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Procède de production d'un gaz combustible et d'épuration de ce gaz
La présente invention a pour objet un procédé de production d'un ga combustible et d'épuration de ce gaz, qui est destiné à être utilisé dans des appareils de combustion ordinaires.
Les cornues de carbonisation du charbon ou gazogènes. existants peuvent être adaptés aux fins d'application de l'invention, comme cela ressort des dessins annexés.
Du charbon, du coke ou d'autres matières carbonées solides, ou même des matières catalytiques inorganiques peuvent être utilisées dans Inapplication de 1'invention avec du gaz naturel, du gaz de raffinerie (tel que gaz
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d'appareils à cracking), du gaz oil, du mazout ou d'autres substances oléifères, comme cela sera indiqué plus clai- rement ci-après,
Entre autres buts, l'invention vise :
1 .- à élever la capacité de production de gaz d'une unité de carbonisation de charbon, telle qu'une cornue verticale,.
2 .- à produire un gaz de faible densité comportant une grande teneur en-hydrogène,
3 .- à rendre possible l'utilisation plus souple d'une unité de carbonisation de charbon dans la produc- tion de gaz manufacture;
4 .- à utiliser des gaz d'hydrocarbures et/ou des brouillards d'hydrocarbures dans un procédé perfectionne de fabrication de gaz avec de la vapeur d'eau, dans des carboniseurs de charbon,
5 .- à utiliser'des huiles lourdes et des composes d'hydrocarbures efficacement même lorsque le rapport car-. bone-hydrogene est élevé,
6 .- à utiliser dans les opérations de fabrication ' de gaz la chaleur libérée qui est souvent perdue,
7 .- à traiter ou réformer des gaz d'hydrocarbures pour faire un gaz ayant les mêmes caractéristiques que du gaz manufacturé,
8 .- à faire un gaz referas ayant tout rapport oxyde' de carbone-hydrogène désiré inférieur à 1.0,
9 .- à régler la composition et la densité du gaz fini,
10 .- à produire en continu, dans un gazogène'un.gaz ayant , une plus grande valeur calorifique que le gaz de gazogène ordinaire,
11 .- à retirer le carbone entraîné et la substance goudronneuse du gaz manufacturé, d'une manière simple et économique,
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12 .- à rendre possible l'utilisation de charbon bitumineux.
ou autres solides carbonés qui ne pouvaient pas jusqu à présent 'être utilisés dans la fabrication de gaz en raison de leurs tendances à former du goudron,
13 .- à produire d'autres effets et atteindre d'autres buts qui ressortiront de la description qui suit.
En vue de rendre claire l'explication de la mise en oeuvre de l'invention, les réactions chimiques bien connuesindiquées ci-après sont donna es.
EMI3.1
<tb>
Par <SEP> litre
<tb>
<tb> d'hydrocarbure
<tb>
EMI3.2
(1) CE 4. chaleur. 0 + a R. 7,7 kg. eal.
(2) 02R chaleur ce 20 + 13 B 12, 6 kg. oal.
(3) 0%8 e chaleur 9 30 4' 4 H2 15,4 kg.cal.
(4) 04R 10' .. chaleur = 40 + , 5 Ef - 18,6 kg. cal. (5) O&:a1t'Y. chaleur 3 20 3 Ef - 1,2 kg. cal.
(6) C3H6 chaleur us 30 3 E3 - 1,41 kgàoal. (7) 04n8 + chaleur ? 40 À 4 Ra ... 4, 61 kg. cal, (8) 6 "II ahaleur n 6C .t 3 il... 4,45 kgeeal.
EMI3.3
<tb> Par <SEP> molécule
<tb>
<tb> (9) <SEP> 20 <SEP> + <SEP> 0 <SEP> (air) <SEP> = <SEP> 200 <SEP> ¯ <SEP> 3,78N <SEP> - <SEP> 26500 <SEP> kg. <SEP> cal.
<tb>
EMI3.4
(10) 0.R4 .. E20 X 00 4- 3H2 - 23100 kg. cal.
(11) ç2E6 + 2E20 n 200 + 5H' (12) 08 + 3E20 = 2 00 # 7EÔ (13) 04H10. 4 H0 400 e 9H (14) C3H4 . 2H20 # 200 + 4H' (15) C3H6 ,p 3 do s 300 6H - (16) C6H6 + 6H2o X 300 + 911f (17) 0 13'0 H . oo + é
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EMI4.1
(18) c g . C + 2R20 CO.+ 4R. (la + 17) (19) C4 + 3H0 '300 5H2 ( 14 .9) ( 20 ) a +nu2o nco + (2n-l) af ) 0El + 0 nOO aria2 .
Lorsqu'on applique ce procédé à une cornue de car- bonisation de charbon verticale, on introduit.un hydro- carbure gazeux ou un brouillard. d'hydrocarbure avec la vapeur d'eau et à la place d'une partie de la vapeur d'eau introduite à la fin de la période de carbonisation pour refroidir le coke.
Par l'expression hydrocarbure gazeux on entend comprendre également ci-après un brouil- lard finement divisé d'hydrocarbure, parce que dans l'application pratique du précédé ce sont des ±qui- velents. Suivant la température du lit de coke et le s ' proportions' de vapeur d'eau et d'hydrocarbure utilisées, il se produit des réactions telles que celles représentées ci-dessus par 1 à 8,10 à 16 et 17, ou par des combinai- sons de ces trois classes de réactions.
Il est facile à voir qu'un beaucoup plus grand volume de gaz de densité- inférieure sera produit que lorsque de la vapeur d'eau seulement est utilisée, parée'que les réactions avec des hydrocarbures sont moins endothermiques et parce, qu'il y a.une plus grande proportion d'hydrogène dans les produits de réaction*-Il s'ensuit que l'on peut régler exactement la nature du gaz fini en réglant la composition du mélange de refroidissement de vapeur d'eau et d'hydrocarbure.
Etant donné que le lit de coke présente une progression de température uniforme (par contraste avec un lit de com- bustible qu'il-faut alternativement soufflersvec de l'air) une plus complète transformation d'hydrocarbures et de vapeur d'eau est possible que dans un gazogène ordinaire
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et il en résulte une beaucoup plus grande efficacité thermique. Un autre perfectionnement par rapport aux procédés antérieurs réside dans ce fait que, grâce à la méthode de travail, des températures inférieures dans le lit de coke peuvent être utilisées avec profit et qu'il en résulte la formation de carbone moins fine- ment divisé par la décomposition d'hydrocarbures. Il y a lieu de noter également que par ces réglages soignés il est possible d'entraîner dans le gaz fini aussi peu de méthane qu'on le désire.
Ceci permet un réglage précis de la valeur thermique et constitue un progrès notable par rapport aux procédés antérieurs.
La vapeur d'eau et les hydrocarbures peuvent être mélangés avant de les introduire dans le lit de coke chaud où ils peuvent être introduits séparément et leur passage à travers le coke peut se faire en montant, en descendant ou suivant un trajet horizontal selon la nécessité du cas particulier. Un nouveau ré- glage de l'opération peut être effectué en faisant varier la composition de l'hydrocarbure pour convenir à la température du lit de coke, parce que les tempé- ratures de décomposition et les chaleurs de formation des hydrocarbures varient largement. Il s'ensuit aussi que des hydrocarbures peuvent être introduits pendant la carbonisation en quantités réglées de sorte que la capacité de production de gaz est encore accrue.
Etant donné que la décomposition de ces hydrocarbures est en- dothermique, il en résulte une durée accrue de carboni- sation, bien que le passage des gaz à travers la masse tende à égaliser les températures et la vitesse d'addition sera réglée par le temps de carbonisation disponible et la tendance du noir de carbone à apparaître @
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dans le gaz fini.
On préfère que la vitesse d'addition d'hydrocarbu- res soit suffisamment faible pour permettre qu'es- sentiellement tout le noir de carbone formé se ras- semble. dams le goudron. Par réchauffage de l'hydro- carbure utilisé, une plus grande quantité peut être employée sans affecter la durée de carbonisation,en augmentant ainsi la capacité de production de gaz. Par l'addition réglée de vapeur d'eau surchauffée, pendant la période de carbonisation avec les hydrocarbures, un nouveau contrôle de la réaction est assuré.
