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Procédé permettant d'influencer l.a composition du gaz de gazogène ou du gaz à l'eau.
Dans l'industrie des gazogènes, il est souvent souhaitable de pouvoir influencer la composition du gaz de gazogène produit. Cest ainsi qu'avec certaines sortes de charbon dont les scories ont par exemple un point de fusion peu élevé, on peut procéder à la gazéification uniquement avec un grand excès de vapeur, en conséquence la teneur en hydro- gène et en acide carbonique que présente le gaz de gazogène produit est très élevée. Or, cela exerce souvent un effet nuisible, notamment quand on utilise le gaz pour chauffer des foursMartin,d'une part parce que la teneur élevée en acide carbonique réduit fortement la vitesse de combustion du ga.z, et d'autre part parce que la teneur élevée en hydrogène exerce, comme on sait, une influence nuisible sur le four.
En consé- quence, il est souhaitable, dans ces cas, de réduire la teneur @
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du gaz de gazogène en hydrogène et en acide carbonique. Par contre, dans d'autres cas, notamment lors de la fabrication du gaz à l'eau, par exemple lors de la préparation d'un gaz de synthèse ou lors de l'hydrogénation, il est souhaitable de pouvoir élever la teneur en hydrogène du gaz de gazogène.
Dans certains cas, il peut également être nécessaire d'élever la teneur en méthane du gaz de gazogène, c'est-à-dire de-métha- niser le gaz.
D'après ce qui ressort déjà des exemples précités, la composition du gaz de gazogène doit être influencée, dans les différents cas, dans des conditions entièrement différen- tes. Or, jusqu'ici, on ne disposait pas encore d'un procédé ,au moyen duquel on peut influencer avec succès le générateur même de gaz d'une manière simple et peu coûteuse et qui sa- tisfâsse- aux conditions imposées. Le but de la présente in- vention est de réaliser un procédé de ce genre.
Le principe fondamental de la présente invention consiste en ce qu'on introduit dans une zone du générateur de gaz, qui fait suite à la zone de gazéification, et en général assez haute, des gaz additionnels produits à l'extérieur du générateur, et dont la température et la composition satisfont aux conditions imposées.
A cet effet, et conformément au prin- cipe du brevet belge N . 375.200, du 22 novembre 1930, on fait brûler complètement ou en partie un combustible de nature quelconque, dans une chambre de combustion spéciale, séparée, dans l'espace, du gazogène, mais réunis étroitement et organi- quement à ce gazogène, tout en introduisant simultanément la quantité de vapeur d'eau nécessaire le cas échéant pour exercer l'influence, la combustion se faisant avec de l'air, de l'oxy- gène, ou de l'air qu'on a enrichi en oxygène, puis on introduit le mélange de gaz et de fumée formé dans une zone de la colonne de charbon du gazogène qui fait suite à la zone de gazéifica- tion, et dont la température est plus basse que celle de cette zone de gazéification, tandis que par l'action de ce mélange
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de gaz et de fumée il se produit,
suivant les conditions im- posées, un enrichissement ou un appauvrissement du gaz de ga- zogène, produit dans la zone de gazéification,en acide carbo- ni-que, en hydrogène, en oxyde de carbone ou en méthane.
Par conséquent, les gaz de funée destinés à être introduits selon la présente invention ne constituent pas un -agent de gazéification, c'est-à-dire un agent servant à gazéi- fier le carbone solide, mais au contraire un agent permettant d'exercer une influence et destiné à permettre la préparation dans le gazogène même, et à partir du gaz primaire produit dans ce gazogène, d'un gaz secondaire, principalement par des réactions en phase gazeuse.
Du fait que les quantités proportionnelles de combus- tible, d'agent de combustion et le cas échéant de vapeur d'eau destinées à être introduites dans la chambre de combustion qui précède le gazogène sont réglées suivant le combustible à utiliser,suivant la température désirée pour le mélange de gaz et de pumée, et suivant le résultat à obtenir par l'influ- ence à exercer, on peut modifier entre de larges limites la composition finale du gaz de gazogène. C'est ainsi qu'on peut opérer, .dans la chambre .de combustion, avec un excèsde combus- tible, ou d'air, ou d'oxygène, ou de vapeur d'eau.
