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PROCEDE POUR LE CHAUFFAGE DE COMBUSTIBLES ET DE MATIERES SIMILAIRES.
La présente invention est relative à un procédé pour le chauffage et la distillation de combustibles à l'aide de véhicules ou supports de cha- leur solides granuleux qui sont ménagés avec le combustible à traiter et en- suite, par utilisation des propriétés physiques différentes, sont de nouveau séparés du combustible.
Selon la présente invention ce procédé peut aussi être employé pour la production de gaz à partir de combustibles en morceaux, en grains, sous forme de boue ou schlamm ou de poussièreo Dans l'application du procé- dé à la production de gaz à partir de combustibles, le véhicule de chaleur est chauffé jusque au-dessus de la température de gazéification;
il est mis en suite en contact intime, de préférence changeant constamment, avec le com- bustible et enfin, de nouveau par utilisation des propriétés physiques dif- férentes, par exemple de la différence de poids spécifique., de grosseur des grains., de nature des surfaces, de propriétés magnétiques, il est de nouveau séparé des résidus de la gazéificationo
Le véhicule de chaleur constitue, à cause de sa haute capacité calorifique,, non seulement un agent de transmission de chaleur d'une effi- cacité maximum, mais il constitue en même temps aussi, surtout par la répar- tition poussée dans toute la quantité de combustible se trouvant dans le géné- rateur de gaz ou gazogène, un accumulateur de chaleur se renouvelant constam- ment.,
qui travaille avec un rendement particulièrement bon.
Conviennent comme véhicules de chaleur au sens de l'invention en principe toutes les matières solides ou morceaux petits ou fins qui lors- qu'ils sont chauffés jusqu'à 1000 - 1200 C restent en morceaux ou conser- vent leur forme et qui n'influencent défavorablement en aucune manière le com- bustible que l'on gazéifie ou les gaz produits à partir de celui-ci, mais à cet égard se comportent au moins indifféremment.
On emploiera de préférence des matières de capacité calorifique spécifique élevée, comme le corindon,
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le quartz, le sa--le etc... ainsi que le fer, les métaux, les métaux lourds ou leurs minerais on oxydes; les pâtes'ou masses céramiques et enfin de pe- tits morceaux, des billes etc. ou un mélange artificiel de quelques-mes des matières spécifiées, par exemple des oxydes de fer ou d'autres métaux noyés ou incrustés dans des pâtes céramiques.
Dans différents cas, il peut en outre y avoir avantage à employ- er, comme véhicule de chaleur, des matières à surface rugueuse ou à structu- re poreuse telles que les minerais fins ou des matières qui, lors de la réac- tion de formation du gaz à l'eau ou dans la zone de formation du gaz à l'eau ou de la décomposition thermique (craquage d'hydrocarbures) exercent un ef- fet catalytique, comme c'est le cas, par exemple, pour le fer et quelques mé- taux ou leurs oxydes. Enfin, dans le choix des matières à employer comme vé- hicules de chaleur,il faut aussi tenir compte de leur aptitude à être sépa- rées facilement de la cendre du combustible évacuée ou déformée du généra- teur de gaz en même temps que le véhicule de chaleur employé.
Pour des rai- sons qui seront expliquées plus loin, dans le nouveau procédé la cendre du combustible est obtenue régulièrement sans formation de scories, c'est-à-di- re toujours en grains fins ou en poudre. Soit par suite d'une différence suf- fisamment grande de grosseur des morceaux ou de poids spécifique ou de com- portement magnétique entre le véhicule de chaleur, d'une part, et la cendre du combustible, d'autre part, la condition est remplie pour obtenir avec des moyens simples une séparation complète des deux matières obtenues en mélange.
La grosseur des grains ou des morceaux des véhicules de chaleur solides de ce genre est, selon les conditions du cas particulier, de préfé- rence de l'ordre de grandeur de 1 à 5 mm. de diamètre, le "saut de tamis", c'est-à-dire la différence de diamètre de la plus grande et de la plus pe- tite particule, devant être maintenue.le plus possible, par exemple du mine- rai fin d'une grosseur de grain de 2-3 mm. ou des billes artificielles en pâte céramique dans laquelle sont noyés des oxydes de métaux lourds d'un dia- mètre uniforme par exemple de 2,5 ou 4 mm.
