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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION Edwin Augustus P A C K A R D " Procédé et appareillage perfectionnes pour la fabrication des gaz combustibles ", Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 10 février 1945 au nom de William Francis Faber.
La présente invention est relative à un procédé dé fabri- cation et à un appareillage pour la production d'un gaz'com- bustible pour l'usage urbain à partir d'hydrocarbures liqui- des ou gazeux riches, tels que les gaz de distillation du raffinage de l'huile, butane , propane, ou les gaz naturels qui s'unissent ou brûlent avec l'oxygène . L'invention vise notamment la production d'un gaz combustible par combustion partielle et claquage de tels combustibles, cette combustion étant soutenue et maintenue par une alimentation en oxygène libre sensiblement xax pur ou unmélange d'air enrichi d'oxy- gène, ou d'autres mélanges d'oxygène avec tout gaz inerte,. mélange dans lequel la teneur ;
'volumétrique en oxygène est, pour le gaz de ville, de préférence compris entre 22 et 60 %, ce pourcentage pouvant cependant être augmenté suivant la
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qualité de gaz voulue.
Suivant l'invention, il,'est possiblede produire un gaz de puissance calorifique déterminée à l'avance et sensi- blement constante en unissant de manière continue et progres- sive sous forme de mélange intime dans une zone limitée de mélange, un combustible hydro-carboné et an courant d'air enrichi en oxygène s'écoulant à une vitesse supérieure à la vitesse de propagation de la flamme du mélange résultant, et à acheminer ce mélange dè la zone de mélange dans un gagogène, pendant que ce dernier est maintenu à une tempéra- ture déterminée par la chaleur engendrée par la combustion partielle du combustible dans le mélange, température suffi- sante pour produire un combustible gazeux susceptible de brûler de façon continue.
L'invention a pour l'un de ses objets un procédé pour obtenir un gaz combustible fixe de puissance calorifique et . de composition chimique déterminées grâce à un procédé et à un appareillage qui comporte le mélange continu intime et homogène du combustibleavec un gaz susceptible de soutenir la combustion ou gaz comburant à savoir un air enrichi en oxygène, la teneur totale -en oxygène libre dans ce gaz combu- rant étant de préférence comprise entre 22 et 60 % en volume, et à effectuer une combustion partielle ou incomplète tout en maintenant un rapport préétabli entre ce combustible et ce gaz comburant pour transformer ainsi le combustible par combustion partielle et par la chaleur que celle-ci dégage,en un @@@ combustible fixe,
sans produire de noir animal et tout en évitant en même temps une surchauffe localisée qui serait néfaste soit pour le produit final, soit pour l'appareillage de gazéification.
Les expressions "gaz comburant" et "air enrichi en oxygène" doivent être entendues comme s'appliquant à tout mélange d'air et d'oxygène sensiblement pur, ayant une teneur
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total en oxygène libre allant de 22% à 60% en volume. Tan- dis qu'on peut utiliser pour ce procédé un gaz comburant dont la concentration soit supérieure à 60 % en oxygène libre, le noir animal est plus susceptiblede seformer lorsqu'on utilise une concentration supérieurs à celle- de la zone préférée indiquée .
Lorsqu'on opère sur un combustible liquide pulvérisé ou atomisé et mélangé à un air enrichi en oxygène,'présen- tant une concentration de 56 % d'oxygène et 44% d'azote et/ou de gaz inertes, le procédé suivant l'invention produira un gaz combustible fixe lorsqu'on envoie 14,5 kg. de ce combus- tible liquide pour 28,3mc de gaz produit comme'suit :
EMI3.1
<tb> Analyse <SEP> du <SEP> gaz <SEP> Pourcentage <SEP> en <SEP> volume
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<tb> Gaz <SEP> carbonique <SEP> CO2 <SEP> 5,5
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<tb> Produits <SEP> éclairants <SEP> CnH2n <SEP> 8,1
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<tb> Oxygène <SEP> 02 <SEP> 0,4
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<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> CO <SEP> 30,6
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<tb>
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<tb> Hydrogène <SEP> H2 <SEP> 17,8
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<tb> Méthane <SEP> CH4 <SEP> 19,2
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<tb> Azote <SEP> N2 <SEP> 18,4
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<tb> 100,
0
<tb>
Lorsqu'on opère sur un combustible liquide atomisé et mélangé avec un air enrichi en -oxygène présentant des con- centrations en oxygène différentes dans le mélange combus-
1 tible, les gaz combustibles résultants produits ont les compositions suivantes :
EMI3.2
<tb> Pourcentage <SEP> d'oxygène <SEP> dans <SEP> le
<tb>
<tb> mélange <SEP> dont <SEP> est <SEP> préparé
<tb>
EMI3.3
le gaz combustible 87% 5 6le.
