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UTILISATION DU COKE FACILEMENT COMBUSTIBLE POUR LES GENERATEURS DE GAZ DES MOTEURS A COMBUSTION INTERNE*
Pour alimenter les générateurs de gaz des moteurs à combus- tion interne, et notamment à bord des véhicules, on emploie, en du bois et plus/du charbon de bois, également des briquettes et les résidus de carbonisation provenant de la distillation à basse température de lignites à forte teneur en bitumes, dits "menu coke de lignite*} ainsi que des combustibles charbonneux analogues.
Le bois convient bien pour les fins indiquées du fait qu'il s'enflamme à une température peu élevée, Mais il présente d'autre part le grave inconvénient qu'il engendre du goudron de bois qui nécessite des séparateurs spéciaux qu'il faut nettoyer à des intervalles relativement rapprochés. Le charbon de bois constitue lui aussi un excellent, voire jusqu'à présent le meilleur combus- tible de gazéification, encore qu'il soit relativement coûteux et que son emploi, à de tels usages tout comme celui du bois, implique la consommation d'utiles matières premières qui sont ainsi distraites de l'industrie des matières fibreuses et autres buts techniques de mise en valeur.
Si les briquettes, le menu coke de lignite et les oombusti'-
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bles charbonneux analogues sont par contre bien moins coûteux, ils n'en constituent pas moins une base beaucoup plus médiocre pour la g@@ification et ils présentent en outre cet inconvénient que, loin de pouvoir être utilisés dans les générateurs ordinai res, ils exigent que ces derniers soient spécialement conçue Le caractère médiocre de tels combustibles de gazéification doit être imputable notamment à ce que, lors de la carbonisation de tels lignites à forte teneur en bitumes et dont la distillation est considérée comme intéressante du point de vue du rendement en goudron,
les fractions bitumineuses non volatilisées qui sont ressuées se carbonisent à leur surface et constituent ainsi un revêtement plus ou moins dense qui ne permet à l'oxygène de l'air de n'agir que lentement lors de la combustion, ce qui rend le menu coke de lignite bien moins propre à servir à des buts de gazéification.
Le menu coke quon obtient par une dessiccation ménagée du lignite suivie d'une distillation à basse température et dont la grosseur est à peu près celle d'une noisette ne convient lui- même pas pour alimenter les générateurs de gaz, notamment à bord des véhicules, parce que la structure d'un tel coke est insuffi- samment solide et ne résiste pas aux secousses du véhicule. Il s'ensuit qu'en ce cas aussi et notamment si la grille est du type oscillant, le menu coke de lignite passe en cours de route à travers la grille. Un semi-coke de lignite présentant une résis tance mécanique suffisante serait cependant celui qu'on obtient en agglomérant au préalable par le procédé Krupp-Lurgi du lignite finement pulvérisé et en distillant les briquettes obtenues dans un four à gaz de balayage.
Mais un tel coke de lignite en mor- ceaux, courant dans le commerce, est trop fortement graphitique, et sa capacité superficielle est trop grande pour qu'il puisse servir de combustible de gazéification. Lorsqu'on gazéifie ce coke, le gaz sert avant tout à des fins de chauffage, et ctest
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d'ailleurs faute de mieux:,et peu avantageusement qu'on alimente d'un tel gaz d'agglomérés de lignite les moteurs à combustion interne du type fixe parce que la forte teneur en soufre de ce semi-coke courant dans le commerce occasionne des corrosions dans la chambre de combustion du moteur.
Au lieu de cela et ontraitement à toute attente, on a constaté, suivant l'invention qu'on parvient à des résultats sur- prenants lorsqu'on emploie pour les générateurs de gaz des mo- teurs à combustion interne du coke facilement combustible obtenu en carbonisant, le cas échéant après agglomération préalable, des lignites pauvres en bitumes, en cendres et en soufre de l'espèce du lignite rhénan fournissant moins de 10 % de goudrons à l'ana- lyse de distillabilité.
