<Desc/Clms Page number 1>
Procédé et dispositifs pour la transformation de charbons, de goudrons, d'huiles minérales et de matières analogues.
Pour le traitement de charbons, de goudrons, d'huiles minérales et de leurs produits de distillation et de trans- formation, par l'hydrogène à chaud et sous' pression, pour la production de produits liquides de grande valeur, on a dé- jà proposé de réchauffer séparément les matières de départ, c'est-à-dire l'hydrogène d'une part et les matières à traiter d'autre part, avant de les introduire dans le récipient de réaction; ce procède peut toute.Cois donner lieu à des incon- vénients divers, notamment quand on traite des produits de la 1
<Desc/Clms Page number 2>
nature du charbon, dus par exemple au surchauffage local, provoquant des dépôts de charbon et empêchant ainsi la trans- mission de la chaleur de la paroi métallique à la matière à traiter.
Or on a trouvé que l'on peut transformer à chaud, sans les inconvénients mentionnés, le cas échéant par l'hy- drogène sous .pression, les charbons, éventuellement délayés avec de l'huile, les goudrons,les huiles minérales et les matières analogues, en faisant diminuer peu à peu, par des moyens et des mesures particulière, l'apport d'énergie et la chaleur absorbée par les matières de départ, jusqu'à ce qu'ils aient atteint la température de réaction. Le mieux est de régler l'apport d'énergie de manière à éviter une différence de température supérieure à 200'C entre les parois du récipient et la matière à traiter, quand la température de cette dernière approche de la température de réaction, par exemple de 450-500 C.
La température de l'agent de chauf- fage (par exemple des gaz de foyer) peut être considérable- ment supérieure à la température de réaction, si l'on prend soin de ne pas dépasser la différence de température mention- née, en réglant par exemple la rapidité du courant des subs- tances entrant en réaction.
Pour régler l'apport d'énergie et la chaleur absorbée de la manière indiquée plus haut, on peut prendre par exemple les mesures suivantes: Quand on emploie des gaz de chauffage sous pression ordinaire et quand on réchauffe préalablement les matières à traiter dans des tubes qui sont en communication directe avec le récipient de réaction, où les matières sont soumises par exemple à l'hydrogénation sous pression ou au cracking, on dirige les gaz de chauffage par exemple de manière à exposer d'abord @
<Desc/Clms Page number 3>
les matières à réchauffer à l'action des gaz les plus chauds dont on puisse disposer.
On peut aussi régler de ma- nière appropriée la rapidité du courant des gaz de chauffage, de manière que la transmission de chaleur, immédiatement après l'entrée des matières à réchauffer dans le réchauffeur, soit plus grande que plus tard, quand les matières présen- tes sont déjà fortement réchauffées. On peut arriver à ce résultat en disposant par exemple les tubes de réchauffage d'une manière déterminée, et en dirigeant de manière appro- priée les gaz de chauffage, qui peuvent circuler entièrement ou en partie dans le même sens que la matière à réchauffer, la rapidité du courant des gaz de chauffage étant proportion- nelle à la diminution progressive désirée de la chaleur absorbée par le produit.
D'autre part on peut aussi munir les tubes réchauffeurs de dispositifs réglant de la manière voulue la transmission de la chaleur du gaz de chauffage à la paroi. On peut attein- dre ce résultat par exemple en munissant les tubes d'ailet- tes dont la surface active diminue peu à peu jusqu'à la par- tie où la quantité de chaleur absorbée ne doit plus être que minime. Ou bien, on peut encore ajouter aux substances à réchauffer, à différents endroits du serpentin réchauffeur, de l'hydrogène chauffé à une température quelconque, mais toujours supérieure à celle du produit qui se trouve à l'en- droit où est introduit l'hydrogène. A mesure que la tempéra- ture du produit augmente, on peut faire diminuer la diffé- rence de température entre 1-'hydrogène et le produit à ré- chauffer.
