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"PROCEDE et APPAREILS pour le TRAITEMENT de
MATERIAUX CARBONACES"
La présente invention a pour objet un procédé continu pour 'le traitement de charoon finement divisé -dans le but d'en effectuer la carbonisation sans pro- duire aucune agglomération notable des particules et pour gazéifier totalement ou partiellement, au cours du même procédé continu, les particules de charbon, effectuant ainsi la séparation des cendres et des cons- tituants combustibles. L'invention a également pour objet un appareil dans lequel on applique ce procédé.
Le charbon à l'état finement divisé.est intre- duit par gravité dans une zône de onauffage dans laquelle il est soumis progressivement à des tempéra.-. tures de plus en plus élevées, le onauffage étant conduit de telle façon que la chaleursoit appliquée graduellement et aussi uniformémentque possible
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pendant une durée suffisante pour permettre la carbo- nisation et le déplacement des'fractions distillables du charbon vers les parties plus froides de la zone de chauffage sans qu'il se produise une agglomération des particules résiduelles de carbone.
On évacue en outre les imorûlés du charbon, si l'on effectue une gazéification complète du charbon dans la zône de chauffage, ou les particules résiduelles de carboné et les imbrûlés si l'on n'effectue qu'une @ gazéification partielle, à travers une fermeture hydrau- lique'placée à l'extrémité d'évacuation de la chamore, La vapeur dégagée par suite ou contact entre le carbone chaud' et les imbrûlés ou ces derniers seulement et l'eau est utilisée pour transmettre la chaleur des surfaces de chauffage des parties'les plue chaudes de la chambre au charbon qui se trouve dans les parties plus froides.
On produit en outre du gaz à l'eau en utilisant, au moins partiellement, les particules carbonisées sur les quelles, après qu'elles ont été amenées à l'in- candescence dans les parties les plus cnaudes de la chambre, on fait arriver la vapeur,
La présente invention prévoit également une modification du procédé consistant en la gazéifica- tion complète des particules de carbone qui auosistent après le départ des fractions distiliables de charbon, la gazéification produi-ce par l'action de la vapeur étant remplacée par des quantités déterminées d'air* ou d'oxygène, de sorte que l'on ootient un mélange de gaz à l'eau et de gaz de gazogène, soit aveo ou sans les produits de la distillation dégagea au début du traitement,
soit avec les gaz restant/après
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que les parties condensables ont été enlevées.
Un autre objet de l'invention consiste à prévoir 'des moyens pour empêcher de façon effective l'entrée d'air dans la zône dé chauffage -aussi bien à l'entrée qu'à la sortie- sauf à la produire dans des conditions contrôlées lorsque l'on obtient le gaz à partir du rési- dû carbonisé,
L'invention prévoit également des moyens perfectionnés pour 1'introduction par gravité du charoon -de la chambre de façon à être assuré que la charge sera repartie d'une façon sensiblement uniromme sur la sur- face transversale totale de-la chambre,
Des moyens sont égaleme-nt prévus pour effectuer le déchargement ininterrompu et continu du matériau solide résiduel en bas de la chambre par l'intermédiaire d'une fermeture hydraulique*
L'invention prévoit également une chambre par- fectionnée et des moyens pour transmettre la chaleur d'une façon uniforme et progressivement au matériau car- bonacé qui s'y trouve contenu,
D'autres caractéristiques et avantagés de la présente invention apparaîtront au cours de la descrip- tion détaillée qui va suivre:
Sur les dessins annexés à titre d'exemple non limitatif on a représenté ;
Figure 1 une coupe partielle verticale et une élévation latérale d'un appareil utilisant le nouveau procédé et dans lequel se retrouvent les principales caractéristiques de l'invention.
Figure 2, une-coupe partielle vert cale suivant ma ligne 2-2 de la fig. 1 et une élévation latérale.
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Figure 3, une coupe horizontale suivant la ligne 3-3 de la figure 1.
Figure 4, une coupe de détail suivant la ligne 4-4 de la figure 1. et figure 5, unecoupe suivant la ligne 5-5,de la figure 4.
Sur les dessins, 10 représente d'une façon générale un appareil à carboniser permettant l'applica- tion du procède suivant la présente invention, L'appa- reil comprend une chambre verticale 12 comportant les parois latérales 14 et les parois extrêmes 16. A travers la chambre 12, passent une pluralité de tubes 18 qui débouchent à leurs extrémités dans des compartiments 20 formés entre les parois latérales 14 et les parois externes 22; à travers ces tubes passent les produits de la combustion des oruleurs à gaz 24 disposés près de la base de la chambre.
