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"PROCEDE DE FABRICATION DE GAZ A PARTIR D'HU
La présente invention est relative à un procédé de fabrication de gaz, convenant particulièrement pour l'utilisation d'huile lourde, et vise la fabrication d'un mélange gazeux d'hydrogène et d'oxyde de carbone et aussi d'un gaz ayant presque n'importe quelle valeur calorifique désirée, gaz constitué par un mélange d'hydrogène, d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures gazeux permanents.
Les ingrédients ou substances utilisées dans.la fabrication du gaz sont de la vapeur d'eau et de l'huile et le présent procédé consiste en ce que l'on fait passer la vapeur et l'huile, séparément ou ensemble, à travers un lit poreux chaud, chauffé au début à une température supérieure à celle qui est nécessaire pour la décomposition de l'huile en ses éléments, hydrogène et carbone, de sorte que, lorsque la vapeur et/ou l'huile, passe à travers ce lit, l'huile est décomposée en ses éléments et la vapeur est dissociée en oxygène et hydrogène, l'oxygène réagissant avec le carbone de l'huile pour donner de l'oxyde de car-
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bone qui se mélange avec l'hydrogène libre.
On se rendra compte de la valeur et de l'avantage de la présente invention si l'on remarque que 28 m3 de gaz à l'eau, c'est-à-dire un mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène ayant une valeur calorifique d'environ 2700 calories par m3 fabriqué par le procédé habituel, demande, en moyenne, 18,14 kilos de coke et 20,40 kilos de vapeur d'eau (voir U.S. Bureau of Mines, Bulletin N 301) ou suivant Morgan American Gas Practice" 1931 - 15,8 kilos de coke sec et 23,.5 kilos de vapeur d'eau.
Si l'on cracke, par exemple, 14,8 litres d'huile lourde contenant 86 % de carbone et 12 % d'hydrogène et pesant 1 kilo par litre de façon à la décomposer en ses éléments, on a 12 kilos 1/2 de carbone et 19 m3 d'hydrogène.
Par suite, dans la fabrication de 28 m3 de gaz, on a 19 m3 d'hydrogène disponibles dans 14,8 litres d'huile, comme on vient de le dire. La différence à 28 m3, c'est-à-dire 9 m3 peut être produite par le charbon, de l'huile et la vapeur d'eau en donnant de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone en volumes sensiblement égaux, ce qui nécessite 2,50 kilos de carbone et 3,6 kilos de vapeur d'eau.
La chaleur totale (latente et sensible) utilisée dans la fabrication de ces 28 m3 de gaz (approximativement 23,5 m3 d'hydrogène et 4,5 m3 d'oxyde de carbone) entre 1370 et 1010 (par exemple une moyenne de 1230 ) est de l'ordre suivant : (voir "Richards Metallurgical Calculations") pour les constantes d'unités calorifiques :
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<tb>
<tb> Balance <SEP> thermique
<tb> Chaleur <SEP> sensible <SEP> de <SEP> 28 <SEP> m3
<tb> à <SEP> 1230 <SEP> - <SEP> 11.743,2 <SEP> calories
<tb> Chaleur <SEP> latente <SEP> de <SEP> décomposition
<tb> de <SEP> 14,8 <SEP> litres <SEP> d'huile
<tb> (chaleur <SEP> de <SEP> formation
<tb> 390 <SEP> calories <SEP> par <SEP> kilo) <SEP> - <SEP> 5.644,8 <SEP> "
<tb> Chaleur <SEP> latente <SEP> de <SEP> dissociation
<tb> de <SEP> 3,6 <SEP> kilos <SEP> de <SEP> vapeur <SEP> - <SEP> 11.718.- <SEP> "
<tb> Chaleur <SEP> produite <SEP> par <SEP> 2,5 <SEP> kilos
<tb> de <SEP> carbone <SEP> transformé <SEP> en <SEP> oxyde
<tb> de <SEP> carbone <SEP> 5/922.- <SEP> "
<tb> Chaleur <SEP> utilisée <SEP> - <SEP> 23.184.- <SEP> "
<tb>
Le carbone disponible pour produire la chaleur nécessaire pour donner 28,
m 3 d'hydrogène et d'oxyde de carbone en partant de 14,8 litres d'huile.est de,12,5 - 2,5= 10 kilos, dont la combustion donnant de l'anhydride carbonique dégage 81.144 calories dont 23.184 où 28,5 % sont utilisés pour la fabrication du gaz et 71,5 % constituent des pertes entraînées avec le gaz chaud, par conséquent irradiées ou entraînées hors du générateur.
Il est évident, par suite, que, sans utiliser du combustible solide tel que du coke, environ 14,8 litres d'huile et 3,6 kilos de vapeur constituent les matières premières de fabrication du gaz et donnent la chaleur nécessaire pour faire 28 m3 d'un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone ayant une valeur calorifique d'environ 2. 700 calories par m3.
