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Combustible perfectionné à base de charbon de bois et de com- bustibles poreux analogues, et procédé pour sa préparation.
La présente invention a pour but d'améliorer le char- bon de bois et autres combustibles poreux analogues de façon à augmenter leur valeur calorifique et leur vitesse d'inflam- mation, en vue de les rendre particulièrement appropriés pour allumer des combustibles moins facilement inflammables comme par exemple la houille ou le coke.
On sait que l'on amorce la combustion libre du char- bon de bois et de combustibles en général en les échauffant d'abord jusqu'à leur température propre de combustion et en fournissant ensuite aux éléments combustibles (le plus souvent C et H) une quantité déterminée d'oxygène en vue de poursuivre la combustion.
Bien que l'oxygène suffirait à lui seul pour conti-
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nuer la combustion, on n'en dispose pratiquement que sous forme que d'oxygène de l'air. Cet oxygène est emprunté à l'at- mosphère qui n'en contient que 21 % environ contre 79 % envi- ron d'azote. L'azote de l'air ne jouant aucun rôle dans la combustion, il faut fournir au combustible une quantité plus importante d'air pour obtenir la quantité d'oxygène stricte- ment nécessaire pour la combustion d'une certaine quantité de combustible. L'échauffement inutile de l'azote de l'air consomme beaucoup de chaleur de sorte que le rendement atteint est de loin inférieur à ce qu'il devrait être théoriquement d'après la formule: C + O2 = CO2.
On a cherché à plusieurs reprises à utiliser avec le combustible des substances donnant naissance ou dégageant de l'oxygène, par exemple des chlorates, perchlorates, chro- mates, oxydes etc. par exemple sous forme de mélanges compri- més en briquettes, afin d'obtenir pour la combustion de l'o- xygène aussi pur que possible. Mais, abstraction faite de ce que l'oxygène ainsi apporté serait beaucoup plus coûteux pour l'usage courant, les matières en question sont le plus souvent très facilement inflammables et explosives.
On sait aussi que le charbon de bois peut absorber plus rapidement et environ deux fois plus d'oxygène que d'a- zote de l'air. Sur ce phénomène sont basés de nombreux pro- cédés de décomposition de l'air en azote et oxygène et de pro- duction de ce dernier, en expulsant des pores du charbon de bois, par chauffage ou autrement, l'oxygène que celui-ci a absorbé.
Les produits faisant l'objet de la présente inven- tion sont des combustibles poreux enrichis ou chargés d'oxy-
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gène fixé dans leurs pores.
Si l'on met, sans précautions spéciales, du charbon de bois en contact intime avec de l'air, l'absorption d'oxy- gène n'est que limitée; de plus, pour une grande part, l'em- magasinage n'est que passager, l'oxygène étant facilement ré- trocédé. La raison de ce phénomène est que la tension de la vapeur d'eau tourbillonnante se trouvant dans les cellules parenchymateuses et formée par l'air passant sur l'eau retenue hygroscopiquement, est beaucoup trop élevée pour permettre une rétention plus importante et stable d'oxygène dans le charbon de bois.
On a fait la constatation surprenante que du charbon de bois pratiquement déshydraté, échauffé de préférence jus- qu'à 70-75 C et placé dans un courant d'air comprimé sec ab- sorbait de telles quantités d'oxygène que la combustion ulté- rieure du charbon de bois ainsi imprégné d'oxygène était ac- compagnée de phénomènes très semblables à la combustion dans un courant d'oxygène pur.
Suivant une forme de réalisation préférée de l'inven- tion, on utilise pour le traitement du charbon de bois alter- nativement de l'air comprimé chauffé (jusqu'à 70-730C environ) et d'air comprimé moins chaud (à 5-10 C environ). Le traite- ment par l'air comprimé qui peut durer plusieurs heures, a lieu par exemple sous pression de 4 à 6 atmosphères environ.
Pour réaliser le procédé suivant l'invention on sè- che dans une installation de séchage appropriée du charbon de meule ou de cornue en morceaux aussi uniformes que possi- ble, de la grosseur d'une pomme sauvage par exemple, jusqu'à l'élimination totale de l'eau hygroscopique. La matière ainsi chauffée et déshydratée est ensuite traitée dans un appareil, A-
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dont un mode d'exécution est représenté dans le dessin anne- xé, partiellement en vue de côté et partiellement en coupe.