Les compartiments 20 de cnaque côté de la cham- bre sont divisés par des'cloisonnements verticaux 26 et horizontaux 28 en une pluralité de volumes élémen- taires 20a - 20h de façon que les gaz de chauffage traver- sent d'avant eu arrière les tubes 18 suivant une cir- culation à contre-courant par rapport au charoon qui descend dans la chambre 12. Comme on le voit sur la figure 3, une seule chambre de combustion 30 est prévue de chaque côté, commune à tous lees brûleurs d'un même côté.
Ainsi qu'on la voit plus clairement sur les figures 2 et 3, les gaz provenant de chacune des chambres de combustion 30 traversent les tubes d'une section verticale de la chambre puis e la suivante de façon à obtenir la circulation ascendante à travers la chambre., dès gaz provenant des chambre de combustion
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respectives. Pour éviter une rencontre et un mélange des -gaz*provenant d'une chambre de combustion avec ceux de 1'.autre, on a prévu des cloisons 32 dans chaque 'chambre-de combustion. Les gaz provenant des brûleure directement opposés aux parties des sections verticales des tubes communiquant avec la' chambre de combustion qui bontient ces brûleurs dont conduits directement dans les rangées inférieures de tubes de cette section.
Les gaz provenant des brûleurs voisins qui sont apposés aux cloisons voisines 32,.contournant ces oloisons, se mélangent aux gaz provenant des brûleurs précédente et sont conduits avec ces derniers dans les tubes inférieure des sections verticales voisines. Naturellement la présence des cloisons 32 permet de doubler le nombre des brûleure que l'on peut convenablement disposer de chaque coté de la chambre, assurant, ainsi l'utilisation pratiquement complète de l'espace réservé à la combusties tion de chaque côté de la chambre. Un peu de chaleur pourra être transmise à travers les cloisons des gaz de la combustion aux gaz chaude traversant les chambres voisines 20a et provenant de la chambre de combustion opposée.
Une trémie ou chambre d'emmagasinage du cnarbon
34 est prévus à la pa.rtie supérieure de la chambre.
L'ouverture- de déchargement de cet-ce trémie aura de préférence la même section transver que -La chambre et sera fermées par un ou des registres coulissants 36, on en a représenté deux sur le dessin, Ces registres, dans ke oas actuel., sont actionnés parorémaillère et pignons 38 avec chaîne de commande 4 On pourra naturellement employer tout autre dispositif,
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Normalement, dans la conduite du procédé, les portes 36 sont maintenues complètement ouvertes pour permettre l'alimentation et la distribution du charbon sur la surface transversale totale de la chambre, unifor- mément et entièrement par gravita
Des séries de tubes de décharge 42 sont placées à la partie supérieure de la chambre.
La rangée au- périeure de tubes, telle qu'on l'a représentée est reliée à un ventilateur d'aspiration'44 de type convenable dont le rôle est d'aspirer l'air qui pourrait être introduit avec le charbon dans la. trémie d'emma- gasinage 34 de façon à empêcher qu'il se mélange aveô les produits de la distillation. Les autres séries de tubes 42 sont reliées à des canalisations convenables 46 qui les mettent en communication par un collecteur 48 avec un condenseur 50,dans lequel les parties condensa- bles des éléments distirlablee du charbon peuvent être séparées des gaz stables.
Si on le désire, on peut xéunir la rangée supérieure des tubes de décharge 42 au condenseur 50 ou au ventilateur d'aspiration 44; dans ce cas des dispositifs de valve de type convenable peuvent être prévus pour diriger les gaz dégagés, ' au moyen de cette rangée de tubes, soit sur le conden- Beur, soit sur le ventilateur 44. Cette disposition est à recommander pour le traitement des charbons à forte teneur en matières volatiles.
A l'extrémité d'évacuation de la chambre est prévue une fermeture hydraulique 52. On a disposé en dessous du niveau normal de -L'eau un transporteur ou cuve de déchargement 53 dorme d'une pluralité d'ar- bres 54 sur lesquels sont montés des lames 56, disposées
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de façon à déplacer les particules carbonisées et les cendres provenant de l'extrémité inférieure de la colonne descendante de la chambre pour les amener sur un transporteur commun de déchargement 58. On a. représenté les arbres 54 et les lamés 56 dans des auges longitudinales 60.
Comme il ressort du dessina le transporteur de déchargement 58 comprend deux arbres
54 et leurs lames 56, montées dans des auges 60, l'en- semble étant disposé à angle' droit par rappott à la ouve de déchargement située en dessous et sensiblement au milieux. Si on le désire, le transporteur de déchar- gement peut être placé à une extrémité de la cuve de déchargement ou bien l'on peut employer des transport- teurs distincts placés à chaque extrémité ou dans toutes autre position.
