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BREVET DINTENTION " Perfectionnements apportés aux procédés et fours pour le traitement thermique de matières carbonées solides ou pâteuses, notamment à ceux pour la distillation à basse température * .
L'invention est relative aux procédés et fours pour le traitement thermique de matières carbonées ou pâteuses telles que des houilles diverses. des schistes, des lignites, des tourbes, des bitumes, etc. ainsi que des mélanges artificiels de liquides plus ou moins fluides avec un support actif ou inerte ; et elle concerne plus spécialement (parce que c'est dans leur cas que son application paraît devoir offrir le plus d'intérêt), mais non exclusivement, parmi ces procédés et fours, ceux pour la distillation à basse température.
Elle a pour but, surtout, de rendre ces procédés et fours tels que, à l'aide d'une installation ayant un encombrement réduit par rapport à la masse de matières à traiter dans un temps donné, on puisse obtenir, avec un rendement calorifi-
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que élevé, des produits dont la qualité et la quantité sont supérieures à celles obtenues avec les appareils utilisés jusqu'ici.
Elle consiste, principalement -- pour ce qui est des procédés du genre en question --, à soumettre les matières à traiter, par portions séparées et entraînées d'une manière continue et à la vitesse voulue, à un chauffage progressivement croissant; à provoquer la circulation en contre-courant des produits émanant de ces matières, par suite du chauffage au contact de celles-ci; et à évacuer lesdits produits en au moins un point du trajet suivi par lesdites matières;
et -- pour ce qui est des dispositifs du genre en question --, à entraîner, d'une manière continue et sous forme de portions séparées, les matières à traiter dans un conduit chauffé, d'une part, extérieurement, et, d'autre part, par les produits chauds résultant du traitement thermique desdites matières et traversant celles-ci en contre-courant tout en étant maintenues, de préférence, hors contact des parois dudit conduit; et à établir en au moins un point de ce conduit une sortie pour lesdits produits en vue de leur récupération,
Elle consiste, mises à part ces dispositions principales, qui s'utilisent de préférence en même temps, mais peuvent s'utiliser séparément, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement parlé ci-après.
Elle vise plus particulièrement certains modes d'application ainsi que certains modes de réalisation desdites dispositions; et elle vise plus particulièrement encore, et ce à titre de produits industriels nouveaux, les fours du genre en question comportant application desdites dispositions, les éléments et appareils spéciaux propres à leur établissement, ainsi que les produits obtenus à l'aide de ces fours,
Et elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexée, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
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Les fig. 1, 2,3 et 4 montrent respectivement en cou- pe longitudinale selon I-I fig. 2, en coupe transversale selon II-II fige 1, en plan et en vue arrière, un four établi confor- ménent à un premier mode de réalisation de l'invention.
La fig. 5 montre, en perspective, une partie du méca- nisme d'entraînement utilisé pour ledit four,
La fig. 6 montre, en élévation (partie en coupe ), un four établi conformément à un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application ainsi que ceux des modes de réali- sation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant de construire un four pour la distillation à basse température de substances carbonées solides ou pâteuses, on s'y prend comme suit ou de façon analogue.
On constitue le four par un long conduit 1, ayant par exemple un diamètre intérieur d'environ 0,15 à O,m 20 et une longueur d'environ 5 à 6 mètres et on fait comporter audit conduit un orifice de chargement 2 avec trémie 5 prévue à une extrémité et un orifice de vidange 4 avec conduit de décharge 5, établis à l'autre extrémité. Le conduit lui-même peut être rectiligne, recourbé en forme de U (fig. 1 à 5), ou affecter toute forme allongée convenable en étant alors disposée hori- zontalement ou obliquement.
On peut également constituer le conduit, comme montré sur la fig. 6, de manière que la plus grande partie de sa longueur affecte la forme d'une hélice ou d'un serpentin à grandes spires, l'axe de l'hélice pouvant être disposé verticalement, horizontalement ou obliquement.
On entraîne les matières d'une manière continue et à la vitesse voulue, par exemple entre 0,8 et 0,2 m/sec.; par des moyens propulseurs appropriés. Avantageusement on rend ces moyens tels que les matières, pendant leur passage dans le
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conduit 1, soient maintenues séparés en petites portions distinctes offrant une grande surface et qui se prêtent facilement à l'entraînement.
