HO + 3 C = 2 CO « + CO + 5 H
4HO + 4C = 4CO + iH.
Le second procédé est bien préférable au premier, car le gaz ne contient plus d'acide carbonique : 36 kilogrammes de vapeur d'eau donnent ainsi, avec 24 kilogrammes de charbon, 4 kilogrammes d'hydrogène et 56 d'oxyde de carbone, soit un mélange composé de deux volumes égaux d'hydrogène et d'oxyde de carbone, mesurant sous la pression de l'atmosphère et à la température ordinaire environ 89 mètres cubes.
Le gaz à l'eau ainsi produit aurait un pouvoir calorifique d'au moins 3.200 calories par mètre cube : mais il n'est jamais pur, étant toujours mêlé d'azote et d'acide carbonique, alors que notre formule n'en indique aucune trace. Voici l'origine de ces gaz inertes : la vapeur d'eau éteindrait le charbon incandescent sur lequel elle passe, si l'on n'y injectait par intermittence de l'air, pour maintenir sa température élevée en en brûlant une certaine quantité: bien que l'on sépare les produits du soufflage, les gaz développés à la suite sont donc mêlés d'un peu d'azote et d'acide carbonique, qui abaissent leur pouvoir calorifique à 2.400 ou 2.800 calories, suivant la manière dont l'opération a été dirigée.
Les mélanges tonnants formés avec le gaz à l'eau ont à peu de chose près le même volume et ils dégagent le même nombre de calories que ceux qu'on produit avec le gaz d'éclairage, attendu que legaz àTeau n'exige que 2 à 3 volumes d'air au lieu de 6: il en
Fig. 12
résulte qu'un moteur développe presque le même travail, qu'il soit alimenté par l'un ou l'autre gaz. Mais les mélanges faits avec le gaz à l'eau sont moins facilement inflammables et il y a lieu d'effectuer plus de compression dans le cylindre.
Trois procédés sont particulièrement en faveur aujourd'hui, ils portent les noms de Tessié du Motay, Strong et Lowe. Les appareils que nous allons décrire conviennent surtout aux grandes installations, mais on les adapterait facilement à l'alimentation des moteurs.
La figure 12 donne une idée complète de l'appareil Strong. A est le générateur: on y fait brûler du charbon, de l'anthracite ou même du coke, qu'on charge en morceaux, soit par les portes latérales P, soit par la trémie T. Un courant d'air forcé pénètre en B, sous la grille, alimente le foyer et chasse les gaz produits dans la chambre A' contiguë, remplie de briques réfractaires, où s'effectue leur combustion et où elle s'achève complètement, sous l'influence des courants d'air
qui partent de G et se mêlent aux gaz combustibles. La combustion est parfaite quand les gaz s'échappent de la seconde chambre A" et gagnent la chambre E. Au bout d'un certain temps, toute la masse de charbon renfermée dans le générateur A est en pleine combustion, au rouge vif, et les briques réfractaires des chambres A' et A" sont chauffées au blanc. On suspend alors Tintroduction de l'air forcé par la grille et par G, et Ton admet de la vapeur d'eau par la prise G. Celle-ci suit maintenant une marche contraire à celle des produits de la combustion : elle se surchauffe au contact des briques, et vient traverser la colonne de combustible incandescent du générateur. Le gaz à l'eau produit est recueilli en D et conduit au gazomètre. La provision de carbone du générateur est maintenue constante par la trémie T, qui distribue du charbon en poudre au moyen d'une vis d'Archimède animée d'un mouvement très lent. Au contact de cette poussière de charbon qui traverse le courant gazeux, la vapeur se dissocie et la réaction cherchée se produit instantanément. On fait de nouveau repasser de l'air de D en E dès que l'incandescence du charbon diminue et que la température des chambres A' et A" s'abaisse au-dessous du rouge blanc. Les flèches pennées de la figure permettent de suivre la marche de la vapeur, les flèches non pennées, celle de l'air.
On produit donc deux sortes de gaz; du gaz à l'eau, quand la colonne de charbon est en pleine incandescence, et un gaz pauvre, contenant encore de l'hydrogène et de l'oxyde de carbone, en notable proportion, mais fortement mêlé d'azote, ce qui diminue beaucoup son pouvoir calorifique. Ce gaz convient bien au chauffage des générateurs de vapeur : ne nous en occupons pas pour le moment, car nous en reparlerons plus loin.