385.1
EMI3.4
<tb> Gaz <SEP> carbonique <SEP> CO2 <SEP> 5,0 <SEP> 5,5 <SEP> 6,0
<tb>
<tb>
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<tb> Eclairants <SEP> CnH2n <SEP> 6,2 <SEP> , <SEP> 8,1 <SEP> 12,8
<tb>
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<tb> Oxygène <SEP> O2 <SEP> 0,6 <SEP> 0,4 <SEP> 0,4
<tb>
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<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> CO <SEP> 37,0 <SEP> 30,6 <SEP> 24,0
<tb>
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<tb> Hydrogène <SEP> H2 <SEP> 29,0 <SEP> 17,8 <SEP> 6,3
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<tb> Méthane <SEP> CH4 <SEP> 18,2 <SEP> 19,2 <SEP> 13,0 <SEP> , <SEP>
<tb>
EMI3.5
Azote DT2 420 z4 37 ,5
EMI3.6
<tb> -3- <SEP> 100,0 <SEP> 100,0 <SEP> 100,0
<tb>
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<tb> Grandes <SEP> calories <SEP> par <SEP> me <SEP> de <SEP> gaz <SEP> produit <SEP> 4,8 <SEP> 4,8 <SEP> @,
<SEP> 8
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<tb> Kg <SEP> d'huile <SEP> combustible <SEP> utilisée <SEP> par
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<tb> 28,3mc. <SEP> de <SEP> gaz <SEP> produit <SEP> 14,5 <SEP> 14,5 <SEP> 14,5
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<tb> Densité <SEP> du <SEP> gaz <SEP> 0,72 <SEP> 0,79 <SEP> 0,95
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<tb> Mc. <SEP> de <SEP> 02 <SEP> utilise <SEP> pour <SEP> 28,3mc. <SEP> de <SEP> gaz <SEP> 7 <SEP> 23 <SEP> 5,27 <SEP> 3,69
<tb>
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<tb> Mc. <SEP> mc. <SEP> de <SEP> gaz <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP> 6,64 <SEP> 13,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> .
<tb>
La description qui suit représente une forme de réalisation particulière de l'appareillage permettant la mise en oeuvre de l'invention en référence au dessin annexé sur lequel
La fig, 1 représente en position de fonctionnement cer- tains dispositifs ou éléments constitutifs pouvant être utili- sés pour effectuer le procédé et établir l'appareillage de mise en oeuvre du procédé.
La fig. 2 est une vue en coupe horizontale d'une chambre de réaction ou zone de gazéification d'un gazogène, coupe faite suivant la ligne 2-2 de la fig. 1;
La f ig. 3 est une vue détaillée d'un dispositif mélangeur ou brûleur pour la pulvérisation et le mélange d'hydrocarbures liquides ou pourrie mélange d'hydrocarbures gazeux avec l'air enrichi en oxygène ou gaz comburant;
La fig. 4 est une coupe verticale du dispositif mélangeur suivant 4-4 dela fig. 3 ;
La fig. 5 est une vue en bout du dispositif du mélange de la fig. 3.
En se reportant au dessin en détail, le gazogène proprement
1 dit/comporte une enveloppe métallique 2 étanche aux gaz, consti- tuée essentiellement en tôle d'acier. Le gazogène comporte une paroi réfractaire intérieure du garnissage 3 et une partie isolante 4 composée en un matériau tel que la brique "Sil-0- Cel", amiante ou autre matière isolante appropriée. A la partie supérieure de la chambre de réaction ou zone de gazéification 5 on prévoit un thermo-couple 6 pour la mesure et le contrôle de la température de réaction, un pyromètre 6a et un mécanisme de contrôle 6d qui actionne automatiquement une vanne à combus- tible 13. La chambre de réaction est munie d'un orifice d'al-'
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lumage initial 7 pourvu d'une vanne 8, pour l'introduction d'un flambeau pour l'allumage de la chambre de réaction.
En outre la chambre de réaction est munie d'un orifice 16 à garnissag'e réfractaire dans lequel est disposé le dispositif mélangeur ou brûleur 15 pour introduire le mélange d'hydrocarburescombusti- bles et d'air enrichi dans la zone de réaction ou chambre de gazéification 5. Un regard ou orifice muni d'une vanne 8 est prévu à la partie supérieure de la chambre pour la sur veil- lance des opérations d'allumage.
L'appareillage de gazéification comporte une conduite d'aspiration 9 pour l'huile ou pour le combustible gazeux, une pompe à huile ou combustible gazeux 10 qui achemine le combustible hydrocarbure vers la vanne de com- mande 13 et dans le dispositif mélangeur ou brûleur 15 ou le combustible est pulvérisé et/ou mélangé avec le gaz comburant provenant de la conduite 25 avant d'être acheminé à l'orifice 16 et à l'intérieur de la chambre de réaction.