Lorsque c'est nécessaire, on peut également introduire un mélange de gaz et de fumée dans plusieurs zones du gazogène, et on peut affecter, à cet effet, d'une manière avantageuse, à chaque zone d'introduction une chambre spéciale de combustion.
Dans la chambre de combustion qui précède le gazogène, on peut utiliser des combustibles solides, liquides ou gazeux de nature quelconque, et également des menues de charbon, de la sciure de bois,de l'huile ou du goudron. Il est particulière- ment avantageux d'utiliser les quelques gaz du gazogène. Mais si on veut obtenir une élévation de la teneur en hydrogène, on peut obtenir les résultats les meilleurs éventuellement avec les
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qualités de charbon solide les plus quelconques, par exemple avec de la tourbe brute, étant donné que la teneur élevée de ces combustibles en eau et en hydrogène influence dans le sens voulu la composition du mélange de gaz et de fumée.
Le procédé de la présente invention va être décrit à l'aide d'un exemple relatif à la gazéification d'un charbon dont les scories ont un point de fusion bas, ou à la produc- tion de gaz Mond. Dans ce cas, le gaz de gazogène produit peut avoir par exemple la composition suivante :
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C02 15. eo,
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Un gaz avec une teneur aussi élevée en hydrogène se forme, comme on sait, dans le cas où. on introduit dans le gazogène, avec l'air de gazéification, de la vapeur d'eau en excès qui se transforme, dans les zones plus élevées et plus froides du gazogène, en présence de l'oxyde de carbone déjà formé, suivant la réaction réversible connue:CO+H2O= CO2+H2
Ce gaz doit alors être sounis à une influence qui réduit la proportion d'hydrogène et d'acide carbonique.
Dans ce cas, le problème consiste donc à empêcher ou à freiner la réaction réversible précitée. A cet effet, il faut introduire une quantité additionnelle de chaleur dans la zone du gazogène dans laquelle la réaction réversible aurait lieu, ce qui, non seulement, empêche la réaction précitée, mais favorise égale- ment la réduction de la vapeur d'eau en excès. La composition voulue pour le gaz final indique alors, par des calculs thermo- chimiques simples, les quantités de chaleur qui doivent être
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introduites dans la zone correspondante du gazogène pour résoudre le problème précité.
.Cet apport de chaleur peut s'effectuer, selon la présente invention par le fait qu'on introduit une partie du gaz de gazogène produit, dans la chambre de combustion précédente et qu'on l'y brûle incomplètement avec un volune d'air dont la teneur en oxygène suffit simplement à la combus- tion de l'hydrogène. Une telle combustion est possible parce que l'hydrogène comporte, comme on sait, parmi les constituants du g.az de gazogène, la vitesse de combustion la plus grande.
Le gaz de funée qui se forme a alors à peu près la composition suivante:
EMI5.1
<tb> CO2 <SEP> 11%
<tb> CO <SEP> 135
<tb>
<tb> H2O <SEP> 15%
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 2%
<tb>
<tb> N2 <SEP> 59%
<tb>
<tb> 100%
<tb>
On introduit ce gaz, qui contient, en dehors de l'acide carbonique, de l'eau et .
de l'azote, également de l'oxyde de carbone et du méthane non brûles, et dont la température est d'environ 1000 C, dans la zone du gazogène ou règne une température comprise entre 800 et 1000 C. La teneur du gaz de fumée en oxyde de carbone et en méthane reste alors invariable lorsque le gaz traverse le gazogène, et en même temps on empê- che la conversion de l'oxyde de carbone qui monte vers le haut, aprèsque la zone de combustion du gazogène s'est étendue vers le haut par suite de l'apport additionnel de chaleur.
En même temps., une partie de l'excèsde vapeur d'eau qui s'élève et de la vapeur d'eau ¯du gaz de funée entre en réaction avec le carbone contenu dans le combustible charge, ce qui a pour effet qu'il se forme d'autres quantités d'oxyde de carbone et d'hy-
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drogène.
En conséquence, lors de l'introduction d'un volume de gaz de fumée, calculé et formé de la manière qui vient d'être décrite., on peut modifier la composition initiale, ci-dessus indiquée, du gaz de gazogène, de façon qu'il sorte de ce gazogène un gaz ayant la composition suivante:
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<tb> 100. <SEP> 0%
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Si on procède à la combustion non pas avec de l'air, mais avec de l'oxygène, on peut obtenir des résultats encore plus favorables.
