BE387423A - - Google Patents

Description

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  Perfectionnements au traitement catalytique de matières organiques et inorganiques. 



   Cette invention se rapporte au traitement cataly- tique des charbons, lignites, schistes, tourbes et autres matières carbonées et elle est applicable aussi au traite- ment par action catalytique des huiles minérales, animales, végétales, de poissons et autres huiles, ainsi que des grais- ses, gaz, etc, par exemple par hydrogénation, oxydation, chloruration, conversion, etc, ou encore à la formation d'une combinaison de substances ou de composés organiques ou inor- ganiques pour la production d'acides, d'alcalis ou autres substances. 

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   Toutefois, l'invention concerne plus particulière- ment le traitement du charbon par le procédé connu d'une façon générale sous le nom d'hydrogénation ou conversion, dont le but essentiel est de convertir les hydrocarbures et le carbone fixe du charbon, des gaz et autres matières ana- logues, par hydrogénation ou conversion, en une essence propre à être utilisée par exemple comme combustible dans les moteurs à combustion interne.

   Les inconvénients des pro- cédés par hydrogénation proposés jusqu'ici, résident dans l'importance des capitaux à investir et des frais d'exploi- tation par suite de la nécessité d'opérer à de hautes pres- ions, ce qui exige l'emploi de récipients lourds et d'un prix élevé et d'une installation coûteuse pour comprimer le gaz hydrogène à de hautes pressions,ainsi que dans le dan- ger de chauffer des récipients où règne une forte pression interne s'exerçant sur les raccords et les joints;

   en outre, ces procédés, qu'on peut appeler procédés intermittents par rapport à l'opération continue - qui est la caractéristique du présent procédé - se signalent par la nécessité d'employer de l'hydrogène presque pur, la nécessité de séparer le cata- lyseur de la cendre du combustible si on ne veut pas se ré- soudre à le perdre, et le manque de souplesse de l'opération en ce qui concerne le contrôle ou le rendement du récipient d'hydrogénation. En raison du mauvais contact du charbon avec le catalyseur, l'opération est lente malgré l'emploi des hau- tes pressions et les frais sont beaucoup plus élevés que ceux qu'occasionnerait un procédé où ces inconvénients évidents seraient modifiés ou éliminés. 



   Le principal but de l'invention est de fournir un procédé continu qui évite les inconvénients ci-dessus men- tionnés et assure économiquement la conversion, le réglage et 1 

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 la récupération des produits dans la forme désirée, par exemple les différentes qualités d'essence pour moteurs ou d'hydrocarbures de la série des paraffines ou de la série des huiles de cylindre, ou des huiles pour moteurs Diesel, des gasoils ou des huiles pour brûleurs avec des produits intermédiaires, comme on le désire. 



   L'invention consiste dans ses grandes lignes en un procédé continu pour le traitement catalytique de matières fluides ou semi-fluides, y compris les gaz, suivant lequel on fait passer la matière ou le gaz à traiter en contact in- time avec un catalyseur placé dans d'étroits conduits ou pas- sages superposés de grande surface à travers lesquels la ma- tière ou le gaz à traiter est obligé de circuler en parallè- le d'une manière continue. 



   Une importante caractéristique de l'invention réside dans l'aménagement de surfaces superposées disposées   côte-à-   côte pour supporter le catalyseur, ces surfaces étant cons- tituées par des plaques séparées l'une de l'autre par des intervalles étroits dans lesquels on fait circuler la matière à traiter. 



   De préférence les plaques sont constituées par des cônes fixés ensemble et pourvus de dépressions ou d'emprein- tes poinçonnées sur leurs surfaces de manière à obtenir l'é- cartement nécessaire. 



   L'invention comprend en outre la construction et la disposition particulières de l'appareil ci-dessous décrit et revendiqué. 



   Afin de mieux faire comprendre l'invention, on se référera aux dessins annexés qui montrent la manière dont elle peut être appliquée. 



   Dans ces dessins, Fig. 1 est une vue en élévation plus ou moins schématique d'une forme d'exécution de l'appa- reil.      

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   Fig. 2 est une vue schématique en plan de la dispo- sition générale d'une installation pour le traitement du charbon ou autre matière analogue. 



   Fig. 3 est une vue en coupe de l'un des récipients catalyseurs ou hydrogénateurs construits suivant l'invention, et 
Fig. 4 est une vue de détail, représentant la forme préférée des supports du catalyseur. 



