AU COKE ET A L'ANTHRACITE

1. Types de gazogènes. — On dontfe le nom de gazogènes à tous les appareils dans lesquels sont produits le gaz à l'air, le gaz à l'eau, le gaz mixte, que nous avons étudiés dans les chapitres précédents. Les gazogènes à gaz mixte retiendront maintenant uniquement notre attention.

Le gaz mixte ou gaz pauvre y est produit par le passage d'un mélange convenable d'air et de vapeur d'eau sur des combustibles, tels que le coke, l'anthracite, les charbons maigres, le lignite, la tourbe, etc.. Mais, en même temps que le gaz pauvre, peuvent prendre naissance des produits volatils (goudrons, sels ammoniacaux), qui sont susceptibles d'arrêter le fonctionnement des moteurs et qui doivent être éliminés par une épuration faite avec le plus grand soin.

Quel qu'en soit le type, un gazogène est composé essentiellement d'une cuve réfractaire avec grille spéciale, d'un vaporisateur avec réglage du débit de vapeur, d'un épurateur destinéà retenir les sous-produits, goudrons, ammoniaque, etc..

Les gazogènes appartiennent à deux classes distinctes, suivant que la pression intérieure est supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique.

Dans le premier cas, ce sont des gazogènes soufflés. L'air et la vapeur d'eau sont injectés dans le gazogène sous une pression capable d'activer la combustion et la circulation du

(i) Nous ne décrirons pas ici tous les types de gazogènes usités. Nous prions le lecteur désireux de connaître tous ces types de se reporter aux ouvrages et mémoires suivants auxquels nous avons fait des emprunts.

J. Desciiamps, les Gazogènes (Paris, Dunod, 1902);

ft.-E. Matiiot, Manuel pratique des moteurs à gaz et des gazogènes (Paris, Béranger, 1904) ;

A. Witz, Moteurs à gaz et à pétrole, t. I ;

R. Schôttler, Neuere Kraftgaserzeuger (ZeitschHft des Vereines deutscher Ingenieure, Bd. XL1X, n° 45, il novembre 1905) ;

Eloy, Gazogènes à gaz pauvres (Bulletin de V Association des Ingénieurs électriciens sortis de Vlnstitut Electrotechnique Montefiove, 1904) ;

Lekcauchbz, Etudes sur les divers gaz combustibles (Paris, Bernard Tignol, 1902);

Wybr, Producer-Gas and Gas-Producers (London, The Engineering and Mining Journal, 1906);

Emerson Dowson and Larter, Producer-Gas (London, Longmans, Green and C°, 1906) ;

Revue de Mécanique (Description de divers types de gazogènes dans les Chroniques de 1903, 1904, 1905, 1906)*

ÊAZOGÈNES AtJ COKE Et A L'ANTHfiÀCITÉ. — GAZOGÈNES SOUFFLÉS ET A ASPIRATION 09

gaz à travers les appareils épurateurs. Pour créer cette pression, on se sert soit d'un ventilateur actionné mécaniquement, soit d'un injecteur de vapeur alimenté par une petite chaudière indépendante. La figure 37 représente un tel gazogène.

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Fio. 37. — Gazogène soufflé.

Dans le second cas, les gazogènes sont dits à aspiration. Le mélange d'air et de vapeur est aspiré au travers du gazogène et de l'épurateur, généralement par le moteur lui-même. On remarquera que, dans ces appareils, il est possible de décrasser le foyer pendant la marche sans avoir à craindre les fuites de gaz dangereuses pour les chauffeurs. Mais la production du gaz ne peut être constante que si, d'une part, le combustible est de composition régulière et n'encrasse pas le foyer, et si, d'autre part, l'aspiration du moteur ne varie pas sensiblement. Un ventilateur sert pour l'allumage.

On voit sur la figure 38 un gazogène de ce type.

2. Première condition de fonctionnement imposée par la nature même des réactions produites. — Le problème qui se pose maintenant à notre attention est le suivant.

Un gazogène à combustion directe, c'est-à-dire dans lequel l'air et la vapeur d'eau arrivent par la partie inférieure de la cuve du générateur, est chargé avec du coke ou de l'anthracite. Quelles sont les conditions d'un bon fonctionnement de cet appareil?

Comme nous lavons dit au début du chapitre îv, le mélange d'air et de vapeur d'eau, en passant sur le carbone au rouge, donne, comme produits principaux, de l'anhydride Carbonique, de l'oxyde de carbone, de l'hydrogène. Les réactions (I) et (II) [Voir au début

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Fig. 38. — Gazogène à aspiration.

(Le ventilateur sert pour l'allumage.)

du chapitre îv] sont exothermiques; les réactions (III) et (IV) sont endothermiques ( ! ). De là résulte immédiatement cette premièrecondition du fonctionnement d'un gazogène : La quantité de chaleur dégagée par les réactions (y) et (II) doit être sup èrieure à la quantité de chaleur absorbée par les réactions (III) et (IV), celle-ci étant augmentée de la quantité de chaleur cédée par conductibilité et par rayonnement aux corps extérieurs au gazogène. Cette proposition a un corollaire immédiat.

3. Limitation de la proportion de vapeur d'eau insufflée. — La quantité de vapeur <T eau insufflée en même temps que l'air dans la cuve cTun gazogène est nécessairement limitée.