Conviennent pour la production continue de gaz à l'eau selon le nouveau procédé, tant les combustibles en morceaux et restant sous cette forme lorsqu'ils sont chauffés que les combustibles en grains fins ou pul- vérulents, ainsi que les combustibles en morceaux qui se désagrègent lors- qu'ils sont chauffés. Les combustibles destinés à être gazéifiés peuvent . soit être exempts de goudron, par exemple l'anthracite, le coke de distil- lation lente, le coke à haute température, ou bien contenir du goudron et des gaz, comme la tourbe, le lignite et la houille etc.
Lorsqu'on emploie des combustibles bitumineux, on peut combiner avec la production de gaz à l'eau une décomposition thermique simultanée (craquage) des gaz de distil- lation lente et des vapeurs de goudron de distillation lente qui se forment, de sorte qu'au lieu de gaz à l'eau pur (gaz à l'eau de Blan), il se forme un mélange de gaz à l'eau et de gaz de houille ayant un pouvoir calorifique par unité de volume plus élevé dans une mesure correspondante.
L'invention peut être employée non seulement pour la produc- tion de gaz à l'eau, mais elle est utilisable pour tous les genres de gazé- ification de combustibles, donc par exemple aussi pour la production de gaz pauvre.
Par le procédé, on peut gazéifier aussi des combustibles qui jusqu'à présent, par suite de leur grosseur de grain ou de leur teneur en matières inertes ou d'autres propriétés, n'étaient pas ou étaient mal sus- ceptibles d'être gazéifiés. Il a déjà été constaté au début du présent mé- moire que le véhicule de chaleur se trouvant dans la zone de gazéification constitue un excellent accumulateur et tampon qui peut absorber et compen- ser toutes les variations de température.
Ceci s'applique tout autant à toute chute de température cau- sée par exemple par des réactions endothermiques qu'à toute élévation de température indésirable en cas de processus exothermiques- Comme les quan- tités de chaleur sont absorbées par le véhicule de chaleur et conduites à l'extérieur, le dépassement du point de fusion des cendres est évité et la formation de scories en gros morceaux est empêchée.
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De ce fait, les conditions pour la gazéification de combustibles riches en cendres, surtout du produit moyen de la préparation de la houille, mais aussi des schlamms ou boue de charbon, etc. sont réunies. Même des combus- tibles à forte teneur en eau peuvent être soumis avec succès à la gazéification parce que l'enthalpie ou chaleur du véhicule de chaleur est plus que suffisante pour effectuer le séchage et, le cas échéant, aussi la distillation lente du combustible humide à grain fin ou pulvérulent. Même une tendance éventuelle du combustible à s'agglomérer n'est pas préjudiciable parce que par le mélange ou brassage constant du combustible avec le véhicule de chaleur, les aggloméra- tions sont détruites dès qu'elles se forment et le combustible repasse sans cesse à l'état de poussière non cohérente ou de petits grains.
L'invention concerne encore l'utilisation des gaz produits à l'aide des véhicules de chaleur à grain fin pour la fusion métallurgique, donc en particulier pour la production d'éponge de fer, de fonte brute ou d'acier brut.
L'invention convient particulièrement bien,, à plusieurs points de vue, pour le procédé de fusion métallurgique.
D'une part, le minerai à fondre traité sous forme de grains fins peut être utilisé lui-même comme véhicule de chaleur. On n'a donc pas besoin d'un véhicule de chaleur séparé tel que le sable etc..; on travaille au con- traire avec le minerai à grain fin qui est employé de toute façon dans l'opé- ration, 1 Utilisation comme véhicule de chaleur donnant lieu en même temps aussi, par le traitement thermique, à une préparation de ce minerai fin sans installation et frais supplémentaires.
Diantre part, le gaz qui est entré intensivement en contact avec le véhicule de chaleur est chargé d'une très grande quantité de chaleur sen- sible et cette chaleur sensible peut être employée d'une manière particuliè- rement avantageuse pour la fusion des minerais ou des briquettes de combusti- bleso
Les gaz agissent donc alors doublement sur le minérale à savoirs d'une part, comme réducteur et, diantre part, comme véhicule de chaleur.Il convient que le minerai fin, immédiatement après sa séparation sortie du cir- cuit comme véhicule de chaleur, soit conduit à la fusion métallurgiquede mê- me que les gaz produits à 1-'aide du véhicule de chaleur sont conduits ]'¯média- tement dans le four de fusion., le four de réduction etco
Enfin,
l'invention convient aussi pour la production de gaz à partir de combustibles pulvérulents par le procédé avec mise en suspension.
