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BREVET " Perfectionnements apportés aux procédés de dis- -tillation des matières carbonacées "
Les vapeurs dégagées dans la distillation des ma- tiares carbonacéos solides, telles que oharbons, lignites, schistes, etc.., ou liquides, telles que goudrons, proies, naphtes etc..., sont des mélanges complexes de composés car- bonacés, en majeure partie des hydrocarbures.
Il est bien connu que ces vapeurs, si elles sont
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soumises à une température convenable?. subissent une transfor- mation moléculaire plus mu moins profonde, qu'on désigne ha- bituellement sous le nom de "cracking", et dont l'effet le plus fréquent, et le plus généralement recherché, est la pro- duction de produits condensables plus volatils que le produit de départ.
Les facteurs principaux qui favorisent le cracking sont ;
1 - L'élévation de la température de réaction.
2 - L'augmentation du temps pendant lequel les va- peurs sont soumises à cette température. Certaines des modifi- catins moléculaires qui se produisent sont en effet endothermi- ques. Il est coneable, par conséquent, que si les vapeurs sont maintenues à la température de réaction un temps plus long, elles pourront absorber un plus grand nombre de calories, par suite, le nombre de molécules crackées sera plus considérable.
3 - L'accroissement de la pression à laquelle ces va- peurs sont soumises dans la chambre de réaction. On peut dire, en effet, qu'une grande pression rapproche les molécules, et faci- lite entre elles l'échange de calories et le contact intime néces- saire à la réaction.
4 - L'agitation de la masse. Il est concevable, en effet, que certaines réactions de cracking se produisent non pas par pure et simple fractionnement des molécules individuelles sous Inaction de la chaleur, mais par réaction de molécules l'une sur l'autre. Le brassage de la masse a donc pour effet de facilita' le contact des molécules pouvant réagir entre elles.
5 - Le contact de certains corps qui, par leur pré- sence et par un mécanisme encore mal élucidé, augmentent la ra- pidité des réactions. 0'est une application particulière ' du phénomène dit "catalytique". La présenee de tels corps dans le milieu permet donc d'obtenir des réactions, même si les facteurs précédemment énumérés sont insuffisants, et par conséquent, de
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parvenir à des résultats analogues avec une température plus basse, un temps de contact moindre, une pression plus faible, ou un brassage moins complet.
Mais, du point de vue pratique, certains des facteurs ci-dessus énumérés ne peuvent être appliqués que moyennant des complications mécaniques ou des particularités de construction qui entraînent des frais de première installation ou des diffi- cultés d'exploitation qu'il est préférable de réduire au minimu. dans une réalisation industrielle. En particulier, les hautes pressions et les hautes températures sont particulièrement gê- nantes;, Il est donc avantageux de rechercher une solution gui les évite.
La présente invention est relative à un procédé de cracking des vapeurs de distillation des matières oarbonaoées utilisant une température pas très élevée, une pression voisine de la pression atmosphérique, et dont la vitesse de réaction est grandement augmentée par une sorte de brassage automatique dont le mécanisme sera expliqué plus loin, et par la présence de cata- lyseurs automatiquement produits et entretenus.
A cet effet, la distillation est produite dans un ap- pareil quelconque, à une température qui dépend de la nature de la matière traitée.
Dans la distillation des matières solides, on s'attache- ra à ne pas dépasser dans cet appareil la température gui donne le maximum de vapeurs condensables sous forme de goudrons. Autre- ment dit suivant l'expression consacrée, on effectuera cette dis- tillation " à basse température "
L'appareil servant à cette distillation comporte une entrée de matière première et une sortie du semi-coke résidu, convenablement disposées pour assurer 1 étanchéité de l'enceinte.
Dans la distillation des matières liquides, le préchau. fage de la matière sera assuré dans les conditions les plus favo- rables pour obtenir une volatilisation importante, par exemple
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au moyen dtun serpentin chauffé extérieurement dans un four.
A la sortie du serpentin, la matière chauffée sera détendue à une pression voisine atmosphérique, et la fraction non vapo- risée, le résidu, sera évacué.
Quoi qu'il en soit du mode de chauffage, la partie gui se dégage, mélange de vapeurs et de gaz, est amené par le plus court chemin possible, et sans lui laisser subir au- cune condengation, dans une chambre de réaction qui constitue l'objet de la présente invention.
Cette chambre est chauffée extérieurement par une source de chaleur dont l'intensité est réglable. La nécessité de maintenir tout son volume à une température aussi régulière que possible peut conduire à lui donner des dimensions absolues assez faibles, et, par conséquent, pour pouvoir disposer du vo- lume nécessaire au débit de l'appareil, il pourra être nécessaire de la fragmenter en plusieurs compartiments indépendants, entre lesquels la masse de vapeurs et de gaz sera départie.
Dans toute la suite de l'exposé, la dénomination "cham.- bre de réaction" sera conservée, et s'appliquera à une chambre unique ou fragmentée en plusieurs compartiments.