Da,s la disposition qui a été représentée il y a lieu de remarquer que les lames 56 de chacun des arbres 54 du transporteur ont une orien- tation inverse par rapport au transporteur centra de sorte que les particules oaroonisées résiduelles et les cendres, ou ces dernières seulement, au moment de l'évacuation soient amenées de chacune des extrémités de la chambre vers le centre.
Le transporteur de déchargement 58 conduit le matériau évacué latéralement par rapport à la chambre en un point extérieur aux cloisons latérales de cette .dernière et l'amène dans une auge d'où il est extrait par une drague ou ùn élévateur 62 de type approprié qui l'élevé au-dessus, du, ni-veau de l'eau d'où il est distribué de façon convenable, Sur la figure 1,
le transporteur 62 décharge le matériau dans un broyeur à meules 64 d'oeil est'conduit dans un mélangeur'66
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dans laquel s'effectue la séparation des' imbrûlés ' et des particules résiduelles carbonisées ainsi que l'agglomération par de l'huile de façon à.obtenir des aggrégate analogues à ceux qui ont été décrits dans "le brevet belge N 287.437 Le niveau de l'eau est maintenue à une hauteur convenable grâce au trop-plain da condenseur par - l'intermédiaire du tube 68,
Afin d'obtenir un meilleur contrôle du taux de chauffage du matériau carbonacé dans la chambre,
on a prévu des moyens pour réintroduira clans les cnam- bres de combustion 30 une partie des gaz relativement froids sortant des chambres 20a à l'extrémité supérieure de l'appareil et pour les mélanger aux produits de la combustion qui se dégagent au voisinage des brûleure 24,
Ces moyens consistent en un tube de retour 70 joignant la canalisation d'évacuation 72 à la conbuite 74 près de la base de l'appareil; de là, les gaz sont réintroduits dans la chambre de combustion 30 par une pluralité de branchements 75. Le contrôle de la quantité de gaz et de la vitesse de circulation est obtenue'au moyen d'un registre coulissant 76 et d'un ventilateur d'aspiration 78, entraîné par un moteur vitesse variable ou toute autre source d'énergie non représentée.
Afin d'obtenir une plus grande souplesse de fonctionnement en ce qui concerne la transmission de la chaleur à la cnamoren on a disposé dans les cloisons 22 des dérivations 80, de sorte que les gaz chauds peuvent être dérivés à volonté des chambres @
208, 20d, 20e, et 20f et envoyés dans lescanalisations - - les cloisonsz122 de dérivation 82 forméesentre les cloisons 22 et 84.
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Les gaz ainsi dérivés montent dans les canalisations 82 .. et sedégagent par les ouvertures 85, comme on l'a représenté,.dans les'chambres adjacentes 20h d'où ils sont.extraits avec les gaz circulant dans ces chambres et provenant des rangées de tubes avec les- quelles elles coincident pour aboutir dans:la cana-. lisation de décharge 72 par les ouvertures 86, ou bien août.conduits directement des canalisations de dérivation dans les canalisations de décharge 72.
..Il , a lieu de remarqueique les canalisations 72 aboutissent à une cuve non représentée.
Des 'portes 88 pour le nettoyage sont disposées à la partie inférieure des canalisations de dérivation
72 et permettent de retirer les cendres et les parti- cules de poussière qui auraient pû s'y déposer.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté une série de tubes d'abduction d'air 80 à la partie inférieure de la chambre; à travers les parois @atérales
14. Ces tubes sont reliés à des canalisations princi- pales 92 an liaison avec un ventilateur non représen- té.
On a représenté sur la figure 2 une canalisa- tion secondaire 94 réunie à la canalisation 48 en un point situé entre le point d'arrivée du tube de déchar- ge inférieur 46 et le condenseur 50. En agissant de façon convenable sur les valves 96 et 98, on a la possibilité de diriger les gaz dégagés et les vapeurs sur tout appareil de combustion approprié.
La suflene de fonctionnement du procédé peut être augmentée , principalement lorsque l'on désire rassem- bler les vapeurs distillables, les gaz, le gaz a l'eau et le gaz de gazogène, ou ce dernier, séparément,
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en munissant d'une valve 100 la danalisation située entre la conduite 48 et la tubulure inférieure 46 et extrayant les gaz qui y parviennent pour les conddire par des canalisations convenaloes jusqu'à, un épurateur non ceprésenté ou un appareil de combustion.