Voici, d'après M. Moore, la composition du gaz à l'eau produit par l'appareil Strong:
Hydrogène 53 volumes
Oxyde de carbone 35 —
Carbures i —
Gaz inertes 8 —
100 volumes
La densité moyenne est égale à 0,S4 ; son pouvoir calorifique ne dépasse pas 2.500 calories par mètre cube et il exige pour brûler complètement 2 volumes d'air (*).
(1) Voir Revue industrielle, 5 janvier 1881 et 10 octobre 1883. Le procédé Sli-ong est exploité par la Yonkers fuel gaz company, et il est désigné quelquefois par ce nom de Yonkers : il est vendu 9 centimes le mètre cube.
Le gaz Lowe a une composition différente : voici les résultats d'une analyse faite par le professeur Remsen.
Hydrogùiie 30 volumes.
Oxyde de carbone 28 —
r^arbures 34 —
Gaz inertes 8 —
100 volumes
Le procédé de fabrication de ce gaz ne diffère pas sensiblement du précédent et nous retrouvons dans l'appareil Lowe le générateur et les surchauffeurs décrits ci-dessus. 11 est fabriqué en grand à Pulman (Illinois): on peut l'employer à l'éclairage, en le carburant, mais il est dès lors difficile d'apprécier les bénéfices d'une semblable entreprise, et, dans ces conditions, le gaz à l'eau ne paraît pas devoir détrôner le gaz de la houille en Europe. Celte question est du reste étrangère au sujet que nous traitons ici.
Le gaz à l'eau a eu un grand succès en Allemagne ; les appareils employés parles ingénieurs allemands ne diffèrent des appareils américains que par quelques modifications de détails, imposées surtout par la nature du combustible mis en œuvre. En Amérique, on se sert d'anthracite, parce qu'on l'y rencontre abondamment et à bas prix: on évite ainsi les escarbilles et les scories et les cuves ne s'obstruent nullement, attendu que ces charbons durs et secs se tassent régulièrement, sans faire voûte; on peut donc prolonger fort longtemps le passage de la vapeur d'eau.,^Sur le continent au contraire, on utilise du petit coke, provenant des fours de puddlage et des fours à souder tout autant que des usines à gaz et des fours à coke. Ces cokes donnent de iO à 25 ^ de cendres et de scories. On est alors obligé de faire de fréquentes injections d'air; déplus, on se voit forcé de protéger les grilles contre l'action corrosive des scories, en ménageant des portes de nettoyage; enfin, on doit abaisser la température des générateurs en les entourant à la base d'une enveloppe à circulation d'eau: il n'en résulte aucune perte sensible, parce que les gaz produits doivent, en toute hypothèse, être refroidis avant d'arriver au scrubber, mais l'opération est moins simple qu'avec les anthracites durs concassés en gros morceaux.
L'usine que MM. Schultz et Kuaudt ont établie à Essenaacquis une certaine célébrité- on y opère par le procédé Strong. Il faut 1 k.,200 de coke pour produire un mètre cube de gaz à l'eau, possédant un pouvoir de 3.000 calories environ. L'état poussiéreux du combustible et la hauteur des cuves nécessite une pression considérable du vent
d'insufflation: ce travail à vent fort impose de placer sur le passage des gaz un registre éjanche, car une introduction d'air dans les conduites pourrait donner lieu à de violentes explosions. On chauffe au vent pendant 10 minutes et Ton met ensuite 5 minutes à fabriquer du du gaz à Teau pur: on recueille à part le gaz pauvre et le gaz à l'eau, mais on pourrait sans inconvénient mélanger ces deux gaz pour actionner un moteur. Dans ce dernier cas, voici quelle serait la composition du gaz obtenu.
On aurait 4,5 mètres cubes d'un tel gaz par kilogramme de charbon et son pouvoir serait d'environ 1.400 calories. La forte proportion d'oxyde de carbone dans ce gaz doit être notée, car c'est une objection qu'on produit souvent contre le gaz à l'eau: on oublie que plus de 100 villes américaines sont éclairées par le gaz à l'eau carburé et que les installations de gazogènes et de moteurs peuvent toujours être faites dans de grands espaces largement ouverts.