Cette chambre sera avantageusement 'placée directement au-dessus de l'enceinte - four, cornue, -ou les vapeurs sont distillées ou détendues après préchauffage. Elle sera en outre surmontée d'une seconde chambre, ou d'un collecteur, où les vapeurs et les gaz se rassemblent après réaction.
La chambre de réaction est remplie aussi exactement que possible par une masse composée de petits éléments indépen- dants l'un de l'autre, ménageant entre eux un très grande nombre de pétits intervalles, formant des canaux de forme irrégulière.
En outre, ces éléments sont agités de façon que les dits canaux subissent constamment des variations de forme et de dimensions transversales.
Le mélange de vapeurs et de gaz est forcé à travers cette masse, par exemple en créant une légère pression , juste
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celle nécessaire à vaincre la perte de charge, dans la chambre antérieure à la chambre de réaction, ou au moyen d'un extracteur gui crée une légère dépression après la chambre de réaction.
Le mélange de gaz et de vapeurs s'infiltre en très pe- tits filets, extrêmement divisés, entre les éléments indépendants, composant par leur ensemble la masse de contact.
On réalise ainsi les conditions favorables énoncées plus haut pour réaliser le cracking : a) -La température de réaction est assurée par le chauf- fage extérieure de la chambre. Il sera en général avantageux que les dits éléments indépendants soient constitués en matière bonne conductrice de la chaleur, par exemple qu'ils soient métalliques, pour qu'ils aient tous, à de très petites différences près, la même température, celle qui a été reconnue la plus favorable pour le résultat cherché.
b) - Le volume de la chambre de réaction peut être con- sidérablement diminué, en raison de la très grande surface de contact avec les vapeurs qu'offrent les éléments mndépendants, as- surant par conséquent une grande facilité pour les échanges calo- rifigues nécessaires à la réaction, dont le temps absolu est d'au- tant plus réduit. c) - La réaction a lieu à une pression très voisine de la pression atmosphérique. d) - Le mélange de gaz et de vapeurs est continuellement brassé. Les canaux par où s'écoulent les filets du mélange ont en effet une forme très irrégulière et des sections transversales constamment variables. Les filets gazeux sont donc constamment animés de mouvoments tourbillormairos, do remous, qui brassent continuellement leur masse.
Ce brassage est d'ailleurs accru par l'agitation des éléments indépendants eux-mêmes. e) -Si, en outre, les éléments indépendants sont cons- titués par une substance douée de propriétés catalytiques, on assure, par le contact intime et multiplié de fractions du mélange
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de vapeurs et de gaz, sans cesse renouvelées, avec leur sur- face des conditions très favorables à la catalyse. Or, il est bien connu que certains métaux par exemple possèdent cette propriété, On peut donc constituer les éléments indépendants de ces métaux.
Mais, le carbone possède également cette propriété. Or, automatiquement, les éléments indépendants se recouvrent d'un dé- pôt mince et dur, analogue à du coke, très riche en carbone, et doué de remarquables propriétés catalysantes.
Ce dépôt peut être le résultat de deux actions :
D'une part, les vapeurs qui se dégagent dans la dis- tillation, et-principalement dans la distillation des matières ; carbonées solides, entratnensnt avec elles de fines particules, des poussières de'semi-coke. Il peut être avantageux d'ailleurs d'augmenter cet effet en munissant le four de 'distillation d'agi- tateurs mécaniques qui triturent la masse traitée.
Ces poussières, entraînées par les vapeurs, se déposent sur les éléments individuels de la masse de contact, laquelle agit d'ailleurs comme un dépoussiéreur. ailles recouvrent la sur- face des éléments individuels qui devient ainsi éminement cata lysante, tout en facilitant , par son importance, l'échange de calories.
Dtautre part, une certaine fraction des vapeurs subit au contact des surfaces chaudes des éléments une décomposition, un cracking plus prononcé, qui se traduit par un dépôt de coke sur ces suriaces.
On réalise donc ainsi automatiquement une très impor- tante surface de contact, extrêmement divisée, et possèdant un éminent pouvoir catalytique, grâce auquel les réactions de crac- king stopérent rapidement à une température relativement basse. f) - Il convient toutefois d'éviter que l'excès de poussières arrêtées par la masse de contact ne devienne un obs- tacle au bon fonctionnement du dispositif.
Il faut, en particu- liât, empêcher ces poussières de s'agglomérer en volume important
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entre les éléments indépendants, ce qui aurait pour effet de "boucher" le dispositif, et d'arrêter le libre dégagement des vapeurs et des gaz dans le dollecteur situé après la chambre de réaction. 0'est à ce besoin que répond l'agitation des éléments indépendants par rapport aux éléments voisins. Dans ces condi- tions, lorsque les particules s'agglomèrent et qu'elles forment des grains trop lourds, ces grains retombent par leur propre poids dans la chambre inférieure, où ils sont entraînés, par un dispositif convenable avec les résidus de la distillation.