Dans le brevet oelge N 292@700 , on a montré qu'en transmettant la chaleur d'une façon suffisamment lente et uniforme au charbon finsment divisé pendant son introduction dans la zôna de cnauffage, les constituante volatils pouvaient distiller et les propriétés cokéfiantes, lorsque le charbon: en traitement est cokéfiant, disparaissaient empêchant une agglomération notaole des particules de charbon finement divisé et permettant de las récupérez sous cette forme.
La présente invention comporte un perfectionnement au procédé ci-dessus décrit et consistant en ce que l'arrivée au charbon finement divisé jusqu'à et à travers la zône de chauffage s'ef- fectue de façon continue par gravité, ce qui entraîne la suppression des pompes et de la force motrice néces- sire à leur fonctionnement. Le procédé actuel et l'appareil aécrit conviennent également pien dans le cas d'un charbon plus gros et non cokéfiant.
Suivant la présente invention,, la trémie 34 est remplie jusqu'à un: niveau pour lequel s'exerce sur le matériau qui se trouve dans la chamore une pression hydrostatique suffisante pour eauser la descente de ce matériau avec une vitesse qui corres- pond à la viteses d'extraction des matériaux résiduels à la base de la chambre. Les registres 36 sont ouverts en grand pendant le fonctionnement normal de l'appa- reil de sorte que 1'arrivée du charbondans la chamore
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s'effectue d'une façon suffisamment Uniforme pour une section transversale complète de cette dernière.
Au fur et à mesure que le charbon finement divisé descend dans la chambre, sa, température est progressivement et graduellement élevée jusque une valeur pour laquelle 'les produits distillaples se dégagent. Ces produite sont extraits pratiquement des leurs formation par les tubes de déonarge 42. La vitesse d'amenée du matériau ét le taux de la trans- mission de chaleur sont de préférence réglés de façon que, en pratique, les prodùits distillables soient évacuée dans la zône comprise entre la deuxième rangée ' de tubes, à partir du haut,, et la rangée inférieure.
Ces produits sont extraits par les deux rangées de tuoes intermédiaires et conduit normalement au condenseur
50 où les gaz eondensables et les.vapeurs sont récu- pétée* Les gaz stables qui traversent le condenseur peuvent être amenés aux brûleure 24 et utilisés pour chauffer le chambre,
La rangée 'supérieure de fuses de décharge 42 et normalement utilisée pour l'extraction de l'air qui, sans cette précaution, serait entrainé dans la zône de chauffage avec'les particules de charbon descendantes.
Afin de'retarder et pratiquement d'éviter .la formation de dépôts scarbonacés sur les tubes 18 -et .les tubes de décharge 42 disposés sur le trajet de descente du charbon, ces tubes pourront être conduits ou,recouverts d'une matière siliceuse ou terreuse, comme- on l'a d'or!. dans le orevet français ? 656000 du 16 Juin 1928.
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La. présence 'du joint hydraulique à la base de la chambre est une caractéristique importante de la présente invention pour plusieurs raisons.
D'abord, parce que de cette façon la chambre se trouve à l'abri de toutd rentrée d'air intempestive pendant l'évacuation des matériaux résiduels? Le joint hydraulique coopère avec les tubes d'aspiration d'air;42, protègent la chambre contre toute rentrée d'air et en même tempe permettant la continuité du procédé. En plue du fait que la chaleur qui serait perdue est ramenée à la chambre , la vapeur est très ce' efficace en/d'elle carbonise le charoon par absorp- tion de la chaleur des tubes 18 autour desquels elle circule d'un mouvement ascensionnel dans la champre, venant ensuite en contact avec les particules'de charbon.
Le joint hydraulique présente encore un autre- avantage consistant en.la possibilité de retirer la boue de charbon humide du fond de la chambre au moyen d'un transporteur à pales 56 qui l'amené à un élévateur 62 lequel l'élève d'un niveau.inférieur au niveau de l'eau à un niveau supérieur,
Lorsque la vapeur arrive en contact avec le matériau carbonisé.chaude dans la'zone de plus hauts température, elle tend à réagir avec le caroone suivant'les réactions
C + 2 H2O = 2 H2 + CO2
C + CO2 = 2 00.