C'est en particulier pour des raisons économiques qu'on ne s'est pas préoccupé jusqu'à ce jour de la carbonisation de tels lignites pauvres en bitumes, parce qu'une carbonisation de telles matières premières est extrêmement peu économique du point de vue du rendement en goudrons. Par contre, la constatation susin- diquée, savoir, qu'un tel semi-coke constitue un très intéressant charbon de gazéification à point d'inflammabilité peu élevé pour l'alimentation des générateurs de gaz, jointe à ce fait que les frais de production d'un tel semi-coke sont moins élevés que ceux du charbon de bois, modifie radicalement l'aspect économique de la distillation à basse température de telles matières premières pauvres en bitumes et lui ouvre un nouveau et riche domaine d'ap- plication.
Comparativement à l'utilisation du bois et du oharbon de bois pour alimenter les générateurs de gaz des moteurs à oombus tion interne, celle du coke proposé suivant l'invention présente d'une part cet avantage essentiel qu'on épargne ces matières premières précieuses pour l'industrie des matières fibreuses et autres fins techniques de mise en valeur, tandis que d'autre part et comparativement au bois elle possède encore cet autre avantage non moins essentiel qu'on peut renoncer à l'installa- tion d'un séparateur spécial dont le nettoyage fréquent ne
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s'impose donc plus.
Mais un avantage tout particulier réside en ce que le coke préconisé suivant l'invention s'enflamme à une température sensiblement mons élevée même que le charbon de bois, jusqu'à ce jour le meilleur combustible de gazéification (à 1600 environ contre environ 2500 pour le charbon de bois) et qu'il se prête plus facilement à la gazéification, ce qui se traduit par un démarrage plus facile et une plus grande souplesse des moteurs à combustion interne, et c'est là un résultat d'une importance capitale notamment lorsque ceux-ci sont montés sur des véhicules,
En outre des avantages susindiqués le coke proposé suivant l'invention offre sur les autres combustibles de gazéification charbonneux employés jusqu'à ce jour, briquettes, menu coke de lignite et autres,
cet avantage supplémentaire particulier que son emploi permet de construire le générateur de gaz bien plus légèrement et de renoncer à des mesures de protection contre la corrosion et qu'à l'encontre de ces combustibles on peut l'uti- liser sans difficulté même pour les générateurs de gaz alimentant des moteurs à combustion interne actionnant des véhicules.
Le fait que l'emploi d'un coke facilement combustible de l'espèce indiquée préconisé par l'invention pour les générateurs de gaz des moteurs à combustion interne procure les avantages susindiqués est à considérer comme d'autant plus surprenant que, dans le cas de la carbonisation d'un charbon riche en bitumes et du fait qu'il se dégage des quantités relativement considéra- bles de produits de distillation volatils, la diminution de volu- me du grain de charbon après distillation est plus grande et que cette considération devrait conduire à cette conclusion que la structure des produits)de la distillation à basse température de matières premières relativement pauvres en bitumes devrait se trouver d'autant moins fortement relâchée que dans le cas du menu coke de lignite nàrmal qui est relativement friable.
Mais
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précisément, pour des fins de gazéification et comme il a été dit précédemment, c'est apparemment bien moins la structure inté- rieure du coke que la constitution de sa surface qui importe, et dans le cas du coke à utiliser suivant l'invention cette cons- titution, contrairement à de telles conceptions à priori accep- tables en elles-mêmes, est sensiblement plus volumineuse et poreuse que ce n'est le cas pour des résidus de distillation à basse température issus de charbons plus riches en bitumes, ce qui fait qu'elle permet à l'oxygène de l'air de pénétrer bien plus facilement que dans l'autre cas.
Un coke facilement combustible à utiliser suivant l'inven- tion pour alimenter les générateurs de gaz des moteurs à combus- tion interne peut se préparér par exemple de la manière suivante:
On dessèche d'abord au degré voulu pour l'agglomération du lignite pauvre en bitumes fournissant à l'essai de distillabilité d'après Fisoher et par rapport à la substance sèche un taux de 6 à 7 %, par exemple un lignite rhénan provenant de la baie de Cologne ayant une teneur en cendres d'environ 6 % et une teneur en soufre de 0,5 %, puis on le pulvérise assez finement pour que la poussière de lignite puisse traverser un tamis à environ 80 mailles par cm2.
