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"Perfectionnements apportés aux moyens de production de gaz, notamment de gaz de synthèse".
L'invention est relative aux moyèns de produc- tion de gaz et elle concerne plus particulièrement, mais non exclusivement, les moyens destinés à la production de gaz de synthèse telle que la synthèse dammoniaque.
Il est à noter que, par l'expression "moyens", on comprend aussi bien les procédés de fabrication de gaz que les installations, dispositifs ou appareils servant à la fabrication des gaz en question.
Elle a pour but de rendre tels ces procédés, installations, dispositifs et appareils qu'ils corres- pondent mieux que jusqu'à présent aux divers desiderata
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Selon une première disposition de l'invention, disposition qui est relative à une installation de gazé- ification de poudre de charbon dans laquelle on met la poudre à gazéifier en contact avec un mélange, réchauffé préalablement à une température élevée, de vapeur d'eau et d'air ou d'oxygène, on monte en série deux chambres de gazogène dont la première est munie de moyens pour y introduire, d'une part, le susdit mélange réchauffé et, d'autre part, la poudre de charbon qui subit, dans cette chambre, par son contact avec ledit mélange, une première gazéification, tandis que,
dans la deuxième chambre qui est munie de moyens pour y introduire une quantité sup- plémentaire d'oxygène et/ ou de vapeur d'eau, a lieu une gazéification supplémentaire de particules de char- bon qui entrent dans cette deuxième chambre, de préféren- ce avec les gaz produits dans la première chambre, avan- tageusement des moyens étant prévus pour permettre de pré- lever, le cas échéant, entre les deux chambres, une par- tie du gaz produit dans la première chambre.
Dans le cas du prélèvement d'un gaz de généra- teur entre les deus chambres de gazogène et lorsque la poudre de charbon à gazéifier contient du soufre, il est avantageux de désulfurer préalablement et au moins par- tiellement ladite poudre, en l'injectant dans le gaz de générateur prélevé entre ces deux chambres, pour qu'elle subisse dans ce gaz une légère distillation à basse tem- pérature (entre 300 et 500) juste suffisante pour en- lever de la poudre au moins une grande partie du soufre qu'elle contient, la poudre ainsi désulfurée au moins partiellement étant ensuite séparée du gaz et introduite dans la susdite première ou dans la susdite deuxième chambre de gazogène, pour y subir la gazéification voulue.
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L'invention consiste,mises à part ces disposi- tions, en certaines autres dispositions qui s'utilisent, de préférence, en même temps et dont il sera plus expli- citement parlé ci-après, notamment - en une autre disposition servant à obtenir un gaz ap&te à être utilisé pour la synthèse de l'ammoniaque et consistant à gazéifier, dans un gaz chaud de généra- teur, dans lequel le rapport entre, d'une part, la somme des quantités de l'hydregéne (H2) et de l'oxyde de carbone (CO) et, d'autre part, la quantité de l'azote (N2) se trouvant dans ce gaz, est inférieur à 3 :
1 ,de la poudre de charbon non gazéifiée ou incomplètement gazéifiée, en ajoutant, lors de cette gazéification de la poudre de charbon, une certaine quantité d'oxygène et, de préfé- rence, de vapeur d'eau, pour obtenir ainsi, à la fin de cette gazéification de la poudre de charbon dans le gaz de générateur, un gaz dans lequel le rapport (H2 + CO) N2 est égal à environ 3 : 1.
L'invention vise, plus particulièrement un cer- tain mode d'application ainsi que certains modes de réa- lisation desdites dispositions et elle vise plus particu- lièrement encore, et ce à titre.de.produits industriels nouveaux, les installations, appareils ou dispositifs du genre en.question comportant application de ces mêmes dis- positions ou servant à leur exécution, ainsi que les élé- ments spéciaux propres à l'établissement de ces instal- lations, appareils ou dispositifs.
Et elle pourra, de toute façon, être bien com- prise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont,bien entendu, donnés surtout à titre d'indi- cation.