On peut aussi régler par l'électricité la diminu- tion de l'apport d'énergie et de la quantité de chaleur @
<Desc/Clms Page number 4>
absorbée par les matières à réchauffer. On charge alors chaque tube ou récipient de réchauffage d'une quantité d'é- nergie électrique correspondant à la diminution progressi- ve voulue de la chaleur absorbée par la matière à traiter, et produisant la différence de température à maintenir entre les parois du tube et les matières de départ.
Pour arriver à ce résultat, on fournit aux tubes de chauffage, placés vers l'entrée des produits, une quantité d'énergie de beaucoup supérieure à celle que reçoivent les tubes où circule le produit, réchauffé approximativement à la tempé- rature de réaction; ceci peut être effectué par exemple par une disposition appropriée du bobinage ou par le choix judicieux de la section des fils de chauffage parcourus par le courant. En employant l'énergie électrique, oh a le grand avantage de pouvoir placer le système réchauffeur dans le four de réaction même. Dans ce cas, il n'y a pas de pertes d'énergie par rayonnement, et la totalité de l'énergie élec- trique peut être transformée intégralement en chaleur de ré- sistance.
En outre, si l'on opère sous pression, on n'a pas besoin d'employer un matériel de construction particulière- ment résistant à la pression pour les récipients ou les tu- bes de chauffage, car alors, - contrairement au procédé de réchauffage par les gaz sous pression ordinaire -, on peut aussi maintenir sous pression la chambre extérieure, de façon qu'il n'y ait pas de différence de pression entre la chambre intérieure et la chambre extérieure. On dispose alors le système réchauffeur soit sur la paroi intérieure, soit au centre de la chambre de réaction sous pression, ce qui le rend facilement interchangeable.
Quand on réchauffe sous pression les substances
<Desc/Clms Page number 5>
carbonées, par exemple en vue de l'hydrogénation sous pres- sion subséquente, en introduisant déjà l'hydrogène en même temps que les matières à traiter dans le réchauffeur, il faut que le matériel de construction des parties des appa- reils, dans lesquelles les substances entrant en réaction sont soumises au traitement thermique, soit résistant à la pres- sion élevée et à l'attaque par les gaz contenant de l'hy- drogène et )par les composés du soufre. Il est alors parti- culièrement avantageux de construire ou de recouvrir d'un acier spécial, ayant une teneur en chrome d'environ 5% ou plus, les parties des appareils qui sont soumises aux températures élevées. En outre ce matériel de construction est relativement insensible aux variations éventuelles de la température.
Les dessins ci-joints feront mieux comprendre les détails du présent procédé.
Dans la figure 1, a représente la maçonnerie d'une chambre de chauffe, séparée en deux parties par la plaque c, construite en matière -réfractaire. La partie supérieure b, servant de chambre de combustion, contient les conduites d'amenée de gaz combustible et d'air, tandis que la:partie inférieure d contient le serpentin de réchauffage; voie aussi la coupe transversale, représentée par la figure 2. On introduit par h, sous 200 atm. de pression, les matières à traiter, par exemple un mélange de goudron de carbonisation à basse température du lignite avec de l'hydrogène, dans le serpentin de chauffage. Dans ce serpentin, les substances circulent dans le même sens que le gaz de chauffage, c'est à dire de haut en bas à travers la chambre de chauffe.
Les gaz de chauffage, d'une température d'environ 650 C, entrent d'abord en contact avec la partie du serpentin qui est tra-
<Desc/Clms Page number 6>
versée par le courant de substances froides. Puis ils sont aspirés par .0. au moyen d'un ventilateur et réin- troduits par g dans la chambre de combustion; on peut lais- ser s'échapper par f l'excès de gaz. Grâce à ce dispositif, la différence entre la température des parois du serpentin et celle des substances descendant dans le serpentin, impor- tante à sa partie supérieure va, en diminuant dans la direc- tion du courant, jusqu'à ce qu'elle soit inférieure à 20 C.
A'l'extrémité inférieure du serpentin, les substances à traiter ont une température d'environ 500 C. Les substances sortent du serpentin par i et se dirigent ensuite dans un four à réaction qui y est relié directement. Les ailettes dont le serpentin est muni, et dont le nombre par unité , de longueur diminue continuellement vers le bas, favorisent en outre la diminution graduelle de la quantité de chaleur absorbée par les substances. En outre on peut régler la transmission de la chaleur en modifiant la rapidité du cou- rant des gaz de chauffage.