Ensuite, dans une presse d'agglomération à cylindres annulaires convenables, construite en vue de travailler sous haute pression, on agglomère le lignite ainsi préparé en barreaux de 120 mm, de longueur, 35 mm. de hauteur et 25 mm.'de diamètre, auquel cas on obtient des morceaux très solides d'une compacité telle que dans cet état les briquettes brûlent diffici- lement. On carbonise ensuite ces briquettes jusqu'à une tempéra- ture de 580 C. dans des fours de distillation de construction oonnue fonctionnant soit uniquement par chauffage extérieur, soit au moyen de gaz de balayage surchauffés. Après distillation on retire les briquettes à l'abri de l'air et on les refroidit.
Suivant la matière première choisie on obtient des briquettes
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carbonisées plus ou moins oompates qui conviennent remarquable- ment pour les générateurs de gaz des moteurs à combustion interne, par exemple à bord des véhicules.
D'autre part, on a fait cette constatation surprenante que le semi-coke issu de lignites pauvres en bitume, en cendres et en soufre de l'espèce du lignite rhénan et qui, à l'analyse de carbonisation, fournissent des taux inférieurs à 10 % de rende- ment en goudrons conviennent mieux encore aux fins de distilla- tion à basse température si, au lieu de pousser à fond la distil- lation à basse température du lignite, on l'interrompt à une tem- pérature inférieure à 500 C.
En conséquence et dans le cadre de la présente invention, pour alimenter les générateurs de gaz des moteurs à combustion interne on emploiera de façon particulière-* ment avantageuse un coke facilement inflammable qu'on aura obtenu en carbonisant incomplètement des lignites pauvres en bitumes, en cendres et en soufre de l'espèce du lignite rhénan et donnant à l'analyse de carbonisation des rendements en goudrons inférieurs à 10 %, le cas échéant après agglomération préalable, la carboni- sation étant à cet effet interrompue à une température inférieure à 500 C.
Comparativement à un coke complètement carbonisé provenant d'un charbon de départ identique, un tel coke incomplètement carbonisé possède une porosité encore plus grande et un point d'inflammabilité encore plus favorable. C'est ainsi par exemple que le point d'inflammabilité d'un coke de lignite complètement carbonisé de l'espèce susindiquée est situé au voisinage de 1500 C,, tandis que pour un coke issu du même lignite mais car- bonisé seulement jusqu'à une température de 4200 c. on a trouvé un point d'inflammabilité de 1300 C.
Lorsqu'on ne oarbonise ainsi que de façon incomplète du lignite de l'espèce susindiquée, il subsiste dans le coke un résidu goudronneux d'environ 1 à 2 % dont le poids moléculaire
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est élevé et qui bout par conséquent à haute température. C'est pourquoi, contrairement à toute attente, on a constaté qu'à la gazéification d'un tel coke ce résidu de goudron ne donne lieu, évidemment à cause de son point d'ébullition élevé, à aucun dégoudronnage et qu'il n'est donc nullement gênant; au contraire, il est presque intégralement transformé en gaz et, par suite, il améliore même la valeur énergétique par rapport à l'ensemble de la substance carbonée.
On a constaté en outre que lors de l'emploi d'un tel coke incomplètement carbonisé la mise en route du générateur ainsi que le maintien de la production de gaz sont plus faciles que lorsqu'on emploie un coke d'ailleurs identique mais carbonisé à fond, et qu'enfin les gaz produits paraissent aussi mieux se com- porter dans le moteur à combustion interne sous le rapport de la corrosion.
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USE OF EASILY COMBUSTIBLE COKE FOR GAS GENERATORS IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES *
To power the gas generators of internal combustion engines, and in particular on board vehicles, wood and more / charcoal are also used, briquettes and carbonization residues from low temperature distillation. lignites with a high bitumen content, known as "small lignite coke *}, and similar coal fuels.
