Gazogène pour la production de mélanges gazeux d'oxyde de carbone et d'hydrogène par gazéification continue de combustibles solides. La, production de mélanges gazeux d'oxyde de carbone et d'hydrogène par gazéi fication continue de combustibles solides peut être accomplie en gazéifiant les combustibles à l'aide d'un méfange d'oxygène et de vapeur d?eau, ou bien avec un mélange d'oxygène et d'anhydride carbonique. Dans le premier cas 3ntrent en jeu les réaction suivantes A) C -{- 0 = CO -I- 29 Cal.
B) C + <B><U>11.0</U></B> = CO -I- H2 -<B>2.9, 2</B> Cal. Par conséquent, en employant un combus tible exempt de substances volatiles, on de vrait obtenir un mélange composé .en chiffre rond de 2/;
, de CO et '/r de H2. Mais puisque en pratique, une partie de la chaleur d6velop- pée par la réaction A est perdue, étant em portée par les gaz sortants ou dissipée par irradiation, etc., la teneur en H2 du mélange gazeux obtenu est en effet inférieure à la te neur donnée ci-dessus, et par conséquent la teneur en CO résulte plus élevée.
La teneur en CO est aussi toujours très éle vée lorsqu'on gazéifie selonles réactions A et B des combustibles contenant des substances vo latiles, et ces dernières sont décomposées sui vant des réactions du type: C) CHI -f- 0 = CO T 2H2.
Dans le deuxième des Pas mentionnés plus haut, c'est-à-dire lorsque la gazéifica tion est accomplie avec un mélange d'oxy gène et d'anhydride carbonique, les réactions qui ont lieu sont les suivantes: D) C + 0 = C0 + 29 Cal.
E) C -I- C02 = 2 CO - 39 Cal. et par conséquent, en gazéifiant des combus tibles qui ne contiennent pas de substances volatiles, on devrait obtenir exclusivement de l'oxyde de carbone. Dans la pratique, au contraire, puisque le combustible introduit dans le gazogène contient toujours une cer taine quantité d'humidité, les réactions D et <I>T</I> sont accompagnées par la réaction<I>B,</I> et; par conséquent, soit que le combustible ne contienne pas de substances volatiles, soit qu'il en contienne, on obtiendra un mélange gazeux contenant aussi une certaine quantité d'hydrogène (généralement moins que 20 ro).
Les mélanges gazeux préparés par les pro cédés sus-indiqués peuvent servir comme com bustibles, ou bien pour la préparation syn thétique de composés organiques oxygénés.
Dans les deux cas, il est avantageux de les avoir .le plus possible exempts d'anhydride carbonique, et cela parce que, si les mélanges en question sont employés comme combusti bles, la présence de CO.@ en abaisse le pou voir calorifique; s'ils sont employés pour les synthèses des composés organiques oxygénés, la présence de C02 fait augmenter la consom ination d'hydrogène.
Comme il est connu par l'étude de la physico-chimie, la teneur en C02 des mé langes gazeux obtenus par gazéification d'un combustible dans un gazogène est d'autant plus petite que la température de fonction nement du gazogène est plus élevée. La réa lisation de hautes températures dans les ga zogènes travaillant à l'oxygène est évid.em- ment facilitée par le fait que la combustion du charbon avec l'oxygène a lieu d'une façon très vive, mais elle est cause aussi d'un sérieux inconvénient, c'est-à-dire qu'on arrive très facilementà des températures propres à cau ser la fusion du matériel réfractaire revê tant l'intérieur du gazogène.
En outre, pour obtenir des mélanges gazeux exempts de CO-., il ne suffit pas de faire marcher le gazogène à haute température, mais il faut aussi éviter que les gaz obtenus dans la zone la plus chaude passent à travers des zones à tempé rature relativement basse, où l'oxyde de car bone qu'ils contiennent peut réagir avec de la vapeur d'eau provenant, par exemple, de l'humidité du charbon, et donner lieu à la réaction: CO -I- H20 = C0, -f- H..
On devra aussi avoir soin d'éviter que la vapeur d'eau provenant de l'humidité du charbon puisse réagir directement avec le charbon à des températures relativement bas ses, donnant lieu à la réaction: C -I- 2 H20 = C0, + 9H._. Enfin, on devra éviter que la réaction 2C0=C0@+C. puisse s'accomplir.
