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Procédé et appareil pour le traitement des charbons,huiles de schistes,lignites,huiles de pétrole et similaires.
La présente invention est relative à une méthode et à un appareil pourle traitement par la chaleur de différents corps carbonE.cés tels que : charbons,huiles de schistes.,lignites, huiles de pétrole et similaires. L'invention est particulière- ment applicable au traitement de différents corps carbonacés solides ou semi-solides dans le but de distiller les éléments vaporisables et de récupérer le résidu sous la forme d'un combus tible carbonisé.
Pour la distillation et la carbonisation des corps carbo- nacés précédemment énoncés,il faut de préférence soumettre l'ensemble du corps à tra.iterune température aussi uniforme que possible de façon que la distillation et la carbonisation s'effectuent à une vitesse sensiblement constante dans toute la masse et de façon à éviter une surchauffe eu un chauffage inutile de certaines parties tandis que d'autres se trouveraient dans des conditions convenables pour le traitement.
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La présente invention consiste essentiellement en un procédé dans lequel la transmission de-chaleur au corps à carboniser s'et fectue au moyen d'éléments conducteurs de la chaleur dont une partie est située soit sur le parcours du corps à traiter à travers l'appareil de chauffage, soit dans son voisinage de façon que la chaleur issue de ces différents éléments soit', transmise à peu près uniformément aux différentes parties du matériau carbona- ce à traiter, l'autre partie de ces éléments conducteurs de Ici chaleur s'étendent à l'extérieur de la zone de carbonisation et recevant des calories d'une source de chaleur telle que : brûleurs grille ou similaires.
La présente invention prévoit également des moyens pour appli- quer le procédé en une opération continue ou intermittente d'une façon rapide et économique.
La présente invention prévoit en outre des moyens permettant de régler de façon précise la quantité de chaleur mise en jeu dans le traitement du corps carbonacé de sorte que, si on le désire la @ distillation des produits volatils du corps à traiter est conduite une température très voisine de la tempéra- ture de cokéfaction du corps à traiter mais légèrement inférieure à cette dernière,ce qui permet de récupérer lerésidu carbonacé à l'état finement divisé.
Enfin un autre objet de l'invention réside dans l'adoption de moyehs permettant la production simple et efficace des gaz à partir de matériaux carbonacés de type indiqué.
Les avantages et les autres applications de l'invention apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre.
Sur les dessins annexés à titre d'exemple non limitatif et pour lesquels les mêmes références se rapportent aux mêmes élé- ments :
La fig. 1 est une coupe verticale avec parties en élévation d'un appareil dans lequel peut être appliqué le procédé selon l'invention.
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La fig. 2 est une coupe verticale suivant 2-2 d'une des chambres de chauffage représentées sur la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe verticale suivant 3-3 d'une des chambres de carbonisation représentées sur la figure 1.
La fig. 4 est une vue en perspective montrant schématique- ment une coupe horizontale d'une chambre de chauffage et de la cornue voisine, toutes deux semblables à celles qui ont été représentées sur les figures 1 et 3.
La figure 5 est une coupe verticale d'un appareil ayant subi certaines modifications.
La fig. 6 représente schématiquement le parcours des gaz chauds et celui du matériau sur les éléments conducteurs de la chaleur utilisés dans un appareil tel que celui représenté sur la figure 5. la figure 7 montre en coupe transversale,différentes formes d'éléments conducteurs de la chaleur susceptibles d'être employés dans la présente invention.
On a représenté en 10,sur les dessins,une forme d'appa- reil de carbonisation correspondant à l'invention. Dans le cas actuel,l'appareil comprend trois chambres de combustion ou de chauffage 12 et deux chambres intermédiaires de traitement ou cornues 14,les différentes chambres étant séparées par des parois 16. Naturellement on pourrait utiliser simultanément un nombre quelconque de chambres de chauffage et de chambres de traitement sans sortir du cadre de la présente invention; de même on peut associer une chambre de chauffage à deux cor- bues comme il a été représenté ou, au contraire,deux chambres de chauffage à une seule cornue. Des éléments 20,conducteurs de la chaleur s'étendent d'une des parois latérales 18 de l'appareil 10 à l'autre et sont enrobées dans ces parois ain- si que dans les parois intermédiaires 16.
