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"GAZOGENE POUR LA PRODUCTION DE MELANGES GAZEUX D'OXYDE DE "CARBONE ET D'HYDROGENE MOYENNANT GAZEIFICATION CONTINUE DE COMBUSTIBLES SOLIDES."
La production de mélangesgazeux-d'oxyde -,de carbone et d'hydrogène moyennant gazéification continue de combustibles so- lides peut être accomplie en gazéifiant les combustibles à l'ai- de d'un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau, ou bien avec un mélange d'oxygène et d'anhydride carbonique. Dans le premier cas entrent en jeu les réactions suivantes:
A) C + 0 = CO + 29 Cal.
B) C + H20 = CO + H2- 29,2 Cal.
Par conséquent, en employant un combustible exempt de substances volatiles, on devrait obtenir un mélange composé en chiffre rond de 2/3 de CO et de 1/3 de H2. Mais puisque en pratique une partie de la chaleur développée par la réaction A) est perdue, étant emportée par les gaz sortants ou dissipée par irradiation
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etc.., la teneur en H2 du mélange gazeux obtenu est en effet inférieur à la teneur donnée ci-dessus, et par conséquent la teneur en CO résulte plus élevée.
La teneur en CO est aussi toujours très élevée lorsqu'on gazéifie selon les réactions A) et B) des combustibles conte- nants des substances volatiles, et ces dernières sont decompo sées suivant des réactions du type :
C) CH4 + 0 = CO + 2H2.
Dans le deuxième des cas mentionnés plus haut, c' est-à-dire lorsque la gazéification est accomplie avec un mélange d'oxygène et d'hanhydride carbonique, les réactions qui ont lieu sont ls suivantes :
D) C + 0 = CO + 29 Cal.
E) C + CO2 = 2 CO - 39 Cal. et par conséquent, en gazéifiant des combustibles qui ne cmntien- nent pas de substances volatils, on devrait obtenir exclusivement de l'oxyde de carbone. Dans la pratique, au contraire, puisque le combustible introduit dans le gazogène contient toujours une certaine quantité d'humidité, les réactions D) et E) sont accom- pagnées par la B) , et par conséquent, soit que le combustible ne contienne pas de substances volatiles, soit qu'il en contienne, on obtiendra un mélange gazeux contenant aussi une certaine quan- tité d'hydrogène (généralement moins que 20%).
Les mélanges gazeux préparés par les procédés sus-indiqués peuvent servir comme combustibles, ou bien pour la préparation synthétique de composés organiques oxygénés.
Dans les deux cas il estavantageux de les avoir le plus. possible exempts d'anhydride carbonique, et cela parceque, si les mélanges en question sont employés comme combustibles, la présence de C02 en abaisse le pouvoir calorifique) s'ils sont em- ployés pour les synthèses des composés organiques oxygénés, la présence de CO2 fait augmenter la consommation d'hydrogène.
Comme il est connu par l'étude de,la physico-chimie, la teneur en CO2 des mélanges gazeux obtenus par gazéification d'un .
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combustible dans un gazogène est d'autant plus petite que'la tem- pérature de fonctionnement du gazogène est plus élevée. La réali- sation de hautes températures dans les gazogènes travaillant à oxygène est évidemment facilitée par le fait que la combustion du charbon avec l'oxygène a lieu d'une façon très vive, mais elle est cause aussi d'un sérieux inconvénient, c'est-à-dire, qu'on arrive très facilement à des températures telles à ,causer la fusion du matériel réfractaire revêtant l'intérieur du gazogène .
En outre, pour obtenir des mélanges gazeux exempts de CO2 il ne suffit pas de faire marcher le gazogène à haute température, mais il faut aussi éviter que les gaz obtenus dans la zone la plus chaude pas-
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6et\!.!.tà travers des zones à température re1ativemenasse; où l'oxyde de carbone qu'ils contiennent peut réagir avec de la vapeur d'eau provenant par exemple de l'humidité du charbon, et donner lieu à la réaction
00 + H20 = CO2 + H2.
On devra aussi avoir soin d'éviter que la vapeur d'eau provenant de l'humidité du charbon puisse réagir directement avec le charbon
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.... ".-:1:: à des températures relativement basses, donnant lieu à la réaction :
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0 + 2H20 = CO2 + 2H2.
