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Procédé et générateur pour l'obtention d'un gaz combustible très Eriche, par exemple pour l'alimentation des moteurs à explosions ou combustion interne
La présente invention a pour objet un procédé de fabrica - tion en continu d'un gaz (mélange) très riche par exemple, mais non limitativement pour l'alimentation des moteurs à combustion interne ou à explosions, dans des installations fixes ou mobiles (véhicules automoteurs). Elle concerne également un générateur pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On connaît un procédé de fabrication d'hydrogène suivant lequel, sur une masse de coke portée à haute température (envi- ron 1300 C) on projette des hydrocarbures lourds, pour déter - miner un cracking, une décomposition complète de ces hydrocar - bures, dont l'hydrogène est ainsi libéré et recueilli. Dans ce procédé, il faut prévoir un moyen de chauffage interne et alter- natif maintenant le coke à la température voulus.
On a, d'autre part, déjà proposé divers générateurs, par - ticulièrement pour les véhicules'automobiles, dans lesquels,
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par la combustion d'un combustible solide (coke, charbon de bois, lignite, houille), avec insufflation d'air, on forme un mélange de gaz (gaz pauvre) pour l'alimentation des moteurs.
La pratique a cependant démontré que, dans ces générateurs ou gazogènes, le pouvoir calorifique du gaz produit est fré - quemment insuffisant, particulièrement - pour les lourds camions- dans la marche au ralenti et dans les côtes. De plus, la mise en marche de ces gazogènes est assez longue.
L'invention a pour but principal d'obtenir un gaz (mélange) très riche, à tous les régimes du moteur, gaz dont le pouvoir calorifique peut atteindre jusque 4000 calories, de façon à permettre la marche du moteur à tous les régimes et en pleine charge, sans à-coups ni ratés, et à assurer une mise en marche du moteur froid en quelques instants (moins de 60 secondes).
Elle a aussi pour but d'obtenir un tel gaz sous un rende - ment maximum et, d'une façon générale, d'atteindre, par un gazo- gène à combustible solide, des caractéristiques de fonctionne - ment du moteur tout-'3-fait semblables à celles obtenues pour 1'essence.
Un autre but est de fabriquer un mélange ne contenant pas de carbone en excès, et qui, par conséquent, n'encrasse pas les cylindres du moteur.
Un dernier but de l'invention est de créer un gazogène pour la mise en oeuvre de ce procédé, gazogène qui soit d'un encombrement réduit, d'un accès facile, résistant aux hautes températures et aux chocs, et assurant, pour tous les régimes du moteur, une production largement suffisante.
Le procédé consiste à projeter, au travers de la masse de combustible en ignition (anthracite, charbon de bois, ou tout nutre combustible solide industriel) un mélange intime d'air et d'huile minérale, végétale ou animale finement pulvé - risée. Ce mélange, dont la composition est constante ou .sens! - blement telle, est introduit dans le générateur sous la forme d'une nappe mince. L'huile (gazoil par exemple) est entièrement
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décomposée par la chaleur, la température de réaction étant maintenue par l'air d'apport qui, en réagissant sur le charbon incandescent, donne naissance à un gaz pauvre ; celui-ci se trouve enrichi par les produits gazeux de décomposition de l'huile.
Il est à remarquer que le carbone pur provenant de la décomposition de l'huile constitue lui-même un combustible de première qualité, avec lequel réagit également l'air d'apport, de sorte que la quantité d'air nécessaire pour obtenir le ren - dement complet doit comporter, outre la quantité voulue pour réagir avec le combustible solide utilisé et maintenir la tem - pérature, une quantité supplémentaire en vue de réagir avec le carbone résidu de la décomposition de l'huile. Par une pro - portion convenable entre les trois éléments employés : air, huile et combustible solide, on arrive, pour une température optima, à produire un gaz dont le pouvoir calorifique peut dépasser 4.000 calories.
Il est essentiel de remarquer que le procédé ne consiste pas à décomposer une huile lourde par sa projection sur du coke incandescent, en vue de produire de l'hydrogène ; en fait, à côté de l'hydrogène, du CO, du C02 et du méthane, le gaz produit pourra renfermer des hydrocarbures, ou plus exactement de l'air carburé, ceci dépendant de la quantité d'air admise, de la température au gazogène et de la durée de réaction.
On pourra, par exemple, assurer l'existence d'une certaine proportion de carburants dans le gaz formé, en réduisant l'épaisseur de la couche de combustible à traverser par l'air et l'huile et, pour empêcher le passage de goudrons aux cylindres du moteur, pré - voir, à la sortie du gazogène, un catalyseur porté à haute tem - pérature, pour brûler les goudrons, toutes autres impuretés étant éliminées, après refroidissement du mélange, dans des filtres appropriés.