En Angleterre et en France, on donne la préférence à une solution mixte de cet intéressant problème de la production d'un gaz combustible à l'aide du charbon incandescent et de la vapeur d'eau. Au lieu de fabriquer tour à toiu" du gaz à l'eau et du gaz Siemens et de les mélanger, on dispose les appareils de manière à obtenir les deux gaz à la fois, non plus par intermittence, mais d'une façon continue. Le résultat de l'opération s'appelle un ffaz pauvre.
C'est à Thomas et Laurens que revient l'honneur de l'invention des gazogènes : voici comment ils opéraient. Le combustible était chargé dans une cuve cylindrique verticale affectant la forme d'un hautfourneau : on l'introduisait par une trémie disposée au sommet du gueulard, fermée par un double couvercle supérieur et inférieur, qui ne devaient jamais être ouverts en même temps ; la trémie ayant été remplie, on rabattait le couvercle supérieur et Ton faisait tomber la charge en donnant un mouvement de bascule à l'obturateur inférieur. La mise de feu étant opérée, on insufflait dans le gazogène de l'air comprimé, par des tuyères établies au pied du fourneau : il se formait de l'oxyde de carbone et les carbures distillaient ; ce gaz était combustible. On découvrit bientôt qu'il y avait intérêt à injecter de la vapeur d'eau dans le foyer ; l'eau était dissociée, son oxygène était combiné au carbone et l'hydrogène venait augmenter le pouvoir calorifique du gaz produit. Thomas et Laurens observèrent qu'il était
utile d'employer de la vapeur surchauffée, qu'on faisait arriver immédiatement au-dessous de la zone des tuyères ; ils proposèrent aussi de faire servir le jet de vapeur à l'aspiration de Tair et au soufflage
du vent. Le poids d'eau était estimé au 5=- du poids de Fair insufflé,
La hauteur de la cuve et, par suite, l'épaisseur du combustible devait être suffisante pour que tout roxygeneoel'air fut employé à produire l'oxyde de carbone : les gaz ne devaient donc pas renfermer d'oxygène, et leur teneur en acide carbonique pouvait rester minime. Nous avons insisté sur tous ces détails pour démontrer que Thomas et Laurens avaient étudié à fond la question des gaz pauvres et qu'ils ont été vraiment les Beau de Rochas des gazogènes. Par contre Siemens en fut rotto.
C'est en 1861 que ce savant eut l'idée d'appliquer les gaz pauvres de gazogènes aux divers chauffages industriels. Son appareil se composait d'une chambre voûtée en briques réfractaires, mesurant environ 2™,40 de hauteur sur 2™,15 de largeur; la paroi antérieure de cette chambre formait un plan incliné à 60** et ^e terminait par une grille à gradins, descendant presque jusqu'au sol.
Le combustible se chargeait par une trémie supérieure pourvue d'une valve d'obturation, empêchant les rentrées d'air et les pertes de gaz : des ouvertures permettaient à l'ouvrier de remuer le combustible à l'aide d'un ringard de forme appropriée et de faciliter sa descente vers le fond de la cuve ; les scories et les mâchefers se retiraient par dessous la grille inclinée. Quant à la vapeur d'eau, eUe était fournie par la libre évaporation d'une certaine quantité d'eau que Siemens faisait couler sur le sol; ce dispositif avait l'avantage de rafraîchir la gïill^ et de contribuer à sa conservation. L'air était soufflé à la partie inférieure ; les gaz s'échappaient par le haut.
Les gazogènes Siemens ont eu un grand succès dans la métaUurgie et la verrerie, pour le chauffage des fours, et on les emploie encore aujourd'hui sous leur forme primitive. M. Krans a publié une intéressante étude sur ces installations et nous y relevons l'analyse d'un
gaz Siemens produit par un mélange de ^ de charbon gras d^Anzin et de
7 de coke.
BN VOLUMK
EN POIDB
CO
Az
M. Boislel donne les moyennes suivantes, dans une communication faite à la Société des Ingénieurs civils.
fl 5,2 à 9,5
CO , 21,5 à 24,0
Az et CO* 61,2 à 64
cm* 1,3 à 2,6
Voici le résultat d'analyses faites par nous.