Le véhicule de chaleur à grain fin est conduit par des dispositifs de trans- port convenables ou des moyens analogues par le haut dans 1-'espace de trans- formation cu de réaction dans lequel le combustible se trouve en suspension., Gomme le véhicule de chaleur est employé de toute façon en circuit, il impor- te peu que dabord une partie du combustible encore non gazéifié soit évacué avec le véhicule de chaleur, car la gazéification définitive de ces particu- les a lieu avec certitude lors du premier passage suivant ou du second passa- ge suivant à travers l'espace au chambre de gazéificationo
L'invention peut être réalisée sous différentes formes.
Dans le cas de la production de gaz à l'eau, en principe deux voies sont ouvertes.
Dans le cas de combustibles en morceaux qui restent sous cette forme pendant le chauffage.'! la production continue de gaz à Peau est effec- tuée rationnellement, selon la figure 1, dans un four à cuve 1 dont la par- tie inférieure est fermée par une grille-tamis inclinée 2, à 1-'extrémité in- férieure de laquelle se trouve une ouverture de sortie 3 pour l'évacuation des particules non gazéifiées du combustible chargé dans le fours La grille- tamis peut aussi être réalisée comme grille à secousses ou sous une forme similaire.
En cas de gazéification partielle du combustible en morceaux, la vitesse de descente.du'combustible se trouvant dans la cuve est réglée par un dispositif de réglage prévu à l'ouverture de sortie, par exemple par un registre ou tiroir 4. ;
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La totalité de la vapeur d'eau ou une partie de la vapeur d'eau nécessaire à la production du gaz à la production du gaz à l'eau est injectée en 5 dans cette partie inférieure de la cuve du gazogène, grâce à quoi on ob- tient un refroidissement de la grille; le cas échéant, on peut combiner un refroidissement, conjugué avec une récupération de chaleur, du combustible ré- siduaire évacué au dehors. Il en sera parlé plus loin.
Le véhicule de chaleur solide à grain fin ou à petit grain forte- ment chauffé introduit dans la partie supérieure du four à cuve ruisselle de haut en bas à travers la couche de combustible se trouvant dans le gazogène, et ainsi l'échange de chaleur a lieu et la quantité de chaleur nécessaire à la réaction donnant le gaz à l'eau est fournie. Après que la transmission de chaleur et le ruissellement à travers la couche de combustible ont eu lieu, le véhicule de chaleur est séparé du combustible par tamisage à travers la grille inclinée ou son équivalent qui se trouve à l'extrémité inférieure et ensuite - le cas échéant après séparation d'avec la cendre de combustible é- galement séparée par tamisage - il est conduit au réchauffage et, partant, au circuit renouvelé.
Si, au lieu de combustibles exempts de goudron, comme l'anthra- cite, le coke de distillation lente, le coke à haute température etc... on sou- met à la gazéification des combustibles bitumineux, c'est-à-dire contenant du goudron et des gaz, il se forme comme on le sait, lorsqu'on les chauffe, dans la partie supérieure de la couche.de combustible, sous forme de goudron de distillation lente et de gaz des distillation lente, des hydrocarbures lourds sous forme de vapeurs et de gaz, qui se déplacent à contre-courant par rapport au véhicule de chaleur fortement chauffé venant du haut.
Le mé- lange intensif par tourbillonnement et le rapide échange de chaleur produi- sant une décomposition thermique poussée (craquage) de ces hydrocarbures et par conséquent un enrichissement correspondant du pouvoir calorifique du gaz à l'eau mélangé avec eux.
Si toutefois il s'agit d'obtenir le goudron de distillation len- te et le gaz de distillation lente non décomposés, ceux-ci sont soit, d'une manière connue en soi, évacués à l'extérieur (comme cela est indiqué en 6) dès qu'ils se sont formés ou bien la distillation lente ou la cokéfaction du combustible en morceaux a lieu dans une installation ou appareil de distilla- tion lente ou de cokéfaction séparé 8, dans lequel le véhicule de chaleur fortement chauffé peut également servir d@agentire de transmission de chaleur pour fournir la chaleur nécessaire à la distillation lente ou à la cokéfac- tion.
