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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> 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
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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>
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<tb> Eclairants <SEP> CnH2n <SEP> 6,2 <SEP> , <SEP> 8,1 <SEP> 12,8
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<tb> Oxygène <SEP> O2 <SEP> 0,6 <SEP> 0,4 <SEP> 0,4
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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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EMI4.1
<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
<tb>
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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>
<tb>
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<tb> Mc. <SEP> mc. <SEP> de <SEP> gaz <SEP> 1 <SEP> 4 <SEP> 6,64 <SEP> 13,5
<tb>
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<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 **.