Ceci n'amoindrit en rien l'efficacité du dispositif puisque de nouvelles particules sont constamment amenées ou for- mées par les nouvelles fractions du mélange de vapeurs et de gaz qui entrent dans le dit dispositif',
Les excellentes conditions du cracking énumérées dans les paragraphes a et b sont donc automatiquement maintenues en permanence, grâce à l'agitation du dispositif décrit en f. g) - Enfin, la masse de contact agit comme dépoussiè- reur, et, de ce fait, les produits liquides obtenus par conden- sation des vapeurs s'échappant de la chambre de réaction con- tiennent très peu de poussières, ce qui augmente considérable- ment leur valeur.
Ce procédé, ainsi décrit dans sa généralité, est sus- ceptible d'un grande nombre d'applications particulières, aux- quelles devra naturellement s'étendre la protection du présent brevet. Il pourra de toute manière être bien comprit à l'aide de ce qui suit et des dessins annexés, lesquels ne sont donnés bien entendu qu'à titre d'exemple.
La figure 1 représente en coupe transversale et la figure 2 en coupe longitudinale, une chambre de réaction réali- sée selon l'invention. On a figuré schématiquement au-dessous dé cette chambre, en pointillé, un appareillage de distillation de combustible solide, comprenant une cornue chauffée extérieu- rement, munie d'une entrée étanche pour le combustible, d'une
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sortie également étanche pour l'évacuation du semi-coke, résidu et d'agitateurs tournants destinés à étaler sur les parois de la cornue le combustible traité, et à le faire progresser depuis l'entrée jusqu'à la sortie.
Au-dessus de cette cornue, et communiquant avec elle par toute sa face inférieure, se trouve la chambre de réaction
1 enfermée dans une fumisterie 2, dans laquelle circulent les fumées de la combustion d'un foyer 3, avec registre de réglage
4, et rotour de fumées froides par la conduite 5 et la vanne 6, de façon à permettre le réglage.du volume et de la température des fumées introduites dans la dite fumisterie.
La section de la chambre 1 se compose de sept cercles égaux, un central et six autres dont les centres sont réguliè- rement répartis sur un hexagone régulier.
Tous ces cercles ont un rayon légèrement supérieur à celui gui donnerait sept circonférences tangentes entre elles trois à trois. Ces circonférences laissent entre elles six es- paces 9, ayant la forme d'un triangle curviligne équilatéral.
La chambre elle-même se compose donc de sept cylindres à axe horizontal, communiquant tous entre eux trois à trois.
Chacun de ces cylindres est exactement rempli par une brosse comportant un axe plein, ou tubulaire, garni sur tout son pourtour et sur toute sa longueur de brins métalliques assez durs, mais cependant flexibles, très nombreux et disposés radia- lement. Les intervalles ayant uomme section les triangles 2, laissés libres entre les cylindres, sont constitués par des vo- lumes prismatiques, à parois pleines, fixée aux flasques qui terminent la chambre; ils ne communiquent pas avec la chambre de réaction, et il sera avantageux au contraire de les ouvrir dans la fumisterie pour que les gaz de chauffage puissent y circuler.
Les axes des sept brosses traversent par un joint étan che approprié les. flasques gui terminent la chambre. Si ces axes sont tubulaires, on peut les laisser ouvrir dans la fumisterie
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pour que les gaz de chauffage puissent les parcourir, ot qu'ils puissent ainsi concourir au chauffage dela masse.
L'arbre de la brosse centrale 7 porte à l'extérieur une poulie II,,' par laquelle on peut lui imprimer un mouvement circulaire de rotation'. Il porte en outre un engrenage droit 10, de diamètre un peu plus grand que le diamètre même de la brosse, et chacun des arbres des six brosses 8, porte également un engrenage 12 pouvant être commandé par l'engrenage 10. De cette façon, quand la poulie 11 est commandée, les sept brosses sont animées d'un mouvement de rotation, celui des brosses ex- térieures un peu plus rapide que celui de la brosse centrale et de sens contraire.
Dans ce mouvement, les brins métalliques qui constituent ici les éléments indépendants de la masse de contact sont agités quand ils rencontrent les brins de l'une des brosses voisines, c'est à dire trois fois par tour, puisque le diamètre de ces brosses eat, comme il été dit, légèrement plus grand que la distance de leurs centres.
Au-dessus des deux brosses supérieures, le carter gui les entoure est élargi, de façon à former un collecteur 13 pour les gaz et les vapeurs ayant traversé la chambre de réaction, Ces gaz et ces vapeurs passent en outre par un conduit 14, et vont aux appareils de condensation non représentés.
Sur leur trajet, au delà du conduit 14, en un point judicieusement choisi, se trouve un extracteur qui produit dans le collecteur 13 une dépression suffisante pour assurer le débit convenable de gaz et de vapeurs à travers la chambre 1, en sur- montant la perte de charge qu'entraine leur passage à travers la masse de contact formée par les brosses 8.