L'appareil comporte un cylindre vertical 1 en fer d'environ 3 mètres de haut, qui peut être fermé hermétiquement et en haut et en bas au moyen de couvercles amovibles 2 et 3/dans lequel la matière probablement chauffée et déshydratée est in- troduite. Le cylindre 1 est fait de tôles à chaudières rivées et doit pouvoir supporter une pression de 12 atmosphères.
A l'intérieur, ce cylindre comporte des tamis 10 cir- culaires facilement amovibles, en tôles d'acier perforées d'un diamètre correspondant à celui du cylindre, qui sont étagées horizontalement sur des consoles 11 appropriées et régulière- ment espacés de 250-300 mm. Par des tuyères 4 et 5 reliées aux couvercles 3 et 2, respectivement, de l'air est insufflé dans le cylindre. En outre des tubes 8 sont disposés dans le cylindres, qui sont pourvus de soupapes de sûreté 9 et qui servent à laisser échapper l'air du cylindre. Les tubes 8 traversent la matière à traiter ainsi que les tamis 10 et sont percés de trous 6 près de la surface supérieure des ta- mis.
Les tamis servent d'une part à assurer un chemin d'écou- lement plus régulier pour l'air comprimé et d'autre part à décharger la matière des couches inférieures du poids propre des couches supérieures. Après avoir rempli et fermé herméti- quement le cylindre on commence à insuffler au moyen d'un compresseur, à travers un régulateur 12, de l'air comprimé qui, peu avant d'entrer dans le cylindre, est totalement déshydraté et en même temps chauffé à 70 C environ.
Quand les soupapes de sûreté réglées pour une pres- sion de 8 atm. commencent à fonctionner, l'air comprimé qui parcourt le cylindre dans toute sa hauteur et traverse entiè-
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rement la charge de charbon, s'échappera pendant toute la durée du soufflage toujours à la même pression. La vitesse de l'air doit être choisie de façon à envoyer par minute à travers le cylindre 150 à 200 fois son volume d'air (mesuré à 760 mm et 0 C). Le soufflage d'air comprima continué pen- dant 5 à 6 heures,peut avoir lieu soit à une température constante de 70 C environ, soit en utilisant alternativement des courant d'air comprimé de températures très différentes (chaud et froid). Dans ce cas l'air froid est insufflé à tra- vers un deuxième régulateur d'air 13.
Par un système de soupa- pes approprié les régulateurs à air 12 et 13 peuvent être reliés soit alternativement soit simultanément à l'une ou l'autre des tuyères 4 et 5. Après achèvement de l'imprégna- tion on ferme les soupapes 9 ainsi que les tuyères 4 et 5 et on laisse la charge du cylindre refroidir graduellement et sous pression.
Du charbon ainsi imprégné absorbe 280 cm3 d'oxygène par cm3, tandis que le charbon séché à l'air, présentant sa teneur normale en humidité et non soumis à un courant d'air comprimé ne peut absorber que 14-16 cm3 d'oxygène mesuré à 760 mm. et 0 C. L'analyse calorimétrique de charbon de bois ainsi préparé a montré une augmentation de 6.500 Calo, ce qui correspond à une augmentation de presque 100 % du pouvoir ca- lorifique initial. Le charbon de bois peut être employé lui- même comme combustible, mais il constitue de plus un excellent allume-feu. Il en est de même pour d'autres combustibles po- reux imprégnés d'oxygène suivant l'invention, par exemple du lignite, du coke, de la cendre brûlante, de la tourbe et des produits analogues.
L'enrichissement du combustible en oxygène obtenu de la façon décrite est stable, c'est-à-dire que la diminution
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de la quantité d'oxygène n'est que très faible même pour une durée de conservation assez prolongée. Il est utile d'enrober le combustible ainsi traité, par trempage ou d'une autre ma- nière appropriée, d'une mince pellicule superficielle de sub- stances comme la paraffine, le pétrole, la résine,.la colle, le caoutchouc, la gélatine, des huiles, des alcalis etc. ou de mélanges de ces substances, la pellicule produite servant à emprisonner le gaz. De cette façon la stabilité de la teneur en oxygène est encore augmentée.
Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, on peut faire agir sur la matière, en même temps que le gaz contenant l'oxygène, de faibles quantités de substances faci- lement combustibles, comme la benzine par exemple, On ajoute, par exemple, à l'air comprimé porté à une température appro- priée de faibles quantités de benzine provenant d'un réservoir 14 et introduite à l'état très finement divisé par.des injec- teurs 15 placés au milieu de la tuyère peu avant l'entrée du cylindre et dont les embouchures sont dirigées contre le cou- rant d'air comprimé, et l'on fait agir ce mélange sur le char- bon de bois sec pendant plusieurs heures sous une pression de 4 à 6 atmosphères. Dans ce cas, le courant d'air comprimé doit être enfermé sur tout son parcours ou doit pouvoir être inversé.
Le pouvoir calorifique du charbon de bois ainsi pré- paré étant supérieur à la somme des pouvoirs calorifiques des deux matières premières (charbon de bois et benzine), il faut supposer qu'il se produit non seulement un emmagasinage im- portant d'oxygène, mais que le charbon de bois ainsi que la benzine subissent des modifications chimiques extrêmement favorables au,pouvoir calorifique.
Le procédé suivant l'invention se distingue par sa
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simplicité et son bon marché, parce qu'on utilise pour amélio- rer considérablement les combustibles poreux, l'oxygène de l'air que l'on a toujours à sa disposition sans frais.
Pour augmenter davantage la valeur calorifique des combustibles et pousser la vitesse d'inflammation et la tempé- rature de combustion encore plus loin au-delà des valeurs que l'on obtient en chargeant des combustibles avec de l'oxygène on peut incorporer aux combustibles ainsi chargés des métaux ou des alliages ayant une action réductrice, sous forme gra- nulée ou pulvérulente. Parmi les métaux réducteurs qui convien- nent particulièrement à cet effet, on peut citer en premier lieu l'aluminium en poudre et en outre le magnésium, le cal- cium et le silicium.
Pendant la combustion d'un produit ainsi préparé, à côté du processus de la combustion. a lieu aussi une réaction exothermique connue sous le nom de "réaction ou procédé à la thermite" ou "réaction de Goldschmidt"o Par cet- te réaction,des températures très élevées sont développées rapidement de sorte que le combustible lui-même est porté, en un espace de temps extrêmement court, à la température propre d'inflammation.
En comparant cette réaction avec celle se produisant dans le procédé Goldschmidt, on peut dire que les oxydes de métaux; employés par Goldschmidt en mélange avec des métaux finement divisés, oxydes qui doivent être réduits et fondus et dont l'emploi est de rigueur dans le procédé Goldschmidt, sont remplacés dans la réaction qui a lieu dans les produits obte- nus conformément à la présente invention, par l'oxyde fixé dans les pores du combustible. L'effet de la réaction exother- miqué surpasse aussi celui du procédé Goldschmidt, parce que l'oxygène présent peut très facilement entrer en combinaison avec le métal.
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De cette manière on obtient des produits, qui non seulement sont d'excellents moyens pour allumer d'autres com- bustibles difficilement inflammables, mais qui en outre se prêtent à être très avantageusement employés dans la fabrica- tion de matières explosives et en pyrotechnie. Enfin ces pro- duits peuvent aussi servir pour des procédés métallurgiques, par exemple pour fondre du fer.
Par des expériences pratiques on a constaté que 40 grammes d'un charbon de bois imprégné avec de la poudre de métal suffisent pour enflammer à peu près complètement 6 kilo- grammes d'anthracite difficilement inflammable, dans un grand fourneau de faïence.
