Brevet FR2497819A1 — publié le 19820716

La présente invention concerne un gazogène permettant la fabrication d'un gaz utilisable dans le moteur à explosion ou le moteur diesel. On connait déjà des gazogènes produisant un mélange de gaz carbonique C02 et d'oxyde de carbone CO,avec de l'azote N2,à partir du charbon.Ils ont été largement utilisés lors de la deuxième guerre mondiale.Cependant,on a cherché à valoriser d'autres sources d'énergie,car même le charbon devenait relativement rare dans les pays occidentaux.On a donc pensé à utiliser le bois comme combustible.Les gazogènes à bois classiques sont constitués en général d'une trémie qui contient le bois,d'un foyer,d'une amenée d'air de combustion,d'une conduite de départ des gaz,de dépoussiéreurs et refroidisseurs des gaz qui sont amenés ensuite dans le moteur, par l'intermédiaire d'un compresseur.La production des gaz se fait en plusieurs temps.Le carbone est transformé en gaz carbonique selon une réaction exothermiques Puis le carbone à haute température réduit le gaz carbonique selon une autre réaction exothermique: On obtient le gaz pauvre qui contient aussi une forte proportion d'azote provenant de l'air. Avec de la vapeur d'eau, le carbone agit sur celle-ci selon des réactions fortement endothermiques: Ces réactions refroidissent la masse et,au-dessous de 70sec, elles n'ont pratiquement plus lieu.C'est pourquoi tous les gazogènes à bois connus sont conçus pour être utilisés avec du bois sec.Cette condition est particulièrement difficile à obtenir et le bois contient toujours une quantité importante d'eau,même après un temps de séchage long et passage à l'étuve. Ces dernières opérations sont coûteuses et augmentent donc le prix de revient du combustible. La combustion du bois entrain en outre la formation de goudrons et d'acide pyroligneux.Pour réduire ces corps, plusieures solutions ont été envisagRes.On a donné en particulier une forme en "diabolo" au foyer, ce qui créé un rétrdois- sement par lequel tous les gaz sont obligés de passer et les goudrons sont alors craqués.En pratique, dans ces gazogènes connus, il reste encore une proportion importante d'impuretés et on enregistre de ce fait des usures rapides du moteur.De plus,avec de tels gazogbnes,on ne peut utiliser que du bois et non des végétaux, car alors la production diacide pyroligneux,corps difficile sinon Impossible à éliminer, est top importante. Mais le bois reste encore une source d'énergie qui,bien que bon marché,et importante dans les pays à vastes fôrets comme la France,la Norvège ou la Suède,a tendance à se raréfier dans les pays méditerranéens.Cependant,dans les régions où l'on cultive le maïs en grandes quantités,les agriculteurs. après séchage des épis,récoltent les grains.Il leur reste alors la partie centrale de l'épi,appelée rafle.Les raies sont inutilisées et brûlées.Il serait donc particulièrement intéressant de disposer de gazogènes brûlant des déchets de végétaux tels que les rafles. Par ailleurs,dans les gazogènes @ourants,le comhustible a tendance à se tasser et à former une voute au-dessus du foyer,ce qui entraîne une mauvaise combustion.Les suspensions des véhicules munis de garogènes sont bonnes et les r@utes étant bombées,il ne se produit pas de @@hots qui pourraient faire descendre les morceaux de bois.Il est donc nécessaire d'ouvrir la porte par laquelle on introduit le combustible et de pousser le bois à l'aide d'une barre de fer.Cette manipu- lation est très dangereuse pour l'ouvrier qui l'effectue car les risques d'explosion sont importants- L'invention vise à liiner tous les inconvénients énumérés ci-dessus. Un but de la présente invention est donc de fournir un gazogène fonctionnant correctement au bois,éventuellement humide,ou avec des rafles de maïs. Un deuxième but de l'invention est d'augmenter le rendement d'un tel gazogène,en augmentant la puissance @alo- rifique des gaz et leur pouvoir d'explosion. Un autre but de l'invention est d'avoir un contrôle sur le foyer,sans avoir à monter sur l'appareil pour accéder à l'ouverture d'alimentation en combustible. Pour parvenir à ces buts,l'invention est telle qu'un gazogène comportant un foyer constitué d'un cône inférieur délimitant une zone de réduction,d'un cône supérieur inversé délimitant une zone d'oxydation et une zone de craquage,est muni en outre d'un moyen de chauffage,à plus de 700 OC,de la zone de réduction,de préférence à 1000 OC,et d'un moyen d'élimination des acides et des goudrons volatils,ainsi que de l'eau en excès,lesdits moyens faisant partie intégrante dudit gazogène. Le