<Desc/Clms Page number 1>
BREVET D'INVENTION " Procédé pour la fabrication de coke de qualité supérieure en partant de charbons pratiquement non cokéfiables."
La présente invention est relative à un procédé permettant d'obtenir du coke de qualité supérieure à partir de charbons pratiquement non cokéfiables.
Le coke de qualité supérieure, c'est-à-dire le coke dur et dense, tel qu'il est nécessité dans les indus- tries métallurgiques, est généralement obtenu à partir de , charbons à indice de cokéfaction élevé, tels qu'ils sont normalement utilisés dans la fabrication du "coke métallur- gique ".
Pour être aptes à la production de coke de qua- lité supérieure, ces charbons doivent avoir la propriété générale de fondre lorsqu'ils sont chauffés en vase clos, pour former une masslastique pendant la période de ga- zéification. De tels charbons ont habituellement tendance à
<Desc/Clms Page number 2>
se dilater lorsqu'ils sont fondus, et à se contracter après gazéification, laissant moins de 2 % de matière volatile dans le coke résultant .
On a essayé, mais sans succès, d'obtenir du coke de qualité supérieure à partir de charbons à faible indice de cokéfaction, il a été seulement possible de les fondre, avec des matières bitumineuses telles que : charbons à indice de cokéfaction élevé, tourbe, lignite et matières analogues, avec pour objet d'améliorer le coke formé .
Les Inventeurs ont trouvé qu'il est possible, en partant d'un charbon ayant un très faible indice de cokéfaction, c'est-à-dire un charbon du genre semi-anthracite, d'obtenir un coke de qualité supérieure, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter du charbon à indice de cokéfaction élevé.
La présente invention consiste à réduire en petits fragments de tels charbons à faible indice de cokéfaction et à les incorporer dans des hydrocarbures liquides, tels que par exemple des produits à base de pétrole, ,ou produits à base de goudron de houille, en ajoutant, si néces- saire, des charbons à indice de cokéfaction élevé, et à soumettre le mélange à la cokéfaction, de préférence en mince couche, dans une chambre de cokéfaction.
Tout hydrocarbure liquide riche en constituants asphaltiques ou en constituants formant de la poix, peuvent
EMI2.1
étre utilisés suivant le présent proeéd6.et il est M4iUa- ble, bien que non essentiel, que ledit hydrocarbure ait une teneur minimum en soufre, en vue de produire un coke pauvre en soufre .
EMI2.2
Bien entendu, 1'expressi "hydrocarbure liquide* utilisée ici, ne désigne pas nécessairement des individus chimiques, mais plut8t des mélanges d'hydrocarbures,tels
<Desc/Clms Page number 3>
qu'ils entrent par exemple dans la composition du pétrole ou du goudron de houille .
Ce qui précède montre que les caractéristi- ques des hydrocarbures liquides à utiliser, peuvent varier dans de larges limites, pat exemple en ce qui concerne le point d'ébullition, le poids spécifique, etc... Un hydrocarbure liquide qui convient particulièrement bien, est un résidu de pétrole "cracké" normal, ayant un poids spécifique d'environ 0,98.
Le procédé peut alors être mis en pratique soit en continu, soit par intermittence, dans des chambres de cokéfaction de type connu . Si l'on désire obtenir du coke ayant des caractéristiques absolument uniformes, il est préférable d'utiliser des chambres de cokéfaction horizontales dans lesquelles la chaleur est fournie par dessous ; mais des chambres de cokéfaction verticales de faible section dans lesquelles la chaleur est transmise à travers les parois latérales peuvent aussi être utilisées, bien que les caractéristiques du coke résultant, varient, dans ce cas, depuis le fond de la couche jusqu'à sa partie supérieure .
