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Procédé et générateur pour la production d'hydrocarbures légers.
La présente invention a pour but de décomposer chimique- ment les hydrocarbures lourds tels que l'huile de Diesel, les huiles de chauffage, les pétroles bruts et analogues, pour don- ner naissance à des hydrocarbures légers, gazeux, particulière- ment même à la température normale et qui peuvent servir direc- tement pour l'actionnement de moteurs à combustion, notamment pour l'actionnement de moteurs à benzine de construction couran- te pour les voitures motrices.
Conformément, l'invention concerne un procédé de produc- tion d'hydrocarbures légers ou de gaz d'huile légers en par- tant d'huiles lourdes.
L'invention concerne en outre un générateur de gaz d'huile, qui peut être accolé directement aux moteurs à combustion et
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actionné par leur effet d'aspiration. Selon l'invention, le générateur est établi et actionné de façon qu'il puisse être utilisé en marche continue, sans troubles provenant d'encras- sage ou obstruction par des résidus des huiles lourdes, dépôts de carbone ou analogues.
Il est connu de produire des hydrocarbures légers, à des températures élevées, par la combustion incomplète d'hydrocar- bures lourds. Le procédé selon l'invention repose sur la con- naissance du fait que la réaction envisagée s'opère autrement et conduit à l'obtention d'autres produits de réaction lorsque le mélange de réaction formé d'hydrocarbures lourds et d'une relativement faible quantité d'air est porté, avant qu'il puisse parvenir la réaction, à une température à laquelle l'affinité de l'oxygène pour le carbone est plus grande que pour l'hydro- gène. Cette température, ainsi que l'enseigne le processus con- nu de formation du gaz à l'eau :
C+H2O = CO+H2 correspond au rouge sombre.
Si le mélange de réaction formé d'hydrocarbures lourds et d'air est préalablement chauffé à une pareille température, l'atome d'oxygène se combine alors avec l'atome de carbone de la molécule d'bydrocarbure et non avec un atome d'hydrogène. La réaction s'opère donc avec une dissociation simultanée de la molécule d'hydrocarbure lourd, dans le sens d'une hydrogénation de 1'hydrocarbure, sans que toutefois de l'hydrogène soit ajouté.
Pour produire cette marche selon l'invention, de la réac- tion, différents moyens peuvent être employés. Par exemple, une réaction prématurée peut être évitée en,surchauffant séparé- ment les hydrocarbures et l'air ou en imprimant une grande vi- tesse au mélange avant qu'il parvienne à la réaction.
Dans les cas,'jusqu'ici courants, d'utilisation de mélanges froids ou de mélanges portés à une température à la-
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quelle l'affinité ae l'oxygène pour le carbone n'est pas encore plus grande que pour l'hydrogène, il se produit a'abord une réaction de l'oxygène avec un atome d'hydrogène de l'hydrocar- bure, avec formation d'un hydrocarbure encore plus lourd, qui, après dégagement de température suffisamment élevées dans le cours ultérieur de la réaction, est ensuite dissocié par seule voie de pyrogénation, en hydrocarbures plus légers. La réac- tion s'opère donc en aeux pnases et conduit a'une part à la sé- paration de carbone libre, d'autre part à l'obtention d'un pro- duit qui représente une grande série d'hydrocarbures saturés et non saturé s.
Dans le cas d'utilisation selon l'invention, de mélanges fortement surchauffés, d'air et d'hydrocarbures lourds, la réac- tion s'exerce toutefois en une seule phase et avec unité, et conduit à un produit qui est beaucoup plus étroitement limité dans la série aes hydrocarbures et est exempt de carbone libre.
De plus, 'dans le cas d'utilisation de mélanges fortement sur- chauffés, le même degré de dissociation des hydrocarbures peut être obtenu avec un pourcentage de combustion de ceux-ci, beau- coup plus faible que celui qui est possible dans le cas d'utili- sation de mélanges plus froids. Ceci est d'une importance déci- sive particulièrement dans les cas où il importe que le pro- duit ait une teneur en calories élevée par unité de volume, par exemple dans le cas d'utilisation du gaz produit, à l'actionne- ment de moteurs à benzine.