Il s'ensuit aussi que, par ce procède de travail, une unité de, carbonisati'on produira un plus grand rende- ment de goudron liquide par tonne de charbon, parce que ces fractions sont rapidement chassées de la zone de carbonisation.
Etant donné que la majeurepartie des réactions comprenant la décomposition des hydrocarbures sont en- dothermiques, l'addition d'hydrocarbures gazeux pendant la période de carbonisation peut abaisser de façon appréciable la température de la masse de coke.
Le réchauffage des hydrocarbures réduit cet effet au minimum, mais ne le supprime pas complètement. Lors- qu'il est nuisible que la durée de la carbonisation soit prolongée, c'est-à-dire que cette carbonisation s'opère lentement, on propose, conformément à l'in- vention, d'introduire avec l'hydrocarbure réchauffé et la vapeur d'eau un agent contenant de l'oxygène ou une autre matière qui réagisse avec l'hydrocarbure et dégage une grande quantité de chaleur.
De cette manière, il peut être dégagé suffisamment de chaleur @
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pour compenser la chaleur endothermique de réaction nécessitée par les réactions pyrolitiques et les réac- tions de gaz à l'eau modifiées indiquées ci-dessus, et, si on le désire, il peut tre enobre fourni de la chaleur supplémentaire pour accélérer la réaction de carbonisation. Il est naturellement nécessaire d'at- tendre que la phase plastique de l'opération soit passée avant d'ajouter de l'air pour ce but.parce qu'autrement il en résulterait un mauvais effet sur le coke. Il y a lieu d'ailleurs de veiller, dans l'emploi d'air ou autre gaz porteur d'oxygène, à maintenir les mélanges en dehors de l'ordre de proportions de pro- bagation de flammes.
Ceci est particulièrement néces- saire lorsqu'on réchauffe l'air et l'hydrocarbure gazeux, et est réalisé plus simplement par l'emploi de vapeur d'eau surchanffée mélangée avec l'hydrocarbure et l'air.
Si on utilise un gazogène avec un lit de combus- tible à coke au lieu d'une cornue verticale pour la carbonisation de charbon, un soufflage préliminaire avec de l'air suffit à assurer la formation d'un lit de combustible incandescent afin d'appliquer le mode opératoire mentionné ci-dessus. On préfère mélanger l'hy- drocarburegazeux (avec ou sans réchauffage) avec de la vapeur d'eau chauffée à une température comprise entre 650 0 et 1100 C avant d'amener le mélange en contact avec la masse incandescente. (Il y a lieu de noter que l'on peut utiliser ici à la place de coke une masse de contact catalytique inorganique contenant des catalyseurs tels que chrome, cuivre, nickel, cobalt, ou oxyde d'aluminium avec ou sans acide phosphorique ou phos- phate).
Par ce procédé de travail, des réactions préli-
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minaires sont commences dans le carburateur.,en dimi- nuant ainsi le danger d'entraîner du noir de carbone à travers le gazogène et le volume est augmente de façon à diminuer de manière très importante la durée de traitement dans le gazogène. Il en résulte une di- minution de la décomposition du méthane sans diminuer la décomposition des hydrocarbures à poids moléculaire plus fort, en donnant en conséquence un gaz ayant plue. de calories par litre.
On préfère faire descendre le mélange de vapeur d'eau et d'hydrocarbure à travers le lit de combustible pour desraisons de sécurité et parce qu'un meilleur contact avec le lit de coke est réalisé que lorsque le - gaz mente. Du reste, bien que le procédé à montée du courant puisse être utilise 'ce n'est pas le procédé préfère pour les raisons indiquées.
Les dessins, annexes représentent une installation pour la fabrication et le traitement de gaz.par le procédé de l'invention.
La figé '1 est une élévation de face d'un groupe d'appareils comprenant un gazogène, une partie desen- veloppes étant arrachée pour montrer l'intérieur en coupe et permettre, de-comprendre plus clairement l'in- vention. Le gazogène est représenté reliô à des chambres doubles à empilage de brigues ou autre matière de contact, telles qu'un carburateur et un surchauffeur d'un groupe d'appereils à gaz- à l'eau carburé, mais il peut évide - ment fonctionner sans ce dernier.
La fig. 2 est une. élévation de face d'un gazogène .primaire travaillant par lui-même, c'est-à-dire qui n'est relie à des chambres additionnelles à, empilage.,
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La fig. 3 est une élévation de face d'une variante de gazogène.
La fig. 4 est une vue analogue d'un appareil épu- rateur de gaz.
Dans l'appareil représente par la fig.l, 1 désigne l'enveloppe du gazogène, comportant une porte 2 servant à introduire la matière de contact solide représentée en 4 et supportas par des barreaux 3. La canalisation de distribution de vapeur d'eau est .représentée en 5 et est munie de robinets 6 et 7 commandant l'admission de vapeur d'eau destinéemonter et descendre respes tivement. Le gaz d'hydrocarbure est fourni au gazogène par la canalisation de distribution 8, comportant des robinets de commande d'admission 9 et 10.- 11, 12 et 12'désignent les tubulures de prélèvement des gaz finis, et 13, 14 et 14' les robinets de commande respectifs de ces canalisations de sortie de gaz. De l'air est distribué par la tubulure d'admission 15 commandée par le robinet 16.
Les chambres à empilage 17 et 18 sont reliées au gazogène de façon que le gaz venant de 13 et 14 puisse passer par elles et soit coupé en passant par les ouvertures de prélèvement 21 et 22 en commandant @ les robinets 23 et 24.- 19 désigne une canalisation de raccordement pour le gaz d'hydrocarbure, et 20 un robinet de commande de cette canalisation. 25 et 26 désignent un empilage de briques de matière de contact, et 27 un robinet de commande de vapeur d'eau permettant d'introduire de la vapeur d'eau dans la chambre 18.
De l'air secondaire est admis par 28 et 29 et des subs- tances d'enrichissement, huile ou autre matière carhu- rante, sont introduites par 30 at 3@.- 35 désigne une tuyauterie d'admission de vapeur d'eau et des robinets
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pour refroidir le gaz en courant de retour.- 36 désigne 'une tuyauterie d'admission des hydrocar- bures utilises dans la production des mélanges d'hy- drogèné et d'oxyde de carbone, cette tuyauterie comportant un robinet de commande 37. Un effet analogue -peut être obtenu en plaçant c'ètte tuyauterie d'admis- sion à la base de 17 ou dans le conduit reliant 17 à 18.
Dans la fig. 2, le gazogène 11 ne comporte pas de porte de chargement de combustible pour l'intro- duction du combustible solide, mais, à sa place, une cheminée 21' à couvercle 23'. Lorsqu'on le fait , travailler comme appareil indépendant non relié à des chambres à empilage le gazogène 21'-23' peut être considéré comme étant semblable au.gazogène 21, 23 de la fig.l. L'empilage de''briquesou autrematière de contact représenté en 32 et 33 tient lieu de com- bustible et peut aussi remplacer les empilages de bri- ques 25 et 26 d'e la construction suivant la fig.1, lorsque.le gazogène de la fig. 2 travaille comme appareil indépendant.
La chambre 34 est une chambre de combustion dans laquelle du gaz venant par 10 est brûlé pendant la période de soufflage d'air par l'in- troduction d'air venant de 15' et qui est réchauffé en passant à travers la matière de contact 32.