L'objet de la présente invention est un ga zogène dans lequel, outre les conditions né cessaires pour l'obtention d'un mélange ga zeux d'oxyde de carbone et d'hydrogène pra tiquement exempt d'anhydride carbonique, on réalise des contitions telles que, bien que la température de combustion soit très éle vée, il n'y a pas à craindre la fusion du revê tement réfractaire du gazogène, bien qu'il soit fait avec un matériel réfractaire com mun. Pour atteindre ce but, il est nécessaire que les mélanges gazeux employés contien nent au moins 70 % en poids d'oxygène.
Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, en section verticale, trois diffé rentes formes d'exécution dudit gazogène. En nous référant à. la fi-. 1, le récipient en tôle A, qui pourra. être formé, comme dans la figure, par deux cônes tronqués réuni; par leurs bases plus grandes, ou bien avoir forme cylindrique ou d'autres formes préférable- ment à section circulaire, porte à. l'intérieur un revêtement Ii de matériel réfractaire. et supérieurement. la trémie C qui sert à char ger le charbon et qui est pourvue du couver cle à fermeture hermétique D et du fond mo bile E.
A quelque distance du fond du réci pient A sont disposées une ou plusieurs tuyè- res F refroidies par une circulation d'eau.
Comme il est évident, c'est toujours avan tageux que cette eau n- donne pas d'incrus tations, et cela pour éviter qu'après un cer tain temps l'efficacité du refroidissement di ininue.
Intérieurement au récipient A se trouve la paroi verticale G. construite avec. du maté riel réfractaire. La partie inférieure de cette paroi se trouve à une distance du fond plus grande que la distance existant entre le fond même et les tuyères. La paroi G limite an espace 1 clos en bas par la paroi inclinée H. pourvue de plusieurs trous: l'angle formé par H avec l'horizontale devra être plus grand que l'inclinaison naturelle du charbon em ployé.
L'oxygène mélangé avec la quantité vou lue de vapeur d'eau ou d'anhydride carboni que est introduit dans le gazogène à. travers la tuyère ou les tuyères F. La faible pres sion que le mélange d'oxygène et de vapeur d'eau ou CO., devra. avoir est: naturellement déterminée par les résistances à. vaincre. Dans la. pratique, quelques centimètres de colonne d'eau sont suffisants.
Comme il est résulté des nombreuses expériences que nous ,wons exécutées, la combustion du charbon aux dépens du mélange d'oxygène et de va peur d'eau ou d'anhydride carbonique en voyé au gazogène a lieu dans un espace très limité qui entoure les extrémités des tuyères, (#t dans lequel la température est très élevée, tandis qu'à. une distance relativement. petite des extrémités des tuyères mêmes les tempé ratures sont relativement basses.
Il est suffisant que les tuyères arrivent à l'intérieur du récipient A jusqu'à une cer taine distance de la paroi du gazogène même, ;ifin que le réfractaire n se trouve en contact av ce du combustibl:, relativement froid, de manière que sa fusion devient impossible.
La distance entre les tuyères et le fond (hi récipient A est aussi dét?rmiiiée dans la pratique, de façon que le réfractaire revêtant le fond soit en contact avec du combustible relativement froid.
Les températures qu'il est possible d'at teindre dan. la zone où la combustion est le plus vive sont, comme il a été dit, très éle vées, et dans certains points on arrive au- dessus de 2000 . Dans ces conditions. la plus grande par tie du charbon brûle directement en donnant du C'.0: toutefois, il y a aussi formation d'une c-rta,'_nc: quantité de<B><U>CO..</U></B> qui est réduite en C'0 par le charbon environnant.
Au terme de la zone dans laquelle la réduction du CO_ est complète, est placée la paroi $ pourvue de trous à travers lesquels les gaz passent dans la chambre 1 et ensuite au tube L qui les amène à l'extérieur du gazogène. Pen dant son passage à travers la chambre 1 les gaz chauffent, par transmission de chaleur à. travers la paroi G, le combustible qui se trouvL à l'intérieur du gazogène.
Dans le présent gazogène sont. réalisées les conditions prévues par notre brevet n 140043 du 30 janvier 1929, et, par consé quent, les cendres sont complètement empor tées sous forme d'une poudre très fine par les gaz sortants. Le gazogène en question est, par conséquent, contruit sans grille.