L'appareillage gazogène est alimenté en air par une pompe à air 17 par l'intermédiaired'une conduite 18 pourvue d'une soupape régulatrice de pression 19, vers un débitmètre 20 et une vanne 21 qui admet le volume d'air voulu à la conduite 22 vers l'orifice d'entrée du chemisage échangeur de chaleur 23 chemisage comportant une chieane ou ailette hélicoTdale continue' 23a) qui préchauffe l'air au moyen des gaz chauds sur tant de la chambre de réaction 5, les calories étant véhiculées à travers f chaud le tube34. L'air chassé sortant passe de l'échangeur dans la conduite 24 vers une zone de mélange 24a dans laquelle est reçu'l'oxygène provenant de la conduite d'alimentation sous pression 26.
L'arrivée d'oxygène est contrôlée par un régulateur 27 qui laisse entrer l'oxygène sous pression constante, et l'oxygène est conduit sous le débit volumétrique prévu au débit- mètre 29 d'où il passe par'la vanne 30 et la conduite 31 à la zone 24a où l'oxygène se mélange à l'air préchauffé venant de la conduite 24. Lé mélange d'air enrichi en oxygène passe par la conduite 25 vers l'enveloppeou corps extérieure 15m du dis-
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positif mélangeur ou brûleur 15 d'où il s'écoule à vitesse élevée par un orifice de décharge annulaire 15d muni d'un bec brûleur annulaire 15c et autour d'un bec 15b à tête agrandie disposé axialement par rapport au bec du brûleur.
L'huile ou le combustible gazeux acheminé par la tuyauterie 14 vers le dispositif mélangeur ou brûleur 15 est envoyé dans la section de xux tuyauterie de combustible 15a qui présente un bec de sortie du combustible à perforations multiples 15b avec des orifices 15e par lesquels l'huile ou le gaz combustible est directement projetée dans la trajectoire de l'air enrichi s'écoulant à grande vitesse à travers l'orifice de sortie d'air 15d du brûleur. De cette manière on obtient une pulvérisation efficace et/ou un mélange intime de l'huile ou combustible ga- zeux avec l'air enrichi qui entre en contact forcé avec le combustible projeté dans son sein.
Le mélange de combustible et d'air ainsi pulvérisé et/ou mélangé est acheminé depuis le brûleur dans un organe tubulaire réfractaire 16a entourant le brûleur et concentrique par rapport à lui et comportant un ori- fice de décharge 16 par où l'organe réfractaire e 16a pénètre dans la chambre de réaction ou de gazéification 5.
Les gaz chauds engendrés dans la chambre 5 en sortent par la tuyauterie 32 et la tuyauterie 33 vers le tube 34 échangeàr de chaleur dans lequel une partie de leurs calories est enlevée par l'action refroidissants de l'air circulant à travers le chemisage 23 de l'échangeur. Les gaz partiellement refroidis passent du tube 34 vers la colonne de descente 35 et traversent une tuyauterie à. l' extrérnité immergée 36 à joint hydraulique vers le réfrigérant 38. On envoie de l'eau pour refroidir les gaz jusqu'à la température ambiante par une conduite 41 et une vanne de commande 42 qui est réglée pour donner la pression voulue au manomètre 43.
L'eau circule par les conduites 44 vers les buses de projection 45 disposées dans ladito colonne descendanteet le refroidisseur. La colonne de descente 35 est munie d'un raccord de purge 46, d'un robinet 47 et d'une tuyauterie de ventilation 48 pour purger les gaz -6-
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de combustion pendant la période de réchauffage de.l'appa- reil. Il est néanmoins évident que l'eau de refroidissement usée après,avoir traversé les buses de projection 45 vers la'chambre 37 s'écoulent par le trop-plein 49 vers l'orifice de sortie 50, la cuve d'étanchéité 51 et le drain 52 et de là vers l'égout, ou vers un bassin de récupération éventuel- lement.
Dispositif mélangeur ou brûleur (Fige 3 à 5) .
Le dispositif mélangeur ou brûleur 15 utilisé dans l'appareil de la fig. 1 est représenté en détail aux fig. 3 à 5 et comprend un corps creux de brûleur 15m par où le gaz comburant s'écoule vers l'orifice de sortie du brûleur 15d Un tube à huile ou à combustible 15a qui est relié au corps du brûleur et s'étend à travers celui-ci vers l' orifice 15d.
Le tube à combustibleest muni d'une buseou bec amo.vible 15d à orifices multiples 15e à travers laquelle le combustible est acheminé perpendiculairement à la direction de circulation du combustible dans le tube du combustible 15a, perpendiculaire- ment aussi à la direction de circulation du gaz comburant passant devant cette buse ou bec. Le flux de combustible issu des orifices 15e de la buse entre en contact direct aisée le flux à grande vitesse de gaz comburant passant devant les orifices 15e de la buse et est instantanément pulvérisé par et/un mélangé avec ce flux de gaz comburant circulant à travers un organe tubulaire réfractaire, dont l'extrémité constitue l'orifice 16 qui débouche dans. la chambre de réaction 5.
Le mélange combustible issu du dispositif mélangeur 'et pénétrant dans la chambre de réaction est allumé par la température ré- gnant dans cettechambrequi provoque une combustion 'et un craquage partiels du combustible en un gaz combustible fixe.
