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}3 R E V lE D ' l lJ V M T l 0 H PERFECTIONNEMENTS A LA GAZEIFICATION DES HUILES LOURDES
On sait que la gazelfication des huiles lourdes par oxydation partielle est le résultat de réactions successives entre l'huile et 13'oxygène de l'air, réactions au cours desquelles progressivement l'oxygène se combine à la molécule de l'air, laquelle libère de l'hydrogène, puis se fragmente et abandonne une partie de son carbone que l'oxygène absorbe sous forme d'oxyde et, pour une faible fraction, d'anhydride. des réactions qui peuvent débuter à une température de l'ordre de 150 sont extrêmement lentes . Elles supposent, par ailleurs, un contact très intime de l'huile et de l'air en un mélange parfait .
Pour permettre de réaliser cette gazéification sur une échelle industrielle, il faut augmenter considérablement la vitesse de réaction, ce à quoi on arrive en portant très rapidement l'huile et l'air à une température élevée .
On a recours, en général, à une chambre de gaziïfication dans laquelle débouche un pulvérisateur par lequel 1'huile est insufflée et pulvérisée dans cette chambre, à
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paroi incandescente, par l'air d'oxydation, préalablement comprimé. La chaleur est fournie par réchauffage préalable de l'air .
Il résulte de cette disposition que la température développée par les réactions d'oxydation, à laquelle sont portés les gaz et la paroi-,est d'autant plus élevée que ces réactions sont effectuées à plus grande vitesse, c'est-àdire sur un plus faible parcours du jet. Ceci permet, pour une même température optima, de réduire la proportion d'air par rapport à un poids d'huile donné, et d'obtenir un gaz de pouvoir calorifique plus élevé .
L'expérience montre que les réactions sont considérablement accélérées en soumettant les filets gazeux dont est formé le jet à des chocs multiples effectués dans le plus petit volume possible, cette accélération étant beaucoup plus grande que celle habituellement obtenue par des remous tels que ceux provenant de changements de direction de l'ensemble du jet, ces remous ne déterminant en réalité que des frottements entre filets gazeux, ou par des remous échelonnés sur un long parcours .
L'expérience montre, d'autre part, que la répartition en plusieurs jets de la charge introduite dans la chambre de gazéification est presque indispensable pour assurer une rapidité du mélange de l'huile et de l'air qui doit correspondre à l'accélération des réactions. C'ette division en plusieurs jets favorise de plus le réchauffage des fluides par augmentation proportionnelle de la surface latérale des jets .
Ayant ces buts principaux en vue, l'invention consiste notamment dans un procédé de gazelfication remarquable prin ci paiement en ce qu-''on interposeà l'intérieur de la chambre de gazéification, sur la, trajectoire d'un jet de mélange gazeux(ou, de préférence, de plusieurs jets, répartis sur
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le pourtour de cette chambre) un corps perméable de grande surface totale et de faible épaisseur dont la position est telle qu'il rayonne vers l'origine du ou des jets la chaleur des ga,z: réchauffés par leur passage au travers de lui.
Ce corps. est cpnstitué avantageusement de telle manière qu'il stabilise les réactions thermiques dans la zone où il est placé, de fa.çon à recevoir de ces réactions une tempé.:. rature maximum qu'il communique au gaz, ce résultat étant avantageusement obtenu par la division de chaque jet par le corps en multiples lames minces auxquelles ce dernier imprime des déviations qui s'opposent en déterminant ainsi des chocs gazeux continus, extrêmement nombreux au contact du corps, chocs qui accélèrent les réactions thermiques en provoquant, au droit du corps, une élévation de température maximum .
Tel qu'exposé dans son principe général, le procédé suivant l'invention peut donner lieu à de nombreux modes de réalisation, dont l'un d'eux, actuellement préféré, se @a- ractérise principalement par les points suivants pris séparément ou en toutes combinaisons : a)- les pulvérisateurs des jets sont avantageusement disposés autour d'une chambre de préférence en forme de révolution, suivant une position inclinée et le corps permet able dont la surface travaillante est sensiblement perpen- diculaire à la direction des jets est une grille à barreaux qui affecte la forme d'une couronne tronconique coaxiale à la chambre, allant en sévasant vers les pulvérisateurs, et dont les barreaux sont disposés suivant les génératrices du cône :
b)- les axes inclinés des trajectoires des jets convergent vers la région du centre de la chambre à l'aplomb de l'origine d'un jet voisin, de préférence sous cette
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origine) celle-ci se trouvant ainsi placée à proximité d'une région du corps perméable à température élevée, frappée elle-même par les gaz à haute température du premier jet;
c)- afin d'éviter que ces gaz à haute température en remontant au droit de l'origine du jetgazeux voisin ne provoquent par un contact- direct avec la chemise d'air comburant qui entoure le jet d'huile sortant du pulvérisateur, des combustions intempestives, on forme, autour de cette chemise d'air une gaine isolante de tapeur d'eau, ou d'un autre fluide neutre, cette formation étant réalisée, par exemple, en ménageant autour de la sortie du pulvérisateur une couronne, continue ou non, d'arrivée de vapeur d"eau; d)- la partie centrale de la chambre de gazéification est garnie d'une colonne donnant ainsi à la chambre une forme annulaire;
e)- cette colonne se termine à sa base par un socle qui recouvre une grande partie du fond de la chambre, en ménageant avec ce fond, des orifices séparés de sortie du gaz, ces orifices' se réunissant pour former ensuite un canal unique; f)- la grille est placée dans la chambre de manière à y définir deux compartiments de volumes inégaux, un compartiment supérieur où se développent les jets sortant des pulvérisateurs et un petit compartiment annulaire disposé en dessous et duquel partent les orifices' de sortie du gaz, la grille étant avantageusement portée par la pièce pourvue de ces orifices; g) - l'écart entre les barreaux de la grille est de l'ordre de leur largeur .
