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"PERFECTIONNEMENTS A LA DISTILLATION DU GOUDRON ET
PRODUITS EN RESULTANT".
Cette invention a pour objet un procédé perfec- tionné de distillation du goudron qui utilise la chaleur des gaz produits dans les usines de carbonisation de la houille et permet d'obtenir des huiles ne contenant qu'un faible pourcentage d'impuretés insolubles et du brai de propriétés réglées. L'invention sera décrite spécialement
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en se référant à son application aux cokeries.
Dans le fonctionnement ordinaire des cokeries à sous-produits ,les gaz résultant de la cokéfaction et sor- tant des fours individuels se rendent par des tuyaux mon- tants et des cols de cygne à un barillet collecteur commun au fours de la batterie. Les gaz, sortant des fours à une température élevée, par exemple 600 à 7000 C. ou davantage, entraînent une proportion considérable de goudron et d'huile volatilisés ou à l'état liquide, ainsi que de particules solides de carbone sous forme de coke, charbon.etc... et d'autres impuretés.
Ordinairement, les gaz sont refroidis aussi rapidement que possible par l'application de jets de liqueur ammoniacale ou de liqueur ammoniacale et de goudron) projetés à l'état divisé dans les cols de cygne et le ba- rillet collecteur, la chaleur que renferment les gaz étant ainsi dissipée et perdue. Le refroidissement rapide déter- mine dans le barillet la séparation d'huiles relativement lourdes qui étaient combinées sous forme de goudron. Un refroidissement complémentaire est effectué dans la condui- te transversale reliant le barillet au système de condensa- tion. Une quantité supplémentaire de goudron contenant à la fois des huiles relativement lourdes et des huiles relati- vement légères est recueillie dans la conduite transversale et dans le condenseur.
Le goudron recueilli est ordinairement expédié de la cokerie à une usine de distillation du goudron, en vue d'en distiller et d'en séparer les huiles et de pro.- duire des brais de diverses qualités. Les pertes dues à la manutention, les frais de transport et le coût de la diqtil- lation, y compris la dépense en combustible, les frais d'ins- tallations et les frais d'entretien se rapportant à l'é- quipement spécial nécessaire pour la distillation, contri- buent à augmenter le prix de'revient des produits de la distillation du goudron.
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La présente invention a pour objet un procédé et un appareil qui permettent de distiller le goudron dans une cokerie ou autre usine de carbonisation de la houille, d'utiliser à cet effet la chaleur des gaz des fours à coke, et plus particulièrement de produire directement par cette distillation des huiles pouvant être vendues dans le commer- ce ainsi que des brais possédant les diverses propriétés et caractéristiques qu'on exige des huiles vendues dans le commerce.
Suivant la pratique usuelle, les condensats obte- nus dans le fonctionnement des cokeries sont recueillis sous forme de goudron et contiennent des quantités considé- rables de poussières, de graina de coke et de carbone libre.
Un des buts de cette invention est de traiter les gaz de four à coke chauds de manière qu'on puisse recueillir en- suite directement des fractions d'huile dis,tillée et du brai pouvant être vendus dans le commerce, ce qui évite la nécessité de distiller le goudron comme on le fait ordinai- rement.
Lorsqu'on refroidit les gaz de four à coke par les procédés ordinaires, il se produit un brouillard ou nua- ge de particules de goudron. Par suite des dimensions extrê- mement faibles de ces particules, il subsiste de grandes quantités de nuage de goudron dans les gaz même après que ceux-ci ont été refroidis aux températures atmosphériques.
C'est pourquoi, jusqu'à ce jour, les fractions huileuses obtenues en refroidissant les gaz par échelons étaient con- taminées par du goudron au point que ces fractions ne pou- vaient pas être vendues comme huiles et devaient être utili- sées comme goudron. Il était nécessaire de les distiller pour produire des huiles pouvant être vendues dans le commerce.
Le résidu de la distillation était le brai.
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Suivant l'invention, on recueille directement du courant de gaz des huiles susceptibles d'être vendues dans le commerce. La chaleur des gaz provenant d'un procé- dé de carbonisation du charbon est utilisée pour volatiliser le goudron ou huile dont les parties volatiles sont récu- pérées à titre de produits du commerce à une phase subsé- quente du procédé.
