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"Perfectionnements apportés aux procédés et dispositifs pour la distillation des matières carbonées".-
La présente invention se rapporte à un procédé pour le traitement des substances carbonées dans le but d' éliminer la totalité ou une quantité quelconque des constituants volatils de ces substances et, lorsqu'il s'agit de charbons, d'obtenir du coke complètement exempt de composés volatils, ou d'y retenir n'importe quelle proportion désirée de composants volatils primitifs. Le coke obtenu s'enflamme et brûle facilement sans donner
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de fumée. On peut extraire une grande quantité d'ammo- niaclue des composants nitrogénés de,la matière que l'on traite.
Des hydrocarbures liquides, appelés généralement des huiles ou des goudrons à basse température, sont ex- traits des matières volatilisées et l'on obtient égale- ment un gaz résiduaire combustible qui peut contenir (ou ne pas contenir) à l'état vaporisé de l'essence dite de "gaz fixes" analogue au point de vue de son poids spé- cifique et au point de vue de sa volatilité à l'essence qu'on produit aux dépens des gaz naturels contenant des hydrocarbures à poids moléculaire relativement élevée, gaz qui, dans les puits à pétrole, se rassemblent entre le tubage et son enveloppe.
L'invention est décrite dans ce qui suit dans ses rapports avec le traitement thermique du charbon, mais il est bien entendu qu'elle est applicable également à d'autres matières premières telles que des schistes pétrolifères, du lignite, de la tourbe, du bois ou d'au- tres matières solides classées, d'une façon générale, comme combustibles, ou bien encore,,/des, matières qui puis- sent produire des combustibles.
La matière première est chauffée dans une cornue d'une grandeur quelconque et on peut effectuer ainsi avec succès le travail mécanique, mais le fonctionnement éco- nomique est favorisé par la mise en oeuvre de volumes considérables . La matière à traiter ou à soumettre à la distillation sèche passe, d'une façon continue, à travers la partie de la cornue où s'effectue la, distil- lation , mais on charge ladite matière par la partie su- périeure et le coke est évacué d'une façon intermittente à la partie inférieure de ladite cornue.
La matière soumise à la distillation est calibrée
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par emblave avant d'être amenée aux.cornues, chaque grandeur étant, de préférence, traitée séparément dans des cornues différentes pour permettre une production plus grande de l'installation, que dans le cas où on alimenterait toutes les cornues avec de la matière de grandeurs diverses mélangées.
On emploie exclusivement de la vapeur surchauf- fée pour le traitement thermique de la matière première.
La chaleur utilisée au cours du traitement est emprun- tée à la vapeur surchauffée, en abaissant son degré de surchauffe, la vapeur qui est évacuée de la cornue étant encore surchauffée, mais à un degré moindre.
La vapeur surchauffée est amenée à une tempéra- ture suffisamment élevée pour distiller les matières volatiles qu'on désire obtenir, sans cependant atteindre une température où l'on pourrait gazéifier une quantité importante, ou même une quantité quelconque de charbon fixe. Cette façon de procéder laisse, à l'état de coke, tout ou sensiblement tout XX ce charbon fixe. On a tra- vaillé à des températures allant de 650 à 870 C. mais aux températures les plus élevées le charbon traversait l'appareil plus rapidement.
Comme la vapeur est la seule source de chaleur employée et comme une partie seulement de la chaleur de surchauffe de la vapeur est utilisable pour la distilla- tion, on n'utilise qu'un pourcentage minime de la chaleur totale de la vapeur dans la cornue.
Une partie considérable de la chaleur totale res- tante de la vapeur évacuée de la cornue peut être utili- sée avantageusement pour produire une parie de la vapeur nouvelle nécessaire pour la cornue ou, de préférence, on peut l'utiliser dans une deuxième cornue travaillant à
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une pression moindre et les chaleurs sensible et la- tente des matières volatiles du charbon peuvent être utilisées de la même façon.
On peut tirer avantage du fait que les vapeurs à pressions différentes se condensent à des tempéra- tures différentes. Les cornues décrites dans ce qui suit peuvent fonctionner en batteries de plusieurs cor- nues, par exemple, en batteries de cinq cornues et cha- que cornue peut être maintenue à une pression différen- te des autres, la première étant maintenue à la pres - sion la plus élevée et chacune des autres cornues suc- cessives se trouvant à une pression de plus en plus bas- se.