4. Comment on peut accroître la proportion de vapeur d'eau insufflée. —

Toutefois on a, comme nous le verrons plus loin, avantage, au point de vue de l alimentation des moteurs, à accroître la proportion d'hydrogène existant dans le gaz combustible produit et, par suite, la quantité de vapeur d'eau mélangée à l'air fourni au gazogène. On obtient ce résultat de diverses manières :

1° En réduisant les chaleurs dégagées par conductibilité et par rayonnement; l'isolement thermique du gazogène a une importance qu'on ne soupçonne pas à première vue et qui a été souvent méconnue ;

2° En utilisant la chaleur dégagée par les gaz chauds sortant du gazogène pour réchauffer l'air qu'on lui fournit ; cette quantité de chaleur vient s'ajouter à la quantité de chaleur dégagée par l'ensemble des réactions (1) et (II) et permet d'accroître la quantité de chaleur absorbée par la réaction (IV) ;

3° En surchauffant la vapeur deau.

Cette surchauffe présente l'avantage de n'envoyer dans le gazogène que de l'eau à l'état de vapeur et non un mélange d'eau liquide et d'eau en vapeur. La décomposition de l'eau liquide eu ses éléments exige en effet, par rapport à la décomposition de leau en vapeur, une absorption supplémentaire de chaleur de 10.800 calories pour chaque molécule deau (18 kilogrammes) ou de 600 calories par kilogramme d'eau.

5. Conditions qui favorisent l'accroissement de la teneur en oxyde de carbone et en hydrogène. — Le gaz produit par le gazogène doit être combustible; il doit donc contenir la proportion la plus grande possible d'oxyde de carbone et d'hydrogène et le minimum de gaz inertes comme l'anhydride carbonique. On a donc intérêt h favoriser la production des réactions (III) et (IV). Les conditions optima dans lesquelles elles se réalisent ont été étudiées dans les chapitres précédents. Nous allons les rappeler ici rapidement.

a) La durée du contact entre les gaz insufflés et le carbone incandescent est un facteur qui a une influence bien marquée sur la proportion des gaz combustibles (CO et H) contenus dans les gaz produits par le gazogène; cette proportion est en effet d'autant plus grande que la vitesse du courant gazeux insufflé est plus faible.

b) La grandeur de la surface de contact entre la couche de charbon incandescent et les

(*) Laurexs et Thomas ont, les premiers, proposé l'introduction simultanée d'air et de vapeur. C'est Ebelmen qui, en 1841, a réalisé cette idée. D'après un grand métallurgiste allemand, Fritz LQrmann, l'étude de cette question des gazogènes a été faite d'une façon si complète par ces novateurs qu'il suffit de lire leurs travaux pour connaître presque complètement l'état actuel de la question. C est de 18 il à 18U qu'Ebelmen a fait et publié ses recherches.

Ebelmen, Annales des Mtnes, 1841 et 1843.

Voir aussi un résumé très bien Tait des travaux d'Ebelmen dans le mémoire suivant.

Fiutz Lùrmann, Etude sur les réactions chimiques i accomplissant dans les gazogènes [Stahl und Eisen, 1903, p. 434 et 515 ; — Moniteur scientifique de Quesneville, 4* série, t. XIX (l r * partie), janvier 19051.

GAZOGÈNES AU COKE ET A L'ANTHRACITE. - GAZOGÈNES SOUFFLÉS ET A ASPIRATION 101

gaz fournis au gazogène a une influence corrélative de la durée du contact entre ces gaz et le charbon. Cette surface doit être d'autant plus grande que la pression d'insufflation des gaz est plus élevée. En particulier, l'épaisseur de la couche de charbon traversée doit être suffisante. Une épaisseur trop faible se traduit par une composition défectueuse du gaz sortant du gazogène et par un excès d'anhydride carbonique.

Cette nécessité d'un bon contact entre le charbon incandescent et les gaz insufflés entraîne cette autre condition que ces gaz doivent traverser la masse totale du combustible. S'ils glissent le long des parois du gazogène ou s'ils s'échappent par des cheminées formées au sein delà masse incandescente, la condition de contact de toute la masse d'air et de vapeur d'eau avec le charbon incandescent n'est pas réalisée, et le gaz obtenu est trop riche en éléments non combustibles.

c) Les réactions (III) et (IV) ne peuvent se produire que si la température à laquelle est porté le charbon est suffisamment élevée; elles sont d'ailleurs favorisées par une élévation de température.

Une allure plus chaude dans la marche du gazogène permet donc de produire un gaz plus riche en oxyde de carbone et en hydrogène.

6. Comment varie la composition du gaz produit lorsqu'on fait varier la teneur en vapeur d'eau du mélange d'air et de vapeur insufflé dans le gazogène. — Il est intéressant de savoir comment, h unetempératuredéterminée et pour une épaisseur donnée d'un charbon dont les morceaux ont une certaine dimension, varie la composition du gaz produit par le passage à, une vitesse connue dun mélange en proportions variables d 9 air etde vapeur eTeai*.Ces]données permettent enefTet de savoir quelle est, pour une allure déterminée du gazogène, la composition la plus convenable du mélange gazeux que l'on doit insuffler pour produire un gaz de pouvoir calorifiqu? maximum. Les expériences faites dans le sens que nous venons d'indiquer ne sont pas nombreuses, et les conditions dans lesquelles elles ont été effectuées manquent un peu de précision. Cependant, d'après certaines expériences de Bunte, indiquées par M.Witz( 1 ), lorsque par kilogramme de coke on ajoute à l'air insufflé des masses de vapeur d'eau variant depuis jusqu'à k *,92, les compositions du gaz produit varient dans les limites indiquées dans le tableau suivant.