Si on veut au contraire s'efforcer d'influencer la composition d'un gaz à l'eau produit dans un générateur ordi- naire de gaz à l'eau, ou dans un générateur de gaz à l'oxygène, où la gazéification du combustible s'effectue avec de l'oxygène, dans un sens tel que la teneur en hydrogène du gaz à l'eau soit augmentée, on est en face d'un problème contraire, préci- sément parce que la réaction réversible, c'est-à-dire la réac- tion de l'oxyde de carbone avec la vapeur d'eau doit être fa- vorisée.
Dans ce cas, on procède, dans la chambre de combus- tion montre en avant, à une combustion complète du combustible primaire, par exemple d'une partie du gaz de gazogène qu'on a fait arriver dans cette chambre, cette combustion étant assurée avec avantage au moyen d'oxygène ou d'air qu'on a enri- chi en oxygène, tandis qu'il faut faire arriver dans la chambre de combustion, par saturation de l'agent de combustion, une quantité telle de vapeur d'eau que-la température des gaz de funée atteigne une valeur à laquelle la réaction réversible peut se produire dans le gazogène.
Cette température est en tout cas inférieure à 800 C. Le gaz de funée produit, qui se
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compose presque exclusivement d'acide carbonique, de vapeur d'eau et éventuellement d'un peu d'azote, est alors introduit dans une zone du,gazogène où règne une température favorable à la réaction réversible précitée, c'est-à-dire une tempéra- ture intérieure à 800 C.
Si le gaz de gazogène présentait initialement par exemple la composition I indiquée ci-après, par l'influence citée en dernier lieu et conforme à la présente invention, on peut obtenir que le gaz présente la composition finale II suivante :
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Dans la composition finale II, le rapport entre la teneur en hydrogène et la teneur en oxyde de carbone est égal à 2, de sorte que le gaz final convient d'une manière toute spéciale, après élimination totale ou partielle de l'acide carbonique, à la synthèse de l'essence.
Dans certains cas, notamment dans les générateurs de gaz à l'oxygène de grand débit, comme, par exemple dans les gazogènes qui fonctionnent suivant le¯principe du brevet précité, il peut arriver toutefois que la vitesse de réaction de l'oxyde de carbone ne puisse suivre le rythme auquel arri- vent les quantités de gaz qui montent en venant du bas. Dans ces cas, il est avantageux de mélanger, au combustible chargé dans le gazogène, des substances contenant des oxydes des
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métaux du groupe du fer, comme des minerais de fer, des batti- tures et des produits analogues, et favorisant, par leur action catalytique, la formation d'hydrogène au détriment de l'oxyde de carbone.
Dans ce procédé, les oxydes métalliques ajoutés au combustible,comme l'oxyde de fer, sont réduits dans la zone inférieure du gazogène, en raison de la température éle- vée qui règne dans cette zone,. et de l'atmosphère réductrice, et ils fournissent les métaux correspondants, comme le fer métallique, ce qui permet de réduire le prix de revient de la production du gaz.
Au moyen d'autres substances connues de contact, comme des copeaux de nickel, des sels de nickel ou de cobalt ou d'autres substances imprégnées de ces agents connus de con- tact, et également par du charbon ou du coke, et le cas échéant par un réglage correspondant des valeurs de la pression dans le gazogène, on peut également obtenir une augmentation de la teneur en méthane, c'est-à-dire la méthanisation du gaz de gazogène. Par l'influence exercée selon la présente invention en utilisant des substances correspondantes de contact, on peut obtenir par exemple qu'un gaz qui présentait initialement la composition I ci-dessus indiquée présente la composition finale III indiquée ci-après.
Si on élimine ensuite, par exem- ple jusqu'à 4%, l'acide carbonique contenu dans un gaz ayant cet- te composition III, ou si on élimine cet acide carbonique d'une autre manière, on obtient un gaz qui présente à peu près la composition IV indiquée ci-aprés, et le pouvoir calorifique également indiqué ci-après, et qui se(rapproche par conséquent du gaz de ville.