En se reportant à la fig. l, le mode préféré d'application du procédé, objet de l'invention comprend : le soufflage d'air sur le ,lit de combustible en ignition 4 dans le gazogène 1 par la tuyauterie d'admission 15, la conduite des gaz soufflés résultant dans l'appareil dit "carburateur" en passant par le robinet 13, le brûlage des gaz soufflés dans les chambres 17 et 18 le
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,,,-- , t)UW"- - ,,tri, al,.ilarrt départ des gaz de cheminée par la sortie 1,, l'arrét dudit soufflage d'air, la fermeture de la soupape ,de cheminée 23, ll:Lntro,,,uction de vapeur d'eau par 19 dans 10. chambre 18 ayant polir rsultat la surchauffe lie cette 'Var6ur 0.' eau dans cette chambre, l'introduc- tion dans cette va;
y)c1-r d'eau surchauffée d T1ID gaz ou brouillard d'hydrocarbure par l'admission 36, ce qui fait que ce gaz et cette vapeur d'eau surcharffée sont
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complèteineut mclar=gs et chauffes à une température supérieure à 540 0 dans leur passage par la c'hamhre 17, puis la cOJèuite du ob,,-ufE6 hors de la chambre 17 et dans le lit de combustible se trouvailt dans le gazogène 1. De pr6f6rence, les quantités relatives de vapeur d'eau introduite par 19 et d'hydrocarbure introduit par 36 sont telles que le gaz 'quittant le
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b4cgène 1 est seneiàlement exempt de carbone en suis- rer.sion résultant de la pyrolise et a, de préférence, lli1 rapport hydr08ène-oxde de carbone dans les limites de 1,1 à 3,5.
Bien qu'il ressorte de la fig. 1 que la vapeur d'eau et les hydrocarbures peuvent être introduits dans le système en d'autres points qu'en 19 et 36, et bien que des hydrocarbures liquides plu- vérisés puissent être utilisés efficacement lorsqu'ils sont introduits par l'admission 36, il est néanmoins
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préférable et habituellem1t avantageux d'introduire toute la vapeur d'eau de l'opération par ltadnission,l9 et tout l'hydrocarbure sous la forme gazeuse par ITad- mission 36. Lorsque 1lh7îrocarb-Ltre introduit par 36 est sous des conditions ilormales un liquide, il est ha.bi-- tuE)Ile-a,.-r,t désirable dTintroduire U11 peu de vapeur d'eau avec lui Far 36.
Il est évident que l'a22areil permet d T exécuter diverses s variantes, comme décrit ci-dessus,mais
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l'opération qui vient d'être décrite est préférée pour le but poursuivi. Par exemple, il est évident que le gaz "composé"peut être évacué du gazogène 1 sans passer par l'appareil dit "carburateur" 17 et le sur chauffeur
18, ce qui permet un champ plus large d'utilité de 17 & 18 que dans le carburateur et le surchauffeur cor- respondantsdu'groupe ordinaire gaz à l'eau.
Le gaz d'hydrocarbure peut être introduit pendant chaque course de montée, pendant une partie de chaque course à la fois pendant les courses de montée et de descente ou pendant une certaine proportion prédéter- minée du nombre total' de courses. De plus, un excès de gaz d'hydrocarbure peut être utilisa, c'est-à-dire au delà de la fin normale de la période de course ou passage. Dans la dernière période, le gaz n'est pas complètement cracké et remplit principalement la fonc- tion d'agent porteur de chaleur en aidant à'égaliser la température dans le gazogène 1 et à carburer le "gaz" composé".
Lorsqu'un mélange d'hydrocarbures est introduit dans le gazogène 1, par exemple par 9, 10 ou 11, pendant une partie prolongée dtune course, seuls les éléments'' supérieurs de la série sont crackés de façon appréciable. On peut prédéterminer de cette manière la mesure du cradking et la .nature du gaz fini.
Il y a lieu de remarquer le fait que la chaleur absorbée dans le gazogène '1 conformément à; l'équation 10 est beaucoup inférieure celle absorbée selon l'équation 17; par conséquente pour.une condition de température définie . dans le gazogène, la quantité de gaz qui peut être , produite conformément à la première équation est plus grande que-celle: qui peut être produite conformément à l'équation 17.
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Des dispositifs sont prévus pour introduire du gaz ou brouillard d'hydrocarbure par 20 et ,19 lorsqu'on le désire et également par 30 et 31. Ces dispositifs sont utilisés conformément à l'effet désire et à la nature de la matière première (hydrocarbure) disponible.
Par exemple, si des huiles lourdes sont utilisées,elles doivent être introduites par 36, de préférence pulvê- risées par de la vapeur d'eau, et non pas par 20 ou 19.
D'autre part, en utilisant des hydrocarbures gazeux, tels que méthane, éthane, gaz naturel, éthylène. gaz de distillation provenant des raffineries de pêtrole,il est possible de les introduire par 20 et 19 sans causer le bouchai de 26 avec du carbone déposé.
Dans le procédé ordinaire pour carburer du gaz à l'eau, des huiles lourdes ne peuvent pas tre facilement utilisées sans boucher le carburateur avec du carbone en quelques haures de marche. La raison pour laquelle le carbone ainsi déposé ne brûle pas pendant les pério des de soufflage est le fait qu'il n'est pas chauffé à la température d'allumage lorsque le passage de vapeur d'eau finit et le soufflage d'air commence.
En intro- duisant l'huile lourde par 36, la masse de carbone formée et déposée se place dans la partie inférieure de l'empi- lage de briques 25 qui est plus chaude que lorsque du gaz à l'eau carburé ordinaire est fait, et l'air intro- duit par 28 et 29 est réchauffé au moment où il vient en contact avec le carbone déposé, par conséquent où la combustion dudit carbone est facilement effectuée.
De plus, cette combustion aide à maintenir la haute température préférée dams l'empilage de briques 25.
Ainsi, la disposition qui assure le contre-courant d'hy- drocarbures et d'air secondaire à travers la chambre 17 est avantageuse pour le maintien de la haute température @
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désirée, approximativement 1100 C, et pour maintenir l'empilage de briques exempt de carbone déposé.
Dans la production de gaz destiné à être utilisa dans la fabrication de méthanol synthétique, lorsque la proportion de 00 et H2 doit être maintenue .dans des limites fixes et lorsque ces derniers gaz sont préférés à l'exclusion d'autres gaz, il est nécessaire de travailler en donnant des:températures au lit de combustible bien supérieures aux températures de dis- sociation ou de. réaction; ceci est assure en réglant la quantité- d'air utilisée par rapport à la vapeur d'eau et au gaz d'hydrocarbure utilisas; par conséquent, de courts cycles sont utilisés sous .ce.s conditions.
Après que le gazogène est en fonctionnement, il suffit, à l'analyse, pour produire du gaz de déterminer si le cycle doit ou non être change et si l'air, la vapeur d'eau et le gaz d'hydrocarbure sont convenablement proportionnes. Par exemple, avecun soufflage d'air insuffisant (chauffage de l'empilage de briques pendant la période de chauffe) ou son équivalent, trop de vapeur. d'eau et de gaz d'hydrocarbure, dans le gaz composé la proportion de CO2 et CH4 augmente@@. Avec un soufflage d'air suffisant, la teneur' en CO du gaz composé augmente comme le rapport de la vapeur d'eau au gaz d'hydrocarbure augmente.
S'il est désirable d'augmenter de façon impor- tante la teneur de H2 au delà de celle représentée dans les équations 10 à 19, il suffit 'de réduire de façon importante la quantité de vapeur d'eau utilisée et de laisser les réactions 1 à 8 s'opérer conformément à l'hydrocarbure utilisé.
Une variante du mode opératoire consiste à assurer la course de descente à travers le gazogène comme décrit
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et ensuite à réaliser la course (le montée en admettant de la vapeur d'eau (ou de la vapeur d'eau et du gaz par 6 et 10) par 6, à évacuer le gaz de gazogène par 11, 17, 18 et 22, à introduire en même temps une substance d'en- richissement par 30 et 31, ou si 25 est trop chaud à cet effet, par 36.
Il est préférable de maintenir une température aussi élevée qu'il est praticable dans la chambre 17 et une température quelque peu plus basse dans la chambre 18, dite "surchauffeur". De cette manière, les mélanges ou produits gazeux venant des chambres 17 et 18 sont à la température maxima lorsqu'ils sont introduits clans le ga- zogène, ce qui assure ainsi leur transformation finale maximum en CO et H2;
d'autre part, lorsque le gaz à l'eau ou autre gaz pauvre destiné à être enrichi est produit dans le gazogène et qu'on le fait ensuite passer par les chambres 17 et 18, et lorsqu'il est désirable de cracker des hydrocarbures dans ces chambres dans un courant de ce gaz pauvre, il est parfois préférable d'introduire ces hy- drocarbures dans ce courant dans la chambre chauffée à haute température (chambre 17), en faisant passer le courant des zones les plus chaudes aux zones les plus froides dans son passage à travers le groupe d'appareils.