En enrichissant les gaz en éléments con- densables qui sont ensuite recueillis sous forme de pro- duits susceptibles d'être vendus dans le commerce, la pro- portion de nuage de goudron et d'impuretés solides entraînés par les gaz (en appliquant les éléments condensables comme base pour représenter le pourcentage) est inférieur à la proportion de nuage de goudron et de matières solides en- trainés dans les mêmes gaz qui n'ont pas ainsi été enrichis en éléments condensables (les éléments condensables du gaz étant utilisés comme base pour représenter le pourcentage).
Le procédé faisant l'objet de cette invention com- prend deux opérations. La première est basée sur l'enrichis- sement des gaz en éléments condensables, la seconde comprend le lavage des gaz enrichis. Le lavage élimine dans une me- sure importante le goudron et les impuretés solides/.Les deux opérations sont combinées pour diminuer le pourcentage d'impuretés que renferment les produits et rendre possible d'obtenir des produits du commerce ne contenant qu'un fai- ble pourcentage d'impuretés insolubles directement du courant de gaz.
Suivant l'invention, on utilise les gaz de four à coke pendant qu'ils possèdent une température élevée pour distiller du goudron ou des huiles amenés directement à leur contact. Les gaz sont considérablement enrichis en éléments condensables et sont simultanément refroidis dans une cer- taine mesure. Alors que leur température est encore élevée, ces gaz sont alors conduits à travers l'un quelconque d'une
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série de dispositifs de lavage convenables dans lesquels ils sont amenés en contact intime avec du goudron ou du brai. Dans la première opération, c'est-à-dire l'opération de distillation, une partie du nuage de goudron normalement présent dans les gaz est précipitée avec le goudron ou l'huile amenés à leur contact et est éliminée à titre de résidu de la distillation.
Une nouvelle fraction du nuage de goudron est éliminée dans la seconde opération, ou opé- ration de lavage.
La matière appliquée dans la distillation peut être un goudron, un brai ou une huile. Ces matières peu- vent être celles recueillies dans les fours à coke ou des matières provenant d'une ou plusieurs autres sources. De même, dans la seconde opération, ou opération de lavage; on peut employer de l'huile ou du brai proverant des fours à coke ou des matières provenant d'une ou plusieurs autres sources. Le degré de la distillation, et par suite la me- sure dans laquelle les gaz sont refroidis, peuvent être réglés en réglant la quantité, la température et la nature du goudron, du brai ou de l'huile distillés. De même, la nature du résidu de la distillation et le degré et la na- ture de l'enrichissement du gaz varieront avec la quantité, la température et la nature du goudron, du brai ou de l'hui- le distillés.
Les gaz peuvent être lavés à l'aide de goudron ou de brai. Selon la nature de la matière employée, sa température et la quantité, les gaz seront: 1) refroidis, 2) maintenus à la même température, 3) chauffés; le degré et la nature de l'enrichissement seront diminués, maintenus constants ou augmentés.
Les gaz ayant subi le second traitement (lavage) donneront ,après un refroidissement par échelon, des frac- tions si pauvres en goudron ou en carbone libre qu'elles
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pourront être vendues sous forme dthuiles plutôt que sous forme de goudrons. Suivant le mode de réalisation préféré, le lavage est effectué par un scrubber situé dans la par- tie la plus chaude de la conduite transversale, près de l'échappement du barillet. A ce point, les gaz sont chauds et l'opération de lavage permet d'éliminer les matières solides et le goudron entraîné sans condenser une fraction considérable des huiles et goudrons lourds. En réglant la température des gaz à ce moment, ainsi que la température du jet de liquide projeté dans le scrubber, on peut ré- gler la qualité du brai recueilli dans le scrubber.
Si les gaz sont très chauds et qu'on fait usage d'un jet chaud, on obtient un brai lourd, et des éléments lourds des gaz dont le carbone libre,etc.. a été éliminé passent et se déposent dans les réfrigérants dans lesquels des éléments lourds ainsi que des éléments relativement légers sont obte- nus à un état tel qu'ils sont faciles à vendre dans le commerce.