La présente invention est relative, par suite, dans la fabrication d'un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone ayant une valeur calorifique d'environ 2.700 calories par m3, par exemple, à l'introduction d'huile et de vapeur d'eau en quantités et proportions déterminées dans un lit poreux chaud de façon à décomposer la totalité
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de l'huile et de la vapeur en leurs éléments hydrogènecarbone-oxygène et, en passant dans le lit chaud poreux, donner de l'oxyde de carbone qui se mélange avec l'hydrogène en utilisant 14,8 litres d'huile et 3,6 kilos de vapeur par 28 m3 de gaz.
Ceci permet d'employer un lit poreux non carboné, en morceaux, par opposition au carbone solide tel que le coke actuellement utilisé dans la fabrication du gaz à l'eau, ce qui permet de réaliser des économies dans les matières servant à la fabrication du gaz, et d'éliminer le travail et la dépense dus à l'utilisation de combustible solide en morceaux tel que le renouvellement périodique du lit de coke, le bris de mâchefers, l'enlèvement des cendres, etc...
Il y a lieu de noter également que le présent procédé donne un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone dans lequel l'hydrogène prédomine le gaz selon la présente invention contenant au moins deux fois la quantité d'hydrogène qui est contenue dans le gaz à l'eau.
Etant donné cette teneur élevée en hydrogène et, en conséquence, la faible teneur en oxyde de carbone, le gaz, selon la présente invention, a un poids spécifique plus faible et est moins toxique que le gaz à l'eau, qualités qui sont très avantageuses lorsque le gaz est mélangé avec un hydrocarbure gazeux fixe pour donner du gaz de ville .
Comme 0+ la indiqué au début, le procédé suivant l'invention permet de régler la valeur calorifique du gaz produit, de sorte que l'on peut obtenir un gaz ayant une valeur calorifique quelconque voulue ; ce sujet, lorsque
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l'on désire avoir un gaz ayant une valeur calorifique su- périeure à 2700 calories par m3, ainsi qu'il sera expliqué en détail plus loin, l'opération de fabrication du'gaz est continuée pendant plus longtemps que lorsque l'on fait du gaz à 2700 calories.
Cette plus longue durée de la fabri- cation du gaz réduit la température du lit poreux en des- sous de celle à laquelle la chaleur du lit décompose la totalité de l'huile en ses éléments, de sorte qu'une par- tie de l'huile passe à travers le lit poreux, après avoir été crackée en donnant des hydrocarbures gazeux fixes, l'o- pération de fabrication du gaz se continuant jusqu'à ce que le gaz produit, dont la valeur calorifique fixe augmente graduellement, ait la teneur maxima voulue en hydrocarbure et la fabrication totale du gaz par diffusion donne prati- quement un mélange gazeux uniforme ayant une valeur calori- fique fixe moyenne désirée.
.'L'appareil nécessaire pour la mise en oeuvre du. procédé selon l'invention peut avoir une forme quelconque, mais de toute façon, il sera d'un type simple et, en con- séquence, le dessin annexé n'est donné qu'à titre explica- tif et est uniquement schématique.
Pour convertir l'huile et la vapeur d'eau en un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone ayant une valeur calorifique de 2700 calories par m3, on utilise un généra- teur 1 qui, ainsi que cela est représenté, peut avoir la forme d'un tube vertical cylindrique en acier, surmonté d'un dôme 2 d'une forme courante quelconque, le générateur étant garni d'isolants et de matière réfractaire. La sortie 3 de la chambre 1 du générateur est commandée par un robi- net et, sur le dessin, cette sortie est représentée près de
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la partie inférieure.
Une grille ou plancher perforé 4 supporte un lit poreux 5 de matière en morceaux, briques réfractaires par exemple, ou tout autre matière réfractaire quelconque.
Dans le dôme 2, se trouvent des arrivées commandées par robinets pour l'air, la vapeur et l'huile, arrivées 6, 7 et 8 respectivement. Dans la sortie 3, commandée par un robinet, se trouve une cheminée 9 également commandée par un robinet, laissant s'échapper les produits de la combustion utilisée pour chauffer le générateur.
En préparant le générateur pour lui permettre de fonctionner, on introduit de l'air et de l'huile par les tuyères et $ et on effectue la combustion ; lesproduits de la combustion descendent à travers le lit poreux 5 et s'échappent du générateur par la cheminée commandée par le robinet 9, le robinet de la sortie des gaz 3 étant, à ce moment, fermé. L'huile est alors introduite dans le lit chaud 5 par l'entrée d'huile 8, de façon à effectuer un dépôt de carbone sur la surface des blocs chauds constituant le lit poreux.