Lorsqu'on désire utiliser le gaz fait sous la forme de gaz de ville, un produit d'enrichissement peut être ajouté au "gaz composé'' passant par les chambres à empilage de briques 17 et 18 ou ailleurs. Si on utilise de l'huile comme matière d'enrichissement, elle peut être crackée plus efficacement dans l'atmosphère de CO ¯ H2 que dans le procédé à gaz d'huile, l'efficacité, de gazéifi- cation dans ce dernier procède étant inférieure à 50 %, tandis qu'avec la même huile à gaz (gaz oil), l'efficacité @
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de gazéification dans le cracking de cette huile dans une atmosphère de CO ¯ H2 est de 70 % ou plus.
Lorsque du gaz d'hydrocarbure suffisant est disponible, on préfère enrichir le mélange CO ¯ H2 en introduisant ce gaz dans ce mélange dans 'la chambre à empilage de-briques 17. Une tuyauterie d'admission spéciale pour ce gaz n'est pas représentée pour des raisons de simplicité, parce qu'à peu près le même résultat est obtenu en ou- vrant le robinet 9 lors de la course de montée et le robinet 10 lors de la course de descente. Co procède d'introduction du produit d'enrichissement tend à main- tenir les robinets 13 et 14 froids. On sait d'une façon générale que des hydrocarbures de poids moléculaire élevé se décomposent par l'action de la chaleur plus facilement que du méthane.
Mais on ne sait pas qu'en utilisant des gaz d'hydrocarbures mélanges avec de la vapeur d'eau dans une chambre chauffée, leshydrocar- bures à plus, haut point d'ébullition peuvent amenés à réagir avec de la vapeur d'eau en formant du 00 et H2.
On a 'constaté conformément à l'invention que cela- peut être effectué., le gaz final ou résultant contenant des 00 et H2 et CH4 en quantités proportionnelles variant avec la composition du gaz originel utilisé. Maintenant, en utilisant des gaz naturels avantageusement dans le procédé de réformation, il-- est désirable de 'le réformer complètement en CO et il, 2 et d'utiliser dans l'opération la chaleur disponible, dans le gaz soufflé'. Au fond, .il n'est-pas nouveau.d'utiliser cette chaleur pour ce but, mais c'est la manière dont.il est.atteint selon l'in- vention qui est nouvelle;
Le gaz naturel (ou produit gazeux naturel) est complètement reformé dans le
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gazogène en vue d'obtenir une capacité de fabrication de gaz élevée et d'obtenir un gaz à forte teneur en hydrogène en vue d'opérer la carburation dans ce gaz.
Etant donne que le. quantité de chaleur perdue dans le gaz soufflé est limitée, il est désirable, dans la phase d'enrichissement, d'utiliser du propane, du butane, de l'essence naturelle ou un produit analogue (sous forme de gaz) en introduisant cette matière avec suffisamment de vapeur d'eau pour empêcher la formation de carbone dans une chambre à empilage de briques de carburation ou chauffée dans un courant dudit gaz reforme', les empilages étant chauffés dans cette chambre à une température satisfaisante pour ce but.
En utilisant cette chaleur disponible pour améliorer et produire le plus grand effet d'enrichissement pos- sible, il est préférable d'utiliser du. butane, du gaz d'essence naturel ou gaz similaire. Les raisons sont : (a) le volume d'hydrocarbures légers produit avec une unité de volume du produit d'enrichissement est plus grand avec des gaz d'hydrocarbures de poids molécu- laire plus élevé et, dans la série paraffine, le rap- port carbone-hydrogène augmente quelque peu avec l'aug- mentation du poids moléculaire; (b) ces gaz, différant des vapeurs d'huile, tendent à, se mélanger plus complè- tement à la vapeur d'eau et à l'hydrogène du gaz réformé que des brouillards d'huile parfois appelés vapeur d'huile.
Un autre procédé préféré de fonctionnement est obtenu en ouvrant les robinets 13 et 23 et en fermant les robinets 14 et 24. De l'air est alors soufflé par le tuyau 15 et vers le haut à travers le lit de combustible se trouvant dans le gazogène 1 jusqu'à ce que ce lit de combustible soit porté à l'incandescence et à la tempéra- @@
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ture nécessairepour produire un courant gaz-vapeur d'eau-. Les gaz soufflês perdus chauds passent par le tuyau 11 et descendent sur l'empilage de briques en matière réfraotaire dispose dans le carburateur 17 et remontent à traversl'empilage de briques disposé dans le surchauffeur 18,.
De l'air secondaire est admis par le tuyau 28 et cause une combustion secondaire dans le carburateur 17 et l'empilage de brigues 25 est chauffé à une chaleur intense. Lorsque le lit de combustible a été élevé à la température désirée, les robinets 16,13
28 et 23 sont fermés et les robinets 24 et 14 sont ouverts.,Lorsque des dispositifs désirables sont prévus . pour souffler sur le lit de combustible un jet d'air dirige vers le bas demême qu'unet d'air dirigé vers le haut, 'des dispositifs automatiques'peuvent être uti- lises pour ouvrir. et fermer les-robinets indiqués ci- dessus entre les divers passages de ces jets d'air.
Lorsque le lit de combustible a été porté par soufflage d'air à la température désirée et que les robinets sont de nouveau réglés, de la vapeur d'eau peut être introduite au-dessus du lit de' combustible. par le tuyau 5et de l'essence naturelle ou autre fluide hydrocarbure choisi peut être introduit au-dessus du lit de combustible par les tuyaux de communication 8 et 9,
Le mélange devapeur d'eau etde gaz d'hydrocarbure est ainsi introduit d'en haut dans le lit de combustible chauffé. Les hydrocarbures sont reformés en gaz contenant une grande proportion d'hydrogène .et d'oxyde de carbone.
Ce gaz passe par la sortie 12 dans le carburateur 17. La' reformation de ce gaz avec production d'hydrogène et d*oxyde de carbone refroidit le combustible, se trouvant dans le gazogène. Avant que. soit atteinte la température @
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à laquelle le gaz d'hydrocarbure ne serait pas sensi- blement complètement réformé en hydrogène et oxyde de carbone, les robinets 9 et 7 sont fermas et le robinet
6 est ouvert. Le robinet 14 est ferme et le robinet 13 est ouvert. On fait alors monter de la vapeur d'eau à travers le lit de combustible; il se forme du gaz à l'eau.
Ce gaz à l'eau suit le gaz depuis le courant de gaz-vapeur d'eau au carburateur et ensuite au surohauf- feur et ensuite en sortant par la tuyauterie 22. L'action de la vapeur d'eau sur le lit de combustible produit du gaz à. l'eau et la température du lit de combustible est abaissée encore davantage. La fabrication de gaz à l'eau est ensuite arrêtée en fermant le robinet 6. Le robinet 24 est ferma et le robinet 23 est ouvert. Le lit de combustible peut ensuite être de nouveau soufflé avec ,de l'air par l'introduction d'air secondaire par le tuyau 29 et le cycle des opérations est recommencé.
En faisant tout juste des mélanges de CO et H2, contenant seulement de petites proportions d'autres gaz, en partant de gaz d'hydrocarbure comme matière première de base, ou de gaz d'hydrocarbure et d'un autre combus- tible à la fois, la température des briques empilées dans les chambres 17 et 18 doit être appréciablement plus élevée qu'il est de pratique courante dans la fa- brication de gaz à l'eau carburé. La température en 17 doit être approximativement de 1100 C, tandis qu'en'18 elle doit être, de préférence supérieure à 650 C; des températures moyennes de 955 C et 1040 C sont ordinaire ment satisfaisantes. Lorsque du gaz d'huile est utilisé et qu'un gaz carburé,' tel que le gaz de ville est produit des températures inférieures sont parfois plus satisfai- santes.