D'une manière rationnelle, la disposition de l'appareil de distillation lente ou de cokéfaction est telle par. rapport à la chambre ou espace de ga- zéification que le combustible exempt de goudron (cokes de distillation à bas- se, moyenne et haute température) qui y est produit puisse être introduit chaud dans la chambre de gazéification.
L'enthalpie du véhicule de chaleur quittant la chambre de gazéification en traversant la grille-tamis sera en général suffisante pour couvrir les besoins en chaleur de distillation len- te ou de cokéfaction, de sorte que dans le cas d'une disposition de ce genre il suffit que le véhicule de chaleur soit amené de la partie inférieure de la cuve de gazéification jusqu'à l'appareil de distillation lente ou de cokéfac- tion par des moyens de transport convenables, par exemple un transporteur à godets ou des appareils ou installations pneumatiques. Si l'enthalpie n'est pas suffisante, la partie manquant-pour assurer la couverture complète peut être fournie d'une manière simple et efficace par admixtion de quantités correspondantes de véhicule de chaleur qui vient d'être chauffé.
Le circuit du véhicule de chaleur part de l'appareil de chauffa- ge ou four tubulaire rotatif 9 vers la cuve de gazéification 1, de là à l'ap- pareil de distillation lente 8 pour retourner au four 9.
Comme on le sait, la réaction donnant le gaz à l'eau se déroule . avec aisance dans des limites de température d'environ 1000 à 700 C. En me- surant la quantité et la température du véhicule de chaleur introduit dans la chambre de production du gaz, on peut facilement et sûrement maintenir cette zone de température favorable à la formation de gaz à l'eau à une hau-
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teur ou niveau restant constant. Diantre part, comme on le sait, le point de fusion de la plupart des cendres de combustibles se situe à environ 1200 C et au delà; c'est seulement dans des cas isolés que la cendre du combustible commence à. se ramollir déjà à environ 1150 C.
En tout cas., la, zone de tempé- rature d'environ 1000 à 700 C mentionnée plus haut est cependant située tel- lement loin au-dessus de ces points de fusion que les cendres des combusti- bles à gazéifier sont obtenues régulièrement à l'état pulvérulent. Cet état est si important au sens du nouveau procédé parce qu'il remplit la condition pour une séparation simple et efficace de la cendre de combustible et du vé- hicule de chaleur, qui quittent ensemble la chambre de gazéification. Selon la différence de grosseur du grain, de poids spécifique ou de comportement magnétique etc., cette séparation peut être effectuée soit par des disposi- tifs de tamisage ou par cliblage à vent, par séparation magnétique etc.
Les avantages d'un enlèvement de semi-coke lors de la produc- tion d'un mélange de gaz à l'eau et de gaz de houille ont déjà été décrits de manière réitérée et l'on s'est efforcé à plusieurs reprises de les obte- nir ; une solution satisfaisante n'a cependant pas encore été trouvée jus- qu'ici. Le but est, comme on le sait, lors de la production de gaz à l'eau à partir de combustibles bitumineux en morceaux, de débarrasser toute la quan- tité de combustible de son goudron et de la dégazer et d'utiliser les hydro- carbures qui se forment ainsi pour enrichir le pouvoir calorifique du gaz à l'eau, mais de transformer en gaz à l'eau une partie seulement du combusti- ble, débarrassé de goudron et dégazé,
afin de déplacer le rapport proportion- nel en faveur du gaz de distillation lente et du gaz de craquage à haut pou- voir calorifique par rapport au gaz à l'Eau pur, dont le pouvoir calorifique est relativement faible.
Le nouveau procédé résout les problèmes de ce genre d'une ma- nière efficace. Dans de pareils cas, l'évacuation du combustible qui n'est que partiellement gazéifié est accélérée, à l'aide du dispositif de réglage 4 déjà mentionné, de manière telle qu'à côté du dégoudronnage et du dégaza- ge complets il ne se produise qu'une gazéification partielle, c'est-à-dire que le morceau de combustible pris isolément ne subit qu'un rapetissement cor- respondant. Ce combustible résiduaire défourné du gazogène peut être refroidi d'une manière connue en soi et conduit vers une autre application quelconque,.