Enfin, on devra éviter que la réaction
2 CO = 002 + C. puisse s'accomplir.
L'objet de la présente invention est un gazogène dans le- quel, outre que les conditions nécessaires pour l'obtention d'un mélange gazeux d'oxyde de carbone et d'hydrogène, pratiquement exempt d'anhydride carbonique, on réalise des conditions telles que, bien en étant la température de combustion très élevée, il n'y a pas à craindre la fusion du revêtement réfractaire du gazo- gène,bien qu'il soit fait avec un commun matériel silico-allumi- neuxo
Pour montrer d'une façon plus claire comment'ce gazogène est construit, on a joint à la présente description un dessin dans lequel les figures 1,2 et 3 représentent les sections verticales
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des trois différents modes d'exécution du dit gazogène. En nous référant à la fig.
I, le récipient en tôle A, qui pourra être for- mé, comme dans la figure, par deux cônes tronqués réunis par leurs bases plus grandes, ou bien avoir forme cylindrique ou d' autres formes, préférablement à section circulaire, porte à l'intérieur un revêtement B de matériel réfactaire et supérieurement la tré- mie C qui sert à charger le charbon et qui est pourvue du cou- vercle à fermeture hermétique D et du fond mobile E. A quelque distance du fond du récipient ± sont disposées une ou plusieurs tuyères F refroidies par une circution d'eau.
Comme il est évident, c'est toujours avantageux que cette eau ne donne pas d'incrustations, et cela pour éviter qu'après un certain temps l'efficacité du refroidissement diminue.
Intérieurement au récipient A se trouve la paroi verticale C, construite avec du matériel réfractaire, la partie inférieure de . laquelle a du fond une distance plus grande que la distance existante entre le fond même et les tuyères. La paroi C est close en bas par la paroi inclinée H,pourvue de plusieurs trous; l'angle formé par H avec l'horizontale devra être plus grand que l'in- clinaison naturelle du charbon employé.
L'oxygène mélangé avec la quantité voulue de vapeur d'eau ou d'anhydride carbonique est introduit dans le gazogène à tra- vers la tuyère ou les tuyères F. La faible pression que le mélange d'oxygène et de vapeur d'eau ou CO2 devra avoir est naturellement déterminée par les résistances à vaincre. Dans la pratique quel- ques centimètres de colonne d'eausont suffisants.
Comme il ---- résulte des nombreuses expériences qu'on a ------ exécutées, la combustion du charbon aux dépenses du mélange d'oxygène et de vapeur d'eau ou d'anhydride carbonique envoyé au gazogène a lieu dans un espace très limité qui entoure les extrémités des tuyères et dans lequel la température est très élevée, tandis qu'à une distance relativement 'petite des extrémités des tuyères mêmes les températures sont relativement basses.
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Pourtant il est suffisant que les tuyères arrivent à l'intérieur du récipient ± jusqu'à une certaine distance de la paroi du gazogène même, afin que le réfractaire Bse trouve en contact avec du combustible relativement froid de manière que sa fusion devient impossible.
La distance entre les tuyères et le fond du récipient A est aussi déterminée dans la pratique de façon que le réfractaire revêtant le fond soit en contact avec du combustible relativement froid.
Les températures qu'il est possible d'atteindre dans la zone où la combustion est plus vive sont, comme il a été dit très élevées, etdans certains points on arrive au dessus de 2000 .
Dans ces conditions la plus grande partie du charbon brûle directement à CO toutefois il y a aussi formation d'une certaine quantité de C02 qui est réduite à CO par le charbon environnant.
Au terme de la zone dans laquelle la réduction du CO2 est com-
2 plètà, est placée la paroi H pourvue de trousà travers lesquels les gaz passent dansla chambre I, et ensuite au tube L qui les amène à l'extérieur du gazogène. Pendant son passage à travers la chambre I les gaz chauffent, par transmission de chaleur à travers la paroi Gv le combustible qui se trouve à l'intérieur du gazogène.
Dans le présent gazogène sont réalisées les-conditions pré- vues par notre demande de brevet du 9 février 1929 et par con- séquent les cendres sonti. complètement emportées sous forme d'une poudre très fine par les gaz salants. Le gazogène en question est par conséquent construit sans grille.
La forme dé construction représentée dans la fig.1 est particulièrement adaptée lorsque le combustible gazéifié est du coke ou un autre combustible pratiquement exempt de matières volatiles. Lorsque, au contraire, on veut gaséifier des com- bustibles contenant des matières volatiles. il est préférable d'avoir recours à la forme de construction représentée par la fig.2, lt le récipient à au lieu d'être à section circulaire comme
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dans la forme cmnstructive représentée dans la fig.I ,sera de préférence' à. section éliptique . On note ici que dans les fig.