Pour appliquer la poudre de métal on peut, si la poudre aussi bien que le combustible doivent rester à l'état sec, incorporer la poudre de métal au combustible imprégné d'oxygène, au moyen d'une soufflerie ou d'un appareil analo- gue, en faisant passer le combustible imprégné sur une bande transporteuse sans fin à grosses mailles, dans un espace clos, devant l'orifice de la soufflerie. Par ce traitement .on-peut . obtenir le résultat envisagé à un degré très satisfaisant, perce que la poudre de métal appliquée de cette manière pénè- tre à une profondeur considérable dans les pores du combusti- ble. Par exemple 100 kilogrammes de charbon de bois tendre peuvent de cette façon absorber à peu près 31 kilogrammés de poudre d'aluminium.
D'autre part on peut aussi mélanger la poudre de mé- tal avec des liquides ou avec des substances facilement fusi- bles, propres à augmenter l'adhésion ou à provoquer immédia- tement le commencement de la combustion, et imprégner le com-
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bustible avec les substances contenant la poudre de métal soit au moyen d'un appareil de projection ou par immersion.
En outre on peut diviser le combustible et le mélan- ger sous forme granulée ou pulvérulente avec le liquide con- tenant la poudre de métal (poudre d'aluminium) de façon à former une masse pâteuse qui, après séchage convenable, peut être pressée en pilules, en dés ou en briquettes. Parmi les substances propres à augmenter l'adhésion ou l'inflammabili- té, dans lesquelles on peut incorporer les poudres de métaux ou d'alliages, on peut citer par exemple: des solutions de colle ou de gomme, émul s ions de latex, hydrocarbures, huiles, graisses, alcools, de la naphtaline, de l'asphalte, du goudron, des matières résineuses, fractions de pétrole etc.
Enfin,outre des poudres de métaux, on peut aussi incorporer des oxydes de métaux dans le combustible chargé d'o- xygène.
-REVENDICATIONS-
1.- Combustible destiné notamment à servir d'allu- me-feu pour des combustibles plus difficilement inflammables, caractérisé en ce qu'il consiste en un combustible poreux, de préférence du charbon de bois, qui est enrichi ou chargé d'oxygène fixé dans ses pores.
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An improved fuel from charcoal and similar porous fuels, and process for its preparation.
The object of the present invention is to improve charcoal and other similar porous fuels so as to increase their calorific value and their rate of ignition, with a view to making them particularly suitable for igniting less easily flammable fuels. such as, for example, coal or coke.
We know that we initiate the free combustion of charcoal and fuels in general by first heating them up to their own combustion temperature and then supplying the fuel elements (most often C and H) a determined quantity of oxygen in order to continue combustion.
Although oxygen alone would be sufficient to continue
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To reduce combustion, it is practically only available in the form of oxygen from the air. This oxygen is borrowed from the atmosphere which contains only about 21% compared to about 79% nitrogen. Since the nitrogen in the air plays no part in the combustion, a larger quantity of air must be supplied to the fuel in order to obtain the quantity of oxygen strictly necessary for the combustion of a certain quantity of fuel. The unnecessary heating of nitrogen in the air consumes a lot of heat so that the efficiency achieved is far less than it should theoretically be according to the formula: C + O2 = CO2.
Several attempts have been made to use with fuel substances which give rise to or give off oxygen, for example chlorates, perchlorates, chromates, oxides, etc. for example in the form of mixtures compressed into briquettes, in order to obtain as pure oxygen as possible for combustion. But, apart from the fact that the oxygen thus supplied would be much more expensive for current use, the materials in question are most often very easily flammable and explosive.
It is also known that charcoal can absorb more quickly and about twice as much oxygen as nitrogen from the air. On this phenomenon are based many processes for the decomposition of air into nitrogen and oxygen and for the production of the latter, by expelling the pores of the charcoal, by heating or otherwise, the oxygen which it contains. absorbed.
The products forming the subject of the present invention are porous fuels enriched or loaded with oxy-
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gene attached to their pores.
If charcoal is placed in intimate contact with air without special precautions, the absorption of oxygen is only limited; moreover, to a large extent, the storage is only temporary, the oxygen being easily retroceded. The reason for this phenomenon is that the pressure of the swirling water vapor in the parenchymal cells, formed by the air passing over the hygroscopically retained water, is much too high to allow greater and stable retention of water. oxygen in charcoal.