La température des gaz peut être réglée en ré- glant l'injection à laquelle les gaz sont soumis avant leur entrée dans la conduite transversale. Suivant la pratique usuelle, les gaz sont soumis à une injection d'eau ou de liqueur ammoniacale dans le barillet. En raison de la cha- leur latente élevée et de la chaleur spécifique élevée de l'eau et de la liqueur ammoniacale,, il est désirable, pour les buts de la présente invention, que du goudron ou des élé- ments de goudron soient injectés dans le barillet au lieu d'injecter la solution aqueuse usuelle, étant donné que, de cette façon, la température des gaz n'est pas abaissée au même degré qu'elle le serait si elle était soumise à l'in- jection de la même quantité d'une solution aqueuse.
De même, les vapeurs sont enrichies par la volatilisation du contenu en éléments volatils du goudron ou de l'huile in-
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jectés dans le barillet. En diminuant la quantité de gou- dron ou d'huile injectée dans le barillet ou en préchauffant le jet, onpeut élever la température des gaz pénétrant dans la conduite transversale au-dessus de la température usuel- le,. Ceci. permet de réduire au minimum la quantité d'élé- ments lourds condensée dans le barillet. La condensation des éléments peut pareillement être retardée en diluant les vapeurs à l'aide de quelque gaz inerte.
La chaleur des gaz sortant du four à coke suffit pour distiller une quantité de goudron ou d'huile un grand nombre de fois supérieure à celle produite par le four lui- même. Suivant l'invention, ces goudrons ou cette huile additionnels peuvent être volatilisés en étant introduits dans le système sous forme de fluides destinés à nettoyer le barillet par un courant de liquide. Ces fluides peuvent être introduits dans le barillet en quantité supérieure à celle requise pour nettoyer le barillet et, si on le désire, être remis en circulation dans le barillet jusqu'à ce que les éléments les plus légers aient été volatilisés. On peut les introduire dans les gaz à l'aide d'injecteurs. En pré- chauffant ces fluides, on augmente le pouvoir que possède le système de produire des distillats purs.
Pour permettre d'utiliser dans la mesure la plus grande possible la chaleur des gaz traversant le barillet, il convient que les matières à distiller soient amenées au contact intime des gaz.
Il peut être recommandable de prévoir quelque dispositif permettant d'agiter les éléments non volatilisés passant dans le barillet. Ce résultat peut être réalisé en prévoyant un arbre rotatif s'étendant d'un bout à l'autre du barillet et portant des palettes, disques ou autres or- ganes de projection. Un dispositif agitateur tel que des organes de projection coniques peuvent être insérés à tra-
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vers la paroi supérieure du barillet. Des dispositifs d'as- piration (éjecteurs McDaniel) peuvent être disposés dans le barillet de façon que leur extrémité d'aspiration soit située au-dessous du niveau du goudron ou brai qu'il renfer- me.
Lorsqu'un gaz sous pression est admis à des dispositifs de ce gerbe, le goudron, brai ou huile que renferme le barillet est projeté à l'état divisé dans le courant de gaz passant dans le barillet, ce qui effectue la distilla- tion de ce goudron ,etc...
Lorsqu'on désirera utiliser les caractéristiques de cette invention dans la mesure la plus grande possible, on tirera parti de la chaleur des gaz de four à coke de la façon la plus efficace possible afin de produire le maximum d'enrichissement des gaz qu'il soit possible d'obtenir. A cet effet, on tire parti de la chaleur des gaz de four à coke chauds dans la mesure maximum en traitant les gaz par des huiles volatiles ou goudrons au lieu de le faire en re- froidissant les gaz par de l'eau ou de la liqueur ammoniacale comme on le faisait ordinairement.
L'agent de lavage employé dans la seconde phase de l'invention peut jouer un double rôle. Il sert à élimi- ner du gaz le goudron et les particules solides entraînés.
De plus, par la volatilisation des éléments légers de cet agent, le gaz peut subir un nouvel enrichissement et l'on peut obtenir un brai plus lourd au scrubber. Les éléments volatilisés peuvent être recueillis ultérieurement sous @ forne de produits ducommerce en refroidissant les gaz enrichis.