De préférence ces éléments sont constitués par des barres ou tiges métalliques en fonte par exemple bien que toute matière résistant à la chaleur et possédant des propriétés conductrices analogues et la résistance requise puissent être utilisée.
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Dans l'appareil représenté sur les figures 1,2 et 3,les pièces ou tiges conductrices 20 sont disposées suivant des rangées espacées verticalement de façon à constituer des passages su perpo- sés analogues à des tunnels et s'étendant d'un bout à l'autre de chaque cornue 14. Les rangées de tiges 20 servent également de sup- ports et de guides aux plateaux 26 contenant le matériau carbonacé à traiter. Des ouvertures 22 sont prévues dans les cloisons extrê- mes 24 et dans le prolongement des passages déjà nommés afin que l'on puisse introduire et retirer les plateaux. Les plateaux 26 sont de préférence en matière très conductrice de la chaleur telle que la fonte de façon à faciliter la transmission de chaleur des tiges au matériau carbonacé à traiter.
Afin de permettre aux va- peurs dégagées de s'élever plus librement à travers les cornues vers les orifices en communication avec la canalisation de vapeur 28 conduisant à un apppreil collecteur de vapeurs convenable ,non représenté,les plateaux peuvent comporter un fond perforé ou ré- ticulé comme il est représenté en 30 sur la figure 4.
Les chambres de chauffage 12,comme on le voit, sur la figure 2, comportent plusieurs cloisons vertical es 32 ,en chicane.obligeant les produits de la combustion provenant de la grille 34 ou de tout autre source convenable de chaleur à effectuer unpareours sinueux, englobant les tiges 20 et représenté par les flèches,qui aboutit à la cheminée 36.
Lorsqu'on utilise plusieurs chambres de chauffage les produits de la combustion provenant de ces chambres de chauffage peuvent ne pas être immédiatement conduits à @@ a cheminée mais emprunter des canalisations de départ 38 et un tube collecteur 40.
Si l'on désire introduire dans les cornues de l'air de la va- peur ou tout autre gaz, par exemple lorsqu'on utilise l'appareil pour la production du gaz, on peut prévoir à cet effet des orifices 42 commandés par des registres 44. L'appareil fonctionne comme s@it
Les plateaux 26, remplis de matériau carbonacé que l'on désire soumettre au traitement de la carbonisation -- ce sera par exemple du charbon pulvérisé,un amalgame d'huiles hydrocarbuées -- tel que décrit dans le brevet belge 292700 ' sont introduits par les ouver
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tures 22 pratiquées dans les parois extrêmes 24 et poussée, de toute façon appropriée,le long des tiges 20 jusqu'à ce que la cornue soit complètement pleine.
Les ouvertures 22 sont alors obturées et le matériau carbonacé estsoumis à la chaleur trans- mise à partir des chambres de chauffage par les tiges conductri- ces 20 jusqu'à ce que la distillation et la carbonisation aient eu lieu jusqu'au degré voulu.La durée de l'opération de carboni- sation variera naturellement suivant la nature du corps à trai- ter. Pour le traitement de masses amalgamées de charbons d'anthr cite pulvérisé,du genre de celui extrait à Rhod Island,une durée de une à deux heures suffira.
Le parcours suivi par les vapeurs distillées à partir du matériau carbonacé est indiqué par des flèches dans les cornues et la canalisation de vapeur des figures 1 et 4. De même le che- min suivi par les produitsde 1 a combustion jusqu'à la cheminée est représentée par des flèches dans les chambres de chauffage et les canalisations intermédiaires des figures 1,2 et 4.
Au lieu de conduire le chauffage par fournée ou opération périodique il peut être avantageux d'introduire de façon inter- mittente des plateaux de matière non traitée,l'introduction de chaque nouveau plateau étant accompagnée de l'enlèvement à l'extrémité opposée d'un plateau d'une rangée déterminée de la cornue ayant subi le traitement convenable.