It has been surprisingly found that substantially dehydrated charcoal, preferably heated to 70-75 C and placed in a stream of dry compressed air, absorbs such quantities of oxygen that subsequent combustion. The increase in charcoal thus impregnated with oxygen was accompanied by phenomena very similar to combustion in a stream of pure oxygen.
According to a preferred embodiment of the invention, for the treatment of the charcoal, heated compressed air (up to approximately 70-730 ° C.) and less hot compressed air (at 5 ° C. -10 C approximately). The compressed air treatment, which can last for several hours, takes place, for example, at a pressure of about 4 to 6 atmospheres.
In order to carry out the process according to the invention, in a suitable drying installation, grinding or retort charcoal is dried in pieces as uniform as possible, of the size of a wild apple for example, up to total elimination of hygroscopic water. The material thus heated and dehydrated is then treated in an apparatus, A-
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one embodiment of which is shown in the appended drawing, partially in side view and partially in section.
The apparatus has a vertical iron cylinder 1 of about 3 meters high, which can be hermetically sealed both at the top and at the bottom by means of removable covers 2 and 3 / into which the probably heated and dehydrated material is introduced. . Cylinder 1 is made of riveted boiler sheets and must be able to withstand a pressure of 12 atmospheres.
Inside, this cylinder has easily removable circular screens 10, of perforated sheet steel of a diameter corresponding to that of the cylinder, which are horizontally stepped on suitable brackets 11 and regularly spaced 250-. 300 mm. Through nozzles 4 and 5 connected to the covers 3 and 2, respectively, air is blown into the cylinder. In addition, tubes 8 are arranged in the cylinder, which are provided with safety valves 9 and which serve to release air from the cylinder. The tubes 8 pass through the material to be treated as well as the screens 10 and are drilled with holes 6 near the upper surface of the screens.
The screens serve on the one hand to ensure a more regular flow path for the compressed air and on the other hand to relieve the material of the lower layers of the dead weight of the upper layers. After having filled and hermetically sealed the cylinder, it begins to blow by means of a compressor, through a regulator 12, compressed air which, shortly before entering the cylinder, is totally dehydrated and at the same time. heated to about 70 C.
When the safety valves set for a pressure of 8 atm. start to operate, the compressed air which travels through the cylinder in all its height and passes through
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The charge of coal will escape throughout the blowing time, always at the same pressure. The air speed must be chosen so as to send 150 to 200 times its volume of air through the cylinder per minute (measured at 760 mm and 0 C). The blowing of compressed air, continued for 5 to 6 hours, can take place either at a constant temperature of about 70 C, or by alternately using streams of compressed air of very different temperatures (hot and cold). In this case the cold air is blown through a second air regulator 13.
By means of a suitable valve system the air regulators 12 and 13 can be connected either alternately or simultaneously to one or the other of the nozzles 4 and 5. After completion of the impregnation, the valves 9 are closed as well. nozzles 4 and 5 and the cylinder charge is allowed to cool gradually and under pressure.
Carbon impregnated in this way absorbs 280 cm3 of oxygen per cm3, while air-dried carbon, having its normal moisture content and not subjected to a stream of compressed air, can only absorb 14-16 cm3 of oxygen. measured at 760 mm. and 0 C. Calorimetric analysis of the charcoal thus prepared showed an increase of 6,500 Calo, which corresponds to an increase of almost 100% in the initial calorific value. Charcoal can itself be used as a fuel, but it is also an excellent fire starter. The same is true of other oxygen-impregnated porous fuels according to the invention, for example lignite, coke, hot ash, peat and the like.
The enrichment of the fuel with oxygen obtained in the manner described is stable, i.e. the decrease
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of the quantity of oxygen is only very low even for a rather prolonged shelf life. It is useful to coat the fuel thus treated, by dipping or otherwise suitable, with a thin surface film of substances such as paraffin, petroleum, resin, glue, rubber, etc. gelatin, oils, alkalis etc. or mixtures of these substances, the film produced serving to trap the gas. In this way the stability of the oxygen content is further increased.