Le robinet de sortie des gaz 3 étant toujours fermé et celui de l'échappement 9 ouvert, on ouvre l'admission d'air 6 en laissant pénétrer de l'air pour la combustion d'une partie du carbone qui a été déposé dans le lit 5 ou, si on le désire, de l'air et de l'huile peuvent être admis pour effectuer une combustion complète en vue de chauffer le lit et l'intérieur du générateur, les produits de la combustion s'échappant en 9. Lorsque le générateur est suffisamment chauffé pour la fabrication du gaz, par exemple à 1345 , on introduit de la vapeur d'eau par
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l'admission 7, de façon à purger le générateur des produits inertes de la combustion.
L'arrivée de vapeur est alors coupée, le robinet de sortie 9 est fermé, le robinet de la sortie des gaz est ouvert et on fait pénétrer de la vapeur par l'admis- sion 7 dans le lit 5 pour réagir avec le carbone de l'huile qui s'est déposé, en donnant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, le gaz ainsi formé sortant en 3, en allant généralement dans des appareils de refroidissement, de nettoyage et de purification du gaz, et finalement dans un gazomètre. On introduit alors de l'huile par la canalisation 8, à l'état pulvérisé ou vaporisé, dans le lit poreux chaud 5. Etant donné que ce lit est à une température suffisamment élevée pour décomposer l'huile en ses éléments, l'hydrogène est libéré et le carbone dépose sur les morceaux du lit poreux, l'hydrogène passant à travers le lit et sortant en 3.
L'arrivée de vapeur doit être coupée lorsque la température du lit s'est abaissée à environ 1010 , par exemple, de façon à empêcher la dilution nuisible du gaz par l'acide carbonique.
Il est évident que l'arrivée d'huile par l'admission 8 doit être coupée avant que le lit 5 se refroidisse- à une température à laquelle des hydrocarbures gazeux fixes passent à travers le lit poreux.
A la suite de la fabrication du gaz, le cycle opératoire est terminé et le lit 5 est réchauffécomme précédemment à environ 1345 , par exemple, et les autres opérations du cycle recommencent.
Bien que l'on ait indiqué que la vapeur était
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introduite séparément et avant l'huile, il est évident que la vapeur et l'huile peuvent être introduites simultanément ou que l'huile peut être introduite séparément et avant la vapeur, suivant la qualité du gaz désiré, ainsi qu'on va l'expliquer ci-dessous.
Il est évident qu'après un cycle d'opérations, l'introduction de l'huile par la canalisation 8 pour déposer du carbone dans le lit 5, ne sera généralement pas nécessaire, étant donné qu'il y aura suffisamment de dépôt de carbone laissé par l'opération précédente pour réchauffer le lit par combustion totale avec l'air introduit par l'admission 6. D'autre part, le générateur peut être partiellement réchauffé par combustion d'huile et d'air introduits dans ce but, lorsque le dépôt de carbone vient à manquer.
Le procédé que l'on vient de décrire assure, par suite, la fabrication d'un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone au moyen d'une opération cyclique, à savoir par réchauffage d'un lit de matière poreuse contenant un dépôt de carbone provenant de l'huile, à une température suffisamment élevée pour décomposer la totalité de l'huile dans ses éléments hydrogène et carbone, puis à faire passer l'huile et la vapeur à travers ce lit poreux chaud pour décomposer l'huile en ses éléments et dissocier la vapeur, l'oxygène se combinant avec le carbone déposé pour donner de l'oxyde de carbone qui se mélange avec l'hydrogène libéré.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, ce procédé est un procédé simple et économique de fabrication d'un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone,par comparaison avec les procédés actuels de fabrication de gaz à l'eau dans
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lesquels on utilise de la vapeur avec un lit de coke en morceaux ou d'anthracite et, généralement, un excès de vapeur et avec les ennuis dus au mâchefer et le travail que comporte l'utilisation de carbone solide.
Comme on l'a indiqué ci-dessus, la présente invention permet la fabrication de gaz ayant n'importe quelle valeur calorifique voulue, mélange gazeux d'hydrogène, oxyde de carbone et hydrocarbures gazeux permanents ou fixes. En ce qui concerne cette phase de l'invention, les opérations peuvent être analogues à celles qui ont été décrites et, en ce cas, l'opération de fabrication du gaz avec l'huile, continue de façon à abaisser la température pour faire des hydrocarbures gazeux permanents.
On voit d'après le dessin que l'appareil permettant cette phase de l'invention comporte une chambre de diffusion et d'homogénéisation 10 communiquant avec la sortie de gaz commandée par le robinet 3. Cette chambre de diffusion et d'homogénéisation quoique de plus grand volume, peut être de construction analogue à la chambre 1 et elle comporte une sortie 11 commandée par robinet, et une sortie de gaz 12 commandée par robinet. pour faire marcher l'appareil, le lit poreux 5 est chauffé, comme on l'a indiqué au sujet de la fabrication du gaz:hydrogène-oxyde de carbone, le robinet de la sortie 9. étant fermé et les robinets de la sortie de gaz 3 et de l'échappement 11 étant ouverts, le robinet de la sortie de gaz 12 étant fermé, de sor,te que tout l'appareil est chauffé à la température voulue.