Les proportions à utiliser de charbons à faible indice de cokéfaction et d'hydrocarbures liquides peuvent varier depuis un excès considérable d'hydrocarbures liquides par rapport au charbon, d'une part, jusqu'à un excès considérable de charbon par rapport aux hydrocarbures, d'autre part, bien que, normalement, on utilise un mélange en parties égales ( en poids) de charbon réduit en menus frag- ments, ayant un faible indice de cokéfaction et d'hydrocarbures, en particulier si la cokéfactions fait d'une manière continue .Dans ce cas, on fait circuler un mélange en parties égales ( en poids) de charbon réduit en petits frag-
<Desc/Clms Page number 4>
ments ayant un faible indice de cokéfaction et, par exemple' de résidu de pétrole ayant un poids spécifique d'environ 0,
98 à travers un serpentin dans lequel ce mélange est chauffé par exemple à 95 0.,la suspension chaude étant sur. fisamment fluide pour être envoyée à des tuyaux de pulvérisation disposés dans les ciels d'une batterie de chambres de cokéfaction horizontales à sole chauffée.Les carneaux chauffés au gaz ou à l'huile, sous les soles des chambres de cokéfaction sont maintenus à une température de 1200 à 1425 C. et de préférence à une température de chauffage moyenne constante, d'environ 1360 C.
En heurtant la sole chauffante de la chambre de cokéfaction, la suspension de charbon réduit en petits fragments dans les hydrocarbures liquides,se carbonise et forme une couche de coke dont l'épaisseur augmente progressivement et graduellement, au fur et à mesure de l'alimen- tatiori et de la carbonisation de la suspension à la partie supérieure du coke existant .
L'épaisseur de la couche de coke peut varier entre 10 et 37,5 cm et de préférence entre 15 et 30 cm, le temps nécessaire pour obtenir une couche de coke ayant les épaisseurs ci-dessus, variant entre 6 et 12 heures,,la durée dépendant du degré de chauffage de la charge préalablement à son introduction dans les fours et, bien entendu, de l'- épaisseur de la charge non cokéfiée .
Si on n'opère pas en continu, il est possible d'utiliser un mélange de charbon réduit en petits morceaux ayant un faible indice de cokéfaction, avec environ 25 % de son poids d'hydrocarbure liquide,pourvu que ce dernier soit riche en constituants asphaltiques ou, en constituent formant de la poix. Dans ce cas, on prend suffisamment de mé-
<Desc/Clms Page number 5>
lange - lequel est moins fluide que celui employé lorsqu'on opère en continu- pour former une couohe cokéfiée, ayant l'- épaisseur voulue dur la sole de la chambre de cokéfaction.
Que le procédé soit continu ou intermittent, la température enregistrée près de la partie supérieure de la couronne de l'arche du four, est normalement d'environ 4800 C. au début de l'opération et d'environ 760 C. à la fin.
Les hydrocarbures volatils dégagés pendant l'opération de cokéfaction sont éliminés et peuvent être soumis à un fractionnement ou déphlegmat ion et peuvent servir de charges pour le " cracking ", l'hydrogénation et procédés analogues .
Dans un mode de réalisation pratique de l'inven- tion, on réduit à l'état de menus fragments du charbon à faible indice de cokéfaction, par exemple du charbon Aberdare, généralement reconnu comme étant du semi-anthracite, et ayant la composition suivante :
EMI5.1
<tb>
<tb> Cendre <SEP> 5,5 <SEP> % <SEP> (soufre <SEP> compris)
<tb> Matière <SEP> volatile <SEP> ...13,9 <SEP> %
<tb> Carbone <SEP> fixé <SEP> .......80,6
<tb>
-de telle sorte que 80 % environ de ce charbon passe à travers un tamis comportant 80 mailles par cm.
On mélange en- suite ce produit à l'état divisé à une proportion égale, en poids, de résidu de pétrole ayant un poids spécifique de
0,98. On fait alors circuler la suspension de charbon dans 1'hune ainsi obtenue, à travers un serpentin où elle est chauffée à environ 1000 0. et ensuite on l'envoie dans des conduits la déversant à travers la partie supérieure d'une batterie de chambres de cokéfaction horizontales, de préférence du type KNOWLES, c'est-à-dire des chambres de cokéfaction chauffées au gaz, dont les soles et les parois sont garnies
<Desc/Clms Page number 6>
de briques réfractaires . les soles des chambres sont chauf- fées par des courants de chauffage ayant une température constante d'environ 1360 C.
et une couche de coke d'une épaisseur de 15 à 30 centimètres se forme sur la sole des chambres . La température prise juste au-dessous de la cou- ronne de l'arche de chaque chambre, est d'environ 480 C. au début de l'opération et d'environ 760* C. vers la fin. Au bout de 12 heures environ - temps nécessaire à la formation d'une couche de coke de 30 cm d'épaisseur sur la sole de la chambre de cokéfaction - on arrête le chauffage et on laisse refroidir les chambres de cokéfaction. Lorsqu'elles sont suffisamment refroidies, on envoie de la vapeur dans lesdi- tes chambres en vue de chasser de leur atmosphère, les hydro- carbures volatils qui peuvent encore d'y trouver..