Le procédé peut être mis en oeuvre par exemple nu moyen du gazogène décrit ci-après en se référant au dessin schématique annexé , dans lequel :
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Fig.l est une coupe verticale axiale du gazogène complet.
Fig. 2 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la fig.l, à plus grande échelle.
Fig.3 est une coupe verticale, a plus grande échelle enco - re, du bec d'alimentation en air et huile.
Le générateur est formé d'un corps 1 en métal entouré d'une chemise de circulation d'eau 2. Ce corps est surmonté de la trémie 3 renfermant le combustible solide (par exemple de l'an- thracite). Cette trémie est fermée supérieurement par le cou - vercle 4 et, à sa partie inférieure, elle communique librement avec le corps de gazogène 1. La. tuyère d'amenée d'air est constituée par une pièce 6 de section conique (fig.2 et 3 ) dont le sommet est coupé en 5.,pour constituer une fente étroite (2 à 3 millimètres) d'entrée de l'air dans le corps du gazogène.
Cette fente s'étend sur toute ou à peu près toute la largeur du corps 1 (fig.2) et elle s'ouvre exactement devant une fente très peu plus large 7 pratiquée dans la paroi du corps 1. L'air est amené par aspiration du moteur, ou par insufflation, au travers de ces fentes.±. et 7.
Comme le montre plus particulièrement la fig. 3, le corps de tuyère 6,, qui fonctionne à la façon d'un Venturi, comporte un canal 8¯ dont la section va également en diminuant ; ce canal sert à l'arrivée de l'huile, et il s'ouvre peu en avant de la fente 5 , de sorte que l'air pénétrant au travers de cette fente crée une dépression dans le canal 8. et provoque ainsi une ad - mission d'huile correspondant au volume et à la vitesse de l'air , admis dans le générateur 1. Le canal 8 est en communication avec un réservoir (non représenté) par exemple à niveau constant. Des chicanes 9 sont disposées dans le canal 8. afin de diviser l'hui- le aussi finement que possible et réaliser dans l'espace 10 au- devant de la fente 5 , un mélange air et huile très intime.
Il est à remarquer (fig.l) que le corps de tuyère est logé dans la double paroi du'gazogène 1, et que le mélange en 10 est donc déjà à une certaine température. L'huile y subit par conséquent,
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du fait de son mélange intime à l'air, une pre-oxydation, ou,en d'autres termes, l'air introduit dans le gazogène est carburé à un certain degré.
Le mélange air et huile vient en contact, sur toute la largeur du gazogène, avec une masse de combustible (anthracite) porté à une température de 1300 à 1500 C. Il se produit, à côté de la réaction entre air et charbon, une décomposition de l'hui- le ; les produits gazeux de cette décomposition entrent à leur tour en réaction avec ceux provenant de la réaction entre air et carbone, pour donner finalement un gaz très riche, à très haut pouvoir calorifique.
Les dernières particules d'huile non décomposées, ou de goudron, sont brûlées dans la brique 11 en carborundum, qui fait immédiatement suite au gazogène 1. Cette brique est divisée en un grand nombre de canaux, pour assurer une division très forte du gaz formé. Elle est entourée d'une enveloppe calorifuge 12 et sa longueur est telle, comparativement à l'épaisseur de la couche de combustible à traverser par l'air et l'huile, que la température à la sortie de la brique soit encore aux environs de 900 C. Comme il est connu, cette brique joue le rôle de ca - talyseur, les gaz sortants étant en fait pratiquement libres de particules liquides ou solides.
Ces gaz sont ensuite refroidis dans le réfrigérateur à ailettes 13, puis passent au travers d'un filtre composite 14 agissant comme dépoussiéreur. Dans ce filtre, 15 sont des ta - mis, 16 du coke métallurgique, 17 des spires Brégeat et 18 des filtres Raschig, 19 (fig.1) désigne la porte de décrassage du gazogène.
Le refroidissement par eau a été, après expériences, recon- nu indispensable pour les installations mobiles ; pour celles - ci, en effet, à cause des chocs répétés auxquels est forcément soumis le gazogène, et des hautes températures de réaction, on est forcément amené à employer des parois métalliques. La circu- lation d'eau est obtenue par pompe ou par themmo-siphon; de
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toute façon, il faut prévoir un vase d'expansion pour la con- densation de la vapeur formée ± l'arrêt.
21 désigne une entrée pour de la vapeur d'eau ou de l'eau, au cas où, pour des raisons quelconques, on voudrait changer la composition du gaz, ou supprimer momentanément l'arrivée d'huils.