Une fois que la fabrication du gaz est en route, la chambre 10 conserve sa propre chaleur.
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pendant la période de fabrication de gaz, fabrication donnant du gaz ayant une valeur calorifique plus élevée que l'hydrogène ou qu'un mélange gazeux: hydrogèneoxyde de carbone, une fois que l'appareil a été chaufféet purgé des produits de la combustion, on ferme le robinet de la sortie 11 et on ouvre celui de la sortie 12 et le robinet de la sortie de gaz 2 étant également ouvert, on introduit, par les canalisations d'alimentation 7 et 8, de la vapeur et de l'huile dans le lit poreux chauffé 5, de façon à décomposer l'huile en ses éléments :
et hy- drogène et effectuer la réaction de la vapeur avec le carbone de l'huile, le gaz engendré s'écoulant continuellement dans la chambre de diffusion et d'homogénéisation. Les injections des arrivées de vapeur et d'huile sont réglées de façon appropriée pendant la fabrication du gaz, ainsi qu'on le comprend; à mesure que la température du li poreux 5 diminue, toute l'huile n'est plus décomposée en ses éléments carbone et hydrogène, mais une partie de l'huile est crackée en donnant des hydrocarbures gazeux permanents ou fixes.
En conséquence, le gaz passant dans la chambre de diffusion et d'homogénéisation contient alors une certaine proportion de ces hydrocarbures gazeux, au lieu d'être simplement un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone, et la valeur calorifique fixe du gaz final diffusé, provenant de toute l'opération de fabrication du gaz, se trouve, évidemment, augmentée de façon correspondante. Lorsque le gaz sortant en 3 a la teneur maxima déterminée et désirée, l'opération de fabrication du gaz est arrêtée. Le lit 5 est alors réchauffé à sa valeur élevée primitive à une température quelconque, supérieure à 1010 et inférieure à la température limite
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supérieure des matières réfractaires utilisées, par exemple, 1370 et le cycle d'opérations recommence.
De cette façon, il est évident que l'on obtient un gaz ayant une valeur calorifique fixe élevée par compa- raison avec la valeur calorifique d'un mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone, et comme il ressort de ce qui précè- de, on peut fabriquer un gaz ayant presque n'importe quelle valeur calorifique fixe déterminée.
Il est évident que le moment où l'on arrête la fabrication du gaz et que la température à laquelle le lit 5 est abaissé dépendent de la température initiale du lit et de la valeur calorifique fixe voulue pour le gaz final diffusé. Evidemment, plus la température initiale'du lit 5 @ est élevée, plus grand est le'volume d'hydrogène produit par la décomposition de la totalité de l'huile en ses élé- ments :
hydrogène et carbone et par la réaction du carbone avec la vapeur pour donner de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, de sorte que l'opération de fabrication du gaz se continuera de façon correspondante plus longtemps avec, en conséquence, un nouvel abaissement de la température du lit afin qu'il se produise une augmentation de volume de l'hydrocarbure gazeux fixe pour donner, par diffusion de la totalité du gaz obtenu pendant l'opération, un gaz fi- nal ayant presque n'importe quelle valeur calorifique fi- xe désirée.
par exemple, pour insister sur ce point, dans la fabrication du gaz à 4950 calories,'la température ini- tiale du lit peut être d'environ 1180 et la température, à la fin de l'opération, à environ 790 , tandis que si la température initiale est d'environ 1370 , on doit conti- nuer l'opération jusqu'à ce que la température du lit soit
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abaissée à environ 705 . Pour les gammes de température courtes et longues de la fabrication du gaz, on remarquera qu'il y a une différence,dans le volume du gaz produit, d'environ 18,20 m3 à environ 19,40 m3 respectivement, lorsque 2520 calories sont utilisées pour chaque abaissement de température de 55 .
On peut produire du gaz ayant une valeur calorifique fixe voulue, par exemple en ce cas, de 4950 calories par m3, conformément à la présente invention, en procédant de la façon suivante:
Le lit poreux 5 est d'abord chauffé, comme indiqué ci-dessus, par la combustion de l'huile et de l'air, après quoi on introduit de l'huile dans le lit pour effectuer le dépôt de carbone sur les morceaux constituant le lit.
Ensuite, en admettant de l'air pour la combustion d'une partie du carbone déposé et lorsque cela est nécessaire, en admettant de l'huile pour obtenir la combustion complète en vue-de fournir la chaleur nécessaire pour chauffer le lit à une température comprise approximativement entre 1180 et 1370 ', par exemple, et, après avoir purgé l'appareil des produits inertes de la combustion, on introduit de la vapeur pour donner de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone seulement, cette opération abaissant la température du lit ainsi qu'on le comprend.