Après éli- mination des dernières traces volatiles, on ouvre les portes de chaque chambre et on retire le coke au moyen de béliers actionnés électriquement ou hydrauliquement, lesquelles pous- sent le coke dans des lagons où il peut être refroidi .
@
On donnera ci-après un exemple de fabrication de coke de qualité supérieure à partir de charbon à indice de cokéfaction élevé, et de charbons à indices de cokéfaction moyen et faible .
On mélange 50 pour cent de charbon Aberdare à l'état de menus fragments à 25 pour cent de charbon Cwsn (charbon à indice de cokéfaction moyen ) ayant la composi- tion suivante :
EMI6.1
<tb>
<tb> Cendre <SEP> 3,30 <SEP> % <SEP> (soufre <SEP> compris)
<tb> Matière <SEP> volatile <SEP> ..22,5 <SEP> %
<tb> Carbone <SEP> fixé <SEP> ......74,2
<tb>
et à 25 % de charbon Llanharan (charbon à indice de cokéfaction élevé) ayant la composition suivante :
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb>
<tb> Cendre <SEP> .......... <SEP> 3,30 <SEP> % <SEP> (soufre <SEP> compris)
<tb> Matière <SEP> volatile.28,9 <SEP> %
<tb> Carbone <SEP> fixé <SEP> ....67,8 <SEP> %
<tb>
On ajoute ce mélange à un poids égal de résidus de pétrole ou de fuel oil lourd et on soumet la suspension de charbon dans l'huile à la cokéfaction, de la manière indiquée plus haut, et l'on obtient un coke dense, dur, poreux et actif .
Si le mélange ci-dessus de charbons est soumis à la cokéfaction sans addition d'hydrocarbures, on obtient un coke léger, friable, incohérent, inutilisable en métallurgie .
La suspension de charbon dans l'huile peut être obtenue par tout moyen connu approprié qui impliquera le broyage du charbon en particules, dont la plus grande partie *et comprise, comme dimensions entre environ 0,0379 cm de diamètre et une poussière plus fine, le produit ainsi finement divisé étant incorporé aux hydrocarbures liquides par tout procédé de mélange connu Lorsqu'on utilise des charbons tels que des lignites ou des charbons analogues, il est désirable de les pulvériser jusqu'à ce que, approximativement, 80 % du charbon passe à travers un tamis comportant 80 mailles par centimètre, avant incorporation dans les hydrocarbures liquides .
L'incorporation du charbon dans les hydrocarbures liquides peut être effectuée dans des ré- cipients de mélange ordinaires, tels que des cylindres verticaux munis d'un arbre central à palettes ou un mélangeur cylindrique horizontal rotatif .
Le coke obtenu par le procédé ci-dessus décrit est un produit dense, de qualité supérieure qui, en particuliez lorsque la cokéfaction est effectuée dans des chambres du
<Desc/Clms Page number 8>
type KNOWLES susvisées, a un aspect caractéristique dû aux petits canaux ayant approximativement 0,156 cm de diamètre, s'étendant à travers le coke . Ces canaux, qui ressemblent à clos vermoulures dans du bois vermoulu donnent apparemment la porosité et l'activité voulues au produit .
<Desc / Clms Page number 1>
PATENT OF INVENTION "A process for the manufacture of high quality coke from substantially non-coking coals."
The present invention relates to a process for obtaining high quality coke from substantially non-coking coals.
Higher grade coke, that is, hard and dense coke, as required in metallurgical industries, is generally obtained from, high coking index coals, such as are normally used in the manufacture of "metallurgical coke".