On remarquera que.la vitesse du;'flux du mélange combustible à l'orifice de la buse du brûleur est supérieure à la vitesse de propagation de la flamme pour ce mélange combustible et est'
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de l'ordre de 90 à 240 m/secondes, suivant la teneur en oxygène du mélange à gazéifier. Cette vitesse élevée assure un haut degré de pulvérisation ou d'atomisation et/ou de mélange de combustible avec le gaz comburant et empêche en outre la combustion de s'accomplir à la buse du brûleur ou sur des parties du brûleur, protégeant ainsi ces parties d'une surchauffe ou d'une fusion.
La fig. 4 représente une coupe verticale du brûleur @ 15 suivant la ligne 4-4 de la fig. 3. Cette coupe montre la position des quatre ailettes métalliques 15f prévues sur le tube à combustible 15a pour maintenir le centrage du tube à combustible et dela buse 15b par rapport à l'orifice de sortie 15d du brûleur . Les ailettes 15f sont soudées au tube à combustible et s'ajustent étroitement contre la pa- roi intérieure du corps du brûleur de manière à. permettre le démontage et la sortie du tube à combustible par désassem- blage de la bride 15g , pour examen et nettoyage périodiques.
Il est évident que l'on peut régler la buse 15b en position correcte dans le bec 15c grce au raccard fileté entre le tube à combustible et la buse.
Démarrage du gazogène.
Afin de préparer le gazogène pour une opération de gazé- ification, on règle le régulateur de pression d'air 19 à la pression correcte, on règle aussi le régulateur de soupape de détente 10a de la pompe à, combustible à sa pression cor- , recte . On met en route le moteur 17a entraînant la pompa à combustible et les pompes à air 10 et 17 respectivement, on envoie de l'eau'aux jets 45 de la colonne de descente
35 et au réfrigérant 38, en ouvrant le robinet 42 jusqu'à la pression correcte lue au manomètre 43. On ouvre le robinet de purge 47 pour évacuer les gaz de combustion de la chambre de réaction 5 pendant la période d'échauffement ou de démar- rage. On ouvre la vanne de l'orifice d'allumage 8 et on introduit un brûlot dans la chambre de réaction.
L'air pro-
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venant de @a pompe 17 est envoyé dans la chambre de réaction par le brûleur 15 en ouvrant la soupape 21 de manièreà correspondre à une valeur déterminée du débit lue au débitmè- tre 20. On alimente le brûleur 15 en combustible en ouvrant la vanne à main à cadran 14a jusqu' à une lecture correcte au cadran.
(Les vannes 12 et 13 restent fermées pendant la pério- de d'échauffement), Le combustible traverse le tube à com- bustion 15a du brûleur jusqu'à la buse distributrice 15b et aux orifices 15e par où les jets de combustible sortent pour entrer en contact avec le flux à grande vitesse d'air ou de gaz comburant provenant de la conduite 25 par l'intermédiaire du brûleur, ce qui provoque la pulvérisation et/ou le mélange de combustibles avec legaz comburant. Le mélange résultant traverse l'orifice 16 pour entrer dans la chambre de réaction 5 où il est allumé par le brûlot et brûle dans une mesure plus ou moins complète échauffant ainsi la chambre de réaction.
L'opération de réchauffage se poursuit et l'on enlève le flam- beau lorsque la température,de la chambre 19. a atteint 316 C. et l'on ferme la vanne 8a. On continue ainsi ce chauffage jusqu'à ce que la chambre ait atteint une température de 816 C. environ, à quel moment le gazogène est prêt pour la gazéifica- tion.
Opération degazéification.
Lorsque la chambre-de réaction a atteint une température de 816 C. environ, on peut commencer la gazéification. On règle le pyromètre 6a de manière à contrôler et à maintenir la température de la chambre à 216 C. au moyen du couple thermo, électrique 6 et.de la connexion 6b . Les branchementsC cor- respondant à la température maximum actionnent le moteur ré- versible dans le mécanisme 6d et! déplacent les leviers de com- mande 6e reliés à la vanne de réglag.e du combustible 13.
Si la température dans la chambre tombe légèrement au-dessous de la température de 816 C pour laquelle est réglé le pyromètre, les
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contacts de celui-ci obligent le moteur 6d à actionner la tringlerie 6e et à provoquer une légère fermeture de la vanne à combustible 13, réduisant ainsi le débit du combustible vers le brûleur 15 et la chambre 5. D'autre part si la température s'élève dans la chambre légèrement au-dessus de' la température de réglage, le mécanisme de contrôle pyrométrique se met automatiquement en fonctionne- ment de manière à ouvrir légèrement la vanne 13.
De plus, lorsque la température de la chambre correspond au réglage pyrométrique , le pyromètre est en position d'équilibre et aucune action ne se produit dans le mécanisme du moteur; ainsi le réglage de la vanne 13 demeure constant tant que la tempé- rature de la chambre ne s'écarte pas de celle marquée.