La figure 1, de ces dessins, montre schémati- quement une installation de gazéification de poudre de
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charbon établie selon l'invention.
La figure 2 montre, sous une forme moins sché- matique, certains éléments de cette installation, partie en élévation, partie en coupe,axiale, et la figure 3 montre schématiquement une va- riante de l'installation représentée par la figure 1.
Selon le gaz de synthèse que l'on désire ob- tenir, on met la poudre de charbon à gazéifier en contact avec un mélange réchauffé à une température élevée soit de vapeur d'eau et d'air, soit de vapeur d'eau et d'oxy- .gène. Pour obtenir'le réchauffage de ce mélange, on fait comporter à l'installation, par exemple, deux régénéra- teurs 1 et 2 chauffés alternativement. Le mélange vapeur d'eau - air ou vapeur d'eau - oxygène, après ce réchauf- fage, est introduit dans une première chambre de gazogène
3 dans laquelle est également introduite la poudre de charbon à gazéifier, par exemple la poudre de lignite.
L'introduction dudit mélange a de préférence, lieu dans la partie supérieure à l'endroit 4 de la,chambre de gazo- gène 3 qui est représentée en coupe dans la figure 2. Au- dessous de l'ouverture d'entrée 4, à l'intérieur de la chambre de gazogène 3, est monté avantageusement un dôme intermédiaire 5 muni de trous et servant de répartiteur du mélange air - ou oxygène - vapeur arrivant par 4 sur toute la section de la chambre de gazogène 3. Egalement dans l'extrémité supérieure de la chambre 3, est montée une tuyère d'admission 6 de la poudre de charbon, cette tuyère traversant le dôme 5 dans son milieu. La gazéifi- cation de la poudre de charbon introduite par la tuyère 6 a lieu lorsque le mélange introduit par 4 et la poudre de
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charbon introduite par 6 se déplacent," à l'intérieur de la chambre 3, du haut vers le bas.
L'ensemble formé des gaz et vapeur et des parti- cules solides en suspension dans ces gaz et vapeur sort de
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.la chambre 3, par l'ouverture 7, pour être amené par la conduite '8 dans la deuxième chambre de gazogène 9 divisée par une cloison intermédiaire, 10 en deux compartiments 9a et 9b , communiquant l'un avec l'autre dans la partie supérieure de la chambre 9 et dont le premier 9a est traversé par un courant montant, tandis que le deuxième 9b est traversé par un courant descendant.
Avantageuse- ment, dans la partie inférieure du compartiment 9a débou- chent des ouvertures 11 par lesquelles de l'oxygène ou de la vapeur d'eau supplémentaire peut être introduite, afin de compléter la gazéification de la poudre de char- bon entraînée par les gaz encore chauds et provenant de la première chambre de gazogène 3.
Dans la conduite 8 qui relie les deux chambres de gazogène 3 et 9, débouche une conduite de prélèvement 12 munie de moyens d'obturation (non représentés) et qui permet de prélever une partie des gaz sortant de la première chambre de gazogène 3.
Les gaz qui sortent en 13 de la deuxième cham- bre de gazogène 9 sont d'abord amenés dans une chau- dière 14 où ces gaz subissent un premier refroidissement, tandis que la chaleur qu'ils contiennent sert à la produc tion de vapeur. Ensuite, ces gaz passent par un sépara- teur de poussières 15 et par plusieurs laveurs 16,17 d'où ils s'en vont par une conduite 18, vers un réser- voir ou vers l'endroit de leur utilisation.
Les gaz prélevés par la conduite 12 passent également à travers une chaudière 19, un séparateur de poussières 20, des laveurs 21 et 22, pour être enfin amenés aux régénérateurs 1, 2 ou un appareil analogue, pour être brûlés avec de l'air arrivant en "a" et chauffer ainsi ces régénérateurs ou appareils analogues.