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Selon la qualité de l'huile et du@ brai qu'on désire obtenir, la nature des éléments récupérables intro- duits dans le procédé pourra varier. Lorsque plusieurs bat- teries de fours à coke sont exploitées dans une même usine, il est possible de munir une des batteries de dispositifs du genre de ceux décrits dans la présente demande et d'a- mener à cette seule batterie tout ou partie des goudrons et brais obtenus dans le service des autres batteries ;
ou ,bien l'on peut encore munir une partie seulement des fours d'une batterie d'un barillet distinct aboutissant à une conduite transversale distincte dans laquelle est prévu un scrubber à goudron et, en n'équipant qu'une partie des fours de la batterie de cette façon, utiliser les goudrons et brais produits dans le reste de la batterie pour le service du petit nombre de fours munis d'une- du barillet et du scrubber distincts.
Au lieu de distiller des sous-produits de fours à coke, on peut distiller du goudron tel que le goudron de gaz d'éclairage, le goudron de cornues verticales, le gou- dron de gaz à l'eau,etc.., ou des goudrons provenant d'au- tres sources, et lorsqu'on désire des brais ou distillats mélangés ou composés, on peut mélanger en des proportions convenables plusieurs sortes différentes de goudron ou de brai et obtenir directement de l'huile ou du brai de la composition désirée. Par exemple, un goudron de cornues à gaz horizontales riche en carbone libre donnera un brai com- posé plus riche en carbone libre que le brai obtenu à l'aide de goudron de four à coke et, en outre, un distillat composé pouvant être vendu dans le commerce.
Le goudron ou brai employé dans le barillet ou le scrubber peut être préchauffé de toute manière convena- ble en vue de sa réduction à un état faiblement fluide, ce qui facilite son injection dans les gaz de four à coke
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chauds et augmente le pouvoir de distillation de ces gaz.
Les gaz enrichis sont lavés dans le scrubber et ceci peut être effectué à une étape du procédé d'extraction où les huiles les plus lourdes sont encore à l'état de va- peur. Il est généralement avantageux de maintenir le goudron dans le scrubber à une température supérieure au point de condensation de l'huile qu'on désire obtenir ultérieurement dans le système condenseur.
Si l'on fait usage d'un gou- dron froid ou d'un goudron dont la température est plus basse que celle du courant de gaz, il se peut que des éléments de faible point d'ébullition aussi bien que des éléments de point d'ébullition élevé se déposent dans l'agent de lavage; les gaz sont ainsi sujets à être appauvris en éléments conden- sables et les quantités de produits vendables qui seront ultérieurement obtenus seront plus faibles que si l'on avait employé un agent de lavage de température plus élevée.
En réglant la température des gaz, la température et la quantité du goudron fourni au scrubber et la tempéra- ture et la quantité des éléments introduits dans le barillet on peut modifier la quantité et la nature des huiles du commerce obtenues ultérieurement, ainsi que la nature du . brai produit au scrubber.-
Les gaz enrichis et en partie purifiés obtenus par ce procédé peuvent être condensés de toute manière dé- sirable. Une des caractéristiques de l'invention réside dans le fait que, en travaillant avec le barillet à l'état chaud et en employant un goudron chaude on peut obtenir au scrubber des distillats lourds pouvant être vendus dans le commerce.
Jusqu'à ce jour, in'avait pas été possible d'obtenir direc- tement de tels distillats lourds à titre de produits du commer-
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Quoiqu'on ait décrit l'invention en se référant à son application à un système de fours à coke et que le dessin soit limité à cette application, il est bien entendu que les caractéristiques de cette invention sont applicables à d'autres opérations dans lesquelles on produit des gaz contenant un nuage de goudron, des poussières ou du carbone libre entraîné, et il est bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux détails particuliers de l'appareil re- présenté ni à un système de fours à coke et qu'elle est au contraire susceptible de recevoir des applications plus générales.
Dans le dessin annexé:
Fig.l est un plan d'une batterie de fours à coke à récupération de sous-produits et montre l'emploi d'un sorubber à goudron en combinaison avec un petit barillet col- lecteur.
Fig.2 est une élévation, avec coupe transversale partielle à travers le petit barillet collecteur, de l'ins- tallation de fig.l.
Fig.3 est une coupe transversale du barillet et montre un dispositif agitateur.