La différence de pression entre les cornues doit, de préférence, être telle que la différence entre la température. de condensation de la vapeur et celle des matières volatiles du charbon d'une part, et la tempé- rature de condensation de la vapeur fraîchement produi- te d'autre part, soit égale, ou approximativement égale, entre chaque paire de cornues, la dernière cornue tra- vaillant à la pression atmosphérique ou, de préférence, à une pression inférieure à la pression atmosphérique afin de tirer les plus grands avantages de la vapeur évacuée d'une cornue pour la production de vapeur dans la cornue suivante.
Les vapeurs et les gaz de la pre - miére cornue sont conduits dans un changeur de chaleur où on leur permet de se condenser ; ils abandonnent ainsi leur chaleur à l'eau qui entoure les tubes et ils pro- dui sent de la vapeur muvele, de préf érence, à une pres- sion relativement basse, cette vapeur nouvelle étant con- duite à travers un deuxième surchauffeur à la cornue sui- vante en ajoutant à cette vapeur, s'il est nécessaire, un complément de vapeur.
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Le présent procédé tire avantage également de
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la 1fL#:Lcl1JÙ.fillI: le coke .j'..9JJrllir partie de la chaleur nécessaire pour effectuer la dis- tillation. On peut, dans ce but, diviser la vapeur con- duite à la cornue avant qu'elle n'arrive au surchauffeur.
Une partie de la vapeur passe par le surchauffeur dans la cornue,où elle entre à proximité de son centre, tan- dis que le reste de la vapeur se rend à la partie infé- rieure de la cornue et, par suite de sa marche à contre- courant par rapport au déplacement du coke, elle sous- trait de la chaleur au coke, cette vapeur se surchauf-. fant approximativement à la même température que le res- te de la vapeur surchauffée, pendant le temps qu'elle met à atteindre le point où ce reste de vapeur surchauf- fée est introduit.
La vapeur utilisée pour cette récupération de chaleur peut être de la vapeur humide, car il y a écono- mie de combustible lorsque la vapeur employée pour la récupération de chaleur est engrndée par de l'eau venant en contact avec le coke chaud à la partie inférieure de la cornue, au lieu d'être produite dans la chaudière ou évaporateur.
Sur le dessin annexé la figure 1 est une coupe schématique verticale d'une cornue et%ses accessoires ;
La figure 2 est une vue en élévation d'une bat- terie de cornues et de quelques unes des conduites qui les relient. la charbon calibré ou la matière calibrée que l'on veut traiter est amenée aux cornues par le trans- porteur 1 de forme cylindrique ; la partie supérieure debce transporteur a la forme d'une trémie et sa partie inférieure est pourvue d'un fond à charnière.
Sa capacité est égale au volume de la trémie de chargement 3 Le cou-
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vercle de cornue 2, étanche à la vapeur, est libéré en le faisant tourner de 60 et en le faisant basculer en arrière sur une charnière appropriée 3a Pour faire baisser la pression qui règne à l'intérieur de la tré- mie 3, on ouvre une valve de décharge 30 et les vapeurs sont évacuées dans l'un des évaporateurs suivants à une sensiblement pression/égale à la pression atmosphérique, de façon à ne pas perdre la chaleur des vapeurs d'échappe- ment.
Le transporteur est abaissé ensuite avec sa charge dans la trémie 3'jusqu'à ce qu'il soit à proximité du point où il reposerait sur le fond de la trémie. c'est- à-dire sur le registre 4 ; le fond du transporteur est déclenché alors et ledit transporteur est soulevé, ce qui permet à la charge de glisser dans la trémie de fa- çon à réduire au minimum le frottement du charbon ou de la matière que l'on charge. On suppose que la cornue a fonctionné d'une façon continue pendant l'opération de , chargement, qui vient d'être décrite ; le registre 4 au fond de la trémie est donc fermé, la cornue proprement dite 7,8 étant pleine jusqu'au niveau du registre 4.