La masse de contact formée par les brins métalliques des brosses 8 est facilement portée à la température convenable par le chauffage extérieur réglable. En outre, les éléments étant métalliques assurent d'une part une rapide et facile dif- fusion des calories provenant de ce chauffage, et, d'autre part,
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maintiennent dans toute la masse une température aussi régu- lière que possible. par la dépression qui règne en 13, le mélange de gaz et de vapeurs est force à travers la masse de contact-' Il pé- nètre par de très nombreux petits filets, dans les interstices 'qui séparent les éléments indépendants.
Il y dépose les pous- sières de semi-coke entraînées; en même 'temps, une cartaine décomposition, au contact des éléments chauffés produit du car- bone. La surface des éléments se recouvre donc d'une couche de matière à grand pouvoir catalytique.
En outre, la trajectoire des différents filets de vapeurs et de gaz est constamment brisée par la: forme irré- gulière des instertices que les brins des brosses laissent entre eux. Il y a donc brassage continuel du mélange de gaz et de vapeurs, contact intime et multiplié et constamment re- 'nouvelé de ce mélange avec une très grande surface chauffée et à grand pouvoir catalytique. On crée donc ainsi les conditions les plus favorables pour réaliser le cracking.
En outre, par la rotation des brosses, tous les élé- ments indépendants constitués par les brins métalliques des brosses sont constamment agités. Cette agitation est suffisante pour empêcher les poussières entraînées de s'agglomérer en suie entre les éléments, et d'en boucher les interstices. Lors- que ces poussières s'agglomèrent en grains assez lourds, ceux- ci retombent soit sur les parois des surfaces prismatiques, où ils sont balayés, soit sur les brosses inférieures, et en dé- finitive dans la cornue d'où ils sont évacués avec le semi-coke résidu.
L'agitation empêche donc le dispositif de se boucher, et maintient ainsi automatiquement et en permanence la masse de.contact en excellentes conditions de fonctionnement.
La figure.3 représente en section transversale une
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chambre, de réaction composée de deux cavités cylindriques, 22 et 22' s'ouvrant par leur partie inférieure sur la chambre 21, faisant partie d'un appareil destiné au traitement d'une matièr< liquide.
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On a ,repr6senté scLdmatigue,,neut, et en pointillé, un serpentin de chauffage à travers lequel la matière liquide cir- cule , une vitesse et sous une pression convenable, pour se chauffer, et dont elle sort par une soupape de détente dans la chambre 21 situé au-dessous des chambres 22 et 22'.
Dans la chambre ±, où règne une pression voisine de la pression atmosphérique, une partie du liquide trait se vaporise, l'autre partie reste liquide, tombe au fond de la chambre, et constitue le résidu qui est évacué par un dispo- sitif convenable.
Les chambres 22 et 22' sont chauffées extérieure- mont, Elles sont remplies aussi exactement que possible cha- cune par un cylindre en tôle perforée tournant autour d'un axe horizontal et dans le sens indé par des flèches sur la figure.
'Dans ces cylindres, on a placé de la grenaille en quantité con- venable 23 et 23'
Sous l'action de la rotation, les particules de cette grenaille qui constituent les éléments indépendants de la masse de contact, s'élèvent et retombent constamment sur elles- mêmes, assurant ainsi l'agitation des éléments indépendants, et leur surface supérieure est très voisine d'un plan ayant comme fente celui du talus naturel d'éboulement de lagreganille utili- sée. Par construction, la partie par laquelle la chambre 21 communique avec les chambres 22 et 22' est inclinée et sensi- blement parallèle au plan de la surface supérieure des tas 23 et 23'.
On crée, au moyen d'un extracteur, une dépression dans les chambres 22 et 22', et, sous l'action de cette dépres- sion, le mélange de gaz et de vapeurs est forcé à travers 'la
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masse de grenaille. Les phénomènes précédemment décrits se produisent au contact de cette masse chauffée et agitée.
La substance catalysante est formée, comme précé- demment, par les poussières entraînées par les vapeurs- pous- sières qui sont peu abondantes avec les matières liquides, et même presque nulles avec certaines d'entre elles - et surtout par la décomposition de certains corps contenus dans les va- peurs, décomposition qui se traduit par un dépôt de carbone à la surface des particulesde la grenaille.
L'agitation empêche l'obturation des interstices, et lorsque les suies deviennent abondantes, elles retombent avec la grenaille, en fines particules qui traversent la paroi per- forée des cylindres et retombent dans la chambre 21 d'où elles sont entraînées avec les résidus. On peut d'ailleurs prévoir une raclette 24 pour faciliter cette évacuation.
La figure 4 représente un autre exemple de réalisa- tion de l'invention.
Une chambre 31 est tout entière remplie d'éléments indépendants 37 qui sont ici constitués chacun par un câble 'en acier entre les torons duquel sont enfilés transversalement des fils d'aciers fins, de façon que chaque élément soit constitué comme un hérisson souple, long, mais de petit diamètre.