Wood is well suited for the purposes indicated because it ignites at a low temperature, But it also has the serious disadvantage that it generates wood tar which requires special separators that must be cleaned. at relatively short intervals. Charcoal is also an excellent, if not so far the best fuel for gasification, although it is relatively expensive and its use, for such uses as for wood, involves the consumption of useful raw materials which are thereby distracted from the fiber industry and other technical development purposes.
If the briquettes, the lignite coke menu and the oombusti'-
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Analogous carbonaceous materials, on the other hand, are much less expensive, they nevertheless constitute a much poorer basis for g @@ ification and they also have the disadvantage that, far from being able to be used in ordinary generators, they require that the latter be specially designed The mediocre nature of such gasification fuels must be due in particular to the fact that, during the carbonization of such lignites with a high bitumen content and whose distillation is considered advantageous from the point of view of the tar yield ,
the non-volatilized bituminous fractions which are bleed carbonize on their surface and thus constitute a more or less dense coating which does not allow the oxygen in the air to act only slowly during combustion, which makes the coke menu lignite much less suitable for gasification purposes.
The small coke obtained by careful drying of lignite followed by distillation at low temperature and the size of which is approximately that of a hazelnut is itself not suitable for supplying gas generators, in particular on board vehicles. , because the structure of such a coke is insufficiently strong and does not withstand vehicle shaking. It follows that in this case also and in particular if the grid is of the oscillating type, the lignite coke menu passes through the grid along the way. A lignite semi-coke having sufficient mechanical strength would, however, be that which is obtained by first agglomerating finely pulverized lignite by the Krupp-Lurgi process and by distilling the briquettes obtained in a scavenging gas furnace.
But such lignite lignite coke, common in commerce, is too highly graphitic, and its surface capacity is too large for it to be used as gasification fuel. When this coke is gasified, the gas is primarily used for heating purposes, and it is
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moreover, for want of a better solution:, and with little advantage that such lignite agglomerated gas is supplied to internal combustion engines of the fixed type because the high sulfur content of this semi-coke common in the trade causes corrosion in the engine's combustion chamber.
Instead, and with all expectations, it has been found, according to the invention, that surprising results are obtained when readily combustible coke obtained in gas generators are employed in internal combustion engines. carbonising, where appropriate after prior agglomeration, lignites low in bitumens, ash and sulfur of the Rhenish lignite species, providing less than 10% of tars for the distillability analysis.
It is in particular for economic reasons that no concern has hitherto been given to the carbonization of such lignites poor in bitumen, because carbonization of such raw materials is extremely uneconomical from the point of view. tar yield. On the other hand, the aforementioned finding, namely, that such a semi-coke constitutes a very interesting gasification coal with a low flashpoint for supplying gas generators, together with this fact that the production costs of such a semi-coke are lower than those of charcoal, radically modifies the economics of the low-temperature distillation of such raw materials poor in bitumen and opens up a new and rich field of application.
Compared to the use of wood and charcoal to supply the gas generators of internal combustion engines, that of the coke proposed according to the invention has on the one hand the essential advantage that these precious raw materials are saved for the industry of fibrous materials and other technical purposes of enhancement, while on the other hand and compared to wood it has yet another no less essential advantage that the installation of a special separator can be dispensed with. whose frequent cleaning does not
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is therefore needed more.
But a very particular advantage resides in that the coke recommended according to the invention ignites at a temperature which is appreciably mons high, even as charcoal, to date the best gasification fuel (at approximately 1600 against approximately 2500 for charcoal) and that it lends itself more easily to gasification, which results in easier starting and greater flexibility of internal combustion engines, and this is a result of capital importance in particular when these are mounted on vehicles,
In addition to the aforementioned advantages, the coke proposed according to the invention offers over other carbonaceous gasification fuels used to date, briquettes, small lignite coke and others,
this particular additional advantage that its use makes it possible to build the gas generator much more lightly and to dispense with protective measures against corrosion and that against these fuels it can be used without difficulty even for gas generators powering internal combustion engines powering vehicles.