Lorsque la température du lit a été abaissée à environ 1010 , on injecte de l'huile, l'arrivée de vapeur étant pratiquement fermée, la totalité de l'huile n'est pas alors décomposée en ses éléments, mais une partie de l'huile est crackée en donnant un hydrocarbure gazeux fixe. On continue l'opération jusqu'à ce que le gaz sortant
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du générateur ait la valeur calorifique fixe maximum désirée, ce qui se produit en ce cas lorsque la température du lit, en supposant que la température initiale ait été d'environ 1180 est abaissée jusqu'à environ 790 , c'est-à-dire suivant une différence minima de température d'environ 390 et, lorsque la température initiale du lit est environ 1370 et que la température du lit est abaissée à environ 705 , on a un intervalle maximum de 665 .
Il est bien entendu que la différence entre les températures maxima et minima de la fabrication du gaz est réglée de façon que l'opération de formation d'hydrogène et d'oxyde de carbone et celle qui suit, de formation d'hydrogène et d'hydrocarbures gazeux fixes ou permanents, sont proportionnées de telle façon que la totalité du gaz fait pendant ces opérations, après diffusion, donne un gaz de qualité uniforme ayant approximativement la valeur calorifique fixe déterminée voulue.
On voit d'après ce qui précède, que l'on peut fabriquer un gaz de faible poids spécifique, ayant approximativement n'importe quelle valeur calorifique fixe désirée, en réglant, de façon convenable, la gamme de .températures du cycle de fabrication du gaz et en réglant les arrivées de vapeur et d'huile, pendant toutes les opérations du procédé selon l'invention, en vue de produire, en partant d'huile lourde et de vapeur d'eau, du gaz ayant presque n'importe quelle valeur calorifique désirée.
D'après ce qui précède, il est évident que la présente invention constitue un procédé simple de fabrication du gaz dans lequel, par opposition au gaz à l'eau et au gaz à l'eau carburé courant, on peut faire un mélange
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d'hydrogène et d'oxyde de carbone et un mélange d'hydrogène, d'oxyde de carbone et d'hydrocarbures gazeux fixes, sans utiliser du coke ou autre matière carbonée solide, la va- leur calorifique du gaz produit par le procédé selon l'in- vention étant facilement réglée de façon à donner un gaz ayant à peu près n'importe quelle valeur calorifique dési- rée.
Il y a lieu de noter que lorsque l'on envoie de l'huile seule dans le générateur, on envoie généralement avec l'huile une petite quantité de vapeur, car on a cons- taté que la présence d'une petite quantité de vapeur faci- lite les réactions, lorsque l'on cracke l'huile, en vue de donner les hydrocarbures gazeux permanents.
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"PROCESS FOR MANUFACTURING GAS FROM HU
The present invention relates to a gas manufacturing process, particularly suitable for the use of heavy oil, and aims at the manufacture of a gas mixture of hydrogen and carbon monoxide and also of a gas having almost any desired calorific value, gas consisting of a mixture of hydrogen, carbon monoxide and permanent gaseous hydrocarbons.
The ingredients or substances used in the manufacture of the gas are water vapor and oil, and the present process involves passing the vapor and oil, separately or together, through a hot porous bed, heated initially to a temperature higher than that necessary for the decomposition of the oil into its elements, hydrogen and carbon, so that when the steam and / or oil passes through this bed , the oil is broken down into its parts and the vapor is broken down into oxygen and hydrogen, the oxygen reacting with the carbon in the oil to give carbon monoxide.
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bone which mixes with free hydrogen.
The value and the advantage of the present invention will be appreciated if one notices that 28 m3 of gas in water, that is to say a mixture of carbon monoxide and hydrogen having a calorific value of about 2700 calories per m3 made by the usual process, requires, on average, 18.14 kilograms of coke and 20.40 kilograms of water vapor (see US Bureau of Mines, Bulletin No. 301) or following Morgan American Gas Practice "1931 - 15.8 kilograms of dry coke and 23.5 kilograms of water vapor.
If we crack, for example, 14.8 liters of heavy oil containing 86% carbon and 12% hydrogen and weighing 1 kilo per liter in order to break it down into its elements, we have 12 kilos 1/2 of carbon and 19 m3 of hydrogen.
Consequently, in the manufacture of 28 m3 of gas, there is 19 m3 of hydrogen available in 14.8 liters of oil, as has just been said. The difference at 28 m3, that is to say 9 m3 can be produced by coal, oil and water vapor, giving hydrogen and carbon monoxide in approximately equal volumes, which requires 2.50 kilos of carbon and 3.6 kilos of water vapor.