Ces éléments sont placés dans la chambre aussi rap- prochée que possible, et suspendus à des barreaux 38 placés transversalement entre les flasques longitudinales d'une car- casse 39, portant des arceaux 40 prolongées par des tiges ver- ticales 41.
La carcasse et les arceaux sont placés dans une chambre 42, surtmotant la chambre de réaction et formant col- lecteur pour les gaz et les vapeurs sortant de la chambre de réaction 31. Ces gaz et ces vapeurs passent ensuite par un con- duit 43, et vont aux appareils de condensation non représentés.
En outre, les tiges 41 fixées aux arceaux 40 sortent
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par un joint étanche convenable à travers la paroi supérieure de la chambre 42. Ces tiges sont animées d'un mouvement alternatif de translation, par exemple au moyen d'un arbre 44, portant des cames 45 et commandé par une poulie 46. La rotation de cet arbre communique donc aux tiges 41, partant à la carcasse 39, et par elle à l'ensemble des éléments indépendants, une agitation con- tinue.
La masse de contact formée par les éléments 37 est facilement portée à la température convenable par le chauffage extérieur réglable. Le mélange de gaz et de vapeurs est forcé à travers la masse en créant une dépression dans la chambre 42 au moyen d'un extracteur. Les phénomènes précédemments décrits se produisent, et, grâce à l'action combinée du dépôt catalyti- que automatiquement produit par le fonctionnement même de l'ap- pareil et de l'agitation, on réalise les conditions très favo- rables de cracking précédemment énumérées.
La figure 6 représente un mode d'agitation différent, et, avec certaines matières, pourra avantageusement être employé.
Les éléments indépendants sont, comme ci-dessus, suspendus à des barreaux, mais les barreaux de rang pair 38 sont fixés à une carcasse 39, tandis que les barreaux de rang impair 38' sont fixés une seconde carcasse 39'. Par les tiges 41 et il! , mues par des excentriques 47 et 47', on imprime aux deux sys- tèmes de barreaux 38 et 38' et par conséquent aux deux files successives d'éléments indépendants, des mouvements relatifs continus.
On s'est attaché à montrer, par les différents exem- ples ci-dessus que la nature ou la forme des éléments indépen- dants n'est pas limitatives, non plus que leur mode d'agitation.
Il suffit que ces éléments soient très serrés, qu'ils présentent une grande surface, qu'ils soient chauffés, et que le mode d'agi- tation soit suffisamment efficace pour empêcher les poussières
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ou les suies de boucher le dispositif.
Dans ces donditions, le passage des vapeurs et des gaz à travers le faisceau d'éléments indépendants crée auto- matiguement une très grande surface catalysante, tandis que l'a- gitation, en entretenant constamment et automatiquement l'en- tière liberté de passage du mélange de gaz et de vapeurs à tra- vers la masse, maintient en permanence les conditions éminem- ment favorables au cracking ainsi crées.
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PATENT "Improvements to carbonaceous material distillation processes"
The vapors given off in the distillation of solid carbonaceous materials, such as coal, lignite, shale, etc., or liquids, such as tars, prey, naphtha, etc., are complex mixtures of carbonaceous compounds, mostly hydrocarbons.
It is well known that these vapors, if they are
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subjected to a suitable temperature ?. undergo a more shallow molecular transformation, which is usually referred to as "cracking", and the most frequent and most widely sought effect of which is the production of more condensable products. volatile than the starting material.
The main factors that promote cracking are;
1 - Raising the reaction temperature.
2 - The increase in the time during which the vapors are subjected to this temperature. Some of the molecular changes that occur are indeed endothermic. It is coneable, therefore, that if the vapors are kept at the reaction temperature for a longer time, they will be able to absorb a greater number of calories, therefore, the number of cracked molecules will be greater.
3 - The increase in the pressure to which these vapors are subjected in the reaction chamber. We can say, in fact, that a great pressure brings the molecules together, and facilitates the exchange of calories between them and the intimate contact necessary for the reaction.
4 - The agitation of the mass. It is conceivable, in fact, that certain cracking reactions occur not by pure and simple fractionation of individual molecules under the inaction of heat, but by reaction of molecules on each other. The mixing of the mass therefore has the effect of facilitating the contact of the molecules which can react with each other.
5 - The contact of certain bodies which, by their presence and by a still poorly understood mechanism, increase the speed of reactions. This is a particular application of the so-called "catalytic" phenomenon. The presence of such bodies in the medium therefore makes it possible to obtain reactions, even if the factors previously enumerated are insufficient, and consequently, to
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achieve similar results with lower temperature, shorter contact time, lower pressure, or less thorough mixing.
But, from the practical point of view, some of the above-listed factors can only be applied with mechanical complications or constructional peculiarities which lead to initial installation costs or operating difficulties which it is preferable to avoid. reduce to a minimum. in an industrial realization. In particular, high pressures and high temperatures are particularly troublesome; it is therefore advantageous to seek a solution which avoids them.