According to another embodiment of the invention, it is possible to cause the material to act on the material, together with the gas containing oxygen, small quantities of easily combustible substances, such as benzine for example. For example, with compressed air brought to a suitable temperature small quantities of benzine coming from a reservoir 14 and introduced in a very finely divided state by injectors 15 placed in the middle of the nozzle shortly before l. The inlet of the cylinder, the mouths of which are directed against the current of compressed air, and this mixture is allowed to act on the dry charcoal for several hours at a pressure of 4 to 6 atmospheres. In this case, the compressed air stream must be enclosed throughout its path or must be able to be reversed.
The calorific value of the charcoal thus prepared being greater than the sum of the calorific values of the two raw materials (charcoal and benzine), it must be assumed that not only an important storage of oxygen occurs, but that charcoal as well as benzine undergo chemical modifications extremely favorable to the calorific value.
The method according to the invention is distinguished by its
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simplicity and its cheapness, because we use to considerably improve porous fuels, the oxygen of the air which we always have at our disposal free of charge.
To further increase the calorific value of the fuels and to push the ignition rate and the combustion temperature even further beyond the values obtained by charging fuels with oxygen, it is possible to incorporate into the fuels as well charged with metals or alloys having a reducing action, in granular or powder form. Among the reducing metals which are particularly suitable for this purpose, mention may be made, in the first place, of powdered aluminum and, in addition, of magnesium, calcium and silicon.
During the combustion of a product thus prepared, alongside the combustion process. There is also an exothermic reaction known as the "thermite reaction or process" or "Goldschmidt reaction". By this reaction very high temperatures are developed rapidly so that the fuel itself is carried. in an extremely short space of time, at the proper ignition temperature.
By comparing this reaction with that occurring in the Goldschmidt process, we can say that the metal oxides; used by Goldschmidt in admixture with finely divided metals, oxides which must be reduced and melted and whose use is rigorously in the Goldschmidt process, are replaced in the reaction which takes place in the products obtained in accordance with the present invention , by the oxide fixed in the pores of the fuel. The effect of the exothermic reaction also surpasses that of the Goldschmidt process, because the oxygen present can very easily come into combination with the metal.
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In this way products are obtained which are not only excellent means for igniting other hardly flammable fuels, but which also lend themselves to very advantageous use in the manufacture of explosives and in pyrotechnics. Finally, these products can also be used for metallurgical processes, for example for melting iron.
By practical experiments it has been found that 40 grams of charcoal impregnated with powdered metal suffices to ignite almost completely 6 kilograms of hardly flammable anthracite in a large earthenware stove.
To apply the metal powder it is possible, if the powder as well as the fuel must remain in a dry state, incorporate the metal powder into the fuel impregnated with oxygen, by means of a blower or similar apparatus. gue, by passing the impregnated fuel on an endless coarse-mesh conveyor belt in an enclosed space in front of the blower orifice. By this treatment. We can. to obtain the intended result to a very satisfactory degree, the metal powder applied in this manner penetrates to a considerable depth into the pores of the fuel. For example 100 kilograms of soft charcoal can in this way absorb about 31 kilograms of aluminum powder.
On the other hand, it is also possible to mix the metal powder with liquids or with easily fusible substances, suitable for increasing the adhesion or for immediately causing the start of combustion, and impregnating the compound.
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bustible with the substances containing the metal powder either by means of a projection apparatus or by immersion.
In addition, the fuel can be divided and mixed in granulated or powder form with the liquid containing the metal powder (aluminum powder) so as to form a pasty mass which, after suitable drying, can be pressed into pills, diced or in briquettes. Among the substances suitable for increasing adhesion or flammability, in which metal or alloy powders can be incorporated, there may be mentioned, for example: glue or gum solutions, latex emulsions, hydrocarbons, oils, fats, alcohols, mothballs, asphalt, tar, resinous materials, petroleum fractions etc.
Finally, in addition to metal powders, it is also possible to incorporate metal oxides in the fuel loaded with oxygen.
-CLAIMS-
1.- Fuel intended in particular to serve as a fire starter for more hardly flammable fuels, characterized in that it consists of a porous fuel, preferably charcoal, which is enriched or loaded with fixed oxygen in his pores.