Cette dernière considération est également vraie
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lorsqu'on effectue la carburation en introduisant du gaz d'hydrocarbure dans le gaz entrant dans les chambres
17 et 18 à empilage de briques en venant du gazogène.
Conformément à l'invention, on a trouve qu'en en- richissant le gaz reformé qui est compose principalement de CO ¯ 2H2 et d'un peu de vapeur d'eau, en introduisant dans un courant de ce gaz dans des chambres (le carbu- ration chauffées ou en un .point équivalent, à la fois de la vapeur d'eau et un gaz d'hydrocarbures comprenant d'autres gaz d'hydrocarbures que du méthane, les gaz d'hydrocarbures à poids moléculaire plus élevé sont sensiblement transformes complètement en CO, H2 et CH4, tandis que le méthane présent à 1']origine n'est pas décomposa de façon appréciable, mais reste dans le gaz enrichi.
Ce résultat.est obtenu sans formation appré- ciable soit de carbone, soit de goudron, ce qui diff- rencie le precédé du procédé au gaz d'huile, ou d'autres procèdes de carburation comprenant des réactions pyro- génétiques. .On'obtient en conséquence un effet nouveau lorsqu'on effectue la carburation dans une atmosphère de CO ¯ 2 H2 ¯ vapeur d'eau. en utilisant des gaz d'hy- droc.arbures comme matière d'enrichissement, le gaz reformé final enrichi fait de cette manière comprenant cornue matière combustible presque entièrement CO, H2 et CH4.
La quantité de produits éclairants se trouvant dans le gaz enrichi ainsi produit est habituellement de moins de 2,0 %.
La carburation de gaz à l'eau par l'addition à ce gaz de gaz d'hydrocarbure froid sans cracking ne fait d'ailleurs pas partie de l'invention..
Les procédés exposés jusqu'ici pour la fabrication de gaz présentent le défaut 'évident d'être intermittents.
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On constate cependant qu'il est possible pour régler la composition du gaz, d'utiliser divers composés d'hydro- carbures et d'obtenir un débit du gazogène élevé sans s'écarter notablement du fonctionnement en continu.
La fig. 3 est une élévation de face schématique d'un gazogène dans lequel l'invention peut être mise en oeuvre.
Dans' cette figure, une partie du gazogène est arrachée pour montrer l'intérieur en coupe. 40 désigne l'enveloppe du gazogène, comportant une porte de chargement 41 pour introduire du combustible solide tel que coke, charbon ou autre catalyseur solide. 43 désigne les grilles des- tinées à supporter le coke 42. La canalisation de distri- bution servant à introduire l'air devant monter est re- présentée en 45 et comporte les robinets 46 et 47. La canalisation de distribution de l'air descendant est in- diquée en 48 et ses robinets de commande par 49 et 50.
Le conduit d'admission, servant à introduire le gaz d'hy- drocarbures devant monter, est représenté en 51 et com- porte les robinets 52 et 53. L'admission de l'hydrocar- bure devant descendre se fait par le conduit de sortie du gaz et le robinet 54, ou par le robinet 55.56 désigne une tuyère qui sert à amener de l'air en contact intime avec le gaz d'hydrocarbure dans le lit de combustible ou dans la cendre sous le lit de combustible. Il nTest pas nécessaire d'utiliser une tuyère, maiscela est préféré cornue mesure de sécurité pour éviter l'allumage spontané de gaz chaud en présence d'air. La canalisation de vapeur d'eau 57 comporte des robinets 58 et 59, Un conduit de sortiepour le gaz qui descend, est représenté en 60 et comporte un robinet 61.
De l'air réchauffé est introduit pur les robinets 47 et 50 et de l'hydrocarbure réchauffé par les robinets 52 et 54.
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Ce mode de réalisation comprend l'injection simultanée d'un hydrocarbure gazeux, de vapeur d'eau et d'air ou autre agent oxydant en proportions sensi-
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blement dëter:ni2ées dans un lit de combustible inca?7des- cent, en produisant ainsi un gaz appelé oi-aprës âci.z reformé.
Les quantités proportionnelles de vapeur d'eau, d'air et d'hydrocarbure utilises en faisant le gaz reforme sont en conséquence tout-à-fait déterminées et,' en utilisant ces quantités déterminées, on obtient un nouveau résultat. Par addition de réactions (9) et (10), on obtient :
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(22) QH4 4 2f : R20 + 0f (air) s 500+6E +
3,78N2 ¯ 3600 kg, cal.
La composition de ce gaz 'théorique est :
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00 0;........ 30g7 fi B:2 30; 7 % E 38,6 % 6ex1 , ,
100,0 % Dans le fonctionnement réel,' il y a de petites
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quantités de "produits illuminants et de .méthane dans le. gaz, la teneur en azote est quelque peu inférieure et ie rapport'de H2 à CO est un peu plus élevé'que cela est
EMI22.5
représenté 'par la composition ci-dessus4
La quantité de chaleur libérée dans l'équation (9) est plus grande que celle.absorbée dans réaction représentée par l'équation (10).
Par la régénération convenable ou en surchauffant suffisamment la vapeur d'eau et en réchauffant le gaz et l'air, les réactions caractérisées par Inéquation (22) peuvent être conduites sans perte appréciable de chaleur dans: le gazogène pendant l'opération. Cependant, sous d'autres conditions, il est @ bzz+
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possible de produire du gaz ayant une teneur .en azote également faibleen faisant de très longues courses, en ne faisant qu'occasionnellement des jets d'air droits.
Or- a constaté que lorsqu'on utilise un combustible de grosseur modérément :Cime , tel que du coke, dont les morceaux ont en moyenne un diamètre de 30 à 50 mm. ou moins, on peut utiliser une quantité d'hydrocarbure modérément en excèsde celle représentée dans les équations (10) et (22), sans transporter des quantités appréciables de carbone suspendu, entraînées hors du gazogène dans le gaz. Le profit tiré de cette façon d'o- pérer est une augmentation dans le rapport de l'hydrogène à l'oxyde de carbone dans le gaz fini, accompagnée par une diminution de la teneur d'azote.
De façon analogue, le combustible de gazogène utilisé par 1000 litres de gaz réformé fait est diminué parce que le carbone qui est maintenant dégagé par cracking de l'hydrocarbure est disponible comme combustible de gazogène. Il semble que lorsque l'hydrocarbure et l'air sont admis de la manière décrite dans ce qui précède, des réactions telles que celles indiquées par les équations (23), (24) et (25) se produisent dans une certaine mesurât
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z CE 4 3 0 r, 200 -t. 4BO (24) CH4 s x. 4 G0 + 2H0 t5) 00 <e- 0 ê zoo
En outre, lorsqu'on utilise un excès d'hydrocarbure comme indiqué, ci-dessus, une nouvelle réaction typique est comme représenté dans l'équation (1) :
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(1) 0E (décomposition thermique ) s:
0 2H Le résultat net de ces quatre réactions au cours de cette opération est qu'anpr6ciable-.neit moins de chaleur
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nécessaire-dans le développement dé l'opération est fournie en brûlant le combustible, du gazogène et qu'un gaz ayant une. plus faible teneur en azoté que cela est indiqué par l'analyse ci-dessus peut être -produit sans contenir des quantités appréciables de carbone entraîne résultant de la pyrolysede l'hydro- carbure. Un gaz ayant une teneur en azote approxi- mativement égale à 30 à 33 % peut facilement être produit.
Dans les exemples précédents, du méthane a été utilisé comme hydrocarbure, mais il va de soi qu'on peut-utiliser d'autres hydrocarbures de façon analogue et' que des équations similaires peuvent être écrites pour leurs réactions avec de la vapeur d'eau.et de l'oxygène. Il est particulièrement intéressant que certains hydrocarbures ont .des chaleurs négatives de formation et, en conséquence, se comportent différem- ment au cours de l'opération que les hydrocarbures du groupe paraffine .. Les chaleurs de formation de certains hydrocarbures sont comparées dans les équations (1) à (8).