The present invention relates to a process for cracking the vapors from the distillation of carbonated materials using a not very high temperature, a pressure close to atmospheric pressure, and the reaction rate of which is greatly increased by a kind of automatic stirring, the mechanism of which. will be explained later, and by the presence of automatically produced and maintained catalysts.
For this purpose, the distillation is carried out in any apparatus, at a temperature which depends on the nature of the material treated.
In the distillation of solids, care will be taken not to exceed in this apparatus the temperature which gives the maximum amount of condensable vapors in the form of tars. In other words, according to the accepted expression, this distillation "at low temperature" will be carried out.
The apparatus used for this distillation comprises a raw material inlet and an outlet for the semi-coke residue, suitably arranged to seal the enclosure.
In the distillation of liquids, preheating. fage of the material will be ensured under the most favorable conditions to obtain significant volatilization, for example
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by means of a coil heated externally in an oven.
At the outlet of the coil, the heated material will be expanded to a pressure close to atmospheric, and the non-vaporized fraction, the residue, will be discharged.
Whatever the method of heating, the mistletoe part, a mixture of vapors and gas, is brought by the shortest possible route, and without allowing it to undergo any condengation, into a reaction chamber which constitutes the object of the present invention.
This chamber is heated externally by a heat source whose intensity is adjustable. The need to maintain its entire volume at a temperature as regular as possible can lead to giving it fairly small absolute dimensions, and, consequently, in order to be able to have the volume necessary for the flow rate of the apparatus, it may be necessary to fragment it into several independent compartments, between which the mass of vapors and gas will be divided.
Throughout the remainder of the description, the name “reaction chamber” will be retained, and will apply to a single chamber or one that is fragmented into several compartments.
This chamber will advantageously be placed directly above the enclosure - furnace, retort, -or the vapors are distilled or expanded after preheating. It will also be surmounted by a second chamber, or a collector, where the vapors and gases gather after reaction.
The reaction chamber is filled as exactly as possible with a mass made up of small independent elements, leaving between them a very large number of small gaps, forming channels of irregular shape.
In addition, these elements are agitated so that said channels constantly undergo variations in shape and transverse dimensions.
The mixture of vapors and gas is forced through this mass, for example by creating a slight pressure, just
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that necessary to overcome the pressure drop, in the chamber anterior to the reaction chamber, or by means of an extractor which creates a slight depression after the reaction chamber.
The mixture of gases and vapors infiltrates in very small, extremely divided streams between the independent elements, which together make up the contact mass.
The favorable conditions stated above for carrying out the cracking are thus achieved: a) The reaction temperature is ensured by the external heating of the chamber. It will in general be advantageous for said independent elements to be made of material which is a good conductor of heat, for example that they are metallic, so that they all have, with very small differences, the same temperature, that which was recognized as the most favorable for the desired result.
b) - The volume of the reaction chamber can be con- siderably reduced, owing to the very large surface area of contact with the vapors offered by the independent elements, consequently ensuring great ease for heat exchange. necessary for the reaction, the absolute time of which is even shorter. c) - The reaction takes place at a pressure very close to atmospheric pressure. d) - The mixture of gas and vapors is continuously stirred. The channels through which the streams of the mixture flow have in fact a very irregular shape and constantly varying cross sections. The gaseous streams are therefore constantly animated by vortex, eddies, which continually stir their mass.
This mixing is also increased by the agitation of the independent elements themselves. e) - If, in addition, the independent elements are constituted by a substance endowed with catalytic properties, it is ensured, by the intimate and multiplied contact of fractions of the mixture
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of vapors and gases, constantly renewed, with their surface conditions very favorable to catalysis. Now, it is well known that certain metals, for example, have this property. It is therefore possible to constitute the independent elements of these metals.
But, carbon also has this property. However, the independent elements automatically become covered with a thin and hard deposit, similar to coke, very rich in carbon, and endowed with remarkable catalyzing properties.
This deposit can be the result of two actions:
On the one hand, the vapors which are given off in the distillation, and-mainly in the distillation of materials; solid carbonaceous substances, intermingling with them fine particles, semi-coke dust. It may be advantageous, moreover, to increase this effect by providing the distillation furnace with mechanical stirrers which triturate the treated mass.
This dust, entrained by the vapors, is deposited on the individual elements of the contact mass, which moreover acts as a dust collector. All of them cover the surface of the individual elements which thus becomes eminently cata lysante, while facilitating, by their importance, the exchange of calories.
On the other hand, a certain fraction of the vapors undergoes on contact with the hot surfaces of the elements a decomposition, a more pronounced cracking, which results in a deposit of coke on these surfaces.
A very large contact surface, extremely divided, and possessing an eminent catalytic power, thanks to which the cracking reactions stop rapidly at a relatively low temperature, is thus automatically produced in this way. f) - However, it is necessary to prevent the excess dust trapped by the contact mass from becoming an obstacle to the correct functioning of the device.
It is necessary, in particular, to prevent this dust from agglomerating in large volume.