Par suite, en gardant à. l'esprit les points que l'on vient d'exposer, on effectue l'opération de gazéification aussitôt après l'opération de démarrage décrite plus haut de la manièresuivante : on ouvre en grand la vanne12 de fermeture du combustible (la vanne 13 est réglée à sa posi- tion déterminée). On ferme la vanne de combustible à cadran 14a . On règle le robinet d'air 21 de manière à obtenir le débit voulu au débitmètre 20. On ouvre progressivement la vanne à oxygène 30 jusqu'à obtenir le débit voulu au débitmè- tre à oxygène 29, alimentant ainsi l'appareil en air enrichi d'oxygène. L'air et l'oxygène se mélangent au point 24a au moment où ce mélange s'écoule vers le brûleur 15 à travers lequel l'air enrichi circule et pulvérise et/ou se mélange avec le combustible issu de la buse à combustible 15 par les orifices 15e .
Le mélange combustible résultant de combus- - o tible et l'air enrichi s,ért de la buse du brûleur à une vi- tesse supérieure à la vitesse de propagation de la flambe, se mélange au combustible, continue à s'écouler par l'orifice 16 vers la chambre de réaction 5 où il est allumé par la tem- pératurequi règne, provoquant une combustion et un craquage partiels du combustible en gaz combustibles fixes comme suite
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à la combustion partielle et à la chaleur dégagée par celle-ci sans apport de chaleur extérieure.
On ferme alors le robinet de purge 47 obligeant les gaz combustibles dégagés de s'écouler de la chambre 5 par la prise 32 vers le tube échangeur de cha- leur 34 où une fraction des calories contenues dans les gaz chauds circulant dans le tube 34 passent à l'air entrant util-i- sé pour le traitement, et circulant à travers le chemisage 23 de l'échangeur . Les gaz combustibles s'écoulent de l'échangeur vers la colonne de descente 35 et entrent en contact avec le brouillard d'eau de refroidissement initial 45;
ces gaz traver- sent le tuyau barbotteur 36 et le joint hydraulique 36a @@x pour remonter par le tablier 36b vers le réfrigérant 38 où ils entrent en contact avec l'eau provenant de la buse d'arrosage
45 dans ce réfrigérant, tout en circulant de bas en haut à travers des grilles en bois humide du réfrigérant, ce qui refroi- dit les gaz avant qu'ils ne s'évacuent par le tuyau de sortie
40 du réfrigérant d'où les gaz passent vers l'appareillage usuel d'épuration'et de dégoudronnage, tels que les appareils bien connus à précipitation électro-statique où les laveurs à tournures pour la séparation de produits de condensation et d'autres impuretés, étant alors prêts au stockage ou à la consommation sous forme de gaz de ville.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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DESCRIPTIVE MEMORY filed in support of a request for
PATENT OF INVENTION Edwin Augustus P A C K A R D "Improved process and equipment for the manufacture of combustible gases", Priority of a patent application filed in the United States of America on February 10, 1945 in the name of William Francis Faber.
The present invention relates to a manufacturing process and to an apparatus for the production of a fuel gas for urban use from liquid or rich gaseous hydrocarbons, such as distillation gases. from refining oil, butane, propane, or natural gases that unite or burn with oxygen. The invention relates in particular to the production of a combustible gas by partial combustion and breakdown of such fuels, this combustion being supported and maintained by a supply of substantially pure free oxygen xax or a mixture of air enriched with oxygen, or d other mixtures of oxygen with any inert gas ,. mixture in which the content;
volumetric oxygen is, for town gas, preferably between 22 and 60%, this percentage may however be increased depending on the
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desired gas quality.
According to the invention, it is possible to produce a gas of predetermined and substantially constant calorific power by combining continuously and progressively in the form of an intimate mixture in a limited mixing zone, a hydro fuel. -carbon and an oxygen-enriched air stream flowing at a speed greater than the flame propagation speed of the resulting mixture, and to convey this mixture from the mixing zone into a gagogene, while the latter is maintained at a temperature determined by the heat generated by the partial combustion of the fuel in the mixture, a temperature sufficient to produce a gaseous fuel capable of continuous burning.
The invention has for one of its objects a method for obtaining a fixed fuel gas of calorific power and. of chemical composition determined by means of a process and an apparatus which comprises the continuous intimate and homogeneous mixing of the fuel with a gas capable of supporting combustion or oxidizing gas, namely oxygen-enriched air, the total content of free oxygen in this gas oxidizer preferably being between 22 and 60% by volume, and to carry out partial or incomplete combustion while maintaining a pre-established ratio between this fuel and this oxidizing gas to thus transform the fuel by partial combustion and by the heat as that -ci releases, in a fixed fuel,
without producing animal black and while at the same time avoiding localized overheating which would be harmful either for the final product or for the gasification apparatus.