1,2 et 3 les parties qui se correspondent sont indiquées par les mêmes lettres.
Comme il résulte de la fig.2, le gazogène y repré- senté diffère de celui qui est représenté dans la fig.I ,soit
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par le tait d'avoir deux rnies' distz:nctes de chargement C¯et ¯Q' pourvues des couvercles à tenue hermétique D et D1 et des fonds
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mobiles ± et¯El que par la présente de la paroi y dont le bord inférieur arrive à une distance du fond qui est intermédiaire entre la distance à laquelle sont disposées les tuyères et celle à laquelle se trouve le bord inférieur de la paroi G. La paroi
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M'l divise lapartie supérieure de l'espace intérieur du gazogène en deux zones distinctes , dans .1eêq#ll:s1.e combustible qui doit être gazéifié est introduit respectivement par les deux trémies ç et J3j..
Par la trémies on charge du combustible contenant lies produits wa.t,i;:Les , par la trémie du combustible qui en soit pratiquement exempt.
Pendant la marche du gazogène comme il a été dit, il se forme autour de la tuyère ou des tuyères une zone à tempé- rature très élevée, entourée par une série de zones à températures
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décroissantes, dans lesquelles a lieu la réduction du peu de C02 formé.
Il s'ensuit que la consommation de combustible est grande dans la z8ne à température très haute, et petite dans les
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zones qui 11:8ntou:rent .La position de la paroi M est fixée de manière que la z8ne à température élevée se trouve dans l'espace compris entre la paroi M (en imaginant de la prolonger en bas) et la paroi qui porte les tuyères, c' est à dire, dans l'espace qui a travers la trémie C, est alimenté avec du combustible con- tenant des produits volatiles. Par conséquent la gazéification aura lieu presque complètement aux dépenses de combustible, tandis
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que la consommation du combustible qui ne contient pas de produits volatiles et qui est employé pour alimenter l'autre partie du
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gazogène à travers la trémie C' sera, comme on disait plus haut, très petite .
Pendant le fonctionnement du gazogène les produits volatiles qui se développent du combustible chargé à travers la trémie C sont obligés par la paroi M à traverser des zones dans lesquelles la température est considérablement au dessus de 1000 , et sont donc décomposés avec formation d'hydrogène et de carbone.
La distance de la paroi M du fond est dans la pratique fixée de manière que les produits qui se dégagent du combustible soient portés à la température nécessaire pour en effectuer la complète décomposition.Les mélanges gazeux obtenus avec des combustibles contenants des substances volatiles ont naturellement une'teneur en hydrogène plus grande que la teneur en CO des mélanges obtenus, avec des combustibles exempts de substances volatiles; toutefois généralement le pourcentage d'hydrogène qu'ils contiennent ne dé- passe pas le 30%.
Le mode d'exécution représenté dans la figure 3 est spécialement convenable lorsqu'ouvert utiliser complètement ou partiellement la chaleur développée par la réaction
C + 0 = CO pour décomposer ou des hydrocarbures ou des combustibles liquides ou des substances goudronneuses ou en général, n'importe quelle substance qui, portée à une température très élevée, subit une série de décompositions donnant lieu en définitive à la formation d'hydrogène et carbone .
Le mode d'exécution représenté dans la figo3 diffère du mode d'exécution représenté dans la fig .I soit parce qu'infé- rieurement aux tuyères F sont placées les tuyères N, quiservent à introduire dans le gazogène les hydrocarbures ou les autres subs- tances susmentionnées soit parce que la chambre I a, comme il ré- sulte de la figure ,section annulaire.
Dans le cas dont il s'agit maintenant, à travers les tuyères F on envoie ou seulement de l'oxygène ou de l'oxygène mêlé à une quantité limitée de vapeur d'eau ou d'anhydride car-
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bonique: le combustible gazéifié sera exempt de matières volatiles; la position dea orifices d'écoulement des tuyères F et les dimen- sions de la partie inférieure du gazogène sont établies de manière que la couche de combustible qui est placée autour de la fône à température très élevée aie dans toutes ses différentes parties une température d' au moins 1100-1200 celles-ci étant les tempe-* ratures de la couche qui est en pontacts avec le revêtement B.