moyen de chauffage est par exemple un chemisage externe entourant le foyer.Ainsi le foyer est maintenu à une température de 1000 OC environ et les réactions de production d'hydrogène qui sont très endothermiques,ont lieu.La vapeur d'eau contenue dans le combustible se transforme en hydro gène.Le gaz obtenu est beaucoup plus riche en produits combustibles(C0 et H2)et son pouvoir calorifique et explosif est ainsi beaucoup plus élevé que celui du gaz obtenu à partir de gazogènes courants.De plus,l'eau contenue dans le combustible est transformée en vapeur d'eau qui est consommée et on peut ainsi utiliser des matériaux humides.Il est probable que l'air de combustion est chauffé aux environs de 200 OC,quand le gazogène est en cours de fonctionnement,car le foyer est maintenu à une température voisine de 1000 OC.I1 est possible de maintenir cette température du fait que l'air de combustion est insufflé par des tuyères situées environ à mi-hauteur du cane supérieur délimitant la zone d'oxydation.Les tuyères sdnt de préférence au nombre de six. On élimine l'eau en excès au moyen d'un plateau de distillation situé au sommet du gazogène.Ce plateau a aussi pour fonction d'éliminer les acides pyroligneux et les goudrons volatils.La vapeur d'eau qui n'est pas entrée en réaction avec les combustibles portés au rouge dans le foyer ne gène donc pas les réactions. Le combustible est du bois sec ou non ou bien des rafles de mais en mélange ou non avec le bois.Ainsi,grtce au gazogène selon la présente invention,on valorise les déchets de l'agriculture On prévoit en outre une ouverture située juste au-dessus du foyer.Gråce à cette ouverture,on peut faire tomber le combus -tible dans le foyer.Par ailleurs, cette ouverture,à l'endroit où elle est située n'entraîne pas de risque d'explosion lors de cette dernière manipulation. La présente description,en regard de la figure unique annexée à titre d'exemple non limitatif,permettra de mieux comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Le gazogène selon la présente invention, représenté en coupe sur la figure,est constitué d'une enceinte cylindrique métallique 1,d'une porte 2 par laquelle on introduit le bois ou les rafles de mas,d'un foyer constitué d'un cône supérieur 5 doxydation.Un cône inférieur 3 délimite une zone de réduction 12 et est muni d'une jupe 4 inclinée vers l'intérieur. Le craquage se fait dans la zone 16 située au bas 11 de la zone 13 de combustion ou oxydation. La porte 6' ferme l'ouverture 6 qui permet le contrôle du foyer et l'allumage.ta porte 7 est utilise pour enlever les cendres qui se déposent sur la grille 8 que l'on peut secouer à l'aide de la tirette 9 ou à distance à l'aide d'une commande électrique. Le gazogène comporte un plateau de distillation 17 situé à l'extrémité supérieure de l'enceinte l.De plus,les tuyères 10,en général au nombre de six, permettent d'insuffler de l'air dans la zone primaire 13 de combustion. Le dispositif comporte urt chemisage 17 et une conduite 18 pouvant se désolidariser d la tuyères l'Pide du joint 19. L'eau en excès, les acides et les goudrons sont recueillis par la conduite 20 et rejetés par la vanne 21.On peut prévoir des gouttières intermédiaires 25 qui recueillent les goudrons plus lourds. Le circuit d'amenée 21 du mélange gazeux au moteur 22 comporte un épurateur 30,un filtre anti-retour 23 et un dépoussiéreur-refroidisseur 24. Le fonctionnement du gazogène selon l'invention est le suivant t On introduit par le porte 2 du tois humide ou non,débité en morceaux de grandeur adéquate par un broyeur.Ce genre de broyeur à grand rendement existe actuellement sur le marché. Le bois provient de têtes d'arbres ou de branches abattues. régulièrement pour l'entretien annuel des forêts.On peut introduire aussi des rafles de mais seules ou en mélange avec les morceaux de bois.Les rafles proviennent des épis de maSs séchés sur "crib" par l'action du soleil et du vent.Après huit ou dix mois de séchage,on sépare le grain de la rafle.Cette dernière contient encore une partie non négligeable d'eau. De plus elle possède un grand pouvoir calorifique.Ce combustible est équivalent à 300 1 de gas-oil à la tonne.0r,on obtient un minimum de deux tonnes de rafles de mars à l'hectare. On allume ensuite le gazogène à l'aide d'une torche imbibée d'alcool à briller ou avec du métaldéhyde qu'on enflamme etque l'on introduit par la porte 6 ou par l'une des tuyères, après avoir fait tourner la conduite 18. On referme ensuite ~~~~~~~ la porte d'allumage.Les végé taux se trouvant dans la zone de combustion 13 vont commencer à