Le gaz à l'eau obtenu est extrait par la rangée inférieure de tubes de décharge 42 et conduit a un gazomètre, non représenté, ou directement à un appa- reil de combustion.- Dans le cas où le ,'départ complet des fractions distiliables du charbon n'a pas été
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obtenu avant que la charge descendante ait atteint la rangé gée inférieure des tubes 42, il est avantageux de con- duire dans lecondenseur le mélange de gaz à. l'eau, et des produite de distillations extraits de cette rangée de tubes.,
D'après le procédé ci-dessus décrit,
on n'cotient qu'une gazéification partielle des particules carboni- sées restant après la distillation et le carbone résiduel mélangé de cendres est retiré sous forme de boue au travers au joint hydraulique puis conduit au mélangeur où la séparation des cendres et des particules de carbone peut s'effectuer suivant le procédé décrit dans le brevet belge N 287,437 du
Dans certaine cas, il peut être intéressant d'effectuer la gazéification complète du charbon et de conduire les gaz obtenus, non mélangés à des imprûlés, aux appareils, de combustion.
Un procédé de ce genre a été décrit dans le brevet belge N 292,700 du -
Une modification de la présente invention qui conduit à une'méthode extrémement satisfaisante consiste à gazéifier le charbon 'et à le convertir en gez ayant un fort pouvoir combustible, cependant que l'on extrait les cendres d'une façon continue. Afin d'ootenir un gazéification complète des particules résiduelles carboniéées, on peut augmenter la réaction du gaz l'eau en introduisant des quantités déterminées d'air ou de gaz contenant de l'oxygène dans 'la charge descen- dante au voisinage de la sortie de la chambre. L'air monte dans la zone la plus chaude où il réagit sur le carbone solide d'après la formule :
20 + 03 -- 2 00.
Le gaz 'ainsi produit et le gaz à 1/'eau peuvent être,extraits, simultanément par la rangéé inférieure de
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tubes de décharge 42, puis conduite aux brûleurs d'une
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chaudière ou à tout autre appareil de coniidustion, ou bien enfin à l'emmagasinage comme il a été décrit ci-dessus pour le gaz à;l'eaù. De cette façon, on obtient un gaz relativement riche en éléments combus- tibles.
Dans le cas où l'on désire obtenir un combusti- ble gazeux de pouvoir calorifique supérieur , les éléments distillables extraite des rangées de tuoes de décharge , au lieu d'être amenés dans le condenseur, sont mélangés au gaz de gazogène et au gaz à l'eau puis
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orulés.
On peut encore, si on le asire mélanger les gaz stables provenant du.condenseur avec l'ensemble gaz de gazogène -gaz à l'eau de façon à en augmenter
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le pouvoir oulorifiquee La bempéro-ture à laquelle il faut portef ...0;1. iiiasse descendante ae ouarbon, ou d'uae feyon généeaie debout autre matériau oarbonaoé , variera quelque peu' suivant que 'l'on désire effectuer 6eillent la. distillas tion et la carbonisation ou que l'on aura en vue la
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production du gaz de gazogène et de çaz à l'eau ou de .
ce dernier seulement. Dans la conduite du procédé,
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pour effectuer seulement la distillatioii et la caroo- nisation, l@ chauffage devra être contrôlé de façon que la température des gaz sortant des tubes supérieurs
18 soit telle que le charbon soit porté à environ 150 C et que les gaz entrant dans les tubes inférieurs puissent porter le charbon à 600 C environ. Lorsqu'on conduit le procédé en vue d'obtenir la réaction du
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gaz à l'eau à la base de la ohiup.re, la température doit être telle qu'il y ait une zone pour laquelle les particules carbonisées de charbon portées à.
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60000 environ.
Lorsque l'on admet cle laic pour former du gaz lie gazogène, le cnauffa 'doit être con-
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duit de façon à avoir au sein du matériau carbonisée dans la zone de production du gaz une température pouvant atteindre 980 C.
Le procédé et l'appareil qui 'viennent d'âtre décrits conviennent également bien'au traitement de l'anthracite, de l'anthracite mixte ou des charbons bitumeux ainsi que de tous'autres matériaux carbonece a comme par exemple les lignites. Le charbon est de préférence finement pulvérisé, par exemple 10 à 300 mailles par 2,54 centimètres., mais naturellement .
'l'invention s'appliquera également dans le cas de maté - riaux de dimensions plus importantes surtout lorsqu'on se propose'simplement de gazéifier le charbon et d'effectuer la séparation des imbrûlés. A ce point de vue', le procédé trouce particulièrement- son application dans le cas du traitement de. divers résidus de cheroon pulvérisé généralement considérés comme inutilisables, tels.que le charbon d'anthracite sous la forme de poussier ou de fines. @ Bien que le-procédé et 1,'appareil qui viennent d'être décrits.puissent être.considérés comme partie culièrement intéressants, on pourra leur apporter dé diverses modifications de tail sans sortir du cadre du présent brevet.