De cette façon on a autour des tuyères une zône d'une certaine épaisseur comprenant toute la section du gazogène et dans laquelle la température est plus grande que celle qui est stric- tement nécessaire pour décomposer en carbone et hydrogène les subs- tances introduites à travers les tuyères N .Encore: si ces subs- tances à la température ordinaire ne sont pas à l'état gazeux, la distance entre les tuyères F et les orifices d'écoulement des tuyères N sera établie de façon que les dzties substances entrent dans le gazogène à des endroits où la température soit suffisamment élevée pour en causer la vaporisation.
Comme an a déjà dit plus haut, les substances in- troduites à travers les tuyéres N, sont décomposées en carbone et hydrogène; l'hydrogène ne subit aucune transformation ultérieure, tandis que le carbone est oxydé à oxyde de carbone . Du gazogène on obtient pourtant un mélange qui est formé de ces deux gaz mêles avec l'oxyde de carbone et l'hydrogène produit, comme il a été dit plus haut, aux dépenses du combustible introduit dans le gazogène..
La figure 3 ne représente naturellement qu'un des modes d'exécution qu'on peut employer pour obtenir en même temps la gazéification d'un combustible et la décomposition d'hy droca- bures etc... n effet on peut dans ce même but employer des ga- zogènes construits d'une façon quiest différente, mais basée sur le même principe. Ainsi, par exemple ,la chambre I pourra occuper la partie centrale du gazogène, tandis que le combustible s e trou- vera dans l'espace annulaire compris entre cette chambre et le @ revêtement B. Dans ce cas il serabien que le gazogène soit pourvu
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de plusieurs trémies pour l'introduction du combustible à gazéi- fier.
Ombre que les avantages déjà mentionnés de fournir un mélange gazeux pratiquement exempt d'anhydride carbonique, et de ne pas nécessiter, pour leur construction, de matériaux réfrac- taires spéciaux, les gazogènes construits comme on vient de l'ex- poser présentent d'autres avantages dont les plus importants sont :
Na réaction de réduction de l'anhydride carboni- que est effectuée aux dépenses de la chaleur possédée par les gaz provenant de la zone à température très élevée. De cette manière une partie très importante de cette chaleur est récupé- rée. La réduction a lieu complètement dans unezône relativement petite qui entoure l'autre.
Lorsque les gaz sortent de la zone dans laquelle a lieu la réduction de l'anhydride carbonique et entrent dans la chambre I, ils sont à température relativement basse, et @ par conséquent la quantité de chaleur qui'ls emportent et de @ @ laquelle on pourra dans beaucoup de cas récupérer une bonne partie, est relativementpetite .De la même manière résulte petite la quan- @ tité de chaleur dispersée par irradiation etc.... laquelle d'autre part pourra aussi être récupérée par exemple en disposait autour du récipient A une chaudière de forme adapte qui récupère cette chaleur en produisant de la vapeur.
On pourra aussi utiliser une partie de la chaleur emportée par les gaz ou de la chaleur qui. @ serait perdue par irradiation en l'employant pour chauffer l'oxygène) qui doit être envoyé au gazogène, et aussi pour chauffer la 002 ou pour surchauffer la vapeur à envoyer dans le gazogène, même.
Le combustible passe rapidement des zônes à tempé- ratures basses à zones dans lesquelles il est porté très vite à des températures élevées, jusqu'à arriver à contact avec l'oxygène qui le brûle complètement ,empêchant que les cendres fondent et s'agglomèrent.
Pourtant, aussi lorsqu'on emploie des combustibles contenants des matières volatiles, la distillation de ces dernières
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est commencée et complétée dans un temps aussi bref, que, quel- que ce soit le combustible employé, il ne pourra pas s'agglo- merer et on évitera par conséquent la formation de voûtes.
D'autres avantages sont la simplicitéet la régula- rite de la marche, la rapidité avec laquelle peut s'effectuer la mise en marche, l'impossibilité de la formation de mélanges explosifs, la facilité d'arrêter la marche du gazogène et de la reprendre après une suspension plus ou moins longueur et enfin la possibilité de produire de grandes'quantités de gaz avec des gazogènes de dimensions relativement petites.
La présente invention n'est pas limitée aux for- mes constructives ci-décrites, et qui ont été données à seul titre d'exemple, puisqu'on doit considérer comme revendiquées toutes les autres formes analogues basées sur les mêmes principes de fonctionnement.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.