Le dessin représente une batterie de fours à coke 5 dont quatre éléments sont reliés par l'intermédiaire des tuyaux montants usuels 6 à un petit barillet collecteur 7 muni d'une boîte d'échappement centrale 8 et d'un tuyau de vi- dange 9 aboutissant à un réservoir à goudron 13. Le goudron du réservoir 13 peut être remis en circulation dans le petit barillet par une pompe 20 qui le renvoie soit par le tuyau 21 à l'extrémité du barillet, soit par le tuyau 22 aux tu- yères d'injection 14 et 15 . La liqueur ammoniacale peut être décantée par un orifice d'échappement 23 avant d'être remise en circulation, si on le désire.
Le goudron provenant des
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fours restants qui ne sont pas reliés au petit barillet collecteur peut être amené à ce barillet par un tuyau 24, ou bien on peut amener à ce barillet par un tuyau 26, du goudron provenant d'une source externe. Chacun de ces tuyaux est muni d'un préchauffeur 25 permettant de préchauffer le goudron si on le désire.
Les gaz sortant du petit barillet collecteur pé- nètrent dans la partie inférieure de la colonne de lavage ou scrubber 30 situé dans la partie la plus chaude de la conduite transversale et s'élèvent à l'intérieur de cette colonne en contre-courant par rapport au goudron admis par des tuyères d'injection 31. Ces tuyères peuvent recevoir le goudron du réservoir 13 à l'aide d'un tuyau 32, ou bien elles peuvent recevoir le goudron d'une source externe par un tuyau 34. Un préchauffeur 33 permet de réchauffer le goudron injecté dans le scrubber.
Dans le scrubber, les particules solides et le brouillard entraîné sont éliminés et recueillis avec la frac- tion non volatilisée du jet à la partie inférieure du scrub- ber, et ce mélange est conduit par un tuyau 35 à un réser- voir 36. Les gaz purifiés sortant du scrubber se rendent par un tuyau 37 au condenseur 38. Quoiqu'on ait représenté un condenseur ordinaire à refroidissement direct comme on en emploie ordinairement dans les cokeries, on pourrait faire usage de tout autre type satisfaisant de condenseur . Le distillat condensé est transféré par un tuyau 3'9 à un réser- voir de décantation 40.
La majeure partie de la batterie, c'est-à-dire la partie qui n'est pas reliée au petit barillet et au scrubber à goudron, travaille suivant la pratique usuelle. Les gaz chauds sortant des fours à coke sont conduits à un barillet principal 50 qui est du type usuel, alimenté de liqueur ammoniacale, d'eau où d'un mélange de ces deux fluides,; et
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de goudron, par des injecteurs 51. Le goudron recueilli dans le barillet principal est transféré par un tuyau 52 à un réservoir de décantation 53. Le goudran décanté est ensuite transféré à un collecteur 54, d'où il peut être envoyé au scrubber par un tuyau 55 ou être utilisé comme agent de nettoyage pour le petit barillet 7, auquel cas il est conduit à ce barillet par le tuyau 24.
Fig.3 est une coupe transversale du petit barillet 7 et montre un arbre 61 auquel sont assujetties des palettes @ servant à agiter le goudron que renferme le barillet pour contribuer à volatiliser les éléments légers du goudron.
Suivant le mode opératoire préféré, le goudron décanté du collecteur 54 est conduit au petit barillet 1 dans lequel il est amené en contact intime avec les gaz chauds traver- sant le barillet,, ce qui s'obtient en injectant le goudron dans le barillet, en ayant recours à tout dispositif agi- tateur convenable ou par une combinaison de moyens de ce genre.
Les éléments légers du goudron sont volatilisés, et les éléments non volatils sont retirés par un tuyau 9 sous forme de résidu, par exemple de brai. Ce brai peut être remis en circulation dans le barillet si l'on désire un produit plus lourd, auquel cas on transfère continuelle- ment une fraction du produit lourd du réservoir 13 à un réservoir d'accumulation convenable. Le scrubber 30 est alimenté de goudron provenant du collecteur 54 à l'aide d'un tuyau 55 ou de goudron d'un genre différent, selon la qualité du produit qu'on désire recueillir au scrubber.