La distillation s'effectue d'une façon continue pendant l'o- pération de chargement et le niveau de la charge s'est abaissé graduellement à partir de la face inférieure du registre 4 pour se rapprocher du niveau d'évacuation 6 de la vapeur. Dès qu'on a rempli la trémie 3, ce qui ne devrait pas prendre plus d'une minute, le couvercle 2 est fermé, la valve 30a, reliée à une source de pression relativement élevée, telle que la tuyauterie de vapeur 34 où le séparateur 29, est ouverte afin d'équilibrer partiellement la pression qui s'exerce sur la surface inférieure du registre 4 et on ouvre ledit registre 4, pour permettre le remplissage de la trémie auxiliaire 5 aux dépens de la trémie 3.
La trémie 3 reste ensuite
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fermée à sa partie supérieure jusqu'à ce que le niveau descende de nouveau au dessous du registre 4, l'opéra- tion de chargement étant répétée alorso
Comme la charge se déplace d'une façon continue et ininterrompue à travers la colonne 7,8 de la cornue il convient que le courant de vapeur surchauffée soit amené de sa source d'une façon constante et, pour ce motif, on fixe le débit de vapeur et sa température lors de la mise en marche de l'installation,après avoir éta- bli un équilibre entre la vapeur amenée et la vitesse de chargement.
La colonne 7 de la cornue est, de préférence, en tôle d'acier d'une résistance suffisante pour répondre aux conditions de travail de chaque cornue, conditions qui seront, évidemment, différentes. Cette partie 7 peut avoir un léger fruit vers le bas, comme on l'indique sur le dessin annexé. Les dimensions de la colonne 7 doivent être telles, qu'elles donnent aux morceaux de charbon les plus gros composant la charge, un temps amplement suffisant pour distiller complétement pendant que ladite charge descend à travers la colonne 7,8 et de façon que la vapeur s'échappant de la cornue puisse abandonner une partie de sa chaleur de surchauffe mais rester, néan - moins, surchauffée afin d'éviter la possibilité d'une condensation, appréciable dans la cornue.
L'évacuation de la vapeur se fait par une nour- rice 6 à quatre ou à six embranchements 6a qui assurent l'évacuation de la cornue à des points équidistants tout autour de ladite cornue. Ces embranchements s'élèvent à une distance de plusieurs centimètres à partir de leur point de raccord avec la paroi de la cornue pour empê- cher que de la matière fine provenant de la charge soit entraînée dans le tuyau de vapeur 34 par le courant de vapeurs détendues et de gaz.
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La colonne qui constitue la cornue est la plus chaude au point où l'on introduit la vapeur surchauffée et si l'on isole les parois de la cornue d'une façon convenable pour empêcher les radiations, les parois au- ront la même température en tous points par suite du fait que la vapeur est en contact avec lesdites parois.
Pour éviter que les températures élevées nécessaires pour la distillation n'obligent à arrêter fréquemment l'installation pour réparer la cornue, il convient que les parties des parois de la cornue qui sont exposées aux températures les plus élevées soient construites en une matière susceptible de fournir un lon; usage.
Il est préférable, pour ce motif, d'organiser la cor- nue de façon qu'elle comprenne une partie remplaçable 8 en nichrôme fondu ou en une autre matière réfrac - taire. La partie 8 ne doit s'étendre qu'à une faible hauteur au dessus de l'endroit où est introduite la vapeur surchauffée,
Le mécanisme régulateur de l'alimentation, c'est-à-dire le dispositif 11, comporte deux rouleaux, ou roues, présentant des poches autour de leur circon- férence. Ces poches tournent en sens opposé et en s'é- cartant à leur sommet, de façon que la matière qui passe à travers le dispositif ne soit pas broyée ou désintégrée comme cela se produirait si les rouleaux tournaient dans le sens qui serait nécessaire pour faire passer la matière entre lesdits' rouleaux.
Ceux- ci tournent à une vitesse uniforme et on peut les pour- voir d'engrenages, non représentés, de façon à pouvoir, si on le désire, modifier la vitesse d'alimentation.
Les parties de la colonne qui se trouvent au dessous de l'entrée 9 de la vapeur surchauffée et au dessus de l'entrée 12 de la vapeur saturée, parties
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qui comprennent le tronçon 10 situé au dessus du mé - canisme d'alimentation 11 ainsi que l'espace au dessus du mécanisme 11 de réglage de l'alimentation, consti- tuent des refroidisseurs ou des récupérateurs de cha- leur de l'appareil de distillation. La partie 10 de la cornue doit être longue et on peut la faire tout aussi longue que la partie 7,8.