Tandis que les gaz de générateur à huile lourde, jusqu'ici connus, produits en marche continue contiennent environ 45% à 60% d'azote, il peut être produit d'après le procédé selon la présente invention, de façon continue, un gaz d'hydrocarbure, de qualité uniforme, qui est composé par exemple principalement de butane et de propane, et qui ne contient ni plus de 15%de monoxyde de carbone, ni plus de 30% d'azote.
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La, chaleur développée par la réaction est suffisamment élevée et importante pour assurer le surchauffage nécessaire du mélange. Dans le cas d'application du produit à l'actionnement de moteurs à explosion, la chaleur des gaz d'échappement offre un moyen supplémentaire de chauffage préalable du mélange.
L'invention a pour autre objet un générateur de gaz d'huile pour moteurs à combustion, qui est approprié pour l'exécution du procédé décrit ci-dessus et qui, par rapport aux générateurs de gaz de cette espèce, connus, assure avec de faioles pertes d'huile par combustion, une meilleure utilisation de la chaleur et surtout la production d'un gaz d'excellente qualité, exempt d'éléments bruts eu fixes. Des détails et d'autres caractéris- tiques ae l'invention ressortent de la aeseription détaillée ci- après et des dessins qui représentent un exemple d'exécution du nouveau génér ateur.
Fig.1 est une coupe longitudinale dans l'appareil.
Fig.2 est une coupe transversale, à plus grande échelle, dans le générateur, suivant la ligne 2-2 de la Fig.l.
Fig.3 montre une pièce de détail, à une échelle encore plus grande. qu'il soit d'abord fait remarquer que l'appareil repré sen- té ne constitue pas en quelque sorte un carburateur a huiles lourdes, chauffé par les gaz d'échappement du moteur, et visant à rendre ces huiles utilisaoles comme matière motrice dans les moteurs a combustion, mais bien un génératear de gaz d'huile, dans lequel une petite partie d'huile au sein de la masse d'huile vaporisée s'allume automatiquement et brûle, de sorte que laaite masse d'huile est portée à une température tres élevée en vue de sa décomposition en gaz, qui sont ensuite quelque peu re- froidis par une cession de chaleur, sont mélangés à de l'air additionnel et directement conduits, comme matière motrice, aux cylindres du moteur.
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L'appareil, qui par rapport aux appareils de ce genre jusqu'ici connus, offre l'avantage d'un meilleur fonctionnement et d'une meilleure utilisation de la chaleur, fournit un meil- leur gaz de comoustion et travaille ae façon particulièrement économique, est constitué essentiellement de plusieurs cylindres en tôle, disposes l'un dans l'autre.
Dans l'exemple J'exécution représenté, l'appareil se compo- se de trois cylindres métalliques allouas 1, 2, 3, construits de préférence en tôle d'acier non corrodante, qui sont placés l'un dans l'autre, et dont les deux cylindres extérieurs 1 et 2 sont maintenus à distance l'un de l'autre par quelques petites pièces d'écartement 4 tubulaires, soudées à l'un d'eux et indépendantes de l'autre, les cylindres 2 et 3 étant écartés entre eux par un très petit intervalle A, au moyen de pièces d'écartement 5, fixées de faon analogue aux pièces 4, de sorte qu'un certain déplacement longitudinal aes cylinares l'un par rapport à l'au- tre sous l'action de la dilatation thermique est possible,
Le cylindre extérieur 1 affecte à l'une l' de ses extré- mités une forme de cône tronqué et devient un tube 6 par le- quel sortent les gaz d'écnappement du moteur. Le cylindre 2 a une extrémité conique fermée 2', qui est frappée et par suite réchauffée par les gaz d'échappement, Le cylindre intérieur 3 est également conique en 3', mais est coupé en 3", de sorte qu'une ouverture d'entrée est ainsi ménagée pour les gaz, qùi passent dans le sens indiqué par la flèche, dans l'étroit es- pace entre les cylindres 2 et 3.