To be suitable for the production of high quality coke, these coals must have the general property of melting when heated in a vacuum, to form a masslastic during the gasification period. Such coals usually tend to
<Desc / Clms Page number 2>
expand when melted, and contract after gasification, leaving less than 2% volatile matter in the resulting coke.
Attempts have been made, but without success, to obtain coke of higher quality from coals with a low coking index, it has only been possible to melt them, with bituminous materials such as: coals with high coking index, peat , lignite and the like, with the object of improving the coke formed.
The inventors have found that it is possible, starting from a charcoal having a very low coking index, that is to say a charcoal of the semi-anthracite type, to obtain a coke of superior quality, without qu 'it is necessary to add charcoal with a high coking index.
The present invention consists of reducing such coals with a low coking index into small fragments and incorporating them into liquid hydrocarbons, such as for example petroleum-based products, or coal tar-based products, by adding, if necessary, coals with a high coking index, and subjecting the mixture to coking, preferably in a thin layer, in a coking chamber.
Any liquid hydrocarbon rich in asphaltic constituents or in pitch-forming constituents, may
EMI2.1
be used in accordance with the present procedure and it is desirable, although not essential, that said hydrocarbon has a minimum sulfur content, in order to produce a low sulfur coke.
EMI2.2
Of course, the term "liquid hydrocarbon * used herein does not necessarily denote chemical individuals, but rather mixtures of hydrocarbons, such as
<Desc / Clms Page number 3>
that they enter, for example, in the composition of petroleum or coal tar.
The foregoing shows that the characteristics of the liquid hydrocarbons to be used can vary within wide limits, eg as regards the boiling point, the specific weight, etc. A liquid hydrocarbon which is particularly suitable, is a normal "cracked" petroleum residue, having a specific gravity of about 0.98.
The process can then be carried out either continuously or intermittently, in coking chambers of known type. If it is desired to obtain coke having absolutely uniform characteristics, it is preferable to use horizontal coking chambers in which the heat is supplied from below; but small section vertical coking chambers in which heat is transmitted through the side walls can also be used, although the characteristics of the resulting coke vary, in this case, from the bottom of the layer to its part. superior.
The proportions to be used of low coking index coals and liquid hydrocarbons may vary from a considerable excess of liquid hydrocarbons relative to the coal, on the one hand, to a considerable excess of coal relative to the hydrocarbons, d on the other hand, although normally a mixture of equal parts (by weight) of finely chopped coal having a low coking index and hydrocarbons is used, particularly if the coking is carried out in a low-carbon manner. In this case, a mixture of equal parts (by weight) of coal reduced into small fragments is circulated.
<Desc / Clms Page number 4>
elements having a low coking index and, for example 'petroleum residue having a specific gravity of about 0,
98 through a coil in which this mixture is heated, for example to 95 ° C., the hot suspension being on. fluid enough to be sent to spray pipes arranged in the skies of a battery of horizontal coking chambers with heated hearth. The gas or oil heated flues under the soles of the coking chambers are maintained at a temperature from 1200 to 1425 C. and preferably at a constant average heating temperature, of about 1360 C.
On striking the heating hearth of the coking chamber, the suspension of coal reduced to small fragments in the liquid hydrocarbons, carbonizes and forms a layer of coke, the thickness of which increases progressively and gradually, as the feed is fed. - tatiori and carbonization of the suspension at the top of the existing coke.
The thickness of the coke layer can vary between 10 and 37.5 cm and preferably between 15 and 30 cm, the time required to obtain a coke layer having the above thicknesses, varying between 6 and 12 hours ,, the duration depending on the degree of heating of the charge prior to its introduction into the furnaces and, of course, on the thickness of the non-coked charge.
If not operating continuously, it is possible to use a mixture of coal reduced into small pieces having a low coking index, with about 25% of its weight of liquid hydrocarbon, provided that the latter is rich in constituents. asphaltic or, constituting, forming pitch. In this case, we take enough
<Desc / Clms Page number 5>
mixture - which is less fluid than that employed when operating continuously - to form a coked layer, having the desired thickness at the bottom of the coking chamber.
Whether the process is continuous or intermittent, the temperature recorded near the top of the crown of the furnace arch, is normally around 4800 C. at the start of the operation and approximately 760 C. at the end. .