The expressions “oxidizing gas” and “oxygen enriched air” should be understood as applying to any mixture of air and substantially pure oxygen, having a content of
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total free oxygen ranging from 22% to 60% by volume. While an oxidizing gas with a concentration greater than 60% free oxygen can be used for this process, animal charcoal is more likely to form when a concentration greater than the preferred zone indicated is used.
When operating on a pulverized or atomized liquid fuel mixed with oxygen-enriched air, having a concentration of 56% oxygen and 44% nitrogen and / or inert gases, the process according to invention will produce a fixed fuel gas when sending 14.5 kg. of this liquid fuel for 28.3mc of gas produced as follows:
EMI3.1
<tb> <SEP> analysis of the <SEP> gas <SEP> Percentage <SEP> in <SEP> volume
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<tb> Carbon dioxide <SEP> <SEP> CO2 <SEP> 5.5
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<tb> Lighting <SEP> products <SEP> CnH2n <SEP> 8.1
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When operating on an atomized liquid fuel mixed with oxygen enriched air having different oxygen concentrations in the fuel mixture
1 tible, the resulting fuel gases produced have the following compositions:
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<tb> Percentage <SEP> of oxygen <SEP> in <SEP> on
<tb>
<tb> mix <SEP> of which <SEP> is <SEP> prepared
<tb>
EMI3.3
fuel gas 87% 5 6le.
385.1
EMI3.4
<tb> Carbon dioxide <SEP> <SEP> CO2 <SEP> 5.0 <SEP> 5.5 <SEP> 6.0
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<tb> Carbon <SEP> <SEP> <SEP> CO <SEP> 37.0 <SEP> 30.6 <SEP> 24.0
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<tb> Hydrogen <SEP> H2 <SEP> 29.0 <SEP> 17.8 <SEP> 6.3
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<tb> Methane <SEP> CH4 <SEP> 18.2 <SEP> 19.2 <SEP> 13.0 <SEP>, <SEP>
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EMI3.5
Nitrogen DT2 420 z4 37, 5
EMI3.6
<tb> -3- <SEP> 100.0 <SEP> 100.0 <SEP> 100.0
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<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
<tb> Large <SEP> calories <SEP> by <SEP> me <SEP> of <SEP> gas <SEP> produced <SEP> 4.8 <SEP> 4.8 <SEP> @,
<SEP> 8
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<tb> Kg <SEP> of oil <SEP> fuel <SEP> used <SEP> by
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<tb> 28.3mc. <SEP> of <SEP> gas <SEP> product <SEP> 14.5 <SEP> 14.5 <SEP> 14.5
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<tb> Density <SEP> of the <SEP> gas <SEP> 0.72 <SEP> 0.79 <SEP> 0.95
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<tb> Mc. <SEP> of <SEP> 02 <SEP> uses <SEP> for <SEP> 28.3mc. <SEP> of <SEP> gas <SEP> 7 <SEP> 23 <SEP> 5.27 <SEP> 3.69
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<tb> Mc. <SEP> mc. <SEP> of <SEP> gas <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP> 6.64 <SEP> 13.5
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The following description represents a particular embodiment of the apparatus allowing the implementation of the invention with reference to the appended drawing in which
FIG. 1 represents, in operating position, certain devices or constituent elements which can be used to carry out the method and to establish the apparatus for carrying out the method.
Fig. 2 is a horizontal sectional view of a reaction chamber or gasification zone of a gasifier, section taken along line 2-2 of FIG. 1;
The f ig. 3 is a detailed view of a mixer or burner device for spraying and mixing liquid hydrocarbons or rotten mixture of gaseous hydrocarbons with air enriched in oxygen or oxidizing gas;
Fig. 4 is a vertical section of the mixing device according to 4-4 of fig. 3;
Fig. 5 is an end view of the mixing device of FIG. 3.
Referring to the drawing in detail, the gasifier properly
1 said / comprises a gas-tight metal casing 2, consisting essentially of sheet steel. The gasifier comprises an inner refractory wall of the lining 3 and an insulating part 4 made of a material such as brick "Sil-O-Cel", asbestos or other suitable insulating material. At the top of the reaction chamber or gasification zone 5 there is provided a thermocouple 6 for the measurement and control of the reaction temperature, a pyrometer 6a and a control mechanism 6d which automatically actuates a fuel valve. tible 13. The reaction chamber is provided with an al- '
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initial lighting 7 provided with a valve 8, for the introduction of a torch for ignition of the reaction chamber.
In addition, the reaction chamber is provided with a refractory-lined orifice 16 in which the mixing device or burner 15 is arranged for introducing the mixture of combustible hydrocarbons and enriched air into the reaction zone or combustion chamber. gasification 5. A sight glass or orifice fitted with a valve 8 is provided in the upper part of the chamber for monitoring the ignition operations.