Le produit déchargé par le mécanisme régula - teur d'alimentation 11 tombe directement à travers le registre 14 qui se trouve exactement au dessus de la
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ment c h&ae n 15, ' trémie de déchargeais, dans laquelle ledit produit tom- be jusqu'à ce que cette trémie 15 soit remplie, ou pres- que remplie, jusqu'au niveau du registre 14. Comme on l'a vu plus haut, de la vapeur saturée à la même pres- sion que la vapeur surchauffée s'écoule dans la section 13 de la colonne à travers l'ouverture 12. Du gaz ad- mis par la valve 31 produit le même effet.
Cette vapeur saturée en remontant à contre-courant, par rapport à la matière traitée qui descend, devient d'abord sè- che et, ensuite, surchauffée. En réglant d'une façon convenable l'arrivée de la vapeur saturée, la vapeur admise par l'ouverture 12 arrive aux ouvertures 9, qui se trouvent à l'autre extrémité, avec un degré de sur- chauffe à peu près égal à celui de la vapeur amenée à partir du surchauffeur représenté schématiquement par 21.
La température du coke sera ainsi abaissée de sa valeur maximum (au niveau indiqué par 8) à la tempéra- ture de la vapeur saturée, température qui correspond à la pression maintenue dans la cornue et, de cette fa- çon, presque toute la chaleur résiduaire emmagasinée dans le coke est soustraite, cette chaleur étant utili- sée pour coopérer à la distillation du charbon dans la
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cornue. ment trémie de décharge/15 est fermée sa partie La trémie de déchargeait est fermée sa partie inférieure par un couvercle 16, qui peut être construit de la même façon que le couvercle 2 du sommet de la tré- ment, , mie 3. La trémie de décharge 5 peut être pourvue éga- lement d'une valve de purge 31 reliée au même tuyau que la valve de purge 30 de la trémie de chargement 3.
Lorsqu'on a fermé le registre 4 après avoir vidé la trémie de chargement 3, la trémie de décharge
15 doit être pleine de la matière ayant subi le traite- ment ; pour ce motif on ferme le registre 14. On ouvre nent ensuite la trémie de décharge/15 en enlevant le couver- cle inférieur 16 après avoir ouvert momentanément la valve de purge 31, qui correspond à la valve de purge
30 de la trémie 3, et'on permet l'évacuation de la char- /on ouvre ge.
On ferme rapidement le couvercle 16,/la soupape 31a momentanément qui correspond à la soupape 30a de la trémie 3 pour ré- ment tablir la pression dans la trémie de décharge/ et on ou- vre le registre 14 afin de permettre à la matière qui a subi le traitement, et qui s'est rassemblée au dessus du registre 14, de tomber dans la trémie de décharge - ment 15
Le tiroir 19 de distribution du courant de vapeur est à action rapide et peut faire varier en toutes pro - portions le courant de vapeur qu'on dirige vers les dif- férents orifices d'entrée de vapeur 12 et 9.
Ce tiroir, ou distributeur, est spécialement indiqué pour être ins- tallé derrière une vanne principale de vapeur 18
On peut pulvériser de l'eau au moyen du tuyau 33 dans le courant de vapeur introduite dans la cornue à travers l'orifice 12, afin que cette eau soit évaporée par le coke, mais la quantité d'eau ainsi pulvérisée doit être telle, que le coke ne retienne pas d'humidité
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libre. il est préférable d'employer de la vapeur satu- rée chargée d'eau pulvérisée.
Lorsqu'on emploie du char- bon débarrassé partiellement de ses matières volatiles ou un combustible brûlant sans fumée, on obtient les meilleurs résultats quand ce charbon n'est pas mouil- lé et, pour ce motif, il peut y avoir inconvénient à introduire trop d'eau avec la vapeur dans la cornue, parce qu'elle pourrait laisser trop d'humidité dans la matière qu'on a à traiter. Le mélange de vapeur et de gaz est évacué de la cornue par le tuyau 34 dans un appareil de transmission de chaleur, chaudière à gaz perdusou évaporateur 26. On conduit de l'eau provenant du réchauffeur d'eau d'alimentation de l'installation à vapeur, ou d'une autre source quelconque avantageuse d'eau chaude, dans l'évaporateur 26 au moyen du tuyau 27.