D'autres caractéristiques de l'invention résulteront, d'ailleurs, de la description ci-après, faite en référence
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au dessin annexé, dans lequel :
La figure I est une coupe en¯ élévation d'un exemple de réalisation d'une chambre de gazéification mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention;
La figura 2 est une coupe en plan correspondante, et la figure 3, représente, schématiquement, la forme d'un des jets depuis le pulvérisateur jusqu'à la grille de laminage des jets.
En référence aux figure et 2 qui représentent une chambre de gazeïfication pourvue de quatre pulvérisateurs, la chambre de gazeïfication 1 est garnie d'une paroi réfrac taire 2, montée dans une enveloppe métallique étanche 3 ayant la forme d'un cylindre surmonté d'un tronc de cône. Les pulvérisateurs 4 débouchent à la partie supérieure du tronc de cône et sont inclinés suivant des axes " X Y " tangents à un cylindre de rayon "r" de même axe que la chambre 1.L'incli- naison des axes X Y est telle que chaque jet issu des pul- vérisateurs vient passer sous l'origine du jet suivant, à une distance " d " suffisante pourr que ces jets ne se rencontrent pas .
La chambre est limitée à sa partie supérieure parla tête d'une colonne réfractaire 5 et un couvercle 6, et à sa partie inférieure par des pièces réfractaires 7 et 8¯, la pièce 7 constituant le socle de la colonne centrale Les gaz sortent de la chambre 1 par une série de canaux 9 creusés dans la face inférieure du socle .7- et débouchent dans un conduit collecteur @ percé axialement dans la pièce réfractaire 8.
La colonne 5 repose sur le socle 7, une broche 11 réalisant le centrage . La position relative des pièces et ,$,peut également être fixée par deux broches semblables .
Comme indiqué précédemment, il existe, à la 'sortie de
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chaque pulvérisateur ,, un dispositif d'introduction du fluide formant gaine isolante autour de l'origine de chaque ; jet et constitué par une chambre circulaire 12 qui débouche dans la chambre de gazéification L par un. passage annulaire étroit 13, continu ou non . L'arrivée de vapeur ou autre fluide dans la chambre circulaire 12 s'effectue par un conduit 14.
Le fluide est envoyé sur la face frontale du pulvéri- sateur de manière qu'il s'y étale en formant une nappe continue a qui accompagne et enveloppe la chemise d'air b qui entoure le jet à son origine, ainsi que le représente la partie hachurée sur la figure 3. Cette gaine isolante ne tarde pas à disparaître sous l'influence des remous après un faible parcours à l'intérieur de la chambre 1, ce qui permet au jet de recevoir toute la chaleur qui lui est nécessaire, sans que le contact direct des gaz Cémentant à l'origine avec l'air comburant donne lieu à des combustions intempestives.
Quant au corps perméable placé sur la trajectoire des jets, il est formé par une grille 15 reposant sur le socle 7.
Les barreaux 16 de cette grille, sont disposés de façon à constituer une sorte de couronne de forme tronconique coaxiale à la chambre .1. et qui repose sur le socle , par sa petite base, dont le diamètre extérieur est sensiblement égal à celui de cette -pièce :4 tandis que le diamètre extérieur de la grande base est égal à celui de la partie cylindrique de la chambre, moins le jeu nécessaire au montage . La hauteur de cette grille est telle que celle-ci arrive jusqu'au haut de la partie cylindrique de la chambre de gazeïfication 1.
Cette chambre se trouve ainsi divisée en deux compartiementa 1 a et 1 b qui ne communiquent entre eux qu'à travers cette grille; dans l'exemple représenté, cette grille ou couronne est supposée constituée par deux anneaux réunis.par desbrreaux cylindriques de 6 à 8 mm. de diamètre et espacés dans
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leur partie médiane de 12 à 15 mm. entre leurs axes; l'ensemble est exécuté en un alliage inoxydable. De plus, les divers éléments sont dans un rapport tel que l'axe d'un pulvérisateur quelconque soit sensiblement perpendiculaire à la génératrice qu'il rencontre, ce point d'intersection étant situé de préférence au voisinage du milieu de la dite génératrice et. sous l'origine du jet qui le suit .
