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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.