De même il peut être avantageux d'introduire les plateaux contenant le corps bon encore traité à l'extrémité de la cornue la plus éloignée de la ou des grilles 34 et de les faire dépla- cer de façon intermittente vers la zône de température la plus élevée au voisinage de.la ou des grilles 34. On peut également si on le désire,effectuer ce déplacement intermittent des pla- teaux atravers la cornue d'abord sur le plan correspondant à la rangée supérieure,puis sur le plan situé immédiatement en des- sous et ainsi de suite jusqu'à ce qu'un plateau ait effectué le trajet complet.
De cette façon,la mise en place et l'enlèvement des plateaux s'effectuent avec une régularité plus grande que lorsque les plateaux contenan la matière non traitée sont introduits sur les différentsplans en une seule opération de
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chargement. La construction adoptée permet une grande souplesse de fonctionnement dépendant de la mise en place et de l'enlève- ment du matériau a traiter ainsi que du parcours qu'on lui fait suivre à travers la cornue et aussi de la durée de l'opération.
Comme il résulte de l'inspection des dessins et de la des- cription précédente,les produits chauds de la combustion en passant sur les parties des tiges 20 disposées à l'intérieur des chambres de chauffage transmettent leur chaleur sensible à ces tiges. Cette chaleur se transmet par conduction aux parties des tiges situées à l'intérieur des ccrnues d'où elle agit sur le cerps traiter. La transmission de chaleur des tiges au maté- riau carbonacé s'effectue en grande partie par conduction dans lemétal des platetax; cependant,une grande quantité de chaleur se transmet par convexion,principalement dans les parties de la cornue qui sont le plus éloignées des parties les plus chaudes des chambres de chauffage.
De même,lorsque les plateaux ont un fond perforé ou réticulé permettant aux vapeurs provenant des plateaux inférieurs de parvenir aux plateaux supérieurs en traversent le matériau carbonacé,une transmission considérable de chaleur,des tiges 20 au matériau à traiter,s'effectue par convexion.
Etant donné que les plateaux sont relativement peu profonds et que les tiges sont espacées verticalement de façon à ne laisser qu'un petit intervalle entre lebord supérieur des plateaux et larangée de tiges située just@e au-dessus,les tiges chauffées sont non seulement disposées au voisinage immédiat du matériau placé dans les plateaux qu'elles supportent mais, de plus, également très près de la surface supérieure du matériau placé dans les plateaux portés par la rangée de tiges placée immédiatement en-dessous de la précédente, cette dispo- sition facilite une transmission uniforme de la chaleur à toutes les parties du corps à traiter.
Sur la figure 5,on a représenté une modification du disposi- tif dans laquelle au lieu d'employer des plateaux 26 pour le cheminement des matières carbonaéées à travers la cornue on utilise des moyens pour faire circuler le matériau par gravité à travers la cornue,la chaleur éant encore transmise par des
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tiges chauffées analogues à celles qui ont été représentées sur lesfigures 1 et 3. Sur cette figure on a représenté une cornue 14' disposée verticalement comportant de chaque côté et parallèlement des chambres de chauffage 12'.
Des tiges métalliques 20 disposées en rangées horizontales traversent les chambres de chauffage et la cornue. Les rangées de tiges 20 sont placées relativement près les unes des autres comparativement à la disposition adoptée sur les figures 1,2 et 3. Be même les tiges dans les rangées horizontales ont un es- pacement horizontal tel que les tiges des rangées correspon- dantes ne se trouvent pas dans un même plan vertical obligeant la matière carbonacée,dans son passage à travers la cornue, à cheminer en zig-zag entre les tiges des rangées successives comme il est représenté schématiquement par les flèches sur la partie b de la figure 6.
