié et tenus prêts dans ce but; il suffit de détacher la bride d'assemblage entre le récipient et le moteur, ou l'échangeur de temporaire intercalé. Il existe, à ce point de vue, une différence es- sentielle relativement au mode habituel d'approxisionnement de nouvelles quantités de combustibles ( essence ou benzol, par exemple). L' approisionnement des véhicules en gaz liqué- fiés aura lieu dans des dépôts ou seront emmagasinés des récipients en, forme de tonneaux ou de coffres, remplis de gaz liquéfiés.
Les récipients vides déchargés du véhicule seront alors remplis à nouveau au dépôt ou seront expédiés en chargements groupés à l'endroit d'obtention de ces gaz
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liquéfiés en vue de leur remplissage.
Le méthane liquéfié, ou le mélange gazeux liquéfié riche en méthane, se trouve dans ces récipients sous la pression atmosphérique et présente la température du mélange gazeux entrant en ébullition à la pression atmosphérique, qui doit en règle générale être comprise entre-100 C et-160 C suivant la composition. Il régne dans le récipient lui-même une petite surpression, à laquelle on peut donner une valeur différente suivant les épaisseurs de paroi des récipients.
En Général, il est recommandable de déterminer l'épaisseur des parois les récipients de telle manière qu'elles puis- sent supporter une certaine surpression, par exemple de quelques dixièmes d' atmosphère.
Par suite de la surpression qu'on peut régler en faisant vaporiser plus rapidement ou plus lentement le liquide, - par exemple en y introduisant des tiges métalliques permet- tant la transmission de chaleur-, le liquide monte dans un tube se prolongeant Et peu près jusqu'au fond du récipient et par-vient directement dans le carburateur des moteurs à explosions, ou de préférence dans un échangeur de tempé- rature intercalé. Le gaz liquéfié se vaporise dans celuici, les quantités de chaleur assez importantes nécessaires à cet effet étant fournies par l'air de combustion.
Déjà pour sa combustion avec la quantité théorique d'air, 3 volume de méthane exige 10 volumes d'air, et les gaz encore plus riches en carbone exigent encore beaucoup plus d' air, de sorte que la consommation d'air totale, en tenant compte de l'excès nécessaire, s'élève au mons à 15 fois le volume de gaz combustible.
Dans un tel cas, considéré uniquement à titre d'exemple: pour lm3 de gaz, d'une température d'environ-13320 et d'une chaleur spécifique de 0,5 il faut environ 15m3 d'air à une température d'environ + 20 et d'une- chaleur spécifi- que de 0, 24 de sorte que la température du mélange gaz-air
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est environ : - (130 x 0,5)+ 15 x 20 x 0. 24 = 0,4
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Il est ',% recommander de ne pas laisser descendre le mélan ge combustible sensiblement au-dessous de 0 2 car sinon il se pressente le danger que l'eau, se séparant de l' air,lors du refroidissement de celui-ci se congèle et engorge l'échan- geur de température.
Au contraire, aussi longtemps que l' hu- midité de l'air se sépare sous forme d'eau liquide dans l'é- changeur de température et s'accumule aux endroits prévus à cet effet dans celui-ci, la vidange, de cet échangeur de tem- pérature s'effectue automatiquement.
La température de l'air de combustion amené à Il échangeur de température peut, dans le cas où cette température est d'avance trop faible, être portée à la valeur désirée en faisant passer autour de cet air les gaz d'échappement,
Il n'est pas possible d'éviter que le mélange liquéfié se vaporise un peu, Même lorsque le moteur n'est pas en marche, Les pertes en gaz qui en résultent peuvent être main- tenues dans des limites très faibles, d'autant plus que la chaleur de vaporisation du méthane est plus du double de celle de l'air liquéfié, par exemple, qui est employé depuis plusieurs dizaines d'années à l'était liquéfié pour diffé- rents usages industriels,
Lors d'un séjour prolongé, au garage, du véhicule marchant au méthane liquéfié, l'air peut toujours s'enrichir en mé- thane,
ce qui entraine certains dangers. C'est pour ce mo- tif que la chambre de vapeurs de tels récipients à méthane liquéfié, qui sont destines à supporter par exempleune pres- sion effective de 0,1 atm. doit être .([unie d'une soupape de sureté réglée à une pression effective de 0,05 atm. Ces soupapes sont reliées d'une part à une lampe de sureté ( par exemple du type Davy) ou à un tube de combustion sans flam- me, dans lequel s'échappe le méthane vaporisé, let d'autre part, à des dispositifs d'allumage électrique/ou pyropho-
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riques, de sorte que le méthane qui s'échappe est .immédiate-" ment brulé.