On peut constituer ces moyens par des disques ayant une forme correspondant à celle de la section du tube 1 et des dimensions un peu moindres que celles de ladite section pour empêcher tout coincement. Ces disques 6 faisant office d'organes entraîneurs sont relies entre eux par un ou plusieurs maillons 7 ( fig.6) engagés librement dans des organes de liaison 8 fixés sur la face correspondante de chacun des disques 6. Pour l'intervalle séparant deux disques voisins on peut adopter, par exemple, une longueur de 20cm environ.
A l'aide des disques 6, articulés entre eux, on constitue une sorte de chatne sans fin qu'on entraîne, d'une manière continue$ dans le conduit 1, constituant le four, l'entraînement ayant lieu par un mécanisme moteur appropria tel qu'une roue 9, dont l'arbre 10 est actionné par un moteur et qui porte des palettes radiales 11, Deux palettes voisines sont écartées entre elles d'un angle correspondant sensiblement à l'intervalle prévu entre deux disques 6 voisins. On dispose la roue 9 de manière telle que la partie de la chaîne se trouvant entre la sortie et l'entrée du tube soit engagée sur la périphérie de ladite roue et soit entraînée par les palettes radiales 11.
Bien entendu, on pourrait adopter tout autre mode d'actionnement. pour ces organes propulseurs, notamment en tenant compte de la forme qu'on a adoptée pour le conduit 1.
Au fur et à mesure que les chambres 12, formées entre les paires de disques voisins 6, passent en dessous de la trémie 3, ils se remplissent avec des matières à traiter et entraînent celles- ci en portions distinctes et séparées au travers du conduit jusqu'à ce que ces chambres arrivent au dessus de l'orifice 4 où. elles se vident automatiquement,, les matières étant évacuées par le conduit 5.
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L'entraînement par les disques, de petites masses dis- tinctes, présente en outre l'avantage que les matières traitées progressent uniformément dans le four sans être remuées et sans subir de malaxage évitant ainsi la formation de poussières.
En outre ces matières présentent une très grande surface pour le dégagement gazeux et une bonne perméabilité à la chaleur.
L'étanchéité de l'appareil est assurée par une masse d'eau ou autre liquide approprié contenu dans des récipients appropriés tels que 19 et 20 et dans laquelle plongent les ori- fices d'entrée et de sortie du système propulseur ainsi que l'orifice dtévacuation des matières résiduaires.
Le chauffage du four tubulaire ainsi obtenu a lieu en partie, par un fluide à température élevée, tel que les gaz résultant de la combustion de combustible gazeux, liquides ou solides ( pulvérisés) qu'on fait circuler dans une chambre 13 qui entoure le four tubulaire, ladite chambre 13 ayant la forme d'une enveloppe tubulaire établie à l'extérieur et le long du tube 1 dans le cas des tige 1 à 5, alors que pour l'exemple selon la fig. 6 on a recours à une véritable chambre 13 dans laquelle se trouve tout au moins la partie en forme d'hélice ou de serpentin du tour tubulaire.
La circulation du fluide chaud, dans la chambre 15, a lieu en sens inverse par rapport à. celle adoptée pour les matières entraînées dans le four, A cet effet, et pour l'exemple selon les fig, 1 à 5 on établie le ou les brûleurs 14 ou analogues, de manière qu'ils débouchent dans la chambre 15 à proximité de l'orifice de vidange 4, alors que l'évacuation du fluide chauffant dans le conduit de décharge ou la cheminée 15 a lieu a proximité de l'orifice d'entrée 2, De cette manière on obtient un chauffage progressif, c'est-à-dire sans variation brusque des matières au fur et à mesure qu'elles avancent dans le four puisque lea matières qui sont pr@es à quitter celui- ci- sont chauffées par le fluide à température élevée,
la tempe-
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rat@re de ce fluide diminuant de plus en plus vers l'endroit 15 où a lieu son évacuation.
Pour l'exemple selon la fig. 6, les brûleurs ou analogues 14 sont établis au bas et à la partie centrale de la chambre, de façon que les gaz chauds puissent monter librement à l'intérieur de l'ensemble formé par les spires du serpentin ou analogue 1 et descendre à l'extérieur de celui-ci pour être évacués par la cheminée 15.