D'une façon analogue,les produits de la combustion provenant des grilles 34 s'élèvent verticale- ment en zig-sag entre les parties des tiges situées dans les chambres de chauffage avec lesquelles elles sont en contact intime comme il est représenté schématiquement par les flèches sur la partie a de la figure 6. le matériau carbonacé à traiter est introduit par la tré- mie de chargement 46 et est réparti de façon plus ou moins uni- forme dans la cornue 14' au moyen d'un cône 48 placé à l'embou< chure du conduit 50 qui fait suite à la trémie46 et à l'aide d'un entonnoir tronconique renversé 52 placé en-dessous du con duit 48,ces deux pièces 48 et 52 étant portées par les cloison: de la cornue 14' avec interposition de bras radiaux 54.
Le pas sage du matériau à travers la canalisation 50 est commandé dans le cas présent, par un registre coulissant 56.Pour effec- tuer le déchargement du résidu carbonisé, on a prévu à la base de la cornue un transporteur 58. Les éléments volatils résul- tant du traitement du corps considéré sont amenés à un collec- teur approprié,non représenté au moyen d'une canalisation 28'. Le trajet des éléments volatils et celui des produits de la combustion sont indiqués s r la figure 5 par de simples flèches situées respectivemen dans la cornue et dans les
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chambres de chauffage. Le trajet suivi par la matière carbonacée et par le résidu solide est représenté par des doubles flèches.
Dans la modification représentée sur la figure 5,l'opération peut être eonduite de façon continue ou intermittente et en raison de la disposition des tiges 20,la matière carbonacée, dans sa descente à travers la cornue,sera à différentes reprises amenée en contact intime avec les tiges chauffées, grâce à quoi le taux de transmission de la chaleur atteindra une valeur uni- formément élevée.
Les tiges ou barres 20 peuvent comporter des sections transversales variées telles que celles qui ont été représentées à titre d'exemple avec les références e,f,g et h sur la figure 7
Diverses modifications de détails pourront être apportées aux appareils et aux procédés décrits qui,basées sur le même principe,devront être considérées comme faisant partie du présen' brevet.
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A method and apparatus for treating coals, shale oils, lignites, petroleum oils and the like.
The present invention relates to a method and apparatus for the heat treatment of various carbonated bodies such as: coals, shale oils, lignites, petroleum oils and the like. The invention is particularly applicable to the treatment of various solid or semi-solid carbonaceous bodies for the purpose of distilling the vaporizable elements and recovering the residue in the form of a carbonized fuel.
For the distillation and carbonization of the carbonaceous bodies set out above, the whole body to be treated should preferably be subjected to as uniform a temperature as possible so that the distillation and carbonization take place at a substantially constant rate in the body. the whole mass and in order to avoid overheating had unnecessary heating of some parts while others would be in suitable conditions for processing.
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The present invention consists essentially of a method in which the transmission of heat to the body to be carbonized takes place by means of heat conducting elements, a part of which is located either on the path of the body to be treated through the apparatus. heating, either in its vicinity so that the heat from these different elements is transmitted more or less uniformly to the different parts of the carbonaceous material to be treated, the other part of these heat-conducting elements extend outside the carbonization zone and receiving calories from a heat source such as: grate burners or the like.
The present invention also provides means for carrying out the process in continuous or intermittent operation in a rapid and economical manner.
The present invention further provides means for precisely controlling the amount of heat involved in the treatment of the carbonaceous body so that, if desired, the distillation of the volatile products of the body to be treated is carried out at a very high temperature. close to the coking temperature of the body to be treated but slightly lower than the latter, which makes it possible to recover the carbonaceous residue in the finely divided state.
Finally, another object of the invention lies in the adoption of moyehs allowing the simple and efficient production of gases from carbonaceous materials of the type indicated.
The advantages and the other applications of the invention will emerge from the detailed description which follows.
In the accompanying drawings by way of nonlimiting example and for which the same references relate to the same elements:
Fig. 1 is a vertical section with parts in elevation of an apparatus in which the method according to the invention can be applied.
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Fig. 2 is a vertical section along 2-2 of one of the heating chambers shown in FIG. 1.
Fig. 3 is a vertical section on 3-3 of one of the carbonization chambers shown in FIG. 1.