La figure 3 représente un serpentin réchauffeur chauffé électriquement, avec les deux prises de courant k et 1. Le réchauffage des substances à une température d'en- viron 500 C s'effectue . en plusieurs phases, la première phase à l'extrémité supérieure du serpentin, comportant l'apport de la quantité de chaleur maximum, la dernière pha- se, à l'extrémité inférieure du serpentin., comportant l'ap- port de la quantité de chaleur minimum par le courant élec- trique. On règle l'apport de chaleur de manière que dans la première phase, la différence entre la température des parois du tube et celle des substances dans le serpentin soit approximativement égale à 100 C, et dans les dernières pha-
<Desc/Clms Page number 7>
ses égale à environ 15 à 20 C.
On peut arriver à chauffer chaque partie du serpentin à la température voulue, par exemple en chauffant chacune de ses parties au moyen d'ap- pareils électriques réglables (résistances de chauffage), séparés les uns des autres,ou bien en n'employant qu'un seul de ces appareils, mais dont la puissance de chauffage dimi- nue graduellement de haut en bas.
<Desc / Clms Page number 1>
Process and devices for the processing of coals, tars, mineral oils and the like.
For the treatment of coals, tars, mineral oils and their products of distillation and transformation, with hot and pressurized hydrogen, for the production of liquid products of great value, it has been de- signed. jà proposed to separately heat the starting materials, that is to say the hydrogen on the one hand and the materials to be treated on the other hand, before introducing them into the reaction vessel; this process can all.Cois give rise to various disadvantages, especially when dealing with products of the 1
<Desc / Clms Page number 2>
nature of the carbon, due for example to local overheating, causing carbon deposits and thus preventing the transmission of heat from the metal wall to the material to be treated.
Now it has been found that it is possible to transform hot, without the drawbacks mentioned, where appropriate by hydrogen under .pressure, coals, optionally diluted with oil, tars, mineral oils and oils. analogous materials, gradually reducing, by means and special measures, the energy input and the heat absorbed by the starting materials, until they have reached the reaction temperature. It is best to adjust the energy input so as to avoid a temperature difference greater than 200 ° C between the walls of the vessel and the material to be treated, when the temperature of the latter approaches the reaction temperature, for example from 450-500 C.
The temperature of the heating medium (for example of the combustion gases) can be considerably higher than the reaction temperature, if care is taken not to exceed the temperature difference mentioned, by adjusting for example the rapidity of the current of the substances entering into reaction.
To adjust the energy input and the heat absorbed in the manner indicated above, the following measures can be taken, for example: When using heating gases under ordinary pressure and when preheating the materials to be treated in tubes which are in direct communication with the reaction vessel, where the materials are subjected, for example, to hydrogenation under pressure or to cracking, the heating gases are directed, for example, so as to first expose @
<Desc / Clms Page number 3>
the materials to be heated by the action of the hottest gases available.
The rapidity of the flow of the heating gases can also be adjusted in an appropriate manner, so that the heat transfer, immediately after the entry of the materials to be heated into the heater, is greater than later, when the materials present. - your are already strongly heated. This can be achieved by arranging, for example, the heating tubes in a specific way, and by appropriately directing the heating gases, which can circulate entirely or partly in the same direction as the material to be heated, the rapidity of the flow of the heating gases being proportional to the desired gradual decrease in the heat absorbed by the product.
On the other hand, it is also possible to provide the heating tubes with devices regulating the transmission of heat from the heating gas to the wall as desired. This can be achieved, for example, by providing the tubes with fins, the active surface of which gradually decreases until the part where the quantity of heat absorbed must be only minimal. Or, it is also possible to add to the substances to be heated, at different places of the heating coil, hydrogen heated to any temperature, but always higher than that of the product which is at the place where the gas is introduced. hydrogen. As the temperature of the product increases, the temperature difference between the hydrogen and the product to be heated can be made to decrease.