   Sur ces dessins, 1 désigne un malaxeur, dans lequel du charbon pulvérisé ou divisé à un état suffisamment fin, est intimement mélangé avec une quantité suffisante d'huile pour en assurer la fluidité. Ce malaxeur 1 consiste en un récipient dans lequel le mélange de charbon et d'huile est introduit et maintenu en agitation continuelle par la rota- tion de palettes ou de battoirs 2 actionnés par l'arbre 3 qui est commandé au moyen d'une transmission à chaîne 4 par l'arbre 5 qu'actionne le moteur 6. Pour empêcher le dépôt des matières solides et éliminer le soufre, on introduit un stabilisateur sous la forme d'oxyde de fer précipité fi- nement divisé, contenant 10   %   à 15   %   de titane, cette matière étant un sous-produit du traitement de la bauxite dans la fabrication de l'alumine.

   L'arbre 5 est également accouplé à une pompe 7 qui a pour objet de retirer la matière à trai- ter du malaxeur 1, au moyen du tuyau 8 commandé par la vanne 9, et de la refouler par le tuyau 10 dans l'un ou l'autre ou l'ensemble des récipients catalysateurs ou hydrogénateurs 11 12 et 15 après passage à travers la vanne d'arrêt 14, suivant la position des vannes de l'installation. Le mala- xeur 1 est porté à la température désirée au moyen de brû- leurs à gaz ou autres appareils de chauffage 15 et la tempé- rature peut être maintenue par un autre brûleur ou appareil de chauffage 16 destiné à chauffer le tuyau 10. 

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   En 17 se trouve une installation de compresseurs destinée à comprimer l'hydrogène ou autre gaz qui y est ame- né par la conduite 18 et en est refoulé après compression par le tuyau 19 et la vanne d'arrêt 20 dans le réservoir   21,   pour être envoyé de là par le tuyau 22 dans la conduite 23 ou il se rencontre avec la matière à traiter. La conduite 23 est pourvue de branchements 24, 25 et 26 communiquant avec les récipients catalysateurs ou hydrogénateurs 11, 12 et 13, des vannes de réglage 27, 28 et 29 étant aménagées pour régler la circulation dans ces embranchements. 



   On voit que, par la manoeuvre des vannes, l'un des récipients catalysateurs ou hydrogénateurs peut être mis en service isolément, ou que deux ou plusieurs d'entre eux peu- vent être employés en série; bien qu'on n'ait représenté que trois de ces récipients il est évident que d'autres peuvent y être ajoutés si on le juge nécessaire ou désirable. 



   La Fig. 3 représente l'un de ces récipients cataly- sateurs ou hydrogénateurs 11, en coupe à plus grande échelle, mais il est entendu que tous les récipients 11, 12 et 13 ont la même forme et fonctionnent suivant les mêmes principes. 



   Sur cette figure, la matière à traiter et l'hydro- gène ou autre gaz passent par le tuyau 24 dans un émulseur 30, qui dans l'exemple représenté, est formé par des écrans 31 et des séparateurs en tissu métallique 32, mais ce dispo- sitif peut être remplacé par tout autre assurant un mélange intimement émultionné du charbon, de l'huile et de l'hydro- gène ou autre gaz circulant dans l'espace 33 entre le bas de l'émulseur et le sommet du cône en fonte 34 qui est établi sur le fond de la garniture réfractaire 35 du récipient en fonte 11. 



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Sur ce cône 34 on empile une série de supports co- niques de catalyseur 36 superposés, des cônes d'amiante 37 étant placés au sommet et à la base de la. pile. 



   Les supports coniques de catalyseur 36 sont repré- sentés en détail sur la Fig. 4 et on verra que de petites dépressions ou basses 38 y sont ménagées pour obtenir l'é- cartement entre les supports. L'une des surfaces ou les deux surfaces de chacun des supports reçoivent le catalyseur en poudre. 



   Le procédé et l'appareil ci-dessus décrits peuvent être employés pour des catalyseurs de composition connue, mais on peut recommander un catalyseur qui consiste en sable de monazite radioactif mélangé à du cobalt ou à du cobalt et du nickel, ces métaux ayant été préalablement pulvérisés et chauffés dans de l'hydrogène ou autre gaz réducteur en vue d'éliminer toute oxydation à la surface. 



   Du cuivre précipité qui a été soumis à un traite- ment par un gaz réducteur, est mélangé au sable de monazite et au cobalt ou au cobalt et au nickel. De l'oxyde de ce- rium est ajouté et de préférence aussi du chrome, à l'état de métal ou d'oxyde, puis le tout est intimement mélangé. 



   Le mélange de poudres métalliques et d'oxydes de métaux peut être préparé de manière à adhérer aux porte- catalyseur 36 qui peuvent être en métal, par exemple en fer, ou en toute autre matière appropriée non combustible telle que l'amiante, au moyen d'un ou de plusieurs esters de sili- cium, de préférence dissous dans un ou plusieurs agents ap- propriés, par exemple de l'alcool. 