De cette manière les gaz les plus chauds viennent en contact avec les spires inférieures ou de sortie du Pour tubulaire et ils se refroidissent au fur et à mesure qu'ils se rapprochent des spires supérieures ou d'entrée du four,
On pourrait utiliser pour le chauffage extérieur, tel que décrit plus Haut, des résistances électriques établies à. l'extérieur du four et afin d'obtenir le même effet de progressivité dans le chauffage. ces résistances pourraient être dif- íérentes entre ellea de manière à chauffer plus fortement le four à la sortie qu'à l'entrée.
En. plus du chauffage extérieur on prévoit, conformément à l'invention, un ohauffage intérieur par les gaz et vapeurs émanant des matières traitées et résultant de la distillation. A cet effet on ménage dans chacun des disques 6 un ou plusieurs orifices centraux 6 , par lesquels peuvent passer les dits gaz, permanents ou condensables, qui réchauffent ainsi la partie centrale des matières entraînées sans venir pratiquement en contact avec les parois chaudes du conduit, En outre, on fait circuler ces gaz de distillation, par l'effet de la dépression régnant dans les appareils condenseurs dont il sera question ci-après, par un courant de vapeur d'eau ou de tout autre fluide introduit par un orifice en un point approprié du four.
La circulation a lieu de manière que les gaz se dirigent vers une zone moins chaude que celle qui leur a donné naissance et qu'ils cèdent ainsi leur chaleur à la matière en cours de trai-
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tement. Ces gaz servent donc, en quelque sorte, d'équilibreurs de température de la masse avançant dans le four, l'équilibre des échanges calorifiques à l'intérieur du four étant obtenu par l'abandon de chaleur par les gaz produits dans les zones les plus chaudes au profit de la matière à traiter qui se trouve ainsi chauffée plus économiquement.
En des endroits appropriés du four tubulaire et -- si on tient compte de ce qui vient d'être dit -- plut8t vers la partie formant l'entrée du four, on fait déboucher dans la partie supérieure du conduit 1, un ou plusieurs tubes 16 par lesquels les produits volatils, résultant du traitement, peuvent s'échapper par des conduits communs ou distincts 17 aboutissant par exemple à un ou plusieurs condenseurs 12 de tout genre approprié.
En suite de quoi on obtient un four permettant le traitement de toutes matières carbonnées à la température voulue oelle-ci étant en fonction, non seulement du degré de chauffage extérieur mais également de la vitesse progressive des organes d'entraînement 6, cette vitesse étant aisément réglable, par des moyens connus, d'après la nature des matières traitées et le traitement qu'on veut lui faire subir.
En outre, le rapport masse-appareil est réduit au minimum afin d'éviter l'encombrement, les pertes de chaleur, les entretiens coûteux, etc* En outre, la masse de la matière traitée est dans une grande proportion par rapport à la masse de l'appareil, une machine pétant par exemple 500 kilogrammes étant susceptible de traiter jusqu'à 3,000 kilogrammes de lignite par jour.
Le four tel qu'établi convient non seulement au traitement thermique des matières oarbonâes soumises à une distillation mais ces matières peuvent être traitées, dans le four, par des corps solides, liquides ou gazeux,, susceptibles de réagir sur elles .- par exemple par un effet d'hydrogénation ou
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de méthylatimme- suivant le but que l'on peut se proposer.
C'est ainsi que le four permet d'obtenir un auto-cra@king dea gaz lourds qui se condenseront dans les zones plus froides des matières traitées et reviendront avec elles vers des zones plus chaudes. En outre, on peut obtenir une hydrogénation, sans ef- fe@ de pression, par la vapeur d'eau introduite dans la partie la plus chaude du four et dans laquelle règne, par exemple, une température dtenviron 900 C.
Comme il va de soi, et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à. celui de ses modes d'application, non plus qu'à. ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant plus spécialement été indiqués; elle en embrasse, au contraire toutes les variantes.
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PATENT DINTENTION "Improvements made to processes and furnaces for the thermal treatment of solid or pasty carbonaceous materials, in particular those for low temperature distillation *.
The invention relates to processes and furnaces for the heat treatment of carbonaceous or pasty materials such as various coal. shale, lignite, peat, bitumen, etc. as well as artificial mixtures of more or less fluid liquids with an active or inert support; and it concerns more especially (because it is in their case that its application seems to offer the most interest), but not exclusively, among these processes and furnaces, those for low temperature distillation.
Its aim, above all, is to make these processes and furnaces such that, with the aid of an installation having a reduced size compared to the mass of materials to be treated in a given time, it is possible to obtain, with a calorific yield. -
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than high, products whose quality and quantity are superior to those obtained with the devices used until now.