The reduction in the energy input and the quantity of heat can also be regulated by electricity @
<Desc / Clms Page number 4>
absorbed by the material to be heated. Each tube or heating container is then charged with a quantity of electrical energy corresponding to the desired gradual reduction in the heat absorbed by the material to be treated, and producing the temperature difference to be maintained between the walls of the tube. and the starting materials.
To achieve this result, the heating tubes, placed towards the product inlet, are supplied with a quantity of energy much greater than that received by the tubes in which the product circulates, reheated approximately to the reaction temperature; this can be done for example by an appropriate arrangement of the winding or by the judicious choice of the section of the heating wires through which the current passes. By using electrical energy, oh has the great advantage of being able to place the heating system in the reaction furnace itself. In this case, there is no loss of energy by radiation, and all the electrical energy can be completely transformed into heat of resistance.
In addition, if the operation is carried out under pressure, there is no need to use particularly pressure-resistant construction material for the heating vessels or tubes, since then - unlike the heating process. heating by gases under ordinary pressure - the outer chamber can also be kept under pressure, so that there is no pressure difference between the inner chamber and the outer chamber. The heater system is then placed either on the inner wall or in the center of the reaction chamber under pressure, which makes it easily interchangeable.
When heating substances under pressure
<Desc / Clms Page number 5>
carbonaceous substances, for example with a view to the subsequent hydrogenation under pressure, by already introducing the hydrogen at the same time as the materials to be treated in the heater, it is necessary that the construction material of the parts of the apparatuses, in which the substances entering into the reaction are subjected to heat treatment, that is to say resistant to high pressure and to attack by gases containing hydrogen and sulfur compounds. It is therefore particularly advantageous to construct or cover with a special steel, having a chromium content of about 5% or more, those parts of the apparatus which are subjected to high temperatures. In addition, this construction material is relatively insensitive to possible variations in temperature.
The accompanying drawings will better understand the details of the present process.
In Figure 1, a shows the masonry of a heating chamber, separated into two parts by the plate c, constructed of refractory material. The upper part b, serving as a combustion chamber, contains the fuel gas and air supply pipes, while the: lower part d contains the reheating coil; also see the cross section, shown in Figure 2. We introduce by h, at 200 atm. pressure, the materials to be treated, for example a mixture of low temperature carbonization tar of lignite with hydrogen, in the heating coil. In this coil, the substances circulate in the same direction as the heating gas, ie from top to bottom through the heating chamber.
The heating gases, at a temperature of about 650 ° C, first come into contact with the part of the coil which is traversed.
<Desc / Clms Page number 6>
shed by the stream of cold substances. Then they are sucked in by .0. by means of a fan and reintroduced by g into the combustion chamber; excess gas can be allowed to escape. Thanks to this device, the difference between the temperature of the walls of the coil and that of the substances descending in the coil, important at its upper part, decreases in the direction of the current, until it is less than 20 C.
At the lower end of the coil, the substances to be treated have a temperature of about 500 C. The substances leave the coil through i and then go into a reaction furnace which is directly connected to it. The fins with which the coil is provided, and the number of which per unit of length continually decreases downwards, furthermore promote the gradual decrease in the quantity of heat absorbed by the substances. In addition, the heat transfer can be regulated by modifying the rapidity of the heating gas flow.
Figure 3 shows an electrically heated heating coil with the two sockets k and 1. The substances are heated to a temperature of about 500 ° C. in several phases, the first phase at the upper end of the coil, comprising the input of the maximum quantity of heat, the last phase, at the lower end of the coil., comprising the input of the quantity minimum heat by the electric current. The heat input is adjusted so that in the first phase the difference between the temperature of the walls of the tube and that of the substances in the coil is approximately equal to 100 C, and in the last phases
<Desc / Clms Page number 7>
its equal to about 15 to 20 C.
Each part of the coil can be heated to the desired temperature, for example by heating each of its parts by means of adjustable electrical devices (heating resistors), separated from each other, or by using only 'only one of these devices, but the heating power of which gradually decreases from top to bottom.