   Après avoir chauffé préalablement les supports de catalyseur, on les enduit du ou des esters de silicium par immersion,   projction,   peinture ou de toute autre manière 

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 appropriée et on y applique le mélange constituant le cata- lyseur en poudre par saupoudrage, aspersion ou de toute autre manière convenable pendant que le ou les esters de silicium sont   encofe   collants. Après ce traitement le catalyseur peut être chauffé de préférence au sein d'une atmosphère de gaz réducteur, si on le désire. 



   Pendant l'opération la matière à traiter arrive dans l'espace 33 et sous l'action de sa pression elle monte- dans l'espace annulaire entre l'émulseur 30 et les cônes 36 et comme elle ne peut trouver d'issue que par les étroits passages entre les porte-catalyseur coniques 36, elle est obligée de passer dans ceux-ci et de venir ainsi en contact intime avec la couche de catalyseur sur une très grande sur- face totale. Si la vanne 39 est maintenue fermée, le fluide s'échappe par le tuyau de sortie 40 pour se rendre au réci- pient catalysateur ou hydrogénateur suivant où il est de nouveau traité.

   Le tuyau 41 est un tuyau de purge ou de sou- tirage dont chaque récipient catalysateur ou hydrogénateur est pourvu et 42 désigne la borne d'un dispositif de chauf- fage électrique (non représenté) au moyen duquel on peut main- tenir la température voulue dans le récipient catalysateur ou hydrogénateur. 



   Si on désire obtenir des produits de qualité infé- rieure, les produits du premier récipient catalysateur ou hydrogénateur 11 peuvent être soutirés par le tuyau à soupa- pe 43 et le produit du second récipient 12 peut être soutiré d'une manière analogue par le tuyau à soupape 44, mais le procédé complet comporte le passage par tous les récipients 11, 12 et 13 en série, le produit final étant amené par le tuyau 45 au condenseur ou autre appareil raffineur ou recti-   icateur. 



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Le gaz hydrogénant employé pour la liquéfaction, de la matière carbonée et la conversion en séries plus légères des hydrocarbures lourds de l'huile mélangée à cette matière ne doit pas nécessairement être de l'hydrogène pur, mais peut être un gaz mixte, tel que le gaz à l'eau obtenu direc- tement du charbon. 



   L'hydrogène ou le gaz à l'eau mixte est comprimé à la pression qu'on désire maintenir dans le récipient cataly- sateur et avant d'être amené dans celui-ci, le gaz est chauf- fé par la compression et, si nécessaire, par un chauffage supplémentaire effectué sur son passage à partir du compres- seur. 



   Les températures et pressions qu'il convient d'a.p- pliquer pour obtenir une réaction rapide, dépendent évidem- ment de la nature de la matière à traiter et la grande sur- face du catalyseur chauffé permet d'assurer un contact très intime entre la matière soumise au traitement et le cataly- seur, ce qui est essentiel au point de vue de la rapidité de la réaction. Le procédé est continu étant donné que l'éva- cuation des éléments légers peut se faire en synchronisme avec l'arrivée de matière ou de gaz à traiter et de gaz d'hydrogénation ou de conversion. La matière liquide est re- foulée dans le second récipient catalysateur avec du gaz hy- drogénant chauffé et ensuite dans le troisième récipient pour arriver à une chambre d'expansion et/ou au condenseur et à la colonne de rectification.

   La nature du produit peut être   @   réglée a par la vitesse de circulation à travers le ou les récipients catalysateurs, b par le réglage de la quantité d'hydrogène ou autre gaz admis pour agir sur la matière sou- mise au traitement ou être combiné avec   celle-ci, .2   par la pression, d par la température.

   Les rempératures et les pres- sions auxquelles on opère varient évidemment suivant la ma- 

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 tière ou le gaz soumis au traitement et des essais effectués au moyen de gaz de houille ont montré que des résultats sa- tisfaisants peuvent être obtenus si l'on introduit le gaz dans la conduite reliée aux récipients catalysateurs ou hy- drogénateurs à une pression inférieure à 3,5 kg par cm2 et que la température dans les récipients catalysateurs ou hydrogénateurs est maintenue dans les environs de 230 c Il n'est pas nécessaire de chauffer tous les récipients cata- lysateurs ou hydrogénateurs.

   Dans certains cas, il peut être désirable d'introduire dans quelques uns de ces récipients un gaz différent de celui introduit dans les autres, ce qui peut être effectué, si on le désire, au moyen d'une conduite secondaire pourvue de vannes de réglage appropriées. 



   On voit que non seulement l'appareil décrit ci- dessus assure le passage de la matière ou du gaz qu'il s'a- git de traiter en contact intime avec une très grande surfa- ce du catalyseur, mais que l'enlèvement des couvercles supé- rieurs des récipients catalysateurs ou hydrogénateurs per- met d'enlever et de remplacer facilement les supports de catalyseur et de nettoyer ou de remettre en état l'intérieur des récipients. 