The total heat (latent and sensible) used in the manufacture of these 28 m3 of gas (approximately 23.5 m3 of hydrogen and 4.5 m3 of carbon monoxide) between 1370 and 1010 (for example an average of 1230) is of the following order: (see "Richards Metallurgical Calculations") for the calorific unit constants:
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<tb>
<tb> Thermal <SEP> balance
<tb> Heat <SEP> sensible <SEP> of <SEP> 28 <SEP> m3
<tb> to <SEP> 1230 <SEP> - <SEP> 11.743,2 <SEP> calories
<tb> Latent <SEP> heat <SEP> of <SEP> decomposition
<tb> of <SEP> 14.8 <SEP> liters <SEP> of oil
<tb> (heat <SEP> of <SEP> training
<tb> 390 <SEP> calories <SEP> per <SEP> kilo) <SEP> - <SEP> 5.644.8 <SEP> "
<tb> Latent <SEP> heat <SEP> of <SEP> dissociation
<tb> of <SEP> 3.6 <SEP> kilos <SEP> of <SEP> steam <SEP> - <SEP> 11.718.- <SEP> "
<tb> Heat <SEP> produced <SEP> by <SEP> 2.5 <SEP> kilos
<tb> of <SEP> carbon <SEP> transformed <SEP> into <SEP> oxide
<tb> of <SEP> carbon <SEP> 5 / 922.- <SEP> "
<tb> Heat <SEP> used <SEP> - <SEP> 23.184.- <SEP> "
<tb>
The carbon available to produce the heat necessary to give 28,
m 3 of hydrogen and carbon monoxide, starting with 14.8 liters of oil. is, 12.5 - 2.5 = 10 kilos, the combustion of which giving carbon dioxide releases 81,144 calories of which 23,184 where 28.5% is used for the manufacture of gas and 71.5% constitutes losses entrained with the hot gas, therefore irradiated or carried away from the generator.
It is evident, therefore, that, without using solid fuel such as coke, about 14.8 liters of oil and 3.6 kilograms of steam constitute the raw materials for the manufacture of the gas and give the necessary heat to make 28 m3 of a mixture of hydrogen and carbon monoxide having a calorific value of about 2,700 calories per m3.
The present invention relates, therefore, to the manufacture of a mixture of hydrogen and carbon monoxide having a calorific value of about 2,700 calories per m3, for example, to the introduction of oil and steam. water in quantities and proportions determined in a hot porous bed so as to decompose all
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oil and steam into their elements hydrogen-carbon-oxygen and, passing through the hot porous bed, give carbon monoxide which mixes with hydrogen using 14.8 liters of oil and 3, 6 kilos of steam per 28 m3 of gas.
This allows a non-carbon, lumpy, porous bed to be used as opposed to solid carbon such as coke currently used in the manufacture of water gas, which allows for savings in materials used in the manufacture of gas. gas, and eliminate the labor and expense of using lumpy solid fuel such as periodically renewing the coke bed, breaking up bottom ash, removing ash, etc.
It should also be noted that the present process gives a mixture of hydrogen and carbon monoxide in which hydrogen predominates the gas according to the present invention containing at least twice the amount of hydrogen which is contained in the gas. gas to water.
In view of this high hydrogen content and, consequently, the low carbon monoxide content, the gas according to the present invention has a lower specific weight and is less toxic than water gas, qualities which are very. advantageous when the gas is mixed with a fixed hydrocarbon gas to give town gas.
As 0+ indicated at the beginning, the process according to the invention makes it possible to adjust the calorific value of the gas produced, so that a gas having any desired calorific value can be obtained; this subject, when
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it is desired to have a gas having a calorific value greater than 2700 calories per m3, as will be explained in detail later, the operation of manufacturing the gas is continued for longer than when gas at 2,700 calories.
This longer duration of gas manufac- ture reduces the temperature of the porous bed below that at which the heat of the bed decomposes all of the oil into its elements, so that part of the l The oil passes through the porous bed, after having been cracked to give fixed gaseous hydrocarbons, the gas making process continuing until the produced gas, the fixed calorific value of which gradually increases, has the same desired maximum hydrocarbon content and the total manufacture of the gas by diffusion results in substantially a uniform gas mixture having a desired average fixed calorific value.
.'The apparatus necessary for the implementation of the. The method according to the invention may have any form, but in any event it will be of a simple type and, therefore, the accompanying drawing is given for explanatory purposes only and is schematic only.
To convert oil and water vapor into a mixture of hydrogen and carbon monoxide having a calorific value of 2700 calories per m3, a generator 1 is used which, as shown, can have the shape of a vertical cylindrical steel tube, surmounted by a dome 2 of any standard shape, the generator being lined with insulators and refractory material. The outlet 3 of the generator chamber 1 is controlled by a valve and, in the drawing, this outlet is shown near
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the bottom part.
A perforated grid or floor 4 supports a porous bed 5 of lumpy material, refractory bricks for example, or any other refractory material.
In dome 2, there are inlets controlled by valves for air, steam and oil, inlets 6, 7 and 8 respectively. In the outlet 3, controlled by a valve, there is a chimney 9 also controlled by a valve, allowing the products of combustion used to heat the generator to escape.