It consists mainly - as regards the processes of the kind in question - in subjecting the materials to be treated, in separate portions and driven continuously and at the desired speed, to gradually increasing heating; in causing the products emanating from these materials to circulate in counter-current, as a result of the heating in contact with them; and discharging said products at at least one point in the path followed by said materials;
and - as regards the devices of the kind in question - to drive, continuously and in the form of separate portions, the materials to be treated in a heated duct, on the one hand, externally, and, d 'on the other hand, by the hot products resulting from the heat treatment of said materials and passing through them in countercurrent while being kept, preferably, out of contact with the walls of said duct; and establishing at least one point of this duct an outlet for said products with a view to their recovery,
It consists, apart from these main provisions, which are preferably used at the same time, but can be used separately, in certain other provisions which will be discussed more explicitly below.
It relates more particularly to certain modes of application as well as certain embodiments of said provisions; and it relates more particularly still, and this as new industrial products, to the ovens of the type in question comprising application of the said provisions, to the special elements and apparatus specific to their establishment, as well as to the products obtained using these ovens,
And it can, in any event, be clearly understood with the aid of the additional description which follows, as well as the appended drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
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Figs. 1, 2, 3 and 4 show respectively in longitudinal section according to I-I fig. 2, in cross section according to II-II shows 1, in plan and in rear view, an oven established according to a first embodiment of the invention.
Fig. 5 shows, in perspective, part of the drive mechanism used for said furnace,
Fig. 6 shows, in elevation (part in section), an oven established in accordance with a second embodiment of the invention.
According to the invention, and more especially according to that of its modes of application as well as those of the embodiments of its various parts, to which preference should be given, proposing to construct a furnace for the low-temperature distillation of solid or pasty carbonaceous substances, the procedure is as follows or analogously.
The furnace is formed by a long duct 1, having for example an internal diameter of approximately 0.15 to 0.1 m 20 and a length of approximately 5 to 6 meters and a loading orifice 2 with hopper is provided in said duct. 5 provided at one end and a drain orifice 4 with discharge duct 5, established at the other end. The duct itself can be straight, curved in the shape of a U (Figs. 1 to 5), or take any suitable elongated shape by being then arranged horizontally or obliquely.
It is also possible to constitute the duct, as shown in FIG. 6, so that the greater part of its length takes the form of a helix or of a coil with large turns, the axis of the helix being able to be arranged vertically, horizontally or obliquely.
The materials are driven continuously and at the desired speed, for example between 0.8 and 0.2 m / sec .; by suitable propellants. Advantageously, these means are made such as materials, during their passage through the
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duct 1, are kept separate in small distinct portions offering a large surface and which lend themselves easily to training.
These means can be formed by discs having a shape corresponding to that of the section of the tube 1 and dimensions a little smaller than those of said section to prevent any jamming. These discs 6 acting as driving members are interconnected by one or more links 7 (fig.6) freely engaged in connecting members 8 fixed to the corresponding face of each of the discs 6. For the gap separating two discs neighbors we can adopt, for example, a length of about 20cm.
Using the discs 6, articulated together, a kind of endless chain is formed which is driven continuously in the duct 1, constituting the oven, the drive taking place by an appropriate motor mechanism. such as a wheel 9, the shaft 10 of which is actuated by a motor and which carries radial vanes 11, two neighboring vanes are spaced apart by an angle corresponding substantially to the interval provided between two neighboring disks 6. The wheel 9 is arranged such that the part of the chain located between the outlet and the inlet of the tube is engaged on the periphery of said wheel and is driven by the radial vanes 11.
Of course, any other mode of actuation could be adopted. for these propellants, in particular taking into account the shape that has been adopted for the conduit 1.
As the chambers 12, formed between the pairs of neighboring discs 6, pass below the hopper 3, they fill with material to be treated and carry these in distinct and separate portions through the duct to 'so that these chambers arrive above the orifice 4 where. they are emptied automatically, the materials being evacuated by the duct 5.
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The entrainment by the disks, of small distinct masses, has the further advantage that the treated materials progress uniformly in the furnace without being stirred and without undergoing mixing, thus avoiding the formation of dust.
In addition, these materials have a very large gas release surface and good heat permeability.
The watertightness of the apparatus is ensured by a mass of water or other suitable liquid contained in suitable receptacles such as 19 and 20 and into which immerse the inlet and outlet openings of the propellant system as well as the outlet for residual materials.