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L'installation décrite ci-dessus peut servir à l'obtention d'un gaz pour la synthèse d'ammoniaque selon un procédé qui constitue une autre disposition de l'invention et peut, le cas échéant, être utilisé isolé- ment. Selon ce procédé, on produit d'abord un gaz de gé- nérateur dans lequel le rapport (H2 + CO) ; N2 est in- férieur à 3 : 1 et on transforme ensuite ce gaz de gé- nérateur en un gaz dans lequel le rapport entre (H + CO) ; N2 est égal à environ 3 : 1 .et qui est, par conséquent, apte à être utilisé comme gaz de départ pour la synthèse d'ammoniaque, en gazéifiant, dans le gaz de générateur obtenu auparavant et ayant une température élevée, une certaine quantité de poudre de charbon, en ajoutant au gaz de générateur une certaine quantité d'oxygène et, de préférence, de vapeur d'eau.
Bien entendu, on aura soin d'obtenir, dans le gaz de générateur à transformer, un rapport entre H2 + CO, d'une part, et la teneur en N2, d'autre part, aussi élevé que possible.
Ceci étant, en mettant en oeuvre le susdit pro- cédé par l'installation représentée par les figures 1 et 2, on fait chauffer d'abord par les régénérateurs 1 et 2
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par exemrle un mélange arrivant en "b" et composé7dienviron 38% d'air et de 62% de vapeur d'eau, cette composition correspondant à la saturation de l'air pour une température de 85 C.
La température atteinte par ledit mélange de vapeur d'eau et d'air, à la sortie des régénérateurs ou à l'entrée dans la première chambre de gazogène 3, qui doit se trou- ver entre 8000 et 1.400 , est avantageusement entre 1.000 et 1.300 et, de préférence, égale à environ 1.250 , c'est-à-dire que cette température est supérieure à la température nécessaire pour obtenir la gazéification de la poudre de charbon et tient déjà compte du refroidisse- ment que ce mélange d'air et de vapeur d'eau subira au
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contact de la poudre de charbon relativement froide.
Ce mélange vapeur d'eau - air entre en contact avec la poudre de charbon, dans la première chambre de gazogène 3. La poudre de charbon est gazéifiée par son contact avec ledit mélange d'air et de vapeur d'eau. En même temps, la vapeur d'eau réagit avec le charbon pour donner de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone. On obtient ainsi un gaz de générateur dans lequel la somme de H2 et CO constitue entre 45 et 65% du gaz, selon les conditions dans lesquelles ont pu intervenir les réactions. Dans de meilleures conditions de réaction, le rapport (H2 + CO) ; N est égal à 2 : ou même un peu supérieur à 2 ; 1.
Dans les conditions susmentionnées, le gaz de générateur qui sort en 7 de la première chambre de gazogène 3 a la composition suivante ; CO = 21,1 % Il 2 = 34,4 %
CO2 = 14,7 %
N2 = 29,8 %
Une partie de ce gaz est prélevée par la con- duite 12 et sert au chauffage des régénérateurs 1 et 2, ainsi que cela a été expliqué ci-dessus.
Il est avantageux d'introduire en excès la poudre de charbon dans la chambre 3, pour que le gaz de générateur obtenu comporte encore une certaine quantité de poudre de charbon non gazéifiée, au moment où on transfor ce gaz de générateur encore chaud en gaz servant comme gaz de départ pour la synthèse d'ammoniaque.
Pour obtenir cette transformation, on introduit le gaz'-de générateur non prélevé par 12 et comportant encore des particules de charbon non gazéifiées, dans la deuxième chambre de gazo- gène 9 où un supplément d'oxygène et, de préférence, de
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avantageusement
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vapeur d'eau ayau Li r., tl 1 7z7j'-17j--1717erature e aussi élevée que pos- sible (température par exemple entre 800 et 1.000 ) est injecté dans ce gaz encore chaud ayant une température entre par exemple 800 et 1.000 , pour compléter la gazéi- fication de la poudré de charbon qui est entraînée par ce gaz.