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Le procédé de la présente invention joue également un rôle important, notamment dans la gazéification par de l'oxygène, dans le cas où il faut gazéifier une variété de charbon à teneur élevée en humidité, pour la gazéification et le séchage duquel la chaleur contenue dans le volume de gaz relativement réduit qui se forme dans la zone de gazéifi- cation du gazogène n'est pas suffisante.
Mais si on introduit, selon la présente invention, dans une zone plus élevée du gazogène, un mélange additionnel de g,az èt de fumée, cela permet, grâce au volume de gaz augmenté de cette façon d'éli- miner la teneur élevée du charbon en eau à une température correspondante, et d'obtenir par conséquent la composition totale voulue pour le gaz.
REVENDICATIONS.
---------------------------- l.- Procédé permettant d'influencer la composition du gaz de gazogène ou du gaz à l'eau dans le gazogène, ca- ractérisé par le fait qu'on brûle un combustible quelconque avec de l'air, de l'oxygène, ou de l'air enrichi en oxygène, dans une chambre de combustion spéciale, séparée, dans l'espace, du gazogène, mais organiquement reliée à ce gazogène, tout en' introduisant simultanément un,volume de vapeur d'eau éventuel- lement nécessaire à l'influence qu'on veut exercer, et qu'on introduit le mélange de gaz et de funée, formé dans cette chambre, dans une zone du gazogène qui fait suite à la zone de gazéification, et dont la température est inférieure à celle de cette zone de gazéification,
tandis que dans cette zone d'introduction il se produit, sous l'action de ce mélange de g,az et de fumée, suivant les conditions imposées,un enrichisse- ment ou un appauvrissement en acide carbonique, en hydrogène, en oxyde de carbone, ou en méthane, du gaz de gazogène produit dans la zone de gazéification.
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Process for influencing the composition of the gasifier gas or water gas.
In the gasifier industry, it is often desirable to be able to influence the composition of the gasifier gas produced. Thus, with certain kinds of coal, the slag of which has, for example, a low melting point, the gasification can be carried out only with a large excess of steam, consequently the hydrogen and carbonic acid content present. the gasifier gas produced is very high. However, this often has a harmful effect, especially when gas is used to heat Martin ovens, on the one hand because the high carbonic acid content greatly reduces the burning rate of the gas, and on the other hand because the high hydrogen content has, as is known, a detrimental influence on the furnace.
Accordingly, it is desirable in these cases to reduce the content @
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from gasifier gas to hydrogen and carbonic acid. On the other hand, in other cases, in particular during the manufacture of water gas, for example during the preparation of a synthesis gas or during the hydrogenation, it is desirable to be able to increase the hydrogen content. gasifier gas.
In some cases, it may also be necessary to increase the methane content of the gas generator gas, i.e. de-methane the gas.
From what already emerges from the above examples, the composition of the gasifier gas is to be influenced in different cases under entirely different conditions. However, until now, a method has not yet been available by means of which the actual gas generator itself can be successfully influenced in a simple and inexpensive manner and which satisfies the imposed conditions. The aim of the present invention is to carry out such a process.
The fundamental principle of the present invention consists in introducing into a zone of the gas generator, which follows the gasification zone, and generally quite high, additional gases produced outside the generator, and of which the temperature and the composition satisfy the imposed conditions.
To this end, and in accordance with the principle of Belgian patent N. 375.200, of November 22, 1930, a fuel of any kind is burned completely or in part in a special combustion chamber separated in space from the gasifier, but united closely and organically to this gasifier, while simultaneously introducing the quantity of water vapor necessary where appropriate to exert the influence, the combustion being carried out with air, oxygen, or air which has been enriched with oxygen, then the mixture of gas and smoke formed is introduced into a zone of the coal column of the gasifier which follows the gasification zone, and the temperature of which is lower than that of this gasification zone, while by the 'action of this mixture
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gas and smoke are produced,
depending on the conditions imposed, an enrichment or a depletion of the gas of gas, produced in the gasification zone, in carbonic acid, in hydrogen, in carbon monoxide or in methane.
Consequently, the funnel gases intended to be introduced according to the present invention do not constitute a gasification agent, that is to say an agent for gasifying solid carbon, but on the contrary an agent for gasification. exert an influence and intended to allow the preparation in the gasifier itself, and from the primary gas produced in this gasifier, a secondary gas, mainly by reactions in the gas phase.