Les barreaux de la grille sont disposés sur la trajectoire du jet de manière à être frappés après un parcours suffisant pour que la réaction d'oxydation ait pu se propager jusqu''au centre du jet, parcours qui est fonction du débit du pulvérisateur et de 1-'écoulement plus ou moins tourbillonnaire du jet. Les parties frappant les barreaux s'épanouissent de chaque coté de ceux-ci en deux nappes N dirigées normalement au jet, figure 3, et ainsi, dans chaque intervalle entre les barreaux 8 la nappe gazeuse N'découpée dans le jet par ces barreaux est frappée par les deux nappes N réfléchies sur eux et se dirigeant l'une vers l'autre .
L'expérience montre que ces déviations et ces chocs de veines gazeuses minces et multiples activent considérablement les réactions, lesquelles développent dès lors une quantité de chaleur beaucoup plus considérabler dans un volume réduit; les gaz se trouvent alors portés à la plus haute température qu'ils peuvent atteindre et, par conséquent, avec eux la grille et les parois du compartiment de la chambre de gazéification, à la surface desquels ces gaz circulent en tourbillonnant après passage entre les barreaux. Réciproquement la hate température de ces surfaeces favorise l'accélération des réactions et les stabilise .
A la sortie des pulvérisateurs, la vitesse axiale des jets crée à la base de chacun d'eux une zône de dépression dans laquelle viennent affluer librement, suivant les flèches F les gaz incandescents de la chambre; ceux-ci sont ensuite
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entrainés avec le jet et se\mélangent à lui en surface .
On se rend compte,par conséquent, que les gaz ainsi aspirés par les jets sont ceux parvenus à la plus haute température développée dans le gazeïficateur et provenant pour chacun, du jet précédent après son.choc sur la grille .
Cet afflux continu de gaz incandescents vers chaque pulvérisateur a pour autre effet de maintenir incandescente
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la paroi réfractaire 2. qui l'entoure immédiatement Chaque jet reçoit ainsi, grâce à cette disposition, la quantité de chaleur la plus élevée possible et les réactions se trouvent accélérées de manière à donner un rendement maximum .
Cependant l'expérience montre qu'à la sortie du pulvérisateur, autrement dit à l'origine du jet, celui-ci n"est pas homogène dans toute sa section et que les couches péri- phériques notamment sont formées par l'air comburant qui risque de donner avec les gaz des réactions Intempestives .
En effet, si l'on ne prenait pas des précautions spéciales, un début de combustion complète s'amorcerait par contact di- rect des gaz incandescents et de ces zones du jet où l'air est très peu carburé, combustion qui soumettrait ces gaz et l'huile à des potentiels thermiques capables de disloquer trop profondément certaines molécules et de libérer une quan- tité de carbone que l'oxygène ne pourrait oxyder en totalité.
Cet inconvénient serait d'autant plus grave que suivant l'invention, l'origine de chaque jet est placée dans la zône où les gaz sont à la plus haute température développée .
La disposition d'une gaine isolante autour du jet naissant empthe évidemment l'inconvénient précité de se produire .
Comme on le conçoit, le mode de construction représenté peut recevoir de nombreuses variantes ne modifiant pas le caractère de l'invention. Ee nombre et la position des pulvérisateurs peuvent 8tre différents selon la puissance du
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gazelficateur et avec ce nombre varient les proportions rela tives des organes. Dans les petits appareils, la colonne 5 devient de diamètre trop faible et peut être supprimée;la tête de la colonne qui seule subsiste est alors encastrée dans le couvercle ± et soutenue parlui .
La grille 15 peut être d'une seule pièce ou composée de plusieurs secteurs ; peut être composée d'éléments assemblée comme représenté ou être construite en métal coulé; les barreaux peuvent être cylindriques, rectangulaires ou trapézoïdaux; ils peuvent tre réunis dans leur partie intermédiaire par des fils ou nervures circulaires .
La grille peut encore comportér une double rangée de barreaux en quinconce de manière à augmenter sa surface utile.
La partie supérieure tronconique de la chambre peut être formée d'un tronc de pyramide comportant autant de faoes que de pulvérisateurs .
Le socle 7 postant les canaux de sortie de gaz peut être métallique, ces canaux étant disposés pour augmenter le parcours des gaz sous cette pièce avant leur réunion en un conduit dnique .
La distribution de vapeur d'eau autour du jet peut 'être effectuée par tout autre moyen que ceux représentés et notam ment en entourant le pulvérisateur d'une enveloppe faisant corps, soit avec lui, soit avec l'enveloppe de la chambre et formant avec l'extérmité du pulvérisateur un orifice plat cir- culaire, dirigé vers le centre .
La direction des jets pourrait être inversée, c'està dire que cette direction pourrait être inclinée vers le haut et présenter d'ailleurs une direction latérale quelconque, suivant le nombre et la position des pulvérisateurs .
Il est bien entendu d'ailleurs qu'on peut sans sortir du cadre de l'invention, modifier de toute façon convenable le nombre, la forme, la. nature, la disposition et le montage des divers éléments .