REVENDICATIONS.
1. Procédé d'obtention d'un gaz trèsriche par exemple mais non limitativement pour l'alimentation des moteurs fixes ou mobiles, à explosions ou à combustion interne, en partant de l'anthracite ou autres combustibles solides industriels,dans lequel le combustible solide est porté à haute température, dans un gazogène fermé, et est traversé par de l'air de réaction, caractérisé en ce que cet air est mélangé, au moment de son introduction dans le gazogène, à de l'huile minérale, végétale ou animale, de façon à obtenir, par la décomposition de cette huile, et l'action de l'air ainsi carburé, un gaz à très haute puissance calorifique, le carbone provenant de la décomposition de l'huile entrant lui-même en réaction au même titre que le carbone du combustible solide utilisé.
2. Gazogène pour la réalisation du procédé suivant reven- dication 1. caractérisé par un corps de gazogène, alimenté en continu par du combustible solide, et par une tuyère d'amenée de l'air et de l'huile, cette tuyère constituant Venturi et débouchant dans la paroi du gazogène, par une ouverture très étroite (2 à 3 millimètres) qui s'étend sur toute la largeur à peu prèsdu gazogène, l'air traversant la tuyère déterminant, par dépression, l'alimentation en huile.
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Process and generator for obtaining a very Eriche combustible gas, for example for supplying explosion or internal combustion engines
The present invention relates to a process for the continuous manufacture of a very rich gas (mixture), for example, but not limited to the supply of internal combustion or explosion engines, in fixed or mobile installations (vehicles. self-propelled). It also relates to a generator for implementing this method.
A process for the manufacture of hydrogen is known according to which, on a mass of coke brought to high temperature (around 1300 ° C.), heavy hydrocarbons are sprayed, in order to determine a cracking, a complete decomposition of these hydrocarbons, whose hydrogen is thus released and collected. In this process, internal and alternating heating means must be provided to maintain the coke at the desired temperature.
On the other hand, various generators have already been proposed, particularly for motor vehicles, in which,
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by the combustion of a solid fuel (coke, charcoal, lignite, hard coal), with air blowing, a gas mixture (lean gas) is formed to supply the engines.
However, practice has shown that, in these generators or gasifiers, the calorific value of the gas produced is frequently insufficient, particularly - for heavy trucks - in idling and on hills. In addition, the start-up of these gasifiers is quite long.
The main object of the invention is to obtain a very rich gas (mixture), at all engine speeds, a gas whose calorific value can reach up to 4000 calories, so as to allow the engine to run at all speeds and in full load, without jerks or misfires, and to ensure that the cold engine is started in a few moments (less than 60 seconds).
It also aims to obtain such a gas at maximum efficiency and, in general, to achieve, by a solid fuel gasoline, the operating characteristics of the all-'3 engine. - made similar to those obtained for gasoline.
Another object is to produce a mixture which does not contain excess carbon, and which, therefore, does not foul the cylinders of the engine.
A final object of the invention is to create a gasifier for the implementation of this process, a gasifier which is of reduced size, easy access, resistant to high temperatures and shocks, and ensuring, for all engine speeds, largely sufficient production.
The process consists in projecting, through the mass of igniting fuel (anthracite, charcoal, or any other industrial solid fuel) an intimate mixture of air and finely pulverized mineral, vegetable or animal oil. This mixture, whose composition is constant or. - quite such, is introduced into the generator in the form of a thin sheet. The oil (diesel for example) is completely
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decomposed by heat, the reaction temperature being maintained by the supply air which, by reacting with the incandescent carbon, gives rise to a lean gas; the latter is enriched by the gaseous decomposition products of the oil.
It should be noted that the pure carbon from the decomposition of the oil itself constitutes a first quality fuel, with which the supply air also reacts, so that the quantity of air necessary to obtain the ren - The complete package must include, in addition to the quantity required to react with the solid fuel used and to maintain the temperature, an additional quantity in order to react with the carbon left from the decomposition of the oil. By a suitable proportion between the three elements employed: air, oil and solid fuel, it is possible, for an optimum temperature, to produce a gas whose calorific value can exceed 4,000 calories.
It is essential to note that the process does not consist in decomposing a heavy oil by its projection on incandescent coke, in order to produce hydrogen; in fact, alongside hydrogen, CO, C02 and methane, the gas produced may contain hydrocarbons, or more exactly fuel air, this depending on the quantity of air admitted, the temperature at gasifier and reaction time.
It will be possible, for example, to ensure the existence of a certain proportion of fuels in the gas formed, by reducing the thickness of the layer of fuel through which the air and the oil pass and, to prevent the passage of tars on the cylinders of the engine, provide, at the outlet of the gasifier, a catalyst brought to high temperature, to burn the tars, all other impurities being removed, after cooling of the mixture, in suitable filters.