L'excès de poudre de charbon et les quantités d'oxygène et de vapeur d'eau sont déterminés de façon que, dans le gaz qui sort en 13 de la deuxième chambre de gazo- gène 9, la somme de H2 + CO soit environ le triple de la teneur en N2. La quantité d'oxygène introduite, par les ouvertures 11, dans le compartiment 9a, peut être relati- vement restreinte, étant donné que le gaz lui-même, ainsi que la poussière de charbon entraînée par lui, se trouvent déjà aux températures de réaction.
Le gaz qui sort en 13 de la deuxième chambre de gazogène 9 a, par exemple, la composition suivante :
CO = 32,4 %
H2 = 34,1 %
CO2 = 11,3 %
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2 22, K2 = 22,2 %
Dans ces chiffres, on n'a pas tenu compte des teneurs en méthane qui, dans tous les cas, sont relative- ment petites et sont toujours inférieures à 1% (par exemple entre 0,4 et 0,6) dans le-gaz de synthèse qui sort de la chambre de'gazogène 9. La teneur basse en méthane dans le gaz de synthèse est due au fait qu'une partie du méthane contenu dans le gaz sortant de la première chambre de gazogène 3 a subi un cracking supplémentaire dans la deuxième chambre de gazogène 9.
L'adjonction de la vapeur d'eau à l'oxygène, dans lé compartiment 9a, a pour but, entre autre, d'éviter des augmentations trop élevées de température, à l'endroit de l'admission. Dans certains cas, un rapport de 1 1 entre les quantités de vapeur d'eau et d'oxygène peut suffire mais, dans d'autres cas,
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ce rapport peut atteindre des valeurs 3 : 1 ou 4 : 1.
Après avoir ainsi obtenu, en partant d'un gaz de générateur ordinaire, un -gaz dans lequel la somme H 2 + CO est le triple de la teneur en azote, il faut en-
2 coré convertir, de faon connue,'le CO en H , selon la formule CO + H2O = H2 + CO2 Il faut ensuite débarrasser ce gaz de son CO2 qu'il contient dès sa fabrication et par suite de ladite conversion, par exemple, par un procédé de lavage. Le produit final est alors tout à fait apte à être utilisé pour la synthèse d'ammoniaque.
Si le gaz de générateur qui rentre dans la cham- bre de gazogène 9 ne composte pas d'excès de poudre de charbon non encore gazéifiée, il est évident qu'on peut introduire, dans ce gaz de générateur, une'partie ou la totalité de la poudre de charbon nécessaire pour sa trans- formation, en même temps qu'on y introduit l'oxygène et la vapeur d' eau.
De préférence, on fait entrer le mélange vapeur- air dans les régénérateurs 1 ou 2 avec une pression telle que le gaz, prélevé par la conduite 12 entre les deux chambres de gazogène 3 et 9 et sortant des divers appa- reils de refroidissement et de nettoyage, ait encore une pression suffisante pour qu'il puisse être brûlé sans augmentation de pression, dans les brûleurs des régéné- rateurs ou autres appareils de chauffage du mélange vapeur air.
Il est encore à noter que l'azote que l'on ob- tient comme déchet, lorsqu'on produit l'oxygène devant être introduit dans la deuxième chambre dé gazogène 9, peut être utilisé comme gaz de protection pour toute' l'installation et notamment comme gaz de transport pour la poussière de charbon. On évite ainsi des incendies et des accidents.
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Bien entendu, les dispositifs de réchauffage le 2 du mélange air - vapeur d'eau, au lieu d'être des régénérateurs,' peuvent être constitués par d'autres dis- positifs, par exemple par des appareils dans lesquels la chaleur du fluide chauffant (gaz de combustion) est transmise audit mélange à travers des parois qui séparent lesdits fluide et mélange.
Une autre variante de l'installation est re- présentée par la figure 3. Cette variante est applicable au cas sù, d'une part, l'installation produit, ainsi que cela a été supposé-dans ce- qui précède, dans sa chambre de gazogène 3, un gaz de générateur dont une partie/est prélevée entre les deux chambres 3 et 9 pour être, de préférence, utilisée pour le réchauffage du mélange air - vapeur d'eau et où, dtautre part, la poudre de charbon à gazéifier comporte du soufre.