By preparing the generator to allow it to operate, air and oil are introduced through the nozzles and $ and combustion is carried out; the products of the combustion descend through the porous bed 5 and escape from the generator through the chimney controlled by the valve 9, the gas outlet valve 3 being, at this time, closed. The oil is then introduced into the hot bed 5 through the oil inlet 8, so as to deposit carbon on the surface of the hot blocks constituting the porous bed.
With the gas outlet valve 3 still closed and that of the exhaust 9 open, the air intake 6 is opened by allowing air to enter for the combustion of part of the carbon which has been deposited in the bed 5 or, if desired, air and oil can be admitted to effect complete combustion in order to heat the bed and the interior of the generator, the products of combustion escaping at 9. When the generator is sufficiently heated for the production of gas, for example at 1345, water vapor is introduced through
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intake 7, so as to purge the generator of inert combustion products.
The steam supply is then cut off, the outlet valve 9 is closed, the gas outlet valve is opened and steam is made to enter through the inlet 7 into the bed 5 to react with the carbon of the gas. the oil which has settled, giving carbon monoxide and hydrogen, the gas thus formed exiting at 3, generally going into devices for cooling, cleaning and purifying the gas, and finally in a gasometer. Oil is then introduced through line 8, in the pulverized or vaporized state, into the hot porous bed 5. Since this bed is at a temperature high enough to decompose the oil into its elements, the hydrogen is released and the carbon deposits on the pieces of the porous bed, the hydrogen passing through the bed and exiting at 3.
The steam supply should be shut off when the temperature of the bed has dropped to about 1010, for example, in order to prevent harmful dilution of the gas by carbonic acid.
Obviously, the oil supply through inlet 8 must be shut off before bed 5 cools down to a temperature at which fixed gaseous hydrocarbons pass through the porous bed.
Following manufacture of the gas, the duty cycle is completed and bed 5 is reheated as before to about 1345, for example, and the other cycle operations recommenced.
Although it has been reported that the vapor was
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introduced separately and before the oil, it is obvious that the steam and the oil can be introduced simultaneously or that the oil can be introduced separately and before the steam, depending on the quality of the gas desired, as will be discussed. explain below.
It is obvious that after a cycle of operations, the introduction of the oil through line 8 to deposit carbon in bed 5, will generally not be necessary, since there will be sufficient carbon deposit. left by the previous operation to heat the bed by total combustion with the air introduced by the inlet 6. On the other hand, the generator can be partially heated by combustion of oil and air introduced for this purpose, when carbon deposition is lacking.
The process which has just been described ensures, therefore, the manufacture of a mixture of hydrogen and carbon monoxide by means of a cyclic operation, namely by heating a bed of porous material containing a deposition of carbon from the oil, at a temperature high enough to break down all of the oil into its elements hydrogen and carbon, and then to pass the oil and steam through this hot porous bed to decompose the oil into its elements and dissociate the vapor, the oxygen combining with the deposited carbon to give carbon monoxide which mixes with the released hydrogen.
As indicated above, this process is a simple and economical process for manufacturing a mixture of hydrogen and carbon monoxide, compared with current processes for manufacturing water gas in
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which uses steam with a bed of lumpy coke or anthracite and, generally, excess steam and with the annoyances of clinker and the work involved in using solid carbon.
As indicated above, the present invention allows the manufacture of gases having any desired calorific value, a gaseous mixture of hydrogen, carbon monoxide and permanent or fixed gaseous hydrocarbons. With regard to this phase of the invention, the operations can be similar to those which have been described and, in this case, the operation of manufacturing gas with oil, continues so as to lower the temperature to make permanent gaseous hydrocarbons.
It can be seen from the drawing that the apparatus allowing this phase of the invention comprises a diffusion and homogenization chamber 10 communicating with the gas outlet controlled by the valve 3. This diffusion and homogenization chamber although of larger volume, can be of similar construction to the chamber 1 and it comprises an outlet 11 controlled by a valve, and a gas outlet 12 controlled by a valve. in order to operate the apparatus, the porous bed 5 is heated, as has been indicated with regard to the manufacture of the gas: hydrogen-carbon monoxide, the valve of the outlet 9 being closed and the valves of the outlet of gas 3 and the exhaust 11 being open, the gas outlet valve 12 being closed, so that the whole apparatus is heated to the desired temperature.
Once gas production is underway, chamber 10 retains its own heat.
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during the gas manufacturing period, manufacturing gas having a higher calorific value than hydrogen or a gas mixture: carbon dioxide hydrogen, once the appliance has been heated and purged of the products of combustion, closes the valve of the outlet 11 and the one of the outlet 12 is opened and the valve of the gas outlet 2 being also open, we introduce, through the supply pipes 7 and 8, steam and oil in the heated porous bed 5, so as to decompose the oil into its elements:
and hydrogen and reacting the vapor with the carbon of the oil, the gas generated flowing continuously in the diffusion and homogenization chamber. The injections of the steam and oil inlets are appropriately regulated during the manufacture of the gas, as will be understood; as the temperature of the porous li 5 decreases, all the oil is no longer broken down into its carbon and hydrogen elements, but some of the oil is cracked to give permanent or fixed gaseous hydrocarbons.