Le cylindre 3 occupe, dans l'exemple de réalisation re- présenté, un peu plus que la demi-longueur de l'appareil et est pourvu d'une paroi perforée 7, portant plusieurs tubes 8, disposée horizontalement et qui sont fixés par leur autre ex- trémité à un couvercle 9 perforé.Le couvercle 9 dépasse à sa péri- phérie les cylindres 1 et 2 et est fixé à des collerettes 10 et 11
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des cylindres 1 et 2, ainsi qu'à une collerette 12 d'un cône 13 Le prolongement conique 13 communique avec le-tube d'amenée des gaz 14 du moteur, lequel tube, dans le cas d'application de l'ap pareil à une automobile, peut être dirigé en dessous et le long de celle-ci et, en un point quelconque, s'élever vers le moteur.
Dans le cylindre 3 est disposée, adjacement à la paroi
7, une cloison conique 15 qui se termine par une rallonge cy- lindrique 16, Celle-ci est fermée à, ses deux extrémités par des tamis à larges mailles 16' et 16", et remplie d'une matière libre, absorbant la chaleur, par exemple de petits fils d'acier 17 enroulés en boudin. L'extrémité droite du cylindre 2, c'est- à-dire l'espace entre les tuoes 8, est également remplie de la même matière. Les enroulements hélicoïdaux de fil métallique ont de préférence un diamètre égal à leur longueur, de manière à assurer l'irrégularité de leur disposition entre eux.
Prati- quement, on utilise des enroulements de fil, ayant approximati- vexent la forme représentée à la Fig.3. L'utilisation d'enrou- lements de fil assure une surface de contact particulièrement grande pour la transmission de chaleur et contribue considéra- blememt à la porosité de la masse de remplissage.
Les gaz d'échappement venant du moteur et entrant en 6, rencontrent d'abord l'extrémité conique du cylindre 2, à la- quelle ils abandonnent la plus grande partie de leur chaleur, passent ensuite au contact extérieur du cylindre 2 et sortent par le tuyau d'échappement 18.
Les Hydrocarbures lourds tels que par exemple de l'huile de Diesel, et une quantité d'air, tellement faible qu'elle suffirait théoriquement à brûler environ 5% de l'huile complè- tement, c'est-à-dire à les transformer en eau et acide carboni- que, sont amenés dans le cylindre 2, a la partie supérieure de son extrémité droite, par un tube 19, en provenance d'une sour- ce quelconque d'alimentation, réglable, par exemple d'une cham-
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bre à niveau constant 20. Cette chambre 20 reçoit l'huile d'un réservoir principal, non figuré, et est réglée par une soupape à pointeau, qui est contrôlée soit à la nain, soit automatique- ment par un système non représenté, et est maintenue ouverte pendant le fonctionnement du générateur.
L'air pénètre par une ouverture 22 réglable et réglée d'avance à une faible section de passage, et est aspiré avec l'huile dans le moteur, selon la position d'un papillon d'étranglement 23, disposé dans le tube d'amenée aes gaz 14 et commandé d'une façon appropriée, de sorte qu'en position fermée du papillon d'étranglement 23, l'huile et l'air cessent de pénétrer dans le générateur.
Dans le conduit des gaz 14 une soupape d'air additionnel 24 est prévue pour la production du mélange gaz-air, approprié, à tout moment pour le moteur. La soupape 24 peut être accou- plée de faon quelconque au papillon d'étranglement 23, pour que le mélange gaz-air, approprié, à tout moment, soit réglé auto- matiquement selon la position du papillon d'étranglement 23.
Pour réduire le plus possible les pertes de chaleur, il est recommandé d'entourer le cylindre extérieur 1 et le tuyau d'échappement 6, d'une couche d'isolant thermique 25.