Because the proportional quantities of fuel, combustion agent and, where appropriate, water vapor intended to be introduced into the combustion chamber which precedes the gasifier are regulated according to the fuel to be used, according to the desired temperature for the mixture of gas and pume, and depending on the result to be obtained by the influence to be exerted, the final composition of the gasifier gas can be modified within wide limits. This is how one can operate, in the combustion chamber, with an excess of fuel, or air, or oxygen, or water vapor.
When necessary, it is also possible to introduce a mixture of gas and smoke into several zones of the gasifier, and for this purpose it is possible to advantageously assign to each introduction zone a special combustion chamber.
In the combustion chamber which precedes the gasifier, it is possible to use solid, liquid or gaseous fuels of any kind, and also small pieces of coal, sawdust, oil or tar. It is particularly advantageous to use the few gases from the gasifier. But if we want to obtain an increase in the hydrogen content, we can obtain the best results possibly with the
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any qualities of solid coal, for example with raw peat, since the high water and hydrogen content of these fuels influences the composition of the gas and smoke mixture in the desired direction.
The process of the present invention will be described with the aid of an example relating to the gasification of a coal whose slag has a low melting point, or to the production of Mond gas. In this case, the gasifier gas produced may have, for example, the following composition:
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C02 15. eo,
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<tb>
<tb> 100. <SEP> 0%
<tb>
A gas with such a high hydrogen content is formed, as is known, in the event that. excess water vapor is introduced into the gasifier, with the gasification air, which is transformed, in the higher and colder zones of the gasifier, in the presence of carbon monoxide already formed, depending on the reaction known reversible: CO + H2O = CO2 + H2
This gas must then be subjected to an influence which reduces the proportion of hydrogen and carbonic acid.
In this case, the problem therefore consists in preventing or slowing down the aforementioned reversible reaction. To this end, an additional quantity of heat must be introduced into the zone of the gasifier in which the reversible reaction would take place, which not only prevents the aforementioned reaction, but also favors the reduction of the water vapor in excess. The desired composition of the final gas then indicates, by simple thermochemical calculations, the quantities of heat which must be
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introduced into the corresponding zone of the gasifier to solve the aforementioned problem.
This heat supply can be effected, according to the present invention by the fact that part of the gasifier gas produced is introduced into the previous combustion chamber and that it is incompletely burned there with a volume of air. the oxygen content of which is simply sufficient for the combustion of hydrogen. Such combustion is possible because hydrogen has, as is known, among the constituents of gasifier gas, the highest rate of combustion.
The funeral gas which forms then has roughly the following composition:
EMI5.1
<tb> CO2 <SEP> 11%
<tb> CO <SEP> 135
<tb>
<tb> H2O <SEP> 15%
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 2%
<tb>
<tb> N2 <SEP> 59%
<tb>
<tb> 100%
<tb>
We introduce this gas, which contains, apart from carbonic acid, water and.
nitrogen, also carbon monoxide and methane not burnt, and whose temperature is around 1000 C, in the gasifier zone where a temperature between 800 and 1000 C. prevails. smoke into carbon monoxide and methane then remains invariable when the gas passes through the gasifier, and at the same time the conversion of the carbon monoxide which rises upwards is prevented, after the combustion zone of the gasifier is extended upwards due to the additional heat input.
At the same time, some of the excess water vapor which rises and the water vapor ¯ of the funeral gas reacts with the carbon contained in the fuel being charged, resulting in other amounts of carbon monoxide and hy-
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drogenous.
Consequently, during the introduction of a volume of flue gas, calculated and formed in the manner which has just been described, it is possible to modify the initial composition, indicated above, of the gasifier gas, so that a gas of the following composition emerges from this gasifier:
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<tb> CO2 <SEP> 7. <SEP> 0%
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<tb>
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<tb> 100. <SEP> 0%
<tb>
If the combustion is carried out not with air, but with oxygen, even more favorable results can be obtained.