As a result, the gas passing through the diffusion and homogenization chamber then contains a certain proportion of these gaseous hydrocarbons, instead of just being a mixture of hydrogen and carbon monoxide, and the fixed calorific value of the gas. final diffused, coming from the whole gas manufacturing operation, is, of course, correspondingly increased. When the gas leaving at 3 has the determined and desired maximum content, the gas manufacturing operation is stopped. Bed 5 is then reheated to its initial high value at any temperature above 1010 and below the limit temperature
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top of the refractories used, for example, 1370 and the cycle of operations begins again.
In this way, it is evident that a gas having a high fixed calorific value is obtained by comparison with the calorific value of a mixture of hydrogen and carbon monoxide, and as emerges from the above. - de, one can manufacture a gas having almost any determined fixed calorific value.
It is obvious that the moment when the gas production is stopped and the temperature to which the bed 5 is lowered depend on the initial temperature of the bed and the fixed calorific value desired for the final diffused gas. Obviously, the higher the initial temperature of the 5 @ bed, the greater is the volume of hydrogen produced by the decomposition of all the oil into its elements:
hydrogen and carbon and by the reaction of carbon with steam to give hydrogen and carbon monoxide, so that the gas making operation will continue correspondingly longer with, consequently, a new lowering the temperature of the bed so that an increase in the volume of the fixed hydrocarbon gas occurs to give, by diffusion of all the gas obtained during the operation, a final gas having almost any value desired fixed calorific.
for example, to emphasize this point, in manufacturing the 4950 calorie gas the initial bed temperature may be about 1180 and the temperature at the end of the operation about 790, while if the initial temperature is around 1370, the operation should be continued until the bed temperature is
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lowered to around 705. For the short and long temperature ranges of gas manufacturing, it will be noted that there is a difference, in the volume of gas produced, from about 18.20 m3 to about 19.40 m3 respectively, when 2520 calories are used for each temperature decrease of 55.
Gas having a desired fixed calorific value, for example in this case 4950 calories per m3, can be produced in accordance with the present invention by doing the following:
The porous bed 5 is first heated, as indicated above, by the combustion of oil and air, after which oil is introduced into the bed to effect the deposition of carbon on the constituent pieces. the bed.
Then, admitting air for the combustion of part of the deposited carbon and when necessary, admitting oil to obtain complete combustion in order to provide the heat necessary to heat the bed to a temperature between approximately 1180 and 1370 ', for example, and, after having purged the apparatus of the inert products of combustion, steam is introduced to give hydrogen and carbon monoxide only, this operation lowering the bed temperature as understood.
When the temperature of the bed has been lowered to about 1010, oil is injected, the steam inlet being practically closed, all of the oil is not then broken down into its elements, but part of the oil. oil is cracked to give a fixed gaseous hydrocarbon. We continue the operation until the gas coming out
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of the generator has the maximum fixed calorific value desired, which in this case occurs when the temperature of the bed, assuming that the initial temperature was about 1180 is lowered to about 790, i.e. following a minimum temperature difference of about 390 and when the initial bed temperature is about 1370 and the bed temperature is lowered to about 705 there is a maximum range of 665.
It is understood that the difference between the maximum and minimum temperatures of the manufacture of the gas is regulated so that the operation of formation of hydrogen and carbon monoxide and that which follows, of formation of hydrogen and Fixed or permanent gaseous hydrocarbons, are proportioned such that all of the gas made during these operations, after diffusion, gives a gas of uniform quality having approximately the determined fixed calorific value desired.
It will be seen from the above that a low specific gravity gas, having approximately any desired fixed calorific value, can be produced by suitably adjusting the temperature range of the manufacturing cycle of the gas. gas and by regulating the steam and oil inputs, during all the operations of the process according to the invention, with a view to producing, starting from heavy oil and steam, gas having almost any desired calorific value.
From the foregoing, it is evident that the present invention constitutes a simple process for the manufacture of gas in which, as opposed to water gas and common carburized water gas, admixture can be made.
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of hydrogen and carbon monoxide and a mixture of hydrogen, carbon monoxide and fixed gaseous hydrocarbons, without using coke or other solid carbonaceous material, the calorific value of the gas produced by the process according to the invention being easily adjusted so as to give a gas having almost any desired calorific value.
It should be noted that when we send oil alone into the generator, we usually send with the oil a small quantity of steam, because it has been observed that the presence of a small quantity of steam facilitates the reactions when the oil is cracked to give the permanent gaseous hydrocarbons.