Lorsque la poudre de charbon utilisée comporte du soufre, le gaz qui est le résultat de la gazéification de cette poudre de charbon contient des combinaisons de soufre telles que de l'hydrogène sulfuré ou autres. Il est souvent nécessaire de séparer ces combinaisons d'a- vec le gaz de synthèse, notamment lorsqu'il s'agit d'ob- tenir un gaz de synthèse ayant un degré élevé de pureté.
Cependant, il est difficile d'obtenir la sépa- ration des'gaz de synthèse d'avec ces combinaisons de soufre, dans les appareils de nettoyage qui sont traver- sés par le gaz de synthèse déjà formé mais non encore purifié.
Pour éliminer au moins une partie importante du soufre de la poudre de charbon avant sa gazéification, on soumet cette poudre, avant son introduction dans la chambre de gazogène 3 et / ou dans la chambre de gazéi- fication 9, à une légère distillation à basse tempéra-
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ture (entre 300 et 500 )A cet- effet, on injecte en "f", selon la variante d'installation représentée par la figure 3, de la poudre de charbon brute, c'est-à-dire contenant encore une certaine teneur en soufre ou en combinaisons de soufre, dans la partie de gaz de générateur pré levée par la conduite 12 entre les chambres de gazogène 3 et 9.
La légère distillation ainsi obtenue à basse tempéra- ture qui est, de préférence, entre 300 et 4000 est juste suffisante pour enlever de la poudre au moins une grande partie du soufre qu'-elle contient (par exemple 50 à 80% du soufre) .
Il est encore a noter que le soufre est évacué principalement sous forme d'hydrogène sulfuré. Par contre, la quantité des hydro-carbures formés lors de cette dis- tillation à basse- température est minime. Outre le soufre; on enlèvepar suite de la légère distillation à basse température, également une partie de l'acide carbonique,.
La poudre de charbon ainsi désulfurée et débar- rassée d'une partie de son oxyde de carbone est séparée du gaz de générateur par un séparateur 23 pour être introdui- te ensuite, .par la conduite "t",dans la chambre de gazo- gène 3 (en "6"). Ladite distillation de la poudre de char- bon a d'ailleurs encore eu l'effet d'un pré-chauffage de la poudre de charbon, ce qui augmente le rendement thermique de l'installation.
Comme dans l'installation de la figure 1, le gaz de générateur débarrassa de la poudre de charbon passe par la chaudière 13, par un deuxième séparateur de poussière 20 et par un ou plusieurs appareils de la- vage 21, 22 pour être enfin amené aux régénérateurs 1, 2.
La poudre de charbon qui a encore été séparée, par le séparateur 20, du gaz de générateur, en aval de la chau- dière 19, peut être mélangée avec la poudre de charbon séparée'par le séparateur 23 pour être introduite avec
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cette dernière poudre, dans la chambre de gazogène 3.
Afin de régler la température du mélange ''gaz de générateur - poudre de charbon" à la valeur voulue, on peut prévoir une conduite de by-pass "g", munie d'un organe de réglage "v", et montée parallèlement à la par- tie de la conduite 12 du gaz de générateur dans laquelle est injectée la poudre brute de charbon en "f" et dans laquelle est intercalé le séparateur 23.
On peut faire commander automatiquement, par des moyens évidents et non représentés, l'organe de ré- glage "v", en fonction de la température du mélange cons- titué par le gaz de générateur et la poudre de charbon injectée en "f",
Ainsi-que cela a été indiqué ci-dessus, l'appli cation de l'installation représentée par les figures n'es pas limitée à la production d'un gaz servant à la synthès: d'ammoniaque mais, peut également être utilisée avec avan- tage pour la production d'autres gaz, notamment de gaz à l'eau ou d'un gaz servant à la synthèse du méthanol ou à la synthèse de Fischer, ces gaz devant être composés es- sentiellement d'un mélange de CO et de h2.