Si l'on fournit une grande quantité de goudron au scrubber et qu'on désire soumettre à une nouvelle distillation les éléments légers de cette matière, on peut faire circuler
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de nouveau ce goudron dans le scrubber en l'y refoulant par un tuyau 60 à l'aide d'une pompe 61, ou bien on peut le laisser se déverser par un tuyau 62 vers le réservoir 13, d'où il peut être refoulé dans le barillet par la pompe 20.
Lorsque la même matière doit être traitée à la fois dans le scrubber et dans le barillet, le goudron peut d'abord être introduit dans le scrubber et employé pour laver les gaz, le brai étant ensuite introduit dans le ba- rillet en vue d'une nouvelle distillation. Dans d'autres cas, le brai du barillet peut être employé dans le scrubber en retirant ce brai du réservoir 13 par la pompe 63 et l'injec- tant dans le scrubber. De cette façon, deux sortes différen- tes de brai peuvent être retirées du barillet et du scrubber.
Lorsque le scrubber et le barillet travaillent indépendam- ment, en ce qui concerne l'agent de lavage et le goudron ou brai à distiller, deux sortes différentes de brai peu- vent similairement être retirées du scrubber et du barillet.
Les huiles volatilisées résultant de la distilla- tion dans le barillet et les gaz de fours à coke recueillis dans le barillet passent à travers le scrubber 30 dans le- quel ils sont lavés et débarrassés dans une mesure considé- rable des particules solides et des particules de goudron lourd ou de brai entraînées,, de sorte que les gaz et vapeurs sortant du scrubber sont relativement propres et ne con- tiennent qu'une proportion relativement faible de ces di- verses particules. Les gaz et vapeurs se rendent par le tu- yau 37 au condenseur 38, puis sont transférés par un tuyau 41 et un exhausteur 42 à l'appareil usuellement employé pour récupérer l'ammoniaque et les huiles légères.
Le point d'ébullition des éléments contenus à l'état de vapeurs dans les gaz arrivant du scrubber par le tuyau 37 peut être réglé en remettant en circulation l'agent
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de lavage du réservoir 36 à travers le scrubber par une pompe 68. L'échangeur de chaleur 33 permet de régler la température de l'agent de lavage en chauffant cet agent, si on le désire, ou même, dans certains cas, en le refroi- dissant quelque peu. En chauffant l'agent de circulation, on peut empêcher ou limiter la condensation des éléments de point d'ébullition élevé des gaz tout en effectuant ce- pendant une distillation supplémentaire.
On peut aussi ré- gler la composition de l'agent de lavage en réglant le ro- binet 70 qui règle le débit du réservoir 36 et en mélan- geant un supplément de goudron avec l'agent de lavage qui peut être le goudron provenant de la batterie de fours à coke ou un goudron provenant d'une source externe.
En réglant la température régnant dans le scrubber, on peut régler le caractère du brai produit dans ce scrubber et l'on peut aussi régler le caractère des huiles qui seront séparées ultérieurement des gaz par condensation. De cette façon, on peut extraire des gaz lavés sortant du scrubber à la fois des distillats lourds et des distillats légers et l'on peut aussi obtenir au scrubber un brai de point d'ébul- lition faible, moyen ou élevé ,en particulier lorsqu'on fait usage de brai dans cet appareil à titre d'agent de la- vage.
La présente invention permet ainsi d'appliquer pour distiller du goudron ou du brai dans le barillet les gaz de four à coke chauds ou d'autres gaz provenant de la distillation de la houille pendant que ces gaz possèdent une température élevée, et de laver ensuite ces gaz, pendant qu'ils possèdent encore une température élevée, en vue de distiller le goudron et le brai et de produire des huiles relativement propres à titre de distillats et de résidus de brai de point de fusion réglé, à la fois au scrubber et au barillet.
L'invention comprend aussi le fait d'éliminer
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des gaz que renferment le barillet et le scrubber les élé- ments de goudron lourd et de brai qu'ils renferment par les opérations de lavage successives, de sorte que les huiles qui sont ultérieurement séparées des gaz par condensation sont relativement propres et que la teneur en brai est re- cueillie directement sous forme de produits du commerce.