The fact that the use of an easily combustible coke of the species indicated recommended by the invention for gas generators of internal combustion engines provides the above-mentioned advantages is to be considered as all the more surprising that, in the case of carbonization of bitumen-rich coal and the fact that relatively large quantities of volatile distillates are released, the decrease in volume of the coal grain after distillation is greater and this consideration should lead to this conclusion that the structure of the products) of the low temperature distillation of raw materials relatively poor in bitumens should be even less strongly relaxed than in the case of small natural lignite coke, which is relatively friable.
But
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precisely, for gasification purposes and as has been said previously, it is apparently much less the internal structure of the coke than the constitution of its surface which matters, and in the case of the coke to be used according to the invention this The composition, unlike such designs which are in principle acceptable in themselves, is appreciably more voluminous and porous than is the case for low temperature distillation residues from coals richer in bitumens, which fact that it allows oxygen from the air to enter much more easily than in the other case.
An easily combustible coke to be used according to the invention to feed the gas generators of internal combustion engines can be prepared, for example, as follows:
First of all dried to the degree desired for the agglomeration of lignite poor in bitumens providing the distillability test according to Fisoher and with respect to the dry substance a rate of 6 to 7%, for example a Rhine lignite from the Cologne berry having an ash content of about 6% and a sulfur content of 0.5%, then it is pulverized fine enough that the lignite dust can pass through a sieve at about 80 mesh per cm 2.
Then, in an agglomeration press with suitable annular cylinders, constructed for working under high pressure, the lignite thus prepared is agglomerated into bars of 120 mm, length, 35 mm. in height and 25 mm. in diameter, in which case very solid pieces are obtained of such compactness that in this state the briquettes are difficult to burn. These briquettes are then carbonized to a temperature of 580 ° C. in distillation furnaces of known construction which operate either by external heating only or by means of superheated purge gases. After distillation, the briquettes are removed in the absence of air and they are cooled.
Depending on the chosen raw material, briquettes are obtained
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carbonized more or less oompates which are particularly suitable for gas generators of internal combustion engines, for example in vehicles.
On the other hand, we made this surprising observation that the semi-coke obtained from lignites poor in bitumen, ash and sulfur of the Rhenish lignite species and which, on carbonization analysis, provide rates lower than 10% tar yield is even more suitable for low temperature distillation if, instead of thoroughly pushing the low temperature distillation of lignite, it is stopped at a temperature below 500 vs.
Consequently and within the scope of the present invention, to supply the gas generators of internal combustion engines, a readily flammable coke will be employed in a particularly advantageous manner, which will have been obtained by incompletely carbonizing lignites poor in bitumens, in particular. ash and sulfur of the Rhenish lignite species and giving the carbonization analysis tar yields of less than 10%, where appropriate after prior agglomeration, the carbonization being for this purpose interrupted at a temperature below 500 vs.
Compared to a fully charred coke from an identical starting coal, such an incompletely charred coke has an even greater porosity and an even more favorable flash point. Thus, for example, the flashpoint of a completely carbonized lignite coke of the above-mentioned species is situated in the vicinity of 1500 C ,, while for a coke obtained from the same lignite but carbonized only up to at a temperature of 4200 c. a flash point of 1300 C. was found.
When lignite of the above-mentioned species is not carbonized as well as incompletely, a tarry residue of about 1 to 2% remains in the coke, the molecular weight of which is
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is high and therefore boils at high temperature. This is why, contrary to all expectations, it has been found that in the gasification of such a coke this tar residue does not give rise, obviously because of its high boiling point, to any taring and that it does not 'is therefore in no way bothersome; on the contrary, it is almost entirely transformed into gas and, consequently, it even improves the energy value compared to the whole of the carbonaceous substance.
It has also been found that when using such an incompletely carbonized coke, starting the generator and maintaining gas production are easier than when using a coke which is otherwise identical but carbonized at finally, the gases produced also appear to behave better in the internal combustion engine with regard to corrosion.