Toutefois, souvent il y aura un grand avantage à conduire le combustible ré- siduaire à l'état chaud et sec à un foyer de chaudière 10, afin., par exemple, de produire du courant électrique par la voie de la vaporisation ; latotali- té du combustible amené à la production de gaz à l'eau serait donc en pareil cas transformé en gaz et en courante Il existe aussi la possibilité d'employ- er le combustible résiduaire ou une partie de celui-ci pour chauffer de nou- veau le véhicule de chaleur pour produire la vapeur d'eau nécessaire à la.
production du gaz à l'eau, etco
En contraste avec la gazéification de combustibles en morceaux qui restent tels lorsqu'on les chauffe, il faut selon l'invention pour la pro- duction continue de gaz à l'eau à partir de combustibles en petits morceaux ou en poussière ainsi qu'à partir de combustibles certes en morceaux mais se désagrégeant lors du chauffage, une réalisation d'un autre genre. D'abord, le combustible est amené par un traitement préalable, selon sa nature propre, soit à une grosseur de grain d'environ 0-10 mm. et à une teneur en eau d'en- viron 15%, par exemple dans le cas de la tourbe, des houilles brunes, ligni- tes etc. ou bien - en particulier dans le cas des charbons etc. - à une gros- seur de grain d'environ 0 - 3 mm.
et à une teneur en eau de 3 - 5%.
Comme dispositif convenant pour la réalisation de ce mode de production de gaz à l'eau à partir de poussière combustible etc., on peut prendre en considération par exemple un four rotatif selon la figure 2. A l'extrémité supérieure du four rotatif 1 se trouve tant le dispositif de char- gement 2 pour le véhicule de chaleur fortement chauffé que la sortie 3 pour le gaz à l'eau ou le mélange de gaz à l'eau et de gaz de houille produite A l'autre extrémité du four rotatif se trouve le dispositif de défournement 4 pour le mélange de véhicule de chaleur et de cendre de combustible ainsi que l'amenée 5 pour la poussière combustible et pour la vapeur d'eau nécessaire
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à la réaction donnant le gaz à l'eau* Le four rotatif,
qui a utilement un re- vêtement intérieur en maçonnerie, est équipé du côté intérieur d'auges 6, de poches d'entraînement ou de formations similaires qui entraînent continuelle- ment le véhicule de chaleur granuleux de bas en haut par suite du mouvement de rotation du four et le laissent ruisseler uniformément de haut en bas, de sorte que la totalité de l'espace intérieur du four rotatif est constamment rempli d'une pluie dense du véhicule de chaleur granuleux chauffé à haute tem- pérature, à travers laquelle le mélange de poussier combustible et de vapeur d'eau est conduit et est porté à la température de travail de 700 à 1000 C né- cessaire pour le déroulement de la réaction de formation du gaz à l'eau.
En même temps qu'il transmet sa chaleur à la poussière combusti- ble, le véhicule de chaleur chemine vers l'extrémité de sortie du four rota- tif grâce aux formations semblables à un pas de vis incorporées dans ledit four.
A l'extrémité inférieure du four rotatif, le véhicule de chaleur avec son enthalpie encore très importante rencontre le poussier combustible contenant de l'eau et souvent bitumineux fraîchement introduit et, grâce à l'intense transmission de chaleur, porte ce poussier très rapidement à la tem- pérature de distillation lente après l'avoir séché, ce qui produit sa décom- position presque instantanée en une poussière de coke de distillation lente ayant une grande capacité de réaction, d'une part, ainsi qu'en gaz de distil- lation lente et en vapeur de goudron de distillation lente.
Ce mélange se di- rige -comme on l'a déjà mentionné- avec la vapeur d'eau dans la direction de la sortie des gaz 3 se trouvant à l'extrémité supérieure du four et par consé- quent à contre-courant par rapport au véhicule de chaleur nouvellement intro- duit et chauffé à haute température. La pluie dense de véhicule de chaleur cause un mélange intime par tourbillonnement et par conséquent un échange de chaleur très intensif et assure ainsi tant le déroulement efficace de la ré- action de formation du gaz à l'eau que la décomposition thermique poussée (craquage) des hydrocarbures lourds contenus dans le gaz de distillation len- te et les vapeurs de goudron de distillation lente.