The volatile hydrocarbons given off during the coking operation are removed and may be subjected to fractionation or dephlegmatization and may serve as feeds for "cracking", hydrogenation and the like.
In a practical embodiment of the invention, low coking index coal, for example Aberdare coal, generally recognized as semi-anthracite, and having the following composition, is reduced to small fragments. :
EMI5.1
<tb>
<tb> Ash <SEP> 5.5 <SEP>% <SEP> (including sulfur <SEP>)
<tb> Volatile <SEP> material <SEP> ... 13.9 <SEP>%
<tb> Carbon <SEP> fixed <SEP> ....... 80.6
<tb>
-so that approximately 80% of this carbon passes through a sieve comprising 80 meshes per cm.
This product is then mixed in the divided state with an equal proportion, by weight, of petroleum residue having a specific gravity of.
0.98. The carbon slurry is then circulated in the one thus obtained, through a coil where it is heated to about 1000 ° C. and then sent into conduits discharging it through the upper part of a battery of chambers. horizontal coking chambers, preferably of the KNOWLES type, i.e. gas-heated coking chambers, the floors and walls of which are lined
<Desc / Clms Page number 6>
of refractory bricks. the floors of the rooms are heated by heating currents having a constant temperature of about 1360 C.
and a layer of coke with a thickness of 15 to 30 centimeters forms on the bottom of the chambers. The temperature taken just below the crown of the arch of each chamber is about 480 ° C at the start of the operation and about 760 ° C at the end. After about 12 hours - time required for the formation of a 30 cm thick layer of coke on the bottom of the coking chamber - the heating is stopped and the coking chambers are allowed to cool. When they are sufficiently cooled, steam is sent into the said chambers in order to expel from their atmosphere any volatile hydrocarbons which may still be found there.
After removing the last volatile traces, the doors of each chamber are opened and the coke removed by means of electrically or hydraulically actuated rams, which push the coke into lagoons where it can be cooled.
@
The following is an example of the production of high quality coke from high coking index coal, and from medium and low coking index coals.
50 percent Aberdare coal is blended in the form of small fragments with 25 percent Cwsn coal (medium coking index coal) having the following composition:
EMI6.1
<tb>
<tb> Ash <SEP> 3.30 <SEP>% <SEP> (including sulfur <SEP>)
<tb> Volatile <SEP> material <SEP> ..22.5 <SEP>%
<tb> Carbon <SEP> fixed <SEP> ...... 74.2
<tb>
and 25% Llanharan coal (high coking index coal) having the following composition:
<Desc / Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb>
<tb> Ash <SEP> .......... <SEP> 3.30 <SEP>% <SEP> (sulfur <SEP> included)
<tb> Volatile <SEP> material. 28.9 <SEP>%
<tb> Carbon <SEP> fixed <SEP> .... 67.8 <SEP>%
<tb>
This mixture is added to an equal weight of petroleum or heavy fuel oil residue and the slurry of coal in oil is subjected to coking, as indicated above, and a dense, hard coke is obtained. porous and active.
If the above mixture of coals is subjected to coking without the addition of hydrocarbons, a light, crumbly, incoherent coke is obtained which cannot be used in metallurgy.
The suspension of coal in oil can be obtained by any suitable known means which will involve grinding the coal into particles, the greater part of which * and ranging, as dimensions between about 0.0379 cm in diameter and finer dust, the product thus finely divided being incorporated into the liquid hydrocarbons by any known mixing process.When using coals such as lignites or the like coals it is desirable to pulverize them until approximately 80% of the coal has passed. through a sieve comprising 80 meshes per centimeter, before incorporation into liquid hydrocarbons.
The incorporation of the coal into the liquid hydrocarbons can be carried out in ordinary mixing vessels, such as vertical cylinders with a central vane shaft or a rotary horizontal cylindrical mixer.
The coke obtained by the process described above is a dense product, of superior quality which, in particular when the coking is carried out in chambers of the
<Desc / Clms Page number 8>
KNOWLES type above, has a characteristic appearance due to the small channels, approximately 0.156 cm in diameter, extending through the coke. These channels, which resemble wormhole enclosures in worm-eaten wood, apparently impart the desired porosity and activity to the product.