La forme d'exécution représentée dans la fig. 1 est particulièrement pratique lorsque le combustible gazéifié est du coke ou un autre combustible pratiquement exempt de matières volatiles. Lorsque, au contraire, on veut ga zéifier des combustibles contenant des ma tières volatiles, il est préférable d'avoir re cours à la forme d'exécution représentée par la fig. 2, dans laquelle le récipient A, au lieu d'être à section circulaire comme dans la forme constructive représentée dans la fig. 1, est de préférence à section elliptique.
Nous notons ici que dans les fib. 1. 2 et 3, les parties qui se correspondent sont indiqué-,s par les mêmes lettres.
Le gazogène représenté à la fig. 2 diffère de celui qui est représenté dans la fig. 1, soit par le fait d'avoir deux trémies de charge ment distinctes C et C' pourvues des couver cles à tenue hermétique D et D' et des fonds mobiles E et<B>E</B> et par la présence de la pa roi M. dont le bord inférieur arrive à une distance du fond qui est intermédiaire entre la distance à laquelle sont disposées les tuyères et celle à laquelle se trouve le bord inférieur de la paroi G. La paroi M divise la partie supérieure de l'espace intérieur du gazogène en deux zones distinctes, dans les quelles le combustible qui doit être gazéifié est introduit respectivement par les deux trémies C et C'.
Par la trémie C on charge du combustible contenant des produits vola tils, par la trémie C' du combustible qui en soit pratiquement exempt.
Pendant la marche du gazogène, comme il a été dit, il se forme autour de la tuyère ou des tuyères une zone à température très élevée, entourée par une série de zones à. températures décroissantes, dans lesquelles a lieu la réduction du peu de C0: formé. Il s'en suit que la consommation de combustible est. grande dans la zone à température très haute, et petite dans les zones qui l'entou rent. La position de la paroi M est fixée de manière que la zone à température élevée se trouve dans l'espace compris entre la paroi 11 (en imaginant de la prolonger en bas) et la paroi qui porte les tuyères, c'est-à-dire dans l'espace qui, à travers la trémie C, est ali menté avec du combustible contenant des produits volatils.
Par conséquent, la gazéifi cation aura lieu presque complètement aux dépens de ce combustible, tandis que la con sommation du combustible qui ne contient pas de produits voltatils et qui est employé pour alimenter l'autre partie du gazogène à travers la trémie C' sera. comme on disait plus haut, très petite.
Pendant le fonctionnement du gazogène. les produits volatils qui se développent du combustible chargé à. travers la trémie C, sont obligés, par la paroi M, à traverser des zones dans lesquelles la température est con sidérablement au-dessus de 1000 , et sont donc décomposés avec formation d'hydrogène et de carbone. La. distance de la paroi M du fond est dans la pratique fixée de manière que les produits qui se dégagent du combustible soient portés à la température nécessaire pour en .effectuer la complète décomposition.
Les mélanges gazeux obtenus avec des com bustibles contenant des substances volatiles ont naturellement une teneur en hydrogène plus grande -que la teneur en CO des mélan ges obtenus avec des combustibles exempts de substances volatiles; toutefois, générale ment le pourcentage d'hydrogène qu'ils con tiennent ne dépasse pas 30%.
La forme d'exécution représentée dans la fig. 3 est spécialement convenable lorsqu'on veut utiliser complètement ou partiellement la chaleur développée par la réaction C+0=CO pour décomposer ou des hydrocarbures ou des combustibles liquides ou des substances gou dronneuses ou en général, n'importe quelle substance qui, portée à, une température très élevée, subit une série de décompositions don- liant lieu en définitive à la formation d'hy drogène et carbone.
La forme d'exécution représentée dans la fig. 3 diffère de la forme d'exécution repr-#- sentée dans la fig. 1, primo parce qu'inférieu rement aux tuyères F sont placées les tuyères N, qui servent à introduire dans le gazogène les hydrocarbures ou les autres substances sus mentionnées, secundo parce que la chambre 1 a, comme il résulte de la figure, une sec tion annulaire.
Dans ce gazogène, à travers les tuyères F, on envoie ou seulement de l'oxygène ou de l'oxygène mêlé à une quantité limitée de va peur d'eau ou d'anhydride carbonique: le combustible gazéifié sera exempt de matières volatiles; la position des orifices d'écoulement des tuyères F et les. dimensions de la partie inférieure du gazogène sont établies de ma nière que la couche de combustible qui est. placée autour de la zone à température très élevée, ait dans toutes ses différentes parties une température d'au moins 1100-1200 , celles-ci étant les températures de la couche qui est en contact avec le revêtement. B.