The gasification apparatus comprises a suction line 9 for oil or for gaseous fuel, an oil or gaseous fuel pump 10 which conveys the hydrocarbon fuel to the control valve 13 and into the mixing device or burner. 15 or the fuel is sprayed and / or mixed with the oxidant gas from line 25 before being fed to port 16 and inside the reaction chamber.
The gasifier apparatus is supplied with air by an air pump 17 via a pipe 18 provided with a pressure regulating valve 19, to a flowmeter 20 and a valve 21 which admits the desired volume of air to the pipe 22 to the inlet of the heat exchanger liner 23 liner comprising a continuous coil or helical fin 23a) which preheats the air by means of hot gases over both the reaction chamber 5, the calories being conveyed to through hot f the tube34. The exiting expelled air passes from the exchanger in line 24 to a mixing zone 24a in which the oxygen coming from the pressurized supply line 26 is received.
The arrival of oxygen is controlled by a regulator 27 which allows oxygen to enter under constant pressure, and the oxygen is conducted under the volumetric flow rate provided for the flowmeter 29 from where it passes through the valve 30 and the line 31 to zone 24a where the oxygen mixes with the preheated air coming from line 24. The oxygen-enriched air mixture passes through line 25 to the casing or outer body 15m of the device.
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positive mixer or burner 15 from which it flows at high speed through an annular discharge orifice 15d provided with an annular burner nozzle 15c and around a nozzle 15b with an enlarged head disposed axially with respect to the burner nozzle.
The oil or gaseous fuel supplied through the piping 14 to the mixer or burner device 15 is sent to the section of the fuel piping 15a which has a multi-perforated fuel outlet 15b with orifices 15e through which the fuel oil or gas is directly projected into the path of the enriched air flowing at high speed through the air outlet 15d of the burner. In this way an efficient spraying and / or an intimate mixing of the oil or gaseous fuel with the enriched air which comes into forced contact with the fuel projected into it is obtained.
The mixture of fuel and air thus atomized and / or mixed is conveyed from the burner into a refractory tubular member 16a surrounding the burner and concentric with respect to it and comprising a discharge orifice 16 through which the refractory member e 16a enters the reaction or gasification chamber 5.
The hot gases generated in the chamber 5 exit through the piping 32 and the piping 33 to the heat exchange tube 34 in which a part of their calories is removed by the cooling action of the air circulating through the liner 23 of the exchanger. The partially cooled gases pass from tube 34 to downcomer 35 and pass through piping to. the submerged end 36 with hydraulic seal to the condenser 38. Water is sent to cool the gases to ambient temperature through a pipe 41 and a control valve 42 which is set to give the desired pressure to the pressure gauge 43 .
The water circulates through the pipes 44 to the projection nozzles 45 arranged in the descending column ladito and the cooler. The descent column 35 is provided with a purge connection 46, a valve 47 and a ventilation pipe 48 to purge the gases -6-
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combustion during the heating-up period of the appliance. It is nevertheless evident that the used cooling water after having passed through the projection nozzles 45 towards the chamber 37 flows through the overflow 49 towards the outlet 50, the sealing tank 51 and the drain 52 and from there to the sewer, or to a possible recovery basin.
Mixer or burner device (Freeze 3 to 5).
The mixer or burner device 15 used in the apparatus of FIG. 1 is shown in detail in FIGS. 3 to 5 and comprises a hollow burner body 15m through which the oxidizing gas flows to the outlet of the burner 15d An oil or fuel tube 15a which is connected to the body of the burner and extends through that here to orifice 15d.
The fuel tube is provided with a removable multi-port nozzle or nozzle 15d 15e through which the fuel is routed perpendicular to the direction of fuel flow in the fuel tube 15a, also perpendicular to the direction of fuel flow. oxidizing gas passing in front of this nozzle or nozzle. The flow of fuel from the ports 15e of the nozzle easily comes into direct contact with the high speed flow of oxidizing gas passing past the ports 15e of the nozzle and is instantly atomized by and / a mixed with this flow of oxidizing gas flowing through. a refractory tubular member, the end of which constitutes the orifice 16 which opens into. the reaction chamber 5.
The combustible mixture from the mixing device and entering the reaction chamber is ignited by the temperature prevailing therein which causes partial combustion and cracking of the fuel to a fixed combustible gas.
Note that the speed of the flow of the combustible mixture at the orifice of the burner nozzle is greater than the flame propagation speed for this combustible mixture and is
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of the order of 90 to 240 m / second, depending on the oxygen content of the mixture to be gasified. This high speed ensures a high degree of atomization or atomization and / or mixing of the fuel with the oxidant gas and further prevents combustion from taking place at the burner nozzle or on parts of the burner, thus protecting these parts. overheating or melting.
Fig. 4 shows a vertical section of the burner @ 15 along line 4-4 of fig. 3. This section shows the position of the four metal fins 15f provided on the fuel tube 15a to maintain the centering of the fuel tube and the nozzle 15b relative to the outlet 15d of the burner. The fins 15f are welded to the fuel tube and fit tightly against the interior wall of the burner body so as to. allow disassembly and removal of the fuel tube by disassembling the flange 15g, for periodic examination and cleaning.