Pour obtenir ces gaz avec l'installation en question, il'suffit d'in- troduire, dans les chambres de gazogène, non pas un mé- lange d'air et de vapeur d'eau mais un mélange d'oxygène et de vapeur d'eau composé, par exemple, de 85% de va- peur d'eau et de 15% d'oxygène, mélange qui, avant son introduction dans les chambres de gazogène, est chauffé à des températures de 1.'000 à 1.300, par exemple à 1.250 , dans les régénérateurs 1 ou 2'ou dans des appareils ana- logues de chauffage où ce mélange arrive par "b". Dans le mélange réchauffée on injecte de la poudre de charbon, à l'aide de la tuyère 6, dès que ce mélange rentre dans la première chambre de gazogène 3.
Lorsque l'installation en question sert à la production de gaz à l'eau ou d'un gaz pour la synthèse
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du méthanol ou pour la synthèse de Fischer, on ferme évi- demment le conduit de prélèvement 12 et on fait passer la totalité du gaz sortant de la première chambre de gazo- gène 3, dans la deuxième chambre de gazogène 9, où on pourrait éventuellement ajouter, par les ouvertures 11, à ce gaz, un peu de vapeur dteau ou de mélange de vapeur d'eau et d'oxygène.
Le gaz sortant de la deuxième chambre de gazogène 9 a, par exemple, la composition suivante :
H2 = 46,3 %
CO = 38,8%
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Co 2 e'* 14,9 it
Vu la température très élevée à laquelle est chauffe le mélange vapeur d'eau - oxygène, l'utilisation de l'installation en question pour la fabrication d'un gaz à l'eau ou d'un gaz analogue a, comme dans le cas de la fabrication d'un gaz pour la synthèse d'ammoniaque, entre autres, l'avantage d'une consommation très réduite, d'oxygène.
L'installation du genre en question, lorsqu'elle est alimentée par un mélange oxygène - vapeur afin de produire un gaz à l'eau ou un gaz pour la synthèse de méthanol ou pour la synthèse de Fischer ne peut pas, évidemment, fournir en même temps le gaz de générateur pauvre nécessaire pour le chauffage des régénérateurs 1 et 2 ou d'autres appareils de chauffage.
C'est pourquoi il est particulièrement avantageux de prévoir plusieurs installation, par exemple trois installations, chacune établie selon les fig. 1 et 2 avec, éventuellement, la variante de la figure 3 et d'utiliser au moins l'une de' ces installations, à la '! fois pour la fabrication d'un gaz servant à la synthèse d'ammoniaque et d'un gaz de géné- rateur pauvre prélevé par la conduite 12,tandis que la ou les autres installations servent à la fabrication d'un
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gaz à l'eau ou d'un gaz analogue, les régénérateurs ou autres appareils de réchauffage de toutes ces installa- tions étant chauffés par le gaz pauvre produit par ladite première installation.
Par cette combinaison de plusieurs unités d'ins- tallation dont chacune est susceptible de fabriquer soit à la fois un gaz pauvre de générateur et un gaz servant à la synthèse d'ammoniaque, soit à la fabrication d'un gaz à l'eau ou d'un gaz analogue, on.résoud d'une façon particulièrement économique la question de l'installation de réserve, étant donné que chaque unité peut servir de réserve pour les autres unités.
En suite de quoi et quel que soit le mode de réalisation adopté, o obtient toujours un procédé de fabrication de gaz et / ou une installation de fabrica- tion de gaz dont le fonctionnement et les avantages res- sortent suffisamment de ce qui précède, pour qu'il -soit inutile d'entrer à leur sujet dans aucune explication complémentaire.
Comme il va de soi et comme il résulte d'ail- leurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite au- cunement à celui de ses modes d'applications non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses par- ties ayant été plus particulièrement envisagés;, elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment celle où les deux chambres de gazogène se trouvent à l'intérieur d'une. même et seule enveloppe au lieu d'être constituées par deux capacités distinctes.