Au titre d'illustration, on a indiqué ce tuyau pour- vu d'ailettes 35 conductrices de la chaleur. Des de chicanes annulaires 36 s'étendent vers l'inté- rieur, entre les ailettes, à partir des parois de l'é- changeur de chaleur 26. En règlant convenablement le débit d'eau, on arrive à condenser pour ainsi dire tou- tes les vapeurs et à refroidir le gaz ; en résulte qu'on produit de la vapeur aux dépens de l'eau et on utilise cette vapeur dans la cornue suivante.
La pro- duction de vapeur dans chacune des cornues qui suit la première peut être effectuée de cette façon et, afin de réaliser la transmission nécessaire de chaleur pour la production de la vapeur, il faut maintenir une diffé- rence de température, dans les évaporateurs 26 entre les vapeurs et gaz entrants et la vapeur nouvelle pro- duite qui sort, ce qu'on réalise en maintenant des pres- sions correspondantes. Ce réglage de la pression est assuré par une valve automatique régulatrice de pression 280
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Dans l'exemple représenté sur le dessin(figu- re 2) qui comprend cinq cornues disposées l'une après l'autre, les pressions diminuent successivement dans les cornues de gauche à droite.
Si l'on désire dans un cas quelconque amener les pressions dans certaines cor- nues au dessous de la pression atmosphérique, il est nécessaire d'employer des pompes à air 37, comme on l'a indiqué pour la cinquième cornue. Les pomes à air aspirent les gaz fixes et les décharge à la pression extérieure qui est plus élevée, ou bien contre la pression plus élevée encore d'une canalisation.
On décharge dans chacun des séparateurs 29 le mélange de produits condensés et de gazrefroidis sous la pression qui existe dans l'évaporateur correspondant.
Le volume prévu est suffisant pour assurer tout le temps nécessaire à la séparation la plus nette possible du gaz,de 1'hile/de l'eau. On peut recueillir le gaz dans un ré- servoir ou laveur 38 et on peut l'utiliser à n'importe quel usage voulu. On peut raffiner l'huile et l'eau con- densée peut être traitée pour la récupération des ma- tières utiles qu'elle contient, principalement des pro - duits azotés.
On a chauffé du charbon du district de Castle Gate (Utah) par de la vapeur entrant à une température de 593 à 815 C. dans une cornue à alimentation conti- nue, conformément au procédé décrit plus haut. Une très grande partie de la chaleur provenant du produit chauf- fé a été récupérée. A cette température il ne s'est pro- duit aucune décomposition, ou très peu de décomposition, des hydrocarbures ou des autres matières volatiles. Le charbon a produit de l'huile à raison de 132 litres 1/2 d'huile par tonne de charbon.
Cette huile a produit par distillation fractionnée : Carburant pour moteurs.............. 22%
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huile lourde pour moteurs.............. 22 %
Produits de "cracking"................. 2b % le reste étant constitué par de l'huile de graissage, des cires de distillation et un résidu de brai. On a séparé d'un lot d'huile brute 20 % d'acides de goudron appropriés pour des opérations de flottage sous forme de mousse et pour la conservation des bois.
Deux essais différents, faits avec du tout-venant du carreau de deux mines différentes de charbon, ont don- né des résultats analogues par distillation à la pression atmosphérique et à des pressions plus élevées que la pres- sion atmosphérique. Le charbon a donné en par tonne m3 a de gaz a 8447 calories par m3 Le gaz contenait très peu de matières photogènes riches en hydrocarbures de pétrole et en hydrogène. On pouvait allumer le charbon résiduaire aussi facilement que le charbon primitif et, dans des conditions favorables, on pouvait même l'allu- mer à l'aide d'une allumette.
On a obtenu un charbon qui pouvait s'enflammer tout aussi facilement en partant d'un anthracite commercial américain, du marché de Pittsburgh, la pe - tite quantité d'huile et de gaz produite n'ayant pas été recueillie. Dans cet essai on a éteint le charbon pro- venant de la cornue au moyen de vapeur sèche pour empê- sans cela /eu cher la combustion spontanée sans cele se déclarer et cette façon de procéder n'a pas em- pêché le charbon de s'enflammer facilement.
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