The method can be implemented, for example, by means of the gasifier described below with reference to the appended schematic drawing, in which:
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Fig.l is an axial vertical section of the complete gasifier.
Fig. 2 is a section taken along line 11-11 of FIG. 1, on a larger scale.
Fig. 3 is a vertical section, on a larger scale also, of the air and oil supply nozzle.
The generator is formed by a metal body 1 surrounded by a water circulation jacket 2. This body is surmounted by the hopper 3 containing the solid fuel (for example anthracite). This hopper is closed at the top by the cover 4 and, at its lower part, it communicates freely with the gasifier body 1. The air supply nozzle is formed by a part 6 of conical section (fig.2. and 3) the top of which is cut at 5., to form a narrow slit (2 to 3 millimeters) for entering the air into the body of the gasifier.
This slot extends over the whole or almost the entire width of the body 1 (fig. 2) and it opens exactly in front of a very slightly wider slot 7 made in the wall of the body 1. The air is brought in by aspiration of the motor, or by insufflation, through these slots. ±. and 7.
As shown more particularly in FIG. 3, the nozzle body 6 ,, which operates like a Venturi, comprises a channel 8¯ whose section also decreases; this channel is used for the arrival of oil, and it opens a little in front of the slot 5, so that the air entering through this slot creates a depression in the channel 8. and thus causes an ad - Oil mission corresponding to the volume and speed of the air admitted into the generator 1. The channel 8 is in communication with a reservoir (not shown), for example at constant level. Baffles 9 are arranged in the channel 8. in order to divide the oil as finely as possible and to achieve in the space 10 in front of the slot 5, a very intimate mixture of air and oil.
It should be noted (fig.l) that the nozzle body is housed in the double wall du'gazogène 1, and that the mixture at 10 is therefore already at a certain temperature. The oil therefore undergoes
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due to its intimate mixing with air, pre-oxidation, or, in other words, the air introduced into the gasifier is carburized to a certain degree.
The air and oil mixture comes into contact, over the entire width of the gasifier, with a mass of fuel (anthracite) brought to a temperature of 1300 to 1500 C. Along with the reaction between air and coal, decomposition occurs oil ; the gaseous products of this decomposition in turn react with those resulting from the reaction between air and carbon, to finally give a very rich gas, with a very high calorific value.
The last particles of undecomposed oil, or tar, are burned in brick 11 in carborundum, which immediately follows gasifier 1. This brick is divided into a large number of channels, to ensure a very strong division of the gas formed. . It is surrounded by a heat-insulating envelope 12 and its length is such, compared to the thickness of the layer of fuel through which the air and the oil pass, that the temperature at the outlet of the brick is still around 900 C. As is known, this brick acts as a catalyst, the outgoing gases being in fact practically free of liquid or solid particles.
These gases are then cooled in the finned refrigerator 13, then pass through a composite filter 14 acting as a dust collector. In this filter, 15 are ta - mis, 16 are metallurgical coke, 17 are Brégeat coils and 18 are Raschig filters, 19 (fig. 1) designates the gasifier cleaning door.
Water cooling has been, after experience, recognized as essential for mobile installations; for these, in fact, because of the repeated shocks to which the gasifier is inevitably subjected, and the high reaction temperatures, it is inevitably necessary to use metal walls. The water circulation is obtained by pump or by thermo-siphon; of
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anyway, an expansion vessel must be provided for the condensation of the vapor formed ± the shutdown.
21 designates an inlet for water vapor or water, in case, for any reason, one wishes to change the composition of the gas, or temporarily suppress the arrival of oils.
CLAIMS.
1. Process for obtaining a very rich gas, for example but not limited to the supply of stationary or mobile engines, explosions or internal combustion, starting from anthracite or other solid industrial fuels, in which the solid fuel is brought to high temperature, in a closed gasifier, and is crossed by reaction air, characterized in that this air is mixed, at the time of its introduction into the gasifier, with mineral, vegetable or animal oil , so as to obtain, by the decomposition of this oil, and the action of the air thus carburized, a gas with very high calorific power, the carbon coming from the decomposition of the oil itself entering in reaction to the same as the carbon of the solid fuel used.
2. Gasifier for carrying out the process according to claim 1. characterized by a gasifier body, continuously supplied with solid fuel, and by a nozzle for supplying air and oil, this nozzle constituting Venturi and opening into the wall of the gasifier, through a very narrow opening (2 to 3 millimeters) which extends over the entire width of approximately the gasifier, the air passing through the nozzle determining, by depression, the oil supply.