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Claims (1)

1. REVENDICATIONS --------------------------- 1.- Procédé perfectionné pour le traitement cataly- tique de matières fluides ou semi-fluides, y compris les gaz, consistant à faire passer la matière ou le gaz à traiter en contact intime avec un catalyseur supporté dans d'étroits canaux ou passages superposés de grande surface à travers lesquels on oblige la matière ou le gaz traité à circuler en parallèle d'une manière continue. <Desc/Clms Page number 10>

   2.- Procédé perfectionné pour l'hydrogénation du charbon, suivant lequel le charbon est pulvérisé ou assez finement divisé et mélangé avec de l'huile chauffée dans un malaxeur pour assurer la fluidité et est ensuite amené sous pression en compagnie d'un gaz d'hydrogénation ou de conversion à travers d'étroits canaux ou passages superposés, en contact intime avec un catalyseur supporté dans ces ca- naux ou passages.

   3.- Procédé perfectionné pour l'hydrogénation du charbon suivant la revendication 2,suivant lequel un sta- bilisateur comprenant de l'oxyde de fer précipité, à l'état finement divisé, est ajouté au mélange dans le malaxeur, dans le but spécifié.

   4. - Procédé perfectionné pour l'hydrogénation de charbon, suivant lequel la matière à traiter est émulsionnée avec le gaz hydrogénant avant son passage en contact avec le catalyseur.

   5.- Appareil pour l'exécution du procédé suivant les revendications précédentes, dans lequel les canaux ou passages étroits sont constitués par une série de plateaux superposés séparés l'un de l'autre, sur une ou plusieurs surfaces desquelles est supporté un catalyseur pulvérisé ou amené dans un état de division suffisamment fine.

   6.- Appareil suivant la revendication 5, dans lequel les plateaux porte-catalyseur superposés ont la forme de cônes.

   7. - Dans un appareil suivant les revendications 5 et 6, des plateaux ou cônes porte-çatalyseur auxquels le catalyseur est fixé positivement.

   8.- Installation pour le traitement catalytique du charbon ou autres matières analogues par le procédé suivant les revendications 1 à 4, comportant un malaxeur ou réchauf- feur dans lequel le charbon pulvérisé ou finement divisé est <Desc/Clms Page number 11> mélangé intimement à une quantité d'huile suffisante pour assurer la fluidité, un compresseur pour comprimer de l'hy- drogènes ou autre gaz hydrogénant, un ou plusieurs récipients hydrogénateurs, un dispositif convenablement réglé pour chauf- fer ces récipients, une pompe pour envoyer la matière du ma- laxeur aux récipients hydrogénateurs à la pression voulue sous le contrôle de vannes, avec le gaz hydrogénant,

   un dispositif à l'intérieur du ou des récipients hydrogénateurs pour émul- sionner le mélange avant son passage par les canaux ou passa- ges étroits à l'intérieur du ou des récipients hydrogénateurs et un dispositif pour conduire le gaz traité à d'autres ré- cipients hydrogénateurs ou à une chambre d'expansion et/ou à un condenseur ou rectificateur.

   9. - Installation pour le traitement catalytique des gaz de houille et autres matières analogues par le procédé suivant les revendications 1 à 4, comportant des récipients catalytiques ou hydrogénateurs, un dispositif pour envoyer du gaz sous pression à ces derniers pour établir et maintenir une pression désirée, un dispositif pour chauffer ces réci- pients en vue d'y établir et maintenir une température dési- des rée et un dispositif pour supporter un catalyseur dans/canaux ou passages étroits à l'intérieur de ces récipients, à tra- vers lesquels on fait circuler d'une manière continue le gaz ou la matière fluide à traiter pour l'évacuer ensuite par une sortie reliée à un appareil condenseur et rectificateur.

   10.- Procédé et appareil perfectionnés pour le trai- tement catalytique de gaz et matières organiques et inorgani- ques, en substance comme c'est décrit ci-dessus avec référen- ce aux dessins.

   11.- Catalyseur perfectionné applicable à l'hydro- génation ou la conversion d'hydrocarbures, comprenant essen- tiellement du sable de monazite en mélanges avec du cobalt <Desc/Clms Page number 12> préalablement traité par un gaz réducteur.

   12.- Catalyseur formé de 15 parties en poids de sa- ble monazite, 5 parties en poids de cobalt ou de cobalt et de nickel avec le cobalt prédominant, 5 parties en poids de cuivre, 5 parties en poids d'oxyde de cérium et 0,5 partie en poids d'oxyde chromique, en substance comme c'est décrit. ci-dessus.

   13.- Catalyseur comprenant une matière catalytique à l'état finement divisé qu?on fixe à un support en revêtant celui-ci d'un ester de silicium et en appliquant ensuite la matière catalytique lorsque ce dernier est encore collant.

   14.- Catalyseur perfectionné pour le traitement d'hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il renferme une matière radio-active.