La cendre pulvérulente ou à grain fin chemine avec le véhicule de chaleur vers l'extrémité du four ro- tatif, où elle est évacuée du gazogène avec le véhicule de chaleur et sépa- rée par les mesures déjà mentionnées d'avec ce dernier, qui est ensuite ame- né au réchauffage et maintenu dans le circuit.
Le véhicule de chaleur décrit le circuit suivant :
Dans l'appareil de chauffage 9, il est chauffé un peu au-dessus de la température de gazéification et il arrive, en passant par le disposi- tif distributeur 2 dans le gazogène fonctionnant en continu 1. Après avoir cédé de la chaleur, il est défourné ou évacué avec la cendre et les autres résidus en 4. Sa chaleur résiduelle peut être utilisée par exemple par le ré- chauffeur d'air 12 et le réchauffeur d'eau d'alimentation 13. En passant par le dispositif de réglage du défournement 14, le mélange arrive sur le tamis 15, par exemple un tamis oscillant; le véhicule de chaleur, par exemple du sa- ble, débarrassé des cendres est reconduit par la transporteur 16 à l'appareil de chauffage 9.
Lorsque l'invention est réalisé de cette manière, les gaz pro- duits sont évacués du gazogène à l'endroit le plus chaud de celui-ci, à savoir près du point d'entrée du véhicule de chaleur fortement chauffé et ces gaz sont donc évacués du gazogène à une température d'environ 1000 C. En mesurant convenablement la quantité excédant de vapeur d'eau introduite dans le pro- cessus de formation du gaz à l'eau, on peut, d'une manière connue en soi, adapter d'une manière avantageuse la teneur en 00 et en GO2 du gaz produit à l'utilisation projetée, par exemple aux différentes sortes de synthèse des gaz.
La grande quantité de chaleur sensible que contient le gaz quit- tant le gazogène à la haute température de sortie mentionnée, peut, d'une ma- nière connue en soi, être rendue utilisable pour l'échange de chaleur, par exemple dans une chaudière à chaleur perdue, un réchauffeur d'air etc. Lors- que le gazogène se trouve très près d'un foyer de chaudière, on peut obtenir
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des charges particulièrement élevées des surfaces de chauffe de la chaudiè- re ; l'emploi direct pour la production d'énergie, par exemple dans une tur- bine à gaz, peut aussi être avantageux.
Une modifications de la production continue de gaz à l'eau ou d'un mélange de gaz à l'eau et de gaz de houille intervient lorsque la pous- sière combustible est remplacée en totalité ou en partie par des hydrocarbu- res lourds, tels que les pétroles bruts, les huiles de goudron, les goudrons de distillation lente etc., le cas échéant pulvérisés ou vaporisés. Les com- posés hydrocarbonés légers qui se forment peuvent être tirés, d'une manière connue, par condensation ou par une méthode similaire, du gaz à haut pouvoir calorifique produit, ledit gaz pouvant être désigné par exemple sous le nom de mélange carburé de gaz à l'eau et de gaz de houille et pouvant être sou- vent employé au lieu du gaz de ville habituel.
Enfin, il peut y avoir avantage à employer l'invention pour la. régénération de gaz contenant du C92, c'est-à-dire pour la transformation d'anhydride carbonique en oxyde de carbone. En pareil cas, les gaz contenant de 1-'acide carbonique sont introduits dans l'espace de production de gaz, le cas échéant en remplacement total ou partiel d'un autre agent de gazéifica- tion dans la vapeur d'eau, l'air etc.
REVENDICATIONS.
1. Procédé pour le chauffage de matières, en particulier de com- bustibles à l'aide de véhicules de chaleur à grain fin, caractérisé par son application à la production de gaz à partir de combustible., le véhicule de chaleur étant, à cette fin, chauffé' à une température supérieure à la tempé- rature de gazéification, mis ensuite en contact intime et, de préférence, changeant constamment avec le combustible et finalement, par utilisation de propriétés physiques différentes, de nouveau séparé des résidus de la gazéi- fication.