brûler sous l'action de l'air qui pénétre,selon la flèche 26, et par l'intermédiaire des tuyères 10,dans la zone primaire de combustion 13.La température du foyer s'élève,mais la composition du gaz synthétisé n'est pas encore suffisamment bonne pour permettre la liaison au moteur.Celle-ci est donc interrompue jusqu'à ce que la température de la zone primaire 13 soit environ de 1000 C.Les gaz qui passent dans la zone de réduction 12 selon la flèche 27,sont réduits.La température de la zone de réduction est supérieure à 700 C,du fait du chauffage de la couronne d'air compris entre la chemise 17 et l'enceinte 1 proprement dite du gazogène.Cette couronne d'air permet aussi de refroidir les gaz formés qui montent selon la direction de la flèche 28.Un autre avantage du chemisage est donc de refroidir l'enceinte 1 du gazogène et pae conséquent d'éviter des risques de brdlures en touchant le corps du gazogène.La réduction du carbone par l'eau se fait bien et on obtient de l'hydrogène dans le mélange final.0n voit donc que dans la zone 13, il se produit du dioxyde de carbone qui est non combustible et que dans la zone 12 a lieu une réduction du carbone par l'eau avec formation de monoxyde de carbone et d'hydrogène,gaz de forte puissance calorifique et de grand pouvoir d'explosion. Par ailleurs,dans la zone 16 a lieu un craquage des goù drons les plus lourds et des composés organiques provenant des matières vdgétales.Les goudrons les plus volatils ainsi que l'acide pyroligneux montent selon les flèches 28 et 29, pour parvenir ala goutike toù ils se condensent. L'eau contenue dans le combustible s'évapore du fait de la chaleur du foyer et une partie se condense sur les plateaux 25,puis est éliminée par la conduite 20 et l'eau,les acides et les goudrons volatils sont rejetés à l'aide du robinet 21. Quand le mélange gazeux est d'une composition adéquate, on l'envoie dans le moteur en mettant celui-ci en route.Il règne alors une dépression de l'ordre de 0,1 à 0t4 Bar à l'intérieur du gazogène.0n évite donc tout risque d'explosion. L'ouverture 6 fermée par la porte 6 permet le contrôle sur le foyer sans avoir à monter en haut de l'appareil ni à ouvrir la porte de chargement en combustible.On peut par cette ouverture passer une tringle de fer ou autre pour enfoncer le bois ou la rafle et détruire la voute qui serait susceptible de se former.Tout accident est ainsi évité Le gazogène selon l'invention peut être utilisé pour un moteur à explosion classique. Cependant,de nombreux moteurs de vehicules agriccles ou engins utilisant des moteurs de grosse puissance sont équipés de moteurs diésel.0n peut les munir d'un gazogène selon la présente invention et leur fournir un mélange gasSoil/gaz de gazogène,moyennant l'adaptation d'un régalage à main de l'injection sur chaque type de pompe. REVENDICATIONS. l.Gazogène comportant notamment un foyer constitué d'un cbne inférieur(3) délimitant une zone de réduction(l2) et d'un cône supérieur(5) inversé délimitant une zone d'oxydation (13) et une zone de craquage(l6),caractérisd en ce qu'il est muni d'un moyen de chauffage à plus de 700 OC de la zone de réduction,et d'un moyen d'élimination de l'eau en excès. 2.Gazogène selon la revendication l,caractérisé en ce que le moyen de chauffage de la zone de réduction est un chemisage disposé autour du foyer.au niveau de la zone de réduction(l2). 3.Gazogène selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce que la zone de réduction (12) est chauffée à 1000 OC environ. 4.Cazogène selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que le moyen d'élimination de l'eau en excès est un plateau de distillation (l/)situé au sommet du gazogène. 5.Gazogène selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de la zone d'oxydation et de la zone de craquage est maintenue à 1000 OC environ. 6.Gazogène selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des tuyères d'insufflation(l0) d'air de combustion chaud,de préférence au nombre de six, situées environ à mi-hauteur du cône d'oxydation. 7.Cazogène selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combustible est du bois humide. 8.Cazogène selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on utilise comme combustible des rafles de mars. gazogène selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le combustible est un mélange humide de bois et de rafle de mars. 10.Moteur équipé d'un gazogène selon l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que ledit gazogène lui fournit un mélange gazeux à forte proportion en hydrogène et monoxyde de carbone.