Lors de la mise en marche, le moteur à combustion est d'abord fait partir à l'aide d'un combustible léger, tel que la benzine, qui se trouve dans un petit réservoir spécial et est pulvérisé par un car curateur de construction ordinaire et conduit à l'admission du moteur. Apres ce départ du moteur à combustion, le générateur de gaz d'huile est amené en un temps très court, a la température initiale nécessaire, par les gaz d'échappement, de sorte que si l'on inverse l'alimentation du moteur pour le faire marcher à l'huile lourde, l'huile pénétrant dans l'extrémité droite du cylindre 2, remplie d'enroulements de fil métallique, se vaporise complètement et est suffisamment réchauffée en même temps que la faible quantité d'air ajoutée,
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l'inflammation automatique du mélange étant,
même, en particu- lier, assurée dans la pointe conique 2' qui est la partie la plus chauffée. Au lieu de faire démarrer le moteur avec de la benzine et d'utiliser les gaz d'échappement pour le chauffage du générateur de gaz d'huile, le chauffage initial du générateur peut être opéré de toute autre façon, par exemple par des résis- tances électriques, 1'inflammation pouvant s'effectuer avec l'ai- de de catalyseurs ou de masses de contact, auquel cas le moteur peut être rais en marche directement à l'huile lourde.
L'huile lourde vaporisée dans l'extrémité du cylindre 2, remplie d'enroulements de fil métallique, et l'air ajouté, qui est suffisant pour réaliser la combustion partielle de l'huile jusqu'à environ 5%, constituent par leur passage à travers les nombreux petits intervalles entre les enroulements de fil 17, un mélange parfaitement homogene, qui s'écoule à grande vitesse à travers l'étroit espace A entre les cylindres 2 et 3, s'y chan- ge continuellement de chaleur, provenant extérieurement des gaz d'échappement et intérieurement de la réaction, et ensuite, ar- rivé à l'extrémité chaude 2' du cylindre 2, pénètre, avec réduc- tion brusque de vitesse, dans la partie 3' du cylindre 3, de sorte que les gaz S'enflamment précisément a leur entrée dans le cône 3' du cylindre intérieur 3.
La combustion, toutefois, ne se réalise que de façon correspondante à la quantité d'air intro- duite, et il a été constaté, ainsi que déjà exposé plus haut,que les meilleurs résultats sont atteints avec une quantité d'air,tel- le que nécessaire pour une combustion d'environ 5% de l'huile.
Cette combustion partielle de l'huile provoque immédiate- ment un accroissement de la température des gaz jusqu'à environ 1000 C., et les nuages d'huile, mêlés intimement à la flamme, sont décomposés en hydrocarbures gazeux, plus légers.' L'bydro- carbure, qui, lors de la décomposition des hydrocarbures lourds, réalisée selon l'invention, est chimiquement dissocié de ces derniers, mais est en outre aussi habituellement contenu dans
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les huiles lourdes, en faibles quantités d'environ quelques fractions d'un pour cent, à l'état libre et très finement di- visé, de sorte qu'après vaporisation des huiles lourdes, par suite de la grande vitesse des gaz, il reste en suspension dans ceux-ci, est, lors de la réaction,
transformé en monoxyde de carbone par combinaison avec l'oxygène de l'air ajouté, de telle sorte qu'il se forme un Mélange gazeux combustible, exempt d'hydrocarbure non combiné.
Une partie de la chaleur ae réaction est transmise au cylindre 3, de sorte que le chauffage préalable des gaz péné- trant dans le générateur est amélioré. Avant que, toutefois, beaucoup de chaleur soit transmise, les gaz sont parvenus dans le court cylindre 16, dans lequel les enroulements de fil mé- tallique sont chauffés au rouge sombre par les gaz passant sur eux et la décomposition et l'homogénéité des gaz sont parache- vées. Après leur passage a travers le cylindre 16, les gaz se dilatent dans le cône 15 et passent alors dans les tubes 8, le cône 13 et le conduit 14 d'amenée des gaz au moteur.
La température des gaz tombe par suite de leur passage à travers les tubes 8 à environ 650 ., et descend jusqu'à atteindre environ 350 à 40000., à l'extrémité de l'appareil et environ 250 C ou même 135 C dans le conduit des gaz 14, avant que de l'air frais soit admis par la soupape auxiliaire 24. La température finale dépend dans une certaine mesure de la température de l'air extérieur, vu que le conduit 14 du mélange gazeux est exposé librement à l'air extérieur.