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between the independent elements, which would have the effect of "blocking" the device, and of stopping the free release of vapors and gases in the valve located after the reaction chamber. It is to this need that the agitation of the independent elements meets the neighboring elements. Under these conditions, when the particles agglomerate and they form too heavy grains, these grains fall by their own weight into the lower chamber, where they are entrained, by a suitable device with the residues of the distillation.
This does not in any way reduce the efficiency of the device since new particles are constantly brought in or formed by the new fractions of the mixture of vapors and gases which enter the said device ',
The excellent cracking conditions listed in paragraphs a and b are therefore automatically maintained at all times, thanks to the agitation of the device described in f. g) - Finally, the contact mass acts as a dust collector, and, therefore, the liquid products obtained by condensing the vapors escaping from the reaction chamber contain very little dust, which increases considerably their value.
This process, thus described in its generality, is susceptible of a large number of particular applications, to which the protection of the present patent should naturally extend. It can in any case be well understood with the aid of what follows and the appended drawings, which are of course given only by way of example.
Figure 1 shows in cross section and Figure 2 in longitudinal section, a reaction chamber produced according to the invention. There is shown schematically below this chamber, in dotted lines, an apparatus for the distillation of solid fuel, comprising an externally heated retort, provided with a sealed inlet for the fuel, a
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also sealed outlet for the evacuation of the semi-coke, residue and rotating stirrers intended to spread the treated fuel on the walls of the retort, and to make it progress from the inlet to the outlet.
Above this retort, and communicating with it through its entire underside, is the reaction chamber
1 enclosed in a chimney 2, in which circulate the fumes from the combustion of a fireplace 3, with control damper
4, and cold flue gas through line 5 and valve 6, so as to allow the volume and temperature of the flue gases introduced into said flue gas chamber to be adjusted.
The section of chamber 1 consists of seven equal circles, a central one and six others whose centers are evenly distributed over a regular hexagon.
All these circles have a radius slightly greater than that which would give seven tangent circumferences three to three between them. These circumferences leave between them six spaces 9, having the shape of an equilateral curvilinear triangle.
The chamber itself is therefore composed of seven cylinders with a horizontal axis, all communicating with each other three to three.
Each of these cylinders is exactly filled by a brush comprising a solid or tubular shaft, lined over its entire periphery and over its entire length with fairly hard metal strands, but nevertheless flexible, very numerous and arranged radially. The intervals having a section of the triangles 2, left free between the cylinders, are formed by prismatic volumes, with solid walls, fixed to the flanges which terminate the chamber; they do not communicate with the reaction chamber, and it will be advantageous on the contrary to open them in the flue so that the heating gases can circulate there.
The axes of the seven brushes pass through them by a suitable seal. mistletoe flasks complete the room. If these axes are tubular, they can be left open in the hut.
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so that the heating gases can pass through them, ot that they can thus contribute to the heating of the mass.
The shaft of the central brush 7 carries on the outside a pulley II ,, 'by which it can be imparted a circular movement of rotation'. It also carries a spur gear 10, of diameter a little larger than the diameter of the brush itself, and each of the shafts of the six brushes 8, also carries a gear 12 which can be controlled by the gear 10. In this way, when the pulley 11 is controlled, the seven brushes are given a rotational movement, that of the outer brushes a little faster than that of the central brush and in the opposite direction.
In this movement, the metal strands which here constitute the independent elements of the contact mass are agitated when they meet the strands of one of the neighboring brushes, that is to say three times per revolution, since the diameter of these brushes is , as it has been said, slightly greater than the distance of their centers.
Above the two upper brushes, the casing which surrounds them is widened, so as to form a collector 13 for the gases and vapors which have passed through the reaction chamber. These gases and these vapors also pass through a conduit 14, and go to condensing devices not shown.
On their path, beyond the duct 14, at a carefully chosen point, there is an extractor which produces in the collector 13 a sufficient depression to ensure the proper flow of gas and vapors through the chamber 1, by raising the pressure drop caused by their passage through the contact mass formed by the brushes 8.
The contact mass formed by the metal strands of the brushes 8 is easily brought to the suitable temperature by the adjustable external heating. In addition, the elements being metallic ensure, on the one hand, a rapid and easy diffusion of the calories coming from this heating, and, on the other hand,
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maintain a temperature as regular as possible throughout the mass. by the depression which prevails in 13, the mixture of gas and vapors is forced through the contact mass. It penetrates by very numerous small threads, in the interstices which separate the independent elements.
It deposits the entrained semi-coke dust therein; at the same time, a decomposition, in contact with the heated elements, produces carbon. The surface of the elements is therefore covered with a layer of material with high catalytic power.
In addition, the trajectory of the various streams of vapors and gases is constantly broken by the irregular shape of the instertices which the strands of the brushes leave between them. There is therefore continual stirring of the mixture of gas and vapors, close contact and multiplied and constantly renewed of this mixture with a very large heated surface and with great catalytic power. The most favorable conditions are therefore created for carrying out cracking.