Fig. 4 is a perspective view schematically showing a horizontal section of a heating chamber and the adjoining retort, both similar to those shown in Figures 1 and 3.
FIG. 5 is a vertical section of an apparatus having undergone certain modifications.
Fig. 6 schematically shows the path of the hot gases and that of the material on the heat conducting elements used in an apparatus such as that shown in FIG. 5. FIG. 7 shows in cross section, different shapes of heat conducting elements capable of to be employed in the present invention.
There is shown at 10 in the drawings a form of carbonization apparatus corresponding to the invention. In the current case, the apparatus comprises three combustion or heating chambers 12 and two intermediate treatment chambers or retorts 14, the various chambers being separated by walls 16. Naturally, any number of heating chambers could be used simultaneously and treatment chambers without departing from the scope of the present invention; in the same way, it is possible to combine a heating chamber with two cores as has been shown or, on the contrary, two heating chambers with a single retort. Heat-conducting elements 20 extend from one of the side walls 18 of the apparatus 10 to the other and are embedded in these walls as well as in the intermediate walls 16.
Preferably, these elements consist of metal bars or rods made of cast iron, for example, although any material resistant to heat and having similar conductive properties and the required resistance can be used.
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In the apparatus shown in Figures 1, 2 and 3, the conductive pieces or rods 20 are arranged in vertically spaced rows so as to constitute tunnel-like, end-to-end passages extending from end to end. the other of each retort 14. The rows of rods 20 also serve as supports and guides for the trays 26 containing the carbonaceous material to be treated. Openings 22 are provided in the end partitions 24 and in the extension of the passages already named so that the trays can be introduced and removed. The plates 26 are preferably made of a highly heat-conducting material such as cast iron so as to facilitate the transmission of heat from the rods to the carbonaceous material to be treated.
In order to allow the released vapors to rise more freely through the retorts to the orifices in communication with the vapor line 28 leading to a suitable vapor collecting apparatus, not shown, the trays may have a perforated or re-bottomed bottom. - Ticulated as shown at 30 in Figure 4.
The heating chambers 12, as can be seen in FIG. 2, comprise several vertical partitions 32, in baffle, forcing the products of combustion coming from the grate 34 or any other suitable source of heat to carry out a meandering path, encompassing the rods 20 and represented by the arrows, which leads to the chimney 36.
When more than one heating chamber is used the products of combustion from these heating chambers may not be immediately led to the chimney but through outgoing pipes 38 and a collector pipe 40.
If it is desired to introduce steam or any other gas into the retorts, for example when the apparatus is used for the production of gas, it is possible to provide for this purpose orifices 42 controlled by registers 44. The device works as s @ it
The trays 26, filled with carbonaceous material which it is desired to submit to the carbonization treatment - it will for example be pulverized coal, an amalgam of hydrocarbon oils - as described in Belgian patent 292700 'are introduced by the open
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tures 22 made in the end walls 24 and pushed, in any suitable way, along the rods 20 until the retort is completely full.
The openings 22 are then closed and the carbonaceous material is subjected to the heat transmitted from the heating chambers by the conductive rods 20 until distillation and carbonization have taken place to the desired degree. duration of the carbonization operation will naturally vary according to the nature of the body to be treated. For the treatment of amalgamated masses of powdered anthracite coals, such as that mined at Rhod Island, a period of one to two hours will suffice.
The path followed by the vapors distilled from the carbonaceous material is indicated by arrows in the retorts and the vapor line of Figures 1 and 4. Likewise the path followed by the products of combustion to the stack is represented by arrows in the heating chambers and the intermediate pipes of Figures 1, 2 and 4.
Instead of conducting the heating by batch or periodic operation it may be advantageous to intermittently introduce trays of untreated material, the introduction of each new tray being accompanied by the removal at the opposite end of the material. a tray of a determined row of the retort having undergone the appropriate treatment.