De cette façon, on a autour des tuyère une zone d'une certaine épaisseur comprenant. toute la section du gazogène et dans laquelle la température est plus grande que celle qui est strictement nécessaire pour décomposer en carbone et hydrogène les substances, intro duites à travers les tuyères N. De plus, si cet substances à la température ordinaire ne sont. pas à l'état gazeux, la distance entre les tuyères F et les orifices d'écoulement des tuyères N sera établie de façon que lesdites substances entrent dans le gazogène à des endroits où la, température soit suffisamment élevée pour en causer la vaporisation.
Comme on a déjà dit. plus haut, les subs tances introduites à travers les tuyères A' sont décomposées en carbone et hydrogène; l'hydrogène ne subit aucune transformation ultérieure, tandis que le carbone est oxydé -en oxyde de carbone. Du gazogène on obtient donc un mélange qui est formé de ces deul gaz mêlés avec l'oxyde de carbone et l'hy- drogène produit, comme il a été dit plus haut, aux dépens du combustible introduit clans le .azogène.
La fi-. 3 ne représente naturellement qu'une des formes d'exécution qu'on peut employer pour obtenir en même temps la ga zéification d'un combustible et la décomposi tion d'hydrocarbures, etc.: en effet, on peut dans ce même but employer des gazogènes construits d'une façon qui est différente, mais basée sur le même principe. Ainsi, par exemple, la. chambre 1 pourra. occuper la par tie centrale du gazogène, tandis que le com bustible se trouvera, dans l'espace annulaire compris entre cette chambre et le revêtement Il. Dans ce cas, il sera bien .que le gazogène soit pourvu de plusieurs trémies pour l'intro duction du combustible à gazéifier.
Outre les avantages déjà mentionnés de fournir un mélange gazeux pratiquement exempt d'anhydride carbonique, et de ne pas nécessiter, pour leur construction, de maté riaux réfractaires spéciaux, les gazogènes construits comme nous venons d'exposer, pré- ,#entent d'autres avantages dont les plis importants sont: La réaction de réduction de l'anhydride carbonique est effectuée aux dépens de la chaleur possédée par les gaz provenant de la. zone à température très élevée. De cette ma nière, une partie très importante de cette chaleur est récupérée. La réduction a lieu complètement dans une zone relativement pe tite qui entoure l'autre.
Lorsque les gaz sortent de la zone dans laquelle a. lieu la réduction de l'anhydride carbonique et entrent dans la chambre I. ils :ont à une température relativement basse, et, par conséquent, la quantité de chaleur qu'ils emportent et de laquelle on pourra., clans beaucoup de -cas, récupérer une bonne partie. est relativement petite. Pour la même raison, la, quantité de chaleur perdue par ir radiation, etc., sera petite; elle pourra, d'autre part, aussi "être récupérée, par exemple, en disposant autour du récipient A une chau dière clé forme adaptée qui récupère cette cha leur en produisant de la vapeur.
On pourra aussi utiliser une partie de la chaleur em portée par les gaz ou de la chaleur qui serait perdue par irradiation en l'employant pour chauffer l'oxygène .qui doit être envoyé au gazogène, et aussi pour chauffer le C0, ou pour surchauffer de la vapeur à envoyer dans le gazogène même.
Le combustible passe rapidement des zo nes â, température basse à zones dans les quelles il est porté très vite à des tempéra tures élevées, jusqu'à arriver en contact avec l'oxygène qui le brûle complètement, empê chant que les cendres fondent et s'agglomè rent.
Pourtant, aussi lorsqu'on emploie des combustibles contenant des matières volatiles, la, distillation de ces dernières est commencée et complétée dans un temps aussi bref que, quel que soit le combustible employé, il ne pourra pas s'agglomérer et on évitera, par conséquent, la formation de voûtes.
D'autres avantages sont la simplicité et la régularité de la marche, la rapidité avec la quelle peut s'effectuer la mise en marche, l'impossibilité de la formation de mélanges explosifs, la facilité d'arrêter la marche du gazogène et de la reprendre après une suspen sion plus ou moins longue, et enfin la possi bilité de produire de grandes quantités de gaz avec des gazogènes de dimensions relative- .ment petites.