In addition, by the rotation of the brushes, all the independent elements constituted by the metal strands of the brushes are constantly agitated. This agitation is sufficient to prevent the entrained dust from agglomerating in soot between the elements, and from blocking the interstices. When these dusts agglomerate in fairly heavy grains, they fall either on the walls of the prismatic surfaces, where they are swept, or on the lower brushes, and finally in the retort from which they are evacuated. with the semi-coke residue.
The stirring therefore prevents the device from clogging, and thus automatically and permanently maintains the contact mass in excellent operating conditions.
Figure 3 shows in cross section a
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reaction chamber composed of two cylindrical cavities, 22 and 22 'opening at their lower part onto the chamber 21, forming part of an apparatus intended for the treatment of a liquid material.
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We have schematically represented a neutral and dotted line showing a heating coil through which the liquid material circulates, at a suitable speed and under a suitable pressure, to heat itself, and from which it exits by an expansion valve in the chamber. room 21 located below rooms 22 and 22 '.
In the ± chamber, where there is a pressure close to atmospheric pressure, part of the treated liquid vaporizes, the other part remains liquid, falls to the bottom of the chamber, and constitutes the residue which is evacuated by a suitable device. .
The chambers 22 and 22 'are heated from the outside. They are each filled as exactly as possible by a perforated sheet cylinder rotating around a horizontal axis and in the direction indicated by the arrows in the figure.
'In these cylinders, suitable amount of shot 23 and 23 was placed.
Under the action of rotation, the particles of this shot which constitute the independent elements of the contact mass, constantly rise and fall on themselves, thus ensuring the agitation of the independent elements, and their upper surface is very close to a plane having as a slit that of the natural landslide slope of the used gravel. By construction, the part through which the chamber 21 communicates with the chambers 22 and 22 'is inclined and substantially parallel to the plane of the upper surface of the piles 23 and 23'.
A vacuum is created in the chambers 22 and 22 'by means of an extractor, and under the action of this vacuum the mixture of gases and vapors is forced through the chamber.
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shot mass. The phenomena described above occur on contact with this heated and stirred mass.
The catalyzing substance is formed, as before, by the dust entrained by the vapors - dust which is scarce with liquid materials, and even almost non-existent with some of them - and especially by the decomposition of certain bodies. contained in the vapors, a decomposition which results in a deposit of carbon on the surface of the particles of the shot.
The agitation prevents the sealing of the interstices, and when the soot becomes abundant, it falls with the shot, in fine particles which pass through the perforated wall of the cylinders and fall back into the chamber 21 from where they are entrained with the residues. . A squeegee 24 can also be provided to facilitate this evacuation.
FIG. 4 represents another exemplary embodiment of the invention.
A chamber 31 is entirely filled with independent elements 37 which are here each constituted by a steel cable between the strands of which fine steel wires are threaded transversely, so that each element is formed like a flexible, long hedgehog. , but of small diameter.
These elements are placed in the chamber as close as possible, and suspended from bars 38 placed transversely between the longitudinal flanges of a casing 39, carrying arches 40 extended by vertical rods 41.
The carcass and the hoops are placed in a chamber 42, over-motoring the reaction chamber and forming a manifold for the gases and vapors leaving the reaction chamber 31. These gases and these vapors then pass through a line 43, and go to the condensing devices not shown.
In addition, the rods 41 fixed to the hoops 40 come out
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by a suitable tight seal through the upper wall of the chamber 42. These rods are driven by an alternating translational movement, for example by means of a shaft 44, carrying cams 45 and controlled by a pulley 46. The rotation of this shaft therefore communicates to the rods 41, starting from the carcass 39, and through it to all the independent elements, continuous agitation.
The contact mass formed by the elements 37 is easily brought to the suitable temperature by the adjustable external heating. The mixture of gas and vapors is forced through the mass by creating a vacuum in the chamber 42 by means of an extractor. The phenomena described above occur, and, thanks to the combined action of the catalytic deposit automatically produced by the very operation of the apparatus and of the stirring, the very favorable cracking conditions listed above are achieved. .
FIG. 6 represents a different mode of agitation, and, with certain materials, could advantageously be employed.
The independent elements are, as above, suspended from bars, but the bars of even row 38 are attached to a frame 39, while the bars of odd row 38 'are attached to a second frame 39'. By the rods 41 and there! moved by eccentrics 47 and 47 ', continuous relative movements are imparted to the two systems of bars 38 and 38' and consequently to the two successive rows of independent elements.
We have endeavored to show, by the various examples above, that the nature or the shape of the independent elements is not limiting, nor is their mode of agitation.
It is sufficient that these elements are very tight, that they have a large surface area, that they are heated, and that the agitation mode is sufficiently effective to prevent dust.
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or soot from clogging the device.
Under these conditions, the passage of vapors and gases through the bundle of independent elements automatically creates a very large catalyzing surface, while the stirring, constantly and automatically maintaining complete freedom of passage. of the mixture of gases and vapors through the mass, permanently maintains the conditions eminently favorable to cracking thus created.