La pénétration des gaz dans le cylindre 16 détermine pour les gaz un espace mort X qui entoure le cylindre 16 et assure une meilleure égalisation de chaleur.
Pour obtenir un fonctionnement irréprochable et assurer une égalisation de chaleur, convenable, il faut qu'une combus- tion partielle s'accomplisse, car pour cela un dégagement de
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chaleur est nécessaire, et les Gaz d'échappement du moteur ne procurent pas une chaleur suffisante* Le nouveau dispositif permet de réaliser de façon la plus économique un chauffage progressif des vapeurs et gaz d'huile aussi bien de l'inté- rieur que de l'extérieur, et d'actionner le générateur de gaz avec la faible quantité d'huile, indiquée, tandis que dans les appareils de cette espèce, jusqu'ici connus, au moins le dou- ble de cette quantité d'huile devait être employé pour la com- bustion dans la chambre de réaction.
Le chauffage préalable du mélange hui-air entrant dans le conduit 19, par le gaz chaud du générateur est important, surtout lorsque la vitesse du moteur d'automobile est faible ou lorsqu'il marche à vide, auxquels cas il est développé insuf- fisamment de chaleur pour produire la volatilisation de l'huile, tandis qu'avec le nouvel appareil, même en marche à vide du mo- teur, la -température du foyer de la réaction est toujours d'en- viron 75000. si cette température tombe même avant l'arrivée des gaz dans les tabes 8, elle est toutefois suffisamment élevée pour la quantité d'huile, plus petite, aspirée par le moteur.
Si une voiture équipée avec le nouvel appareil est arrê- tée, mais que le moteur continue à tourner à vide, l'appareil conserve alors sa chaleur et la génération du gaz reprend ins- tantanément lors d'une ouverture plus grande de la soupape à gaz d'huile. Les enroulements de fil métallique 17 du petit cylindre 16 exercent dans ce sens une action importante, car ils restent au rouge sombre pendant un certain temps et ramè- nent automatiquement et instantanément la combustion, même si le moteur était arrêté pendant un court moment.
Le dispositif auxiliaire pour le démarrage du moteur froid à l'aide de benzine ou analogue, comme matière motrice, n'est pas figuré, car il ne fait pas partie de l'objet de l'invention.
Le gaz produit se différencie des gaz produits jusqu'ici
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dans les générateurs de gaz d'huile en ce qu'il ne contient pas de carbone liore, peu ou pas du tout de gaz hydrogene, pas d'acide carbonique, et pas plus de 30% u'azote. Les résultats d'analyse suivants ont été obtenus avec divers gaz produits selon l'invention.
dioxyde de carbone trace oxygène libre pas combustibles (hydrocarbures) 49 a 55% monoxyde de carbone 15 à 18% hydrogène libre pas méthane trace azote 30 à 33%
Un pareil gaz ne pouvait pas jusqu'à ce jour être pro- duit, étant donné que dans les appareils actuellement connus, il ne se produisait aucune transmission de la chaleur produite par la réaction, à l'huile entrant dans 1'appareil, pour sur- chauffer celle-ci, avant d'atteindre le point d'inflammation.
Avec ces dispositifs antérieurs;, il fallait aussi utiliser une plus grande quantité d'huile, pour développer suffisaient de chaleur pour la dissociation endothermique des hydrocarbures.
Mais la plus grande quantité d'huile consumée augmentait aus- si la teneur en gaz inertes et réduisait de fagon correspondan- te la puissance du moteur. Comme l'emploi de 310 d'huile pour la combustion correspond approximativement à la limite théorique de cette quantité-là de chaleur, qui est nécessaire pour o'bte- nir en marche la réaction désirée (sans compter la chaleur des gaz d'échappement du moteur, dont le parcours est proche, mais qui ne constituent qu'un peu plus qu'une couverture iso- lante et maintiennent le point de, combustion à une température d'environ 250 à 30000), il faut donc pour réaliser une pro- duction continue de gaz, utiliser environ 5% dthuile,
ce qui
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conduit à l'obtention d'un gaz exempt de carbone, avec une teneur en azote d'environ seulement 30%.
Résume.
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