If, on the contrary, we want to try to influence the composition of a water gas produced in an ordinary water gas generator, or in an oxygen gas generator, where the gasification of fuel is carried out with oxygen, in a sense such that the hydrogen content of the gas in the water is increased, we are faced with the opposite problem, precisely because the reversible reaction is that is, the reaction of carbon monoxide with water vapor must be favored.
In this case, in the combustion chamber shown in front, complete combustion of the primary fuel, for example of part of the gasifier gas which has been brought into this chamber, is carried out, this combustion being ensured. with advantage by means of oxygen or air which has been enriched with oxygen, while it is necessary to bring into the combustion chamber, by saturation of the combustion agent, such a quantity of vapor of combustion. water that the temperature of the funeral gases reaches a value at which the reversible reaction can take place in the gasifier.
This temperature is in any case less than 800 C. The funeral gas produced, which
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composed almost exclusively of carbonic acid, water vapor and possibly a little nitrogen, is then introduced into a zone of the gasifier where there is a temperature favorable to the aforementioned reversible reaction, that is to say an internal temperature of 800 C.
If the gasifier gas initially exhibited, for example, composition I indicated below, by the influence mentioned last and in accordance with the present invention, it is possible to obtain that the gas has the following final composition II:
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<tb> I <SEP> II
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<tb> CO2 <SEP> 1.0% <SEP> 22.6 $
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In final composition II, the ratio between the hydrogen content and the carbon monoxide content is equal to 2, so that the final gas is suitable in a very special way, after total or partial elimination of carbonic acid, to the synthesis of gasoline.
In certain cases, especially in large flow oxygen gas generators, such as, for example in gasifiers which operate according to the principle of the aforementioned patent, it may however happen that the reaction rate of the carbon monoxide cannot keep up with the rhythm at which the quantities of gas which rise from the bottom arrive. In these cases, it is advantageous to mix, with the fuel charged in the gasifier, substances containing oxides of
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metals of the iron group, such as iron ores, scales and the like, and by their catalytic action promote the formation of hydrogen to the detriment of carbon monoxide.
In this process, the metal oxides added to the fuel, such as iron oxide, are reduced in the lower zone of the gasifier, due to the high temperature which prevails in this zone. and the reducing atmosphere, and they supply the corresponding metals, such as metallic iron, which makes it possible to reduce the cost of producing the gas.
By means of other known contact substances, such as nickel shavings, nickel or cobalt salts or other substances impregnated with these known contact agents, and also by charcoal or coke, and the case if necessary by a corresponding adjustment of the pressure values in the gasifier, it is also possible to obtain an increase in the methane content, that is to say the methanization of the gasifier gas. By the influence exerted according to the present invention by using corresponding contact substances, it is possible for example to obtain that a gas which initially exhibited the composition I above indicated has the final composition III indicated below.
If one then removes, for example up to 4%, the carbonic acid contained in a gas having this composition III, or if this carbonic acid is removed in another way, a gas is obtained which has roughly the composition IV indicated below, and the calorific value also indicated below, and which is (therefore close to town gas.
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The process of the present invention also plays an important role, especially in gasification with oxygen, in the case where it is necessary to gasify a variety of coal with a high moisture content, for the gasification and drying of which the heat contained in it. the relatively small volume of gas which forms in the gasification zone of the gasifier is not sufficient.
However, if, according to the present invention, an additional mixture of g, az and smoke is introduced into a higher zone of the gasifier, this makes it possible, thanks to the volume of gas increased in this way, to eliminate the high content of the gas. charcoal to water at a corresponding temperature, and consequently to obtain the desired total composition of the gas.
CLAIMS.
---------------------------- l.- Process for influencing the composition of the gasifier gas or water gas in the gasifier, charac- terized by the fact that any fuel is burned with air, oxygen, or oxygen-enriched air, in a special, separate combustion chamber in space, gasifier, but organically connected to this gasifier, while simultaneously introducing a volume of water vapor possibly necessary for the influence that one wishes to exert, and that the mixture of gas and funeral is introduced, formed in this chamber, in a zone of the gasifier which follows the gasification zone, and the temperature of which is lower than that of this gasification zone,
while in this zone of introduction there occurs, under the action of this mixture of g, az and smoke, depending on the conditions imposed, an enrichment or a depletion in carbonic acid, in hydrogen, in carbon monoxide , or in methane, gasifier gas produced in the gasification zone.