En outre de cette mesure il est recommandable de munir le mécanisme de distribution du moteur d'un dispositif qui, lors de l'arrêt du moteur maintient constamment en fonction- nement ce dispositif d'allumage électrique ou, pyrophorique dans la lampe de sureté ou tube de combustion. On évite de cette manière qu'il s'échappe du méthane non brulé dans les environs.
Au lieu de méthane liquéfié, on peut, comme déjà mention- né, utiliser des mélanges liquéfiés, de celui-ci avec de l'éthylène et leurs homologues ( éthane, propane, propylène, etc ) comme on peut en obtenir à partir des gaz de fours à coke ou des gaz de distillation du charbon et de lignite à basse température, ou à partir des gaz provenant du cra- cking après élimination d'hydrogène, azpte et acide carboni- que, De la même manière, on peut également employer du gaz naturel liquéfié;
dans la plupart des cas, il est toutefois recommandable d'éliminer @ auparavant, du gaz naturel liquéfier, ses constituants facilement condensables, comme par exemple la gamline, car ils peuvent provoquer des en- nuis ou des engorgements lors de la vaporisation ultérieure du gaz ou mélange gazeux liquéfié.
Une telle disposition est représentée sur la figure 2 du dessin ci-joint. 1 désigne un récipient interchangeable à double paroi, par exemple en tôle mince, et l'intervalle en- tre les parois de ce récipient peut être rempli par une mas- se isolante de la chaleur, 3. Par suite de la vaporisation du gaz liquéfié il règne dans le récipient une petite surpres- sion que l'on peut encore régler en amenant de l'extérieur une quantité plus ou moins grande de chaleur, au moyen de la tige métallique 3 qu'on abaisse plus ou moins profondé- ment dans le gaz liquéfié. Cette surpression refoule le gaz liquéfié dans le' tuyau 4.
En vue d'assurer un isolement plus @
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effectifde la chaleur, le tuyau 4, peut être disposé à l'in- térieur de la matière calorifuge 2 Le tuyau 4 débouche dans la soupape 5, qui est reliée au volant de direction 6 après quoi le gaz arrive par une tuyère dans le tube 7 d'aspiration d'air et parvient ensuite, mélangé à de l'air, au moteur 8.
Le récipient 1 est en outre muni d'une soupape de sûreté 9, qui est soumise à l'action d'un levier ou d'un ressort 10.
Lors d'une surpression trop forte, la soupape de sure-té 9 s' ouvre et le gaz, vapo risé pénètre par le tube 11 dans la lam- pe de sureté 12. Aux deux extrémités du tube de raccord 11, de même que dans la lampe de sureté 12, peuvent être dispo- sées des toiles métalliques, qui limitent l'extension de la flamme.. A l'intérieur de la lampe de sûreté 12 peut être disposé un filament ou une toile métallique 13, qui, peut être amené à l'incandescence par un accumulateur 14.
'La mise en circuit et la mise hors circuit de l'accumulateur s'effec- tuent au moyen du contact 15, qui est disposé sur le volant de direction 6, à savoir de telle manière que lorsqu'on cou- pe l'arrivée de méthane au moteur, les connexions à 1.'accu- mulateur sant mlses en court circuit par le contact 15, de sorte que le filament 13 est amené à l'incandescence,
Même lorsque le moteur est en marche, il peut arriver que la surpression devienne trop grande dans le récipient 1.
Dans un tel cas, c'est la soupape de sureté 9 elle-même qui met en circuit l'accumulateur 14 par une dérivation 16 et qui amène ainsi le filament 13 à l'incandescence.
La production et l'utilisation décrites de gaz combusti.- bles pour l'alimentation de moteurs de véhicules permettent à tout pays, disposant de combustibles quelconques, de ne pas dépendre de l'importation de combustibles liquides étransgers ( essence, benzol, etc),