The heating of the tube furnace thus obtained takes place in part, by a fluid at high temperature, such as the gases resulting from the combustion of gaseous, liquid or solid (pulverized) fuel which is circulated in a chamber 13 which surrounds the furnace. tubular, said chamber 13 having the shape of a tubular envelope established outside and along the tube 1 in the case of rods 1 to 5, while for the example according to FIG. 6 is used to a real chamber 13 in which is at least the part in the form of a helix or coil of the tubular tower.
The circulation of the hot fluid, in the chamber 15, takes place in the opposite direction with respect to. that adopted for the materials entrained in the furnace, For this purpose, and for the example according to Figs, 1 to 5, the burner (s) 14 or the like are established so that they open into the chamber 15 near the 'drain port 4, while the evacuation of the heating fluid in the discharge duct or the chimney 15 takes place near the inlet port 2, In this way a gradual heating is obtained, that is to say - say without abrupt variation of the materials as they advance in the oven since the materials which are ready to leave it - are heated by the fluid at high temperature,
the temple-
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Rat @ re of this fluid decreasing more and more towards the place 15 where its evacuation takes place.
For the example according to fig. 6, the burners or the like 14 are established at the bottom and in the central part of the chamber, so that the hot gases can freely rise inside the assembly formed by the turns of the coil or the like 1 and descend to the bottom. 'outside of it to be evacuated through the chimney 15.
In this way the hottest gases come into contact with the lower or outlet turns of the tubular Pour and they cool as they approach the upper or inlet turns of the furnace,
One could use for the external heating, as described above, of the electric resistances established at. outside the oven and in order to obtain the same progressive effect in the heating. these resistances could be different from each other so as to heat the furnace more strongly at the outlet than at the inlet.
In. in addition to the external heating, according to the invention, internal heating is provided by the gases and vapors emanating from the treated materials and resulting from the distillation. To this end, one or more central orifices 6 are provided in each of the discs 6, through which the said gases, permanent or condensable, can pass, which thus heat the central part of the entrained materials without practically coming into contact with the hot walls of the duct, In addition, these distillation gases are made to circulate, by the effect of the negative pressure prevailing in the condensing apparatus which will be discussed below, by a stream of water vapor or any other fluid introduced through an orifice in a appropriate point of the oven.
The circulation takes place in such a way that the gases move towards a less hot zone than that which gave them birth and so that they give up their heat to the material being treated.
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definitely. These gases therefore serve, in a way, as temperature balancers of the mass advancing in the furnace, the equilibrium of the heat exchanges inside the furnace being obtained by the abandonment of heat by the gases produced in the weakest zones. hotter in favor of the material to be treated which is thus heated more economically.
In appropriate places of the tube furnace and - if we take into account what has just been said - rather towards the part forming the inlet of the furnace, one or more tubes are opened up in the upper part of the duct 1. 16 through which the volatile products, resulting from the treatment, can escape through common or separate conduits 17 leading, for example, to one or more condensers 12 of any suitable type.
As a result of which an oven is obtained allowing the treatment of all carbon materials at the desired temperature, which depends not only on the degree of external heating but also on the progressive speed of the drive members 6, this speed being easily adjustable, by known means, according to the nature of the materials treated and the treatment to be subjected to it.
In addition, the mass-to-device ratio is reduced to a minimum in order to avoid bulk, heat loss, costly maintenance, etc. * In addition, the mass of the material treated is in a large proportion to the mass of the apparatus, a farting machine for example 500 kilograms being able to process up to 3,000 kilograms of lignite per day.
The furnace as established is suitable not only for the heat treatment of carbonaceous materials subjected to distillation but these materials can be treated, in the furnace, with solid, liquid or gaseous bodies capable of reacting thereon .- for example by a hydrogenation effect or
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methylatimme- depending on the goal that can be proposed.
This is how the furnace makes it possible to obtain an auto-cra @ king of heavy gases which will condense in the colder zones of the treated materials and will return with them to warmer zones. In addition, it is possible to obtain a hydrogenation, without pressure effect, by the water vapor introduced into the hottest part of the furnace and in which, for example, a temperature of about 900 C.
As goes without saying, and as it already follows from the foregoing, the invention is in no way limited to. that of its modes of application, not more than. those of the embodiments of its various parts, which have been more especially indicated; on the contrary, it embraces all the variants.
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