Likewise, it may be advantageous to introduce the trays containing the good body still treated at the end of the retort furthest from the grid (s) 34 and to cause them to move intermittently towards the most temperature zone. raised in the vicinity of the grid (s) 34. It is also possible, if desired, to effect this intermittent displacement of the plates through the retort first on the plane corresponding to the upper row, then on the plane immediately situated at the bottom. - under and so on until a plateau has completed the entire path.
In this way, the placement and removal of the trays is carried out with greater regularity than when the trays containing the untreated material are introduced on the different floors in a single operation.
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loading. The construction adopted allows great flexibility of operation depending on the placement and removal of the material to be treated as well as on the path which it takes through the retort and also on the duration of the operation.
As can be seen from inspection of the drawings and the foregoing description, the hot products of combustion passing over the portions of the rods 20 disposed within the heating chambers transmit their sensible heat to these rods. This heat is transmitted by conduction to the parts of the rods located inside the knobs from where it acts on the material to be treated. The heat transfer from the stems to the carbonaceous material takes place largely by conduction in the metal of the platetax; however, a large amount of heat is transmitted by convection, mainly in the parts of the retort which are farthest from the hottest parts of the heating chambers.
Likewise, when the trays have a perforated or reticulated bottom allowing the vapors from the lower trays to reach the upper trays therein through the carbonaceous material, a considerable transmission of heat, from the rods 20 to the material to be treated, takes place by convection.
Since the trays are relatively shallow and the stems are spaced vertically so that there is only a small gap between the top edge of the trays and the row of stems just above, the heated stems are not only arranged. in the immediate vicinity of the material placed in the trays which they support but, moreover, also very close to the upper surface of the material placed in the trays carried by the row of rods placed immediately below the preceding one, this arrangement facilitates uniform transmission of heat to all parts of the body to be treated.
In FIG. 5, there is shown a modification of the device in which, instead of using trays 26 for the path of carbonaceous materials through the retort, means are used to cause the material to circulate by gravity through the retort, the heat being still transmitted by
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Heated rods similar to those which have been shown in lesfigures 1 and 3. In this figure there is shown a retort 14 'arranged vertically comprising, on each side and in parallel, heating chambers 12'.
Metal rods 20 arranged in horizontal rows pass through the heating chambers and the retort. The rows of rods 20 are placed relatively close to each other compared to the arrangement adopted in Figures 1, 2 and 3. Even the rods in the horizontal rows have a horizontal spacing such as the rods of the corresponding rows. are not in the same vertical plane forcing the carbonaceous material, in its passage through the retort, to travel in a zig-zag way between the rods of the successive rows as is shown schematically by the arrows in part b of figure 6 .
Similarly, the products of combustion from the grates 34 rise vertically in a zig-sag fashion between the parts of the rods situated in the heating chambers with which they are in intimate contact as shown schematically by the arrows in part a of FIG. 6. the carbonaceous material to be treated is introduced through the loading hopper 46 and is distributed more or less evenly in the retort 14 'by means of a cone 48 placed at the mouth of the duct 50 which follows the hopper 46 and with the aid of an inverted frustoconical funnel 52 placed below the duct 48, these two parts 48 and 52 being carried by the partition: of the retort 14 'with interposition of radial arms 54.
The wise passage of the material through the pipe 50 is controlled in the present case by a sliding register 56. To discharge the carbonized residue, a conveyor 58 is provided at the base of the retort. The volatile elements result. - Both the treatment of the body in question is brought to an appropriate collector, not shown by means of a pipe 28 '. The path of the volatile elements and that of the combustion products are indicated in figure 5 by simple arrows located respectively in the retort and in the
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heating rooms. The path followed by the carbonaceous material and by the solid residue is represented by double arrows.
In the modification shown in Fig. 5, the operation can be carried out continuously or intermittently and due to the arrangement of the rods 20, the carbonaceous material, in its descent through the retort, will at different times be brought into intimate contact. with the heated rods, whereby the heat transfer rate will reach a uniformly high value.
The rods or bars 20 may have various cross sections such as those which have been shown by way of example with the references e, f, g and h in FIG. 7.
Various modifications of details may be made to the apparatus and methods described which, based on the same principle, should be regarded as forming part of the present patent.