Obviously, the nozzle 15b can be adjusted to the correct position in the nozzle 15c by means of the threaded connection between the fuel tube and the nozzle.
Starting the gasifier.
In order to prepare the gasifier for a gasification operation, the air pressure regulator 19 is set to the correct pressure, the expansion valve regulator 10a of the fuel pump is also set to its correct pressure, recte. The engine 17a is started driving the fuel pump and the air pumps 10 and 17 respectively, water is sent to the jets 45 of the descent column
35 and refrigerant 38, by opening the valve 42 to the correct pressure read on the pressure gauge 43. The purge valve 47 is opened to evacuate the combustion gases from the reaction chamber 5 during the warm-up or start-up period. - rage. The valve of the ignition port 8 is opened and a burner is introduced into the reaction chamber.
The air pro-
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from the pump 17 is sent into the reaction chamber by the burner 15 by opening the valve 21 so as to correspond to a determined value of the flow rate read at the flow meter 20. The burner 15 is supplied with fuel by opening the valve to dial hand 14a until a correct reading on the dial.
(Valves 12 and 13 remain closed during the warm-up period), The fuel passes through the combustion tube 15a of the burner to the distributor nozzle 15b and to the ports 15e through which the fuel jets exit to enter. in contact with the high velocity flow of air or oxidizing gas from line 25 through the burner, causing atomization and / or mixing of fuels with the oxidant gas. The resulting mixture passes through port 16 to enter reaction chamber 5 where it is ignited by the burner and burns to a more or less complete extent thereby heating the reaction chamber.
The reheating operation continues and the flame is removed when the temperature of chamber 19. has reached 316 ° C. and valve 8a is closed. This heating is continued in this way until the chamber has reached a temperature of approximately 816 C., at which time the gasifier is ready for gasification.
Gasification operation.
When the reaction chamber has reached a temperature of approximately 816 ° C., gasification can begin. The pyrometer 6a is adjusted so as to control and maintain the temperature of the chamber at 216 C. by means of the thermo, electric couple 6 and of the connection 6b. The connections C corresponding to the maximum temperature activate the reversible motor in the mechanism 6d and! move the 6e control levers connected to the fuel adjustment valve 13.
If the temperature in the chamber drops slightly below the temperature of 816 C for which the pyrometer is set, the
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contacts of this force the motor 6d to actuate the linkage 6e and cause the fuel valve 13 to close slightly, thus reducing the flow of fuel to the burner 15 and chamber 5. On the other hand, if the temperature s When the temperature rises in the chamber slightly above the set temperature, the pyrometric control mechanism is automatically activated so as to slightly open the valve 13.
In addition, when the temperature of the chamber corresponds to the pyrometric setting, the pyrometer is in the equilibrium position and no action occurs in the motor mechanism; thus the setting of the valve 13 remains constant as long as the temperature of the chamber does not deviate from that marked.
As a result, keeping at. mind the points just explained, the gasification operation is carried out immediately after the start-up operation described above in the following manner: the fuel closing valve 12 is fully opened (valve 13 is set to its determined position). The fuel dial valve 14a is closed. The air valve 21 is adjusted so as to obtain the desired flow rate at the flowmeter 20. The oxygen valve 30 is gradually opened until the desired flow rate is obtained at the oxygen flowmeter 29, thus supplying the apparatus with enriched air. oxygen. The air and oxygen mix at point 24a as this mixture flows to the burner 15 through which the enriched air circulates and sprays and / or mixes with the fuel from the fuel nozzle 15 by the 15th holes.
The resulting combustible mixture of fuel and enriched air exits the burner nozzle at a speed greater than the flame propagation speed, mixes with the fuel, continues to flow through the port 16 to the reaction chamber 5 where it is ignited by the prevailing temperature, causing partial combustion and cracking of the fuel to stationary fuel gases as follows
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partial combustion and the heat released by it without external heat input.
The purge valve 47 is then closed, forcing the combustible gases released to flow from the chamber 5 through the outlet 32 to the heat exchanger tube 34 where a fraction of the calories contained in the hot gases circulating in the tube 34 pass. to the incoming air used for the treatment, and circulating through the liner 23 of the exchanger. The combustible gases flow from the exchanger to the downcomer 35 and come into contact with the initial cooling water mist 45;
these gases pass through the bubbler pipe 36 and the hydraulic seal 36a @@ x to rise through the apron 36b towards the condenser 38 where they come into contact with the water coming from the sprinkler nozzle
45 in this refrigerant, while circulating from bottom to top through damp wooden grates of the refrigerant, which cools the gases before they escape through the outlet pipe
40 of the refrigerant from which the gases pass to the usual purification and tar removal equipment, such as the well-known electrostatic precipitation apparatus or the turn washers for the separation of condensation products and other impurities , being then ready for storage or consumption in the form of town gas.
CLAIMS.
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