Ces réactions montrent que la chaleur de réaction dans la dissociation d'éthylène et de benzène est positive, c'est-à-dire que de la chaleur est produite pendant la réaction, et que celle de propylène est négative, mais faible, tandis que les autres hydrocarbures repré- sentes ont une chaleur négative de dissociation beaucoup plus élevée. Lorsqu'on utilise un excès d'hydrocarbure en procédant comme indiqué ci-dessus, il est avantageux d'employer de l'éthylène. du propylène, du benzène ou des hydrocarbures analogues pour lés raisons suivantes : (1) Ils ont des températures d'inflammation' infé rieures à celle du méthane, le constituant principal du . gaz naturel.
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(2) Ils crachent (se dissocient) rapidement lorsqu'ils sont chauffés et, à la différence du méthane, ils ne nécessitent pas de contact avec des surfaces chauffées pour se dissocier.
(3) Ils fournissent une plus grande quantité de carbone par unité de volume d'hydrocarbure que le méthane et ce carbone peut être utilise dans l'opération jusqu'à, une certaine limite.
(4) Beaucoup plus de réaction et de dissociation peuvent être amendes à se produire avant que le lit de combustible soit souffla lorsqu'on utilise ces hy- drocarbures que lorsqu'on utilise du méthane et de plus basses températures de réaction sont nécessaires.
Un gaz de raffinerie de pétrole contenant du CH4, avec des quantités appréciables de C2H4 et C3H6 est fort satisfaisant pour être utilisé selon le procéda de l'invention, ou de l'êthylène avecou sans gaz y associes peut être utilisé avantageusement.
Le mélange d'air, d'oxygène ou d'un autre agent oxydant avec des gaz d'hydrocarbure est plus ou moins hasardeux, même en supposant que de la vapeur d'eau puisse être présente, à moins qu'on prenne soin de maintenir les proportions uniformes.
On préférera en conséquence injecter l'air avec la vapeur d'eau au moyen de dispositifs qui assurent des proportions et un nélange convenables. L'air et la vapeur d'eau sont, de préférence, chauffes à une température supérieure à 650 C et approchant de 1100 C et l'hydrocarbure peut y êtreintroduit avant de venir en contact avecle lit de combustible.
Sous certaines conditions, il est préférable de mélanger tout d'abord la vapeur d'eau et le gaz, de chauffer le mélange à une température aussi
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élevée qu'il est praticable et ensuite d'introduire l'air dans un courant du mélange chauffé avant; qu'il vienne en contact avec le lit de combustible incandes- cent.
En se référant à l'équation (22), les volumes relatifs de méthane, d'air et de vapeur d'eau utilisés sont approximativement égaux respectivement
1,0,4,8 et 1,0. Ceci signifie que le mélange à la température ordinaire, est trop riche en méthane pour propager la flamme.
Cependant, lorsque le mélange est chauffé à une température de 610 C à 650 C, la combustionpeut se produire simultanément par tout le mélange. Afin d'éviter un. chauffage subit du mélange gazeux dû à la combustion.' spontanée subite dans l'espace mort du gazogène extérieurement au lit de combustible, il est désirable de maintenir'le mélange à une temps- rature nettement supérieure à 610 C (température d'ignition).ou nettement inférieure à cette température.
Lorsque des équations sont écrites pour du butane, par exemple des équations analogues à (9),(10) et (22) pour le m6thane, il est évident qu'il faut davantage de vapeur d'eau et d'air par volume de butane'utilisé, le ,Volume, du gaz produit étant plus grand, mais la. teneur d'azote du gaz produit n'est pas plus élevée que pour le méthane.
Les proportions approximatives'sont : butane 1*0 volume* vapeur d'eau 4 volumes, air 14,4 volumes*.Les proportions d'air et de butane sont de façon analogue en'dehors'de .l'ordre ..dans. lequel la flamme-se propage à travers le mélange de gaz et d'air /'aux températures ordinaires.
La composition de gaz théorique approximative est :
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<tb> CO <SEP> --- <SEP> 32,8 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> --- <SEP> 30,0 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> --- <SEP> 37,2 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100,00%
<tb>
Dans le fonctionnement réel, on constate que la teneur en azote est quelque peu plus faible, et qu'un peu de méthane est de plus petites quantités d'acide carbonique et de produits éclairants sont présents, Les proportions d'air et de butane dans le mélange sont voisines de celles du mélange formant la limite supérieure qui est inflammable.
En conséquence, c'est là approximativement la quantité minima de butane qui doit être utilisée et qui peut être effectivement utilisée avec sécurité dans des groupes d'appareils à gaz à l'eau ordinaire, parti- culièrement lorsqu'il est distribué sous les grille's et lorsque la température peut approcher de la température d'ignition. La quantité relative optima de butane nor- malemont utilisée avec de l'air est plus grande que la limite d'inflammabilité supérieure et elle.est moindre que celle où. il devient nécessaire de travailler par intermittence selon de courts cycles comme dans la pratique ordinaire du gaz à l'eau.
La quantité optima de vapeur utilisée est la moindre qui puisse être uti- lisée sans que le gazogène devienne trop chaud et sans que le rapport de H2 à 00 devienne trop élevé. Ainsi, avec du butane le rapport butane-air est, de préférence, plus grand que 1,0 à 14,4 et n'est,pas appréciablement supérieur à 1,0 à 9,0. Le rapport butane ; vapeur d'eau habituellement préféré est de l'ordre de 1,0 à 4,0 , à 1,0 à 0,0.
Si on considère l'introduction d'un mélange
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d'hydrocarbure et d'air dans un lit de combustible incandescent ou autre matière de contact, 1.'équation
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caractéristique de lé; réaction est : (26) -- 2 CR4 t 2 4iT' -R l7ars 0 (provenant de l'air) = 2 00 + 4E 3, 78 1,. Dans cette réaction, de la chaleur est dégagée (proiuite) Jusqu'à une mesure égale à; a:î;rpro::irn--3.tivement 320 hLg.cal. par mètre cube de méthane traité. Lorsque le méthane ,et l'air ne sont pas réchauffés, la chaleur dégagée
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est, représentée largement àa1=s la¯ chaleUr.' sensible du gaz sortant et il n'est pas besoin d'utiliser de
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la vapeur .cI'eau.
La composition de ce gaz confornêâeezt à l'êquati-on (26) est :
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' G'0 s 30,4% H 40.9 %
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<tb> N2 <SEP> = <SEP> 38,7 <SEP> %
<tb>
<tb> 100,00 <SEP> %
<tb>
Dans la pratique, le gaz contient habituellement un peu de méthane et de très petites quantités diacide carbonique et de produits éclairants. La composition est affectée par la vitesse de passage des fluides produisant le gaz, la température maintenue dans le gazogène, la sorte et la grosseur de la matière de contact contenue dans le gazogène, etc... Il y a lieu de noter que du combustible solide n'est pas consommé par la réaction représentée dans'Inéquation (26), et
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que le rapport méthane-air est 2 4.78 ou 1 à 2,39.
La valeur calorifique du gaz ainsi fait, conformément -
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à Inéquation, est 50 %s,oal., mais dans le fonctionnement réel elle est quelque peu plus' élevée que 50 à cause du méthane présent.
La-réaction indiquée par l'équation (26) est exothermique et il est évident qu'en fonctionnement on
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atteint un état d'équilibre dans lequel sensiblement toute la chaleur de réaction apparaît comme chaleur sensible du gaz composé. En utilisant les proportions moléculaires représentées dans l'équation (26) et sans réchauffage de l'hydrocarbure et de l'air, la
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teu}5rdtur8 d'équilibre n'est pas suffisamment élevée pour produire le complémentdésiré habituellement de réaction.
Il est en conséquence essentiellement né- cessaire sans régénération d'ajouter à l'un ou l'autre une quantité (l'air supérieure à celle représentée dans l'équation ou de réchauffer l'air et le gaz d'hydro- carbure. La. température du gaz théorique résultant de l'équation -26- comme représenté et qui a un poids spécifique de 0,60 et une chaleur spécifique d'environ 0,00064 par litre à 200 C peut être calculée par l'équation suivante litre de gaz composé x chaleur spécifique par litre x élévation de température @ cal. par litre.
On a constaté que même lorsqu'on commence avec un lit de combustible chauffé à une température à laquelle la réaction de l'équation se produit il y a une chute notable de la température dans le lit de combustible, un peu de méthane passe à travers le lit de combustible sans entrer en réaction et un peu d'acide carbonique est forma par la réaction représentée dans l'équation (27).
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(27) OH4 $ a 02 CO + 2 0 a 98000 Ig,,cal.
Lorsque du méthane et de l'air sont mélangés dans des proportions telles que celles indiquées dans l'équation (26), à la température atmosphérique ordinaire et le mélange est introduit dans un lit de combustible chaud, une condition d'équilibre est bientôt atteint,e, grâce à
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quoi une partie dès-deux réactions (26) (27) se produit et la température est considérablement supérieure à 205 C. Afin de réduire la mesure de la réaction (27) à un minimum et, en conséquence, de réduire la teneur d'azote du gaz en môme temps d'élever sa valeur calori- fique, il est désirable de réchauffer séparément le gaz et l'air ou de réchauffer au moins l'un des deux.
Lorsque l'air est réchauffé à 650 C et plus, la réaction qui se produit' est principalement telle indiquée par l'équation (26) et seulement dans une petite.mesure conforme à l'équation (27)., En d'autres termes, à des températures élevées, il se produit des réactions par quoi CO2 et H2O sont largement transformés en 00 et H2, et il en résulte un rapprochement de l'équilibre chimique qui ne favorise pas l'équation (27), particulièrement lorsque la réaction est conduite dans un lit de combustible.
Il est important de noter que lorsque des gaz d'éthylène ou de propylène, qui sont habituellement présents selon de grandes quantités dans des gaz de raffinerie, sont substitués'au gaz naturel; un effet thermiquedifférent est'. obtenu. Par exemple, en utilisant du C2H4 l'équation correspondant à (26) est : (28) C2H4 ¯ O2 = 2CO ¯ 2H2 et il.' est libéré de la chaleur en quantité égale à environ 26,68 kg.cal. par litre de C2H4 soumis à la réaction.
Cette quantité de chaleur est plus que suffisante pour élever la température des produits finaux au degré nêces- saire dans le lit de combustible aux fins de formation du gaz. Il est en conséquence possible, dans ce cas,d'utiliser la chaleur en excès disponible (chaleur de réaction) en introduisant, une petite'quantité de vapeur d'eau, en rendant
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de ce fait l'opération continue,
en maintenant des températures convenables dans la masse de combustible sans brûler des quantités appréciables de combustible solide et sans produire un gaz contenant des quantités appréciables de carbone en suspension résultant de la pyrolyse de l'hydrocarbure* Ceci permet la production d'un gaz ayant une plus faible teneur d'azote avec une consommation donnée de combustible que celui qui peut être produit par des réactions analogues avec des hydrocarbures saturés (paraffine). On constate qu'il y a une quantité optimum de vapeur d'eau qui peut être utilisée économiquement avec du C2H4 et qu'il y a une mesure optima de réaction (14) qui doit accompagner la réaction (28).
Les proportions optima combinées sont d'environ :
C2H4 --- 28320 litres vapeur d'eau --- 4,5 Kg.à 14,5 Kg. air --- 100000 à 118000 litres.
Le rendement approximatif de gaz est d'environ 7200 litres par 1000 litres de 0 2 il 4 utilisé, variant avec la température de' la vapeur d'eau de l'air et du gaz utilisas et d'autres facteurs variables. Lorsqu'il n'est pas utilisé de vapeur d'eau, la quantité d'air utilisée peut être appréciablement inférieure à 3600 litres par 1000 litres d'éthylène* Lorsque l'air ou l'éthylène ou les deux sont réchauffés, on peut utiliser davantage de Veneur d'eau et moins d'air par 1000 litres d'éthylène, en diminuant ainsi la teneur d'azote et en augmentant l'efficacité thermique. Dans ce cas, il y a une limite de travail pratique.
Dans l'exemple donne, les gaz quittent la masse de combustible. du gazo- gène à environ 980 C et plus de la moitié de la chaleur
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sensible des az .' cette tem2Grature ?6ut être r6cupérée par r6cUr6ratiOu ,t contre courant ou régénération.
Ainsi, la quantité optima d'air utilisée par 1 0 001 i t 1? e d'éthylène est de 3600 à 4000 litres environ pour un fonctionnement sensiblement continu. Le gaz des raffi- neries de pétrole qui contient des quantités apprécia-
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bles dtêthylène et de propylène, ou de l'un. ou l'8utret est part bien appropria à être utilisé dans 'ce procédé et le gaz résultant a une plus faible teneur d'azote, les autres facteurs ou conditions étant les mêmes que lorsqu'on utilise du méthane, de l'éthane . ou du propane;
ceci est .-vrai principalement en raison de la chaleur négative de formation d'éthylène et de la .basse chaleur'positive de la formation de propylène.
Sans réchauffer le gaz de raffinerie et l'air ou l'air
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seul, la Ç,uS;n.ti té de., va:geur nécessaire utilisée est sensiblement zéro pour du gaz de raffinerie ordinaire; lorsque l'air- est.réchauffé, un peu de Tapeur d'eau peut avantageusement être.utilisée.
Lorsqu'on utilise de l'air enrichi d'oxygène au lieu d'air naturel ordinaire, la teneur en azote du gaz composé est encore réduite davantage; les. quantités de matières utilisées de gaz et d'oxygène sont alors sensiblement celles qui sont indiquées par les équations.
L'une des applications pour laquelle le procédé de la présente invention,est particulièrement approprié est la stabilisation des valeurs calorifiques à une valeur' cour.ante telle que 7, 8, 9 ou 10 calories par litre en incorporant un gaz pauvre dans.un gaz naturel plus riche en quantités suffisantes à cet effet, ce gaz pauvre étant produit .par'le procédé de l'invention, de préférence en utilisant des gaz d'hydrocarbures lorsqu'ils
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sont disponibles à bas prix. De cette manière, le gaz naturel peut être stabilisé en utilisant un produit perdu obtenu au cours de son exploitation, à savoir du propane, du butane, du pentane ou de l'essence naturelle.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, la formation de goudron qui est entraînée mécaniquement dans le gaz a empêche dans une grande mesure l'emploi de charbon bitumineux dans les gazogènes. La formation de noir de carbone dans la reformation d'hydrocarbures gazeux a également été décrite et fréquemment ce carbone est extrêmement difficile à retirer du courant de gaz. Dans l'un ou l'autre cas, le gaz peut être épuré en introduisant un jet ou brouillard d'une matière analogue à l'huile (olifère), ayant de préférence un haut point d'ébullition dans un courant de ce gaz après refroidissement à une température inférieure à environ 425 0, mais supérieure ,à environ 45 C.
La matière analogue à de l'huile est, de préférence, introduite selon une quantité par unité de volume de gaz traité plus grande que celle de la matière goudron- neuse présente ou plutôt plus grande que la quantité d'impuretés en suspension entraînées dans ledit gaz.
La température de la matière huileuse introduite dans le courant de gaz est de préférence inférieure à celle du gaz et cette matière est de préférence à l'état liquide. La matière huileuse peut être ou comprendre une fraction obtenue par distillation de goudron, mais elle doit être exempte de constituants formant gomme tels que styrolène, indène ou produits non saturés qui s'oxydent et se polymérisent facilement pour former des gommes, et pour cette raison, lorsqu'on utilise une n
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fraction de distillation du goudron ou un certain nombre de ces fractions, les fractions qui contiennent ces constituants ne doivent pas être utilisées. Ceci signi- fie principalement que les fractions entrant en ébul- lition au-dessous de 200 C ne. sont pas désirées.
Les points d'ébullition de certaines des matières formant gomme et formant résine sontcomme suit :
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<tb> Styrolène <SEP> @@@ <SEP> 146 C
<tb>
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Indéne --- 182/4 0 cyclopentarliène 4,5 C
L'influence des hydrocarbures qui précédant et autres hydrocarbures non saturés sur la formation de dépôts gommeux a été révélée par des études du Bureau des Mines des Etats-Unis, dont les résultats ont été'
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publiés par R.L. Brovm, dans les Amer. Ge,s..ssn.
Proceedings, année 1924.
Un appareil pour le traitement à la gomme de ce gaz est représenté schématiquement dans la fig.4 qui est une élévation d'un gazogène à gaz à l'eau analogue aux figs. le 2 et 3 avec des tuyauteries de communi- cation comprenant un bac ou caisson fermé de lavage.
Une partie des enveloppes est arrachée pour montrer l'intérieur en 'coupe*
Dans la fig. 4, l'enveloppe du gazogène est re- présentée en 60 et comporte un lit de.combustible 61, une porte de chargement de charbon 62, une porte d'ex- traction du coke 63, une porte de cendrier 64, et des conduits d'échappement du gaz 65 et. 66 conduisant au caisson de lavage 67. Des robinets de commande sont représentés en 68 et 69 pour régler la direction du courant de gaz. Une canalisation de distribution de
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vapeur 70 est représentée avec des robinets de commande
71 et 72, La ligne de soufflage d'air est représentée en 73 et comporte un robinet 74. Un tuyau pour intro- duire un fluide refroidisseur est représenté en 75, avec un robinet de commande 76.
La canalisation 77 à robinet de commande 78 sert à l'introduction de matières organiques étrangères. Des dispositifs sont prévus en
79 et 80, par lesquels cette matière organique peut être dirigée soit vers le bas, soit vers le haut, ou dans les deux directions, sous un état de fine subdi- vision, tel qu'un brouillard. Le conduit de sortie du oaisson de lavage et la canalisation qui lui fait suitesont représentés en 81 et 82. Le tuyau 83 à robinet 84 est analogue au tuyau 77 à robinet 78 et comporte un ajutage d'injection. 85 pour introduire de la matière organique. Les détails du mécanisme des ajutages d'injection ne sont pas représentés en 79, 80 ou 85 parce que ces ajutages ne sont, pas considérés conne faisant partie de l'invention.
Le tuyau 86 relie les sorties 65 et 66 du gazogène avec le caisson de lavage 67. Un conduit à gaz d'hydrocarbure est repré- seiitê en 87 avec des robinets de commande 88 et 89.
Dans l'application du procédé de l'invention, on procède comme suit : Du gaz à l'eau par exemple est produit dans le gazogène 60 de la fig. 4 comme décrit dans ce qui précède et conduit dans le tuyau 86, le caisson de lavage 67, sa sortie 81 et le tuyau 82. Le combustible du gazogène est dans cet exemple du charbon bitumineux ou autre combustible solide qui émet une matière goudronneuse lorsqu'il est chauffé. Pendant le passage du gaz par le tuyau 86 se dirigeant vers le @
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caisson de lavage 67, un fluide refroidisseur (de l'eau. dans cet exemple) est introduit dans le courant de gaz . par le tuyau 75 en ouvrant le robinet 76.
L'eau est admise, de préférence, à un état de fine subdivision et en quantités appropriées et réglées pour refroidir le gaz dans une mesure limitée, c'est-à-dire de sa température initiale d'environ 760 C à une température de préférence supérieure à 100 0, mais aussi proche de'100 0 qu'il est économique. Une matière organique telle qu'une huile de goudron qui, lors de son frac- tionnement, ne fournit sensiblement pas de.produit de distillation au-dessous d'environ 185 0, est introduite dans le courant de gaz; de préférence à un état de fine .subdivision, par le robinet 78, le tuyau 77 et l'in- jecteur 80.
L'huile ainsi admise est, de préférence, .exempte de quantités appréciables de matière poisseuse, . comme 'cela a été révéla par distillation fractionnelle; de l'huile distillant entre l'ordre d'environ 2'00 0 et
315 C est satisfaisante.-Les gouttelettes d'huile ainsi introduites se combinent avec des.gouttelettes de matière goudronneuse et le mélange, qui est plus fluide que la matière goudronneuse seule,.est partiellement retiré dans le liquide de débordement du caisson de lavage et partiellement dans, d'autres égouts de l'installation de fabrication de gaz.
Une certaine quantité de l'huile est vaporisée . dans l'exemple précédent et la quantité est plus grande suivant que la température du gaz partiellement refroidi est élevée et que la pression de vapeur de l'huile est élevée à la température régnante. Chaque fraction de l'huile vaporisée est ensuite condensée dans le système de condensation et de refroidissement des installations @
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ordinaires. Le mélange d'huile et de goudron recueilli est distillé par fraction et l'huile se distillant dans l'ordre de température préféré est de nouveau in-
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troduite dans le système dans le"traite:rs.tde g.,,.,.i"., ..j ensuite.
Dans la fig. 4 , on a représenté deux dispositifs sépares pour introduire la matière organique (huile dans l'exemple cité) dans le courant de gaz, à savoir par les tuyaux 77 et 83. Le premier peut être utilisé seul, ou bien conjointementavec 83, ou encore on peut utiliser le tuyau 83 seul. La température du gaz, la facilité avec laquelle il peut être refroidi par un jet d'eau ou autre fluide refroidisseur, puis la quantité et la nature de la matière goudronneuse contenue dans le gaz, sont des facteursdevant être considérés dans le choix du mode opératoire.
Lorsqu'un caisson de lavage est très près de la sortie 65, ou de la sortie du surchauffeur, lorsqu'on utilise un groupe d'appareils à gaz à l'eau carburée, il est habituellement préférable d'utiliser le tuyau 83 pour admettre l'huile, à moins qu'un trajet détourné soit prévu pour conduire le gaz de la sortie du groupe d'appareils générateurs au caisson de lavage. Lorsqu'un trajet de ce genre est prévu, la canalisation 83 est superflue dans la plupart, des cas.
Si l'huile contient une partie de grandeur appréciable se distillant à une température proche de 200 C et si la température du gaz partiellement refroidi devant être traité est de façon appréciable supérieure à 100 C, il est préférable d'introduire l'huile par le tuyau 83
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et 1"in.jeete'r 85, où le gaz est plus froid qu'en 80*
Lorsqu'un fluide tel qu'une huila de goudron com-. posé de fractions entrant en ébullition au-dessus d'environ
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200 C est introduit sous la forme d'un,jet ou brouillard dans un courant de gaz contenant une matière goudronneuse en suspension, du noir de carbone ou équivalent, le condensât ou égout se recueillant dans les' appareils à gaz comprend un mélange de cette huile et de ladite matière en sus- pension.
Il est désirable d'utiliser (introduire dans le courant de gaz partiellement refroidi) une quantité de l'huile qui fasse que les égcuts soient à un'état de fluidité grâce auquel ils peuvent être fa- cilement pompés, L'égout ainsi obtenu avec tout condensât ou matière combinée retirée autrement du gaz peut être fractionne et une partie peut être in- troduite de façon analogue dans un autre courant de gaz produit ensuite, ou il peut être cracké et gazéi- fié en l'introduisant- dans le gazogène pendant la période de formation du gaz.
Il y a lieu de remarquer que l'introduction d'eau seule (sans introduction de matière organique) ne cause pas ou ne-favorise pas'l'accumulation ou combinaison de la matière entraînée sous forme' de liquide. Le noir de carbone se mouille avecde l'huile et n'est pas mouille, par l'eau et, en 'consé- quence, il ne se combine pas facilement avec des gout- telettes d'eau; il est-retire seulement du gaz avec 'difficulté lorsqu'il n'y a pas de matière huileuse ou qu'une matière huileuse n'est pas introduite dans le courant de gaz. Pareillement, la matière goudronneuse se dépose ordinairement par contact avec une surface solide sous une forme plastique qui ne peut pas être classée comme liquide, mais plutôt comme masse poisseuse